Crashkurs: Von Java nach C

Transkript

1 Crashkurs: Von Java nach C

2 Motivation: C ist eine relativ alte Sprache, warum darf ich sie dennoch lernen? Es ist möglich hoch optimierten und damit schnellen Code zu erzeugen C Compiler existieren für nahezu jede Plattform Ein großer Teil bestehender Software wurde mit C/C++ entwickelt und will weiterentwickelt werden C ermöglicht systemnahe Programmierung

3 Richtig oder falsch? #include <stdio.h> int main( int nargs, char** pargs ) if ( == 1 ) printf( richtig, oder? ); else printf( sollte man die Mathematik oder C nicht doch nochmals überdenken? Oo ); return 0;

4 #include <stdio.h> Ähnlich wie das import Schlüsselwort in Java, eine Funktionsbibliothek, welche die Funktion printf() enthält wird eingebunden int main( int nargs, char** pargs ) Funktionskopf der main-methode Methode,, sie wird am Anfang jedes C- Programmes gestartet ( die Parameter vom Benutzer werden übergeben, dazu später mehr) if ( == 1 ) else die typische if then else Bedingung printf( ( richtig oder? ); richtig oder? wird auf dem Bildschirm ausgegeben return 0; Die main Funktion gibt 0 am Ende der Funktion zurück ( der Rückgabewert 0 wird in C normalerweise dann zurück gegeben, wenn eine Funktion fehlerlos ausgeführt wurde )

5 Von den C Dateien zum ausführbaren Programm hello.c 1. Kompilieren mit: gcc c hello.c world.c world.c Quelldateien hello.o 2. Binden mit: gcc o helloworld hello.o world.o world.o Objekt Dateien helloworld Ausführbare Datei Nützliche zusätzliche Compileroptionen: -ansi Wall pedantic pedantic-errors O3 g -S -l

6 Wie schreibe / compiliere / führe ich mein Pogramm nun konkret aus ohne Eclipse? 1. Mit gedit/kedit/vim eine neue Datei mit Endung.c erzeugen z.b. test1.c 2. Eine main-funktion in die Datei schreiben die zu Beginn ausgeführt werden wird, hier der Funktionsrumpf: int main( int nargs, char** pargs ) return 0; 3. Mit einer Konsole (z.b. xterm) in das Verzeichnis mit der Quell-Datei gehen 4. Um das Programm zu kompilieren kann nun diese Befehlszeile genommen werden: gcc ansi Wall pedantic o test1 test1.c Die ausführbare Datei test1 sollte nun vorliegen, wenn keine Fehler ausgegeben werden 5. Das Programm mit./test1 ausführen ( Achtung:./ nicht vergessen! ) 6. Möchte man das Programm abbrechen ( Endlosschleife ;) ) Strg+c verwenden

7 Variabeln in C Typ Bytes Wertebereich char int short long float double 1 Byte -128 bis Byte bis Byte bis Byte bis Byte Flieskommazahl, ca. sechs Stellen Genauigkeit 8 Byte Flieskommazahl, ca. zwölf Stellen Genauigkeit

8 Variablen in C immer am Funktionsanfang deklarieren und am besten gleich initialisieren! In C gibt es weder den Typ Boolean noch String ( false entspricht z.b. bei Vergleichen der 0, true einen Wert ungleich 0 ) unsigned vor einem Ganzzahl-Typ für rein positive Zahlen: Verdoppelung des Wertebereichs Die Anzahl der Bytes und der damit verbundene Wertebereich können von Compiler und der Rechnerarchitektur (z.b. 16/32/64 Bitrechner) abhängen

9 Übersicht der Operatoren unäre Operatoren: ! sizof(type) Arithmetische Operatoren: + - * / % >> << Vergleichsoperatoren: < <= > >= ==!= && Zuweisungsoperatoren: = += -= *= /= %=

10 Operatoren: Lösung einer quadratischen Gleichung ax² ² + bx + c = 0 #include <stdio.h> #include <math.h> int main( int nargs, char** pargs ) double a = 2, b = 5, c = 2; double wurzel = 0; double x1 = 0, x2 = 0; wurzel = sqrt( b * b - 4 * a * c ); x1 = ( - b + wurzel ) / ( 2 * a ); x2 = ( - b wurzel ) / ( 2 * a ); printf( "x1:%f ", x1 ); printf( "x2:%f", x2 ); return 0;

11 Casting primitiver Datentypen int apu = 1; int moe = 2; double apumoe = 0; apumoe = apu / moe; printf("%f", apumoe); double apumoe = 1 / 2; apumoe = apu / moe; printf("%f", apumoe); Ausgabe: in beiden Fällen! Problem: Die Berechnung ½ wird durchgeführt, jedoch sind beide vom Typ int das Zwischenergebnis wird zuerst auch nach int gecastet und erst danach in double! Um das Problem zu beheben muss man eine der beiden Zahlen zuerst mit dem Keyword (double) nach double casten oder im rechten Beispiel 1 / 2.0 z.b. schreiben. Dadurch wird eine Doubledivision durchgeführt.

12 Diese Schleifenarten sollten aus Java bekannt sein, aber welche ist keine Endlosschleife? while ( 0 ) ; int Selma = 0; for (Selma = 2; Selma <= -5; Selma++ ) while ( 0 ) continue; int Marge= -2; do continue; i++; while ( Marge!= 5) int Bart = 50; int Liza = 70; for ( Liza = 2; Bart >= 10; Liza-- ) int Crusty = 2; for ( ; ; ) ;

13 Was macht dieses Programm?!? #include <stdio.h> int main( int nargs, char** pargs ) int zahl = 143; int i = 0; int tmp = 0; for ( i = 1; i <= 10; i++ ) tmp = zahl; while ( tmp % i!= 0 ) tmp++; printf( "%d : %d\n", i, tmp ); return 0;

14 if-then then-elseelse und switch Die Betragsfunktion: int Betrag( int zahl ) if ( zahl < 0 ) zahl = - zahl; else zahl = zahl; Die if-then then-else-aweisungen sind in Java und in C identisch. Menüwahl: int Menu( int MenuID ) switch ( a ) case 0: printf( Bitte sehr, ein Hamburger! ); break; case 1: printf( Hier, ihr chilli con carne! ); break; default: printf( Ihre Bestellung konnte nicht zugeordnet werden! ); break; Achtung: Nie break vergessen!!!

15 Funktionsdeklarationen Ruft man eine Funktion auf, muss diese weiter oben im Code bereits deklariert worden sein Es genügt aber eine Deklaration des Funktionskopfes: Beispiele: int square ( int n ); double power ( double, int ); Es ist also entweder möglich zu versuchen die Funktionen selbst in die richtigen Reihenfolge zu schreiben Oder aber so dem Compiler am Anfang zu erklären, wie viele und welche Parameter/ Rückgabewerte er bei der aufzurufenden Funktion zu erwarten hat

16 Header Dateien (.h ) Um nicht für jeder Datei am Anfang alle Funktionen deklarieren zu müssen, ist es auch möglich mit dem Präprozessor Makro #include# am Anfang des C-C Dateien Header Dateien einzubinden, welche die Funktionsdeklarationen enthalten Vorteile: Übersichtlichkeit der C-Dateien C steigt Mehrere C-Dateien C können die gleichen Headerdateien includen.. Anstatt eine Funktion später in allein C-Dateien C zu ändern, braucht man nur die Header Datei anpassen Der Präprozessor macht vor dem Kompilieren nichts anderes als eine textuelle Ersetzung, kopiert also einfach den Inhalt der Headerdatei in die C-Dateien Beispiel: #include meinheaderfile.h /* eigene Headerfile( hier im gleichen Verzeichnis) */ #include <stdio.h> /* Headerfile im Bibliotheksverzeichnis */

17 #define #define PI #define NSTEPS 10 #define DEBUG #define DEBUG_LVL 2 int i = 0; #ifdef DEBUG printf( Steps: NSTEPS ); #else #endif noop(); #if DEBUG_LVL > 1 printdebug(); #endif for ( i = 0; i < NSTEPS; ; i++) printf( ( %d \n, PI * i );

18 printf ( ) Die Funktion printf ( deklariert in <stdio.h< stdio.h> > ) ermöglicht eine formatierte Textausgabe. Weitere Informationen über Funktionen der Standardbibliotheken können k mit dem Befehl man ( hier man 3 printf ) abgefragt werden. printf( ( <formatierter String>, ) Der formatierte String: Der Text, eventuell mit Formatierungsinformationen Die Punkte : optional: Variabeln die als 2 bis n-ter Parameter mit ausgegeben werden sollen

19 printf ( ) Für den formatierten String: %d %i int %o %u %x %X unsigned int, octal (o), unsigned int (u), hexadecimal (x, X) %e %f %g double, exponential-format %c int,, konvertiert zum zugehörigen Buchstaben %s konstanter String

20 Statische Arrays Mögliche Deklarationen: int bfeld [10]; double efeld [3] = 3.2, 7.5; char stringfeld [] = Partytime? ; char springfield [7] = s, p, r, i, n, g, \0 ; Deklariert man ein statisches Array, so muss die Größe des Array schon zur Compilezeit bekannt sein! Wird dem Array direkt Inhalte zugewiesen, so muss die Größe nicht explizit deklariert werden. Wird sie jedoch angegeben, muss sie mindestens so groß sein, wie die Anzahl der Elemente in dem Array. Ungültig wäre Beispielsweise: double efeld [1] = 3.2, 7.5, 4.7;

21 Pointer Pointer sind Variablen mit einer Speicheradresse als Variableinhalt ( d.h. bei 32 Bit sind sie 4 Bytes groß ) Pointer können einen bestimmten Typ haben (int,, double, char ) Inkrementiert man einen Pointer um 1, so zeigt er im Speicherbereich um sizeof(pointertyp) Bytes weiter. Dies kann beispielsweise genutzt werden um durch Arrays zu laufen.

22 Pointer int* pbanane; Deklaration des Pointer pbanane,, er noch zeigt zu irgend einer Speicheradresse int Affe = 10; pbanene = &Affe; printf( %x, pbanene ); printf( %d, *pbanene ); Der Pointer pbanene zeigt nun auf die gleiche Speicherstelle wo die Variable Affe liegt Durch den & Operator erhält man die Speicheradresse der Variable Affe Wert des Pointers wird ausgegeben. Da dieser Wert eine Adresse ist, sieht sie z.b. so aus: bf8e3364 Der * Operator vor einer Pointer-Variable löst die Adresse auf und folgt ihr zu der Speicherstelle wo der Pointer hin zeigt. Ausgabe: 10

23 Beispiel swap() void swap(int a, int b) int tmp = 0; tmp = a; a = b; b = tmp; void swap(int* a, int* b) int tmp = 0; tmp = *a; *a = b; *b = tmp; Die Funktion swap soll die Werte von a und b vertauschen. Bei der ersten Version werden die Werte direkt übergeben, bei der zweiten nur Pointer, die auf die Speicherstelle des Wertes zeigen. Welche der beiden Versionen funktioniert nicht? Warum?

24 Arrays und Pointer Deklariert man ein statisches Array z.b. ( int elephant [10] ) ist elephant nichts anderes als ein statischer Pointer (er kann zu einem normalen nicht versetzt werden) der auf die erste Speicheradresse des Arrays zeigt. In C hängen Arrays immer zusammen, bedeutet z.b. das das Feld elephant an Speicheradresse liegen könnte, also keine Lücken besitzt. Es gibt nun 2 Möglichkeiten auf die erste Variable des Feldes zuzugreifen: int elephant [10]; elephant[0] = 10; int elephant [10]; *elephant = 10;

25 Arrays und Pointer Wir wollen nun ein Feld der Größe 10 mit den Werten belegen. Hier zwei Möglichkeiten: int i = 0; int giraffe [10]; for ( i = 1; i <= 10; i++ ) giraffe[i] = i; int i = 0; int giraffe [10]; int* pgiraffe; pgiraffe = giraffe; for ( i = 1; i <= 10; i++ ) *pgiraffe = i; pgiraffe++;

26 Dynamische Speicherallocierung mit malloc Oft weiß man zu Programmbeginn noch nicht ein wie großes Feld man benötigen wird. Deshalb gibt es eine Möglichkeit Speicher dynamisch zu allocieren.. Die Bibliotheksfunktion malloc gibt als Rückgabewert die Adresse ab der das Feld beginnt zurück. Konnte kein Speicher allociert werden (z.b. wegen Speichermangel) wird die ungültige Adresse 0x00 0 also NULL zurück gegeben. Als Parameter wird die Größe des Feldes in Byte erwartet. Wird der Speicher nicht mehr benötigt, muss er mit free() wieder freigegeben werden void* malloc ( unsigned int size );

27 Berechnung der e-funktion e mit verschiedenen Genauikeiten (e x = 1 + x/1! + x 2 /2! + x 3 /3! + ) #include <stdlib.h> double* exp( double x, int iterationen ) double* presult; int Nenner = 1; double Zaehler = 1; int i = 0; presult = (double) malloc( iterationen * sizeof(double) ); if ( presult == NULL ) exit(-1); presult[0] = 1; for ( i = 1; i < iterationen; i++ ) Zaehler = Zaehler * x; Nenner = Nenner * i; presult[i] = Zaehler / Nenner; return presult; Wie müsste man das Programm verändern, wollte man die [ ] bei den Array nicht verwenden, sondern mit purer Pointerarithmetik arbeiten?

28 Zeigerfelder Der int main( int nargs, char** pargs ) Funktion wird als erster Parameter übergeben, wie viele Argumente das Programm beim Aufruf erhalten hat. Der zweite Parameter ist ein Zeigerfeld, das auf jeden einzelnen Parameter zeigt. pargs pargs[0] pargs[1] pargs[2] Aufruf: example test -x - x \0 e x a m p l e \0 - t e s t \0

29 Parameter in Grossbuchstaben umwandeln und ausgeben #include <stdio.h> #include <ctype.h> int main( int nargs, char** pargs ) int i = 0; char* pcurchar; for ( i = 0; i < nargs; i++ ) pcurstring = pargs[i]; while ( *pcurchar!= \0 ) *pcurchar = toupper( *pcurchar ); printf( %s\n, pargs[i]);

30 Structures Ein Structure fasst eine oder mehrere Variablen zu einer Einheit zusammen struct Tier int Alter; char Wohnort[100]; double Groesse, Gewicht; ; struct Tier giraffe; giraffe.alter = 15; giraffe.wohnort = Zoo ; giraffe.groesse = 3.21; giraffe.gewicht = 120; mit dem Schlüsselwort struct strname wird ein neues Structure strname deklariert. Es ist etwas ähnliches wie eine Klasse ohne Funktionen in Java. Achtung: Nicht das ; nach der struct Definition vergessen! Der. Operator ermöglicht einen Zugriff auf die einzelnen Variablen in diesem Structure.

31 Wie allociere ich ein Structure dynamisch und greife anschließend darauf zu? struct Tier int Alter; char Wohnort[100]; double Groesse, Gewicht; ; struct Tier* kaa; kaa = (struct Tier*) malloc( sizeof(struct Tier) ); // Konnte eine Schlange allociert werden? if ( kaa == NULL ) exit(-1); (*kaa).alter = 11; kaa->wohnort = Dschungel ; (*kaa).groesse = 4.21; kaa->gewicht = 20; // Es gibt zwei Möglichkeiten auf eine // Variable in einem Pointer-Structure // zuzugreifen: // -Erst die Variable mit * zu // dereferenzieren und dann normal // mit dem. Operator // oder direkt mit dem verkürzenden ->

32 Beispiel: Verkette Liste Prinzip einer verketteten Liste: struct Tier* first; struct Tier struct Tier* next; char Name[100]; double Groesse; ; Ein neuer Eintrag wird mit Hilfe von malloc allociert und dann am Ende der Liste eingehängt. In dem Beispiel würde der Letzte *next Pointer nicht mehr auf NULL sondern auf das neue Element zeigen. NULL *next Name = Balu Groesse = 2.1; *next Name = Kaa Groesse = 4.2; *next Name = Shir Kahn Groesse = 1.1;

33 Was ist zu beachten? Niemals die verkettete Liste verlieren, es sollte immer ein Pointer auf den Anfang zeigen Möchte man ein Element entfernen reicht es nicht aus, nur das Element selber zu löschen. Das Element davor muss auch auf das Element nach dem Gelöschten zeigen, sonst ist die Liste in einem inkonsistenten Zustand