Programmieren in C. Funktionen mit Zeigern und Adressen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

Transkript

1 Programmieren in C Funktionen mit Zeigern und Adressen Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 ByValue versus byreferenz C übergibt immer Kopien der Variablen an Funktionen. Es ist nur dann möglich die Werte von Variablen des aufrufenden Programms zu ändern, wenn nicht die Kopien der Variablen, sondern die Adressen der Variablen übergeben werden. Adressen werden auch als Kopien übergeben, jedoch verwenden Aufrufender und Gerufener die selbe Variable bzw. Speicheradresse. Diese Art der Parameterübergabe nennt sich Call byreference im Gegensatz zu Call by Value. Es soll eine Funktion swap implementiert werden, die zwei double Gleitkommazahlen vertauscht. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 2

3 swap byreference void swap(double x, double y){ double tmp = x; x = y; y = tmp; By Value ist falsch! Obige Version vertauscht nur innerhalb von swap. Nur die by Reference Version von swap vertauscht tatsächlich auch die Variablen des Aufrufers: void swap(double* x, double* y){ double tmp = *x; *x = *y; *y = tmp; By Reference funktioniert... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 3

4 Eingaben einlesen Die Funktion scanf ist das Gegenstück zu printf. Zeichenketten werden von der Konsole gelesen unter Verwendung der printf Formatanweisungen. scanf(<format>,<adr_arg 1 >,...,<adr_arg N >); Anstatt der Variablen werden deren Adressen benötigt, damit scanf die eingelesenen Werte an der entsprechenden Speicheradresse ablegen kann. D.h. die Parameterübergabe geschieht nicht byvalue sondern byreference. Nur so ist es möglich die Werte der Variablen des aufrufenden Programms zu ändern. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 4

5 Formatierte Eingabe Die Methoden getint, getlong, getfloat und getdouble sollen ähnlich zu getchar entsprechende Werte einlesen: int getint() { int val; scanf("%d",&val); getchar(); return val; float getfloat() { float val; scanf("%f",&val); getchar(); return val; long getlong() { long val; scanf("%ld",&val); getchar(); return val; double getdouble() { double val; scanf("%lf",&val); getchar(); return val; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 5

6 getfloat Test Das folgende kleine Codefragment testet die getfloat Einlese Routine... int main(int argc, char* argv[]) { float f; printf("enter float: "); f = getfloat(); printf("you entered %f\n",f); return 0; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 6

7 Funktionen mit Zeigern Eine Funktion stringlength wird entwickelt. stringlength liefert die Länge einer Zeichenkette. Zeichenketten sind Felder und werden daher als Zeiger per Referenz übergeben. Es gibt zwei Möglichkeiten stringlength als Prototyp in der Datei StringUtil.h zu deklarieren: oder int stringlength(char* str); int stringlength(char str[]); Beide Deklarationen sind äquivalent. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 7

8 Test von stringlength Mit einer einfachen main Routine soll die stringlength Funktion getestet werden: #include <stdio.h> #include "StringUtil.h" int main(int argc, char* argv[]) { char *s = "Hello World"; char empty = '\0'; printf("%s len= %d\n",s,stringlength(s)); s = printf("%s len= %d\n",s,stringlength(s)); return 0; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 8

9 Implementierung I stringlength wird als Funktion mit einem char* Zeiger implementiert. #include <stdio.h> #include "StringUtil.h" int stringlength(char* str) { int len = 0; if (str!= NULL) { /* Nullpointer check */ while(*str) { /* loop while *str!= 0 */ len++; /* increment counter */ str++; /* increment pointer */ return len; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 9

10 Zeiger und Speicher AB Speicher: Hello World0 0xFF01200 while(*str) { len++; str++; str str=0xff01200 str++ str=0xff str++ str=0xff01209 str++ str=0xff0120a str++ str=0xff0120b *str = 'H' len=0 *str = 'e' len=1 *str = 'l' len=9 *str = 'd' len=10 *str = 0 len=11 Der Zeiger str wird so lange inkrementiert, bis er auf eine Speicheradresse mit dem Wert 0 zeigt. Der mitlaufende Zähler len hat dann den Wert 11. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 10

11 Variante I Statt mit einem Zeiger kann auch mit einem indizierten Feld gearbeitet werden: int stringlength(char* str) { int len = 0; while(str[len]) { len++; return len; Ein Zeiger kann wie ein indiziertes Feld verwendet werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 11

12 Variante II Kurzschreibweise mit Inkrementierung direkt im while Ausdruck. int stringlength(char* str) { int len = 0; while(str[len++]){ ; /* do nothing */ len--; return len; Die Schleife degeneriert, der Zähler muss nach dem beenden der Schleife justiert werden... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 12

13 Variante III Ebenso kann natürlich auch mit Zeigerarithmetik gearbeitet werden: int stringlength(char str[]) { int len = 0; while(*(str + len)) { len++; return len; Ein Feld adressiert per Zeiger... Die Speicheradresse an der Position str+len wird ausgewertet... while(*str++) { len++; Auch so funktioniert die Inkrementierung... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 13

14 Zeigerarithmetikgefahren Das Inkrementieren der len-variablen kann natürlich auch innerhalb des while Ausdruck stattfinden. Dies birgt allerdings Gefahren bei Prefix Notation! Bitte nicht so while(*(str+++len){ Wie ist obiger Ausdruck zu interpretieren? als *(str + ++len) <=> *( str + (++len) ) oder *(str++ + len)<=> *( (str++) + len ) Bei Ausdrücke sind nicht äquivalent, der Eine inkrementiert die Variable len vor der Auswertung, der Andere den Zeiger str nach der Auswertung! Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 14

15 Lesbarkeit ist alles... Bei Prefix Notation muss genau auf die Leerzeichen geachtet werden. Fehler sind hier vorprogrammiert... int stringlength(char* str) { int len = -1; while(*(str + ++len)) {; return len; int stringlength(char* str) { int len = 0; while(*(str + len++)) {; len--; Bei der Postfix Notation besteht das Problem nicht... return len; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 15

16 Operator Rangfolge Das Beispiel führt zur Fragestellung in welcher Reihenfolge die C Operatoren ausgeführt werden. Dies darf nicht dem Zufall überlassen sein, sondern muss in der Sprachsyntax festgelegt sein, damit der Compiler eindeutigen Maschinencode generiert. C definiert hierzu eine Rangfolge für alle Operatoren, die regelt welche Operatoren und Ausdrücke in welcher Reihenfolge ausgewertet werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 16