Die Sprache C# Datentypen, Speicherverwaltung Grundelemente der Sprache. Dr. Beatrice Amrhein

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1 Die Sprache C# Datentypen, Speicherverwaltung Grundelemente der Sprache Dr. Beatrice Amrhein

2 Überblick Speicherverwaltung: Stack und Heap Ein- und Ausgabe über die Console Variablen und Operatoren Parameter (Wert-/Referenz-Parameter) 2

3 Die Speicherverwaltung 3

4 Die Speicherverwaltung: Stack und Heap Alle Daten werden im Speicher gehalten. Dieser ist aufgeteilt in den Stack (Stapel) und den Heap (Halde). 4

5 Die Speicherverwaltung: Stack Der Stack wird durch Code Manager verwaltet. Auf dem Stack werden o die Adressen der Funktionseintritte (Methodenaufrufe) o und alle Daten verwaltet, deren Typen eine feste Grösse aufweisen (Basistypen wie int, float, double, ). 5

6 Die Speicherverwaltung: Heap Der Heap beinhaltet alle restlichen Daten (deren Typen keine feste Grösse aufweisen, wie z.b. Zeichenketten (Strings) oder Objekte (Instanzen von Klassen). Daten auf dem Heap werden aus dem Stack referenziert. Diese Daten werden über die auf dem Stack gespeicherte Referenz (Adresse) angesprochen. Wird die Referenz freigegeben, können die Daten nicht mehr benutzt werden. Sie werden vom Garbage Collector gelöscht. 6

7 Werttypen Referenztypen Werttypen Werttypen (engl. value type) sind Typen, die im Typsystem eine feste Länge (Anzahl Bytes) aufweisen. o Der Speicherort von Werttypen ist der Stack. Referenztypen Referenztypen (Verweistyp, Objekttyp, engl. reference type) sind Typen, die im Typsystem keine feste Größe aufweisen. o Der Speicherort von Referenztypen ist der Heap. o Für das Anlegen von Objekten muss die Laufzeitumgebung eine Speicheranforderung an die Heap-Verwaltung absetzen. 7

8 Zuweisung von Wert- oder Referenztypen static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("Wert-Typ --> Integer"); int a = 5; int b = a; // Zuweisung von Wert Console.WriteLine("a={0}, b={1}", a, b); // Werte von a und b ausgeben a = 7; // Wert von a ändern Console.WriteLine("a={0}, b={1}", a, b); // Wert von a und b sind verschieden Console.WriteLine("Referenz-Typ --> Array"); int[] s = { 12 }; int[] t = s; // Zuweisung von Referenz Console.WriteLine("s={0}, t={1}", s[0], t[0]); s[0] = 17; // Element des Arrays ändern auf den Wert 17 Console.WriteLine("s={0}, t={1}", s[0], t[0]); // s und t sind gleich Console.ReadLine(); 8

9 Zuweisung von Wert- oder Referenztypen } Console.WriteLine("\nReferenz-Typ : ArrayList Object"); ArrayList p = new ArrayList() { 1, 2, 3 }; ArrayList q = p; Console.WriteLine("Länge von p={0}, Länge von q={1}", p.count, q.count); p.add(4); Console.WriteLine("Länge von p={0}, Länge von q={1}", p.count, q.count); // p und q sind gleich lang 9

10 Das Speicherbild Die Kopien t und q zeigen auf das gleiche Feld auf dem Heap. Beim Ändern von Werten, welche auf dem Heap liegen, werden auch die Inhalte der «Kopien» verändert. Im Code ist der Unterschied nicht zu erkennen. Werttyp int Referenztypen Array und ArrayList 10

11 Ein- und Ausgabe über die Console 11

12 Ein- und Ausgabemethoden der Klasse «Console» Console.Write() o Scheiben auf die Console Console.Read( ) o Lesen eines Zeichens von der Console (vom Typ int) Console.WriteLine( ) o Schreiben einer Zeile auf die Console Console.ReadLine( ) o Einlesen einer Zeile von der Console (vom Typ string) 12

13 Formatierte Ausgabe (1) string text1 = "John"; string text2 = "Good"; Console.WriteLine("{0} morning {1}!", text1, text2); Parameter 0, Parameter 1 Console.WriteLine("{1} morning {0}!", text1, text2); Erzeugt die Ausgabe John morning Good! Good morning John! Nummer des Parameters (beginnend bei 0). 13

14 Formatierte Ausgabe (2) Mit Hilfe eines zweiten Wertes in der Klammer kann die Breite der Ausgabe definiert werden string text1 = "morning"; string text2 = "John"; Console.WriteLine("Good {0,10} {1,10}!", text1, text2); Erzeugt die Ausgabe Good morning John! Nummer des Parameters, Breite der Ausgabe Also jeweils 10 Zeichen Platz für «morning» und «John» 14

15 Formatierte Ausgabe (3) Mit Hilfe von Format-Parametern kann die Art der Ausgabe spezifiziert werden An alle Formatangaben kann eine Zahl angehängt werden, aus der die Anzahl der signifikanten Stellen hervorgeht. 15

16 Formatierte Ausgabe (4): Beispiel float value = F; // F für float, sonst double Console.WriteLine("E: Exponential (standard): {0:E}", value); Console.WriteLine("E2: Exponential mit 2 signifikanten Stellen: {0:E2}", value); Console.WriteLine("F3: Festpunkt mit 3 Nachkomma-Stellen: {0:F3}", value); Console.WriteLine("G: Möglichst kompakte Ausgabe: {0:G}", value); Console.WriteLine("G3: Kompakt mit 3 signifikanten Stellen: {0:G3}", value); Console.WriteLine("P2: In Prozent mit 2 Nachkomma-Stellen: {0:P2}", value); 16

17 Variablen und Operatoren 17

18 Variablen Eine Variable steht für eine Adresse im Speicher (einen Speicherplatz). Die Grösse des Speicherplatzes für diese Variable hängt vom Typ der Variable ab. Über den Bezeichner/Namen der Variable kann das Programm (später) auf den darin gespeicherten Wert zugreifen. Lokale Variablen werden innerhalb einer Methode definiert, der zugehörige Speicherplatz wird nach dem Ablauf der Methode wieder freigegeben (der Wert gelöscht). Klassen-Variablen existieren genau so lange wie die Klasse zu welcher sie gehören. 18

19 Regeln für Variablen-Bezeichner Ein Variablen-Bezeichner (Name) darf nur aus alphanumerischen Zeichen und dem Unterstrich bestehen. Andere Sonderzeichen sind nicht zugelassen. muss mit einem Buchstaben oder Unterstrich anfangen. muss eindeutig sein und nicht gleich wie ein Schlüsselwort. Korrekte Namen long value; byte value_12; int VaLuE; Fehlerhafte Namen int 34value; string message Text; long value%long; byte _; 19

20 Variablen-Deklaration Die Deklaration erfolgt über die Syntax Typ Name; Also zum Beispiel int a; string b; float c; Oder durch die gleichzeitige Deklaration mehrerer Variablen: int a1, a2, a3; string b1, b2; 20

21 Variablen-Initialisierung Der Wert der Variable ist zu Beginn (im Normalfall) nicht definiert und muss gesetzt (initialisiert) werden. Dies kann bei der Deklaration geschehen int a = 17; string b = "Das ist ein Text"; float c = F; // Deklaration und Initialisierung Oder zu einem späteren Zeitpunkt int a1, a2; // Deklaration a1 = 17; a2 = 243; // Initialisierung 21

22 Operatoren C# Unterstützt eine Reihe von Operatoren: o Arithmetische o Vergleichende o Logische o Zuweisende o Objekterzeugung und Typinformation o Die Operatoren sind an die Typen angepasst. 22

23 Arithmetische Operatoren Operator Bedeutung + 1: 2: - 1: 2: Addition von zwei numerischen Werttypen. Positives Vorzeichen vor einem numerischen Werttyp Subtraktion von zwei numerischen Werttypen. Negatives Vorzeichen vor einem numerischen Werttyp * Multiplikation von zwei numerischen Werttypen. / Division von zwei numerischen Werttypen. % Modulo (Restwert einer Division zweier Operanden). ++ 1: 2: -- 1: 2: Inkrement eines Werttyps als Präfix. Er erhöht den Inhalt des Operanden um 1. Der als Präfix geführte Operator liefert den um 1 erhöhten Wert bevor der Ausdruck ausgewertet ist. Inkrement eines Werttyps als Suffix. Er erhöht den Inhalt des Operanden um 1. Der als Suffix geführte Operator liefert den um 1 erhöhten Wert nachdem der Ausdruck ausgewertet ist. Dekrement eines Werttyps als Präfix. Er erniedrigt den Inhalt des Operanden um 1. Der als Präfix geführte Operator liefert den um 1 erniedrigten Wert bevor der Ausdruck ausgewertet ist. Dekrement eines Werttyps als Suffix. Er erniedrigt den Inhalt des Operanden um 1. Der als Postfix geführte Operator liefert den um 1 erniedrigt Wert nachdem der Ausdruck ausgewertet ist. 23

24 Logische Operatoren Operator && Bedeutung Logischer UND Operator. Der Operator wertet zuerst den links vom Operatorzeichen stehenden Ausdruck aus. Wenn dieser Ausdruck true ist, und nur dann, wird der rechts vom Operatorzeichen stehende Ausdruck ausgewertet. Sind beide Ausdrücke true, gibt der Operator true zurück, ansonsten false. Logischer ODER Operator. Der Operator wertet zuerst den links vom Operatorzeichen stehenden Ausdruck aus. Wenn dieser Ausdruck true ist, gibt der Operator sofort true zurück, ansonsten wertet der Operator den rechts vom Operatorzeichen stehenden Ausdruck aus und dessen Wahrheitswert zurück. true false Operator für true. Dieser Operator kann für Schleifensteuerungen und für Verzweigungen verwendet werden. Operator für false. Dieser Operator kann für Schleifensteuerungen und für Verzweigungen verwendet werden. 24

25 Vergleichsoperatoren und Bitverschiebung Operator Bedeutung == Vergleichsoperator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf Gleichheit. Ist diese gegeben, gibt der Vergleichsoperator true zurück.!= Ungleichheitsoperator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf Ungleichheit. Ist diese gegeben, gibt der Vergleichsoperator true zurück. < Kleiner Operator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf kleiner. Ist der Wert des linken Ausdrucks kleiner als derjenige des rechten Ausdrucks, gibt der Operator true zurück. > Grösser Operator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf grösser. Ist der Wert des linken Ausdrucks grösser als derjenige des rechten Ausdrucks, gibt der Operator true zurück. <= Kleiner oder gleich Operator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf kleiner oder gleich. Ist der Wert des linken Ausdrucks kleiner oder gleich dem Wert des rechten Ausdrucks gibt der Operator true zurück. >= Grösser oder gleich Operator. Prüft die Ausdrücke der beiden Operanden auf grösser oder gleich. Ist der Wert des linken Ausdrucks grösser oder gleich dem Wert des rechten Ausdrucks gibt der Operator true zurück. 25

26 Vergleiche/Bitverschiebungen: Beispiele Operator Bedeutung x == y Gibt true zurück, falls x und y den gleichen Typ und den gleichen Wert haben. x!= y Gibt true zurück, falls x und y verschieden sind. x < y x <= y Gibt true zurück, falls der Wert von x kleiner als der Wert von y ist. Gibt true zurück, falls der Wert von x kleiner oder gleich der Wert von y ist. 26

27 Zuweisungsoperatoren Operator Bedeutung = Weist x den Wert von y zu. += Weist x den Wert von x + y zu. -= Weist x den Wert von x - y zu. *= Weist x den Wert von x * y zu. /= Weist x den Wert von x / y zu. Beispiel a = 3; a += 3; a -= 3; a *= 3; a /= 3; Bedeutung Weist a den Wert 3 zu. Weist a den Wert von a + 3 zu. Weist a den Wert von a - 3 zu. Weist a den Wert von a * 3 zu. Weist a den Wert von a / 3 zu. 27

28 Präzedenz von Ausdrücken (Bindungsstärke) Gruppe Primär Operatoren x.y, f(x), a[x], x++, x--, new Bindungsstärke nimmt ab Unär Arithmetisch multiplikativ +, -,!, ~, ++x, --x, (Type)x *, /, % Arithmetisch additiv +, - Relational <, >, <=, >= Gleichheit / Ungleichheit ==,!= Zuweisung =, +=, -=, *=, /=, 28

29 Beispiel: Ausführungsreihenfolge int a=2; int b=3; int c; c = a + b * 3; // a= 2, b=3, c=11 * bindet stärker als + c = ++a * b; // a= 3, b=3, c=9 ++ bindet stärker als * c = ++a * b++; // a= 4, c=12, b=4 ++ bindet stärker als *, ++ Stellung beachten c += -a; // a= 4, c=(12-4)=8 - bindet stärker als += c /= ++a; // a= 5, c=(8/5)=1 ++ bindet stärker als /= 29

30 Parameter Externe / interne Parameter Parameter-Übergabe (Wertparameter) 30

31 Prinzip der Parametrisierung 31

32 Beispiel: Ein Wert-Parameter Methoden-Aufruf Beim Aufruf der Methode (Square) wird der Wert in der Klammer ( 8 ) an die aufgerufene Methode als Parameter übergeben (kopiert). 32

33 Beispiel: Ein Wert-Parameter Methoden-Aufruf Beim Aufruf der Methode (Square) wird der Wert in der Klammer (zahl) an die aufgerufene Methode als Parameter übergeben (kopiert). 33

34 Beispiel: Zwei Wert-Parameter Methoden-Aufruf Beim Aufruf der Methode (Multiply) werden die Werte in der Klammer (12, 10) als Parameter übergeben (kopiert). 34

35 Beispiel: Zwei Wert-Parameter Methoden-Aufruf Beim Aufruf der Methode (Multiply) werden die Werte in der Klammer (zahl1, zahl2) als Parameter übergeben (kopiert). 35