Programmierung mit C Modularisierung von Programmen. Präprozessor-Anweisungen nutzen.

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1 Programmierung mit C Modularisierung von Programmen. Präprozessor-Anweisungen nutzen.

2 Modularisierung Zerlegung eines Programms in überschaubare Einheiten Die einzelnen Einheiten werden als Modul bezeichnet. Bei der Kompilierung des Programms werden die verschiedenen Module in einem Programm zusammengeführt. Die verschiedenen Module können über Schnittstellen Daten austauschen. Schnittstellen zwischen den Modulen sollten vor Beginn der Programmierung definiert werden. Schnittstellen sollten klar und eindeutig für alle definiert sein.... ist ein Merkmal der strukturierten Programmierung. Programmieren mit C Folie 2

3 Header-Dateien und Code-Dateien Zusammengehörige Header- und Code-Dateien sollten den gleichen Namen besitzen. Beide Dateien besitzen unterschiedliche Dateiendungen: Eine Header-Datei hat die Endung ".h". Die Code-Datei besitzt die Endung ".c". Eine Header-Datei ist eine Art Inhaltsverzeichnis für die Code-Datei. Sie definiert alle Elemente, die in einer Code-Datei benötigt werden. Konstanten und Variablen werden wie gewohnt deklariert. Statische Variablen sind nicht erlaubt. Funktionen werden als Prototypen deklariert. Programmieren mit C Folie 3

4 Modularisierung Start #include "modul.h" int main(void) { ausgabe(); return 0; modul.h void ausgabe(void); modul.c #include <stdio.h> void ausgabe(void) { printf("hello\n"); Programmieren mit C Folie 4

5 Vorteile Quelltexte werden überschaubarer. Die Fehlersuche ist in kleinen, überschaubaren Einheiten einfacher. Die Suche nach Fehlern kann auf einzelne Module beschränkt werden. Die Fehlerbehebung in einem Modul zieht keine weiteren Abstürze im weiteren Programm hinter sich her. Falls Schnittstellen definiert sind, kann jedes Modul von einen anderen Team erstellt werden. Jedes Modul für sich kann kompiliert werden und erst nach dem alle Fehler beseitigt sind, wird das gesamte Programm kompiliert. Die Wartung der verschiedenen Module ist einfacher. Einzelne Module können in anderen Projekten wiederverwendet werden. Programmieren mit C Folie 5

6 Projekte erstellen Entwicklungsumgebung: Erstellen eines Projekts. Dem Projekt werden alle benötigen Code-Dateien hinzugefügt. Die Code-Dateien können kompiliert werden. Falls die Code-Dateien fehlerfrei sind, wird das gesamte Projekt kompiliert und anschließend gestartet.... mit Hilfe des Compilers gcc: Die Quelldateien werden geschrieben. Jede Quelldatei löst ein Teilbereich des Algorithmus. Mit Hilfe von gcc - Name_des_Programms.c werden die einzelnen Quelldateien kompiliert. Die einzelnen Dateien werden übersetzt. Anschließend befinden sich Objektdateien [Name_des_Programm.obj] im Verzeichnis, in dem kompiliert wurde. Mit Hilfe der Anweisung gcc -o Name_der_Datei.exe Objektdatei01 Objektdatei02 Objektdatei03 werden die einzelnen Objektdateien zu einer ausführbaren Datei gelinkt. Programmieren mit C Folie 6

7 Objektdatei erstellen Header.h source1.c Präprozessor source2.c makefile Übersetzer (Compiler) Objektdatei.obj source3.c Assembler Compiler Programmieren mit C Folie 7

8 Ausführbare Datei erstellen objekt1.obj objekt.obj Linker programm.exe Bibliotheken (library.dll, library.lib) Programmieren mit C Folie 8

9 Hauptprogramm #include <stdio.h> #include "kreisberechnen.h" int main(){ float radius; float umfang; float flaeche; printf("bitte geben Sie einen Radius ein: "); scanf("%f", &radius); flaeche = KreisFlaeche(radius); umfang = KreisUmfang(radius); In dieser Zeile wird die, vom Programmierer erstellte Header- Datei eingebunden. Durch die Anführungsstriche wird dem Compiler signalisiert, dass die Header-Datei im Verzeichnis des Programms zu finden ist. printf("\n\nradius: %f \n Umfang: %f \n Flaeche: %f \n", radius, umfang, flaeche); return 0; Programmieren mit C Folie 9

10 Header-Datei #include<stdio.h> #define PI ; float KreisFlaeche(float); float KreisUmfang(float); Mit Hilfe von #define wird eine Konstante definiert. Der Präprozessor ersetzt die Bezeichnung durch den angegebenen Wert. Prototypen der zu definierenden Funktionen. Programmieren mit C Folie 10

11 Code-Datei #include "kreisberechnen.h" float KreisFlaeche(float radius){ float flaeche; Die Funktionen werden in einer flaeche = (radius * radius) * PI; eigenen Quelldatei gespeichert return flaeche; und nicht mehr im Start. Die, in der Header-Datei, deklarierten Funktionen werden float KreisUmfang(float radius){ hier definiert. float umfang; Die Prototypen werden mit Hilfe der Header-Datei eingebunden. umfang = 2 * radius * PI; Das Modul kann auch eigenständig kompiliert werden. return umfang; Programmieren mit C Folie 11

12 Gültigkeit von Variablennamen Welche Variablen sind wo im Programm bekannt? Möglichkeiten: Global im gesamten Projekt / Programm. Global in einem Modul. Lokal in einer Funktion. Lokal innerhalb eines Blocks, deren Anfang und Ende durch die geschweiften Klammern gekennzeichnet ist. Eine lokale Variable in einer Funktion überdeckt eine globale Variable gleichen Namens. Eine lokale Variable in einem Block überdeckt eine globale Variable gleichen Namens sowie lokale Namen in umgebenden Blöcken. Programmieren mit C Folie 12

13 Globale Variablen... werden außerhalb von Funktionen definiert. Auf globale, definierte Variablen kann von überall her zugegriffen werden. Globale Variablen, die in anderen Modulen definiert sind, müssen vor dem ersten Zugriff bekannt gemacht werden. extern int summe; extern float umfang;... sollten nicht eingesetzt werden, weil... der Zusammenhang zwischen Variablen und dem Programmcode, in dem sie definiert sind, verloren geht.... Variablen von Funktionen verändert werden können, ohne das der Aufruf dies erwartet. Diese Effekte werden als Seiteneffekte bezeichnet.... Änderungen der Variablen alle Programmteile betrifft, in denen sie genutzt werden. Programmieren mit C Folie 13

14 Externe Variablen oder Funktionen Zugriff von einer beliebigen Position im Programm auf eine Funktion oder Variable, die in einem anderen Modul definiert ist. Externe Variablen können nicht initialisiert werden, weil sie nur auf eine Variable verweisen, die anderswo definiert wird. Die Lebensdauer erstreckt sich auf die gesamte Laufzeit des Programms. Programmieren mit C Folie 14

15 Externe Funktionen #include <stdio.h> extern void modul01(void); extern void modul02(void); int main(void) { modul01( ); modul02( ); return 0; #include <stdio.h> void modul01(void) { printf("modul01\n"); #include <stdio.h> void modul02(void) { printf("modul02\n"); Programmieren mit C Folie 15

16 Präprozessor nutzen Der Präprozessor ist Bestandteil des Compilers. Bevor das Programm kompiliert wird, werden mit Hilfe des Präprozessors bestimmte Bereiche eines C-Programms übersetzt Ein Präprozessor kann... Header- und Quelldateien in den Quelltext kopieren,... symbolische Konstanten einbinden,... eine bedingte Kompilierung durchführen,.. String-Literale zusammenfassen,... Zeilenumbrüche, die mit einem Backslash beginnen, entfernen,... Kommentare durch Leerzeichen ersetzen und... viele Dinge mehr. Programmieren mit C Folie 16

17 Präprozessor-Anweisungen... stehen meist am Anfang einer Quelldatei oder Header-Datei.... beginnen immer mit einem Hash (#).... enden nicht mit einem Semikolon.... stehen nicht mit anderen Anweisungen in einer Zeile. Pro Zeile ist nur eine Präprozessor-Anweisung zulässig. #include <stdio.h> #define DKR int main(void) { double zahl; zahl = 2.0 * DKR; printf("2 Euro = %f DKR", zahl); return 0; Programmieren mit C Folie 17

18 Module mit #include einbinden #include ist durch das Hash-Zeichen als Präprozessor-Anweisung gekennzeichnet. Die #include-anweisungen wird durch den Code im angegebenen Modul ersetzt. Alle deklarierten Elemente aus der einzubindenden Datei sind in der Quelldatei bekannt. Programmieren mit C Folie 18

19 Eigene Module und Standard-Module einbinden #include <[Header]>... bindet Header-Dateien der Standard-Bibliothek ein. Es werden nur Header-Dateien aus dem Verzeichnis include des Compilers oder der Entwicklungsumgebung eingebunden.... bindet Header-Dateien ein, die vom Compiler oder der Entwicklungsumgebung geliefert werden. #include "[Header]"... bindet vom Programmierer erstellte Header-Dateien ein. Häufig liegt die angegebene Header-Datei im aktuellen Arbeitsverzeichnis. Andernfalls muss der Pfad angegeben werden. Programmieren mit C Folie 19

20 Beispiel #include <stdio.h> #include "kreisberechnen.h" int main(){ float radius; float umfang; float flaeche; printf("bitte geben Sie einen Radius ein: "); scanf("%f", &radius); flaeche = KreisFlaeche(radius); umfang = KreisUmfang(radius); printf("\n\nradius: %f \n Umfang: %f \n Flaeche: %f \n", radius, umfang, flaeche); return 0; Programmieren mit C Folie 20

21 Standard-Header-Dateien Header-Datei assert.h ctype.h errno.h float.h limits.h locale.h Programmieren mit C Folie 21

22 Module einmalig einbinden #define SYMBOL definiert eine symbolische Konstante. #ifnddef... ist vergleichbar mit if not.... bedeutet "Wenn die symbolische Konstante nicht definiert ist". Falls die symbolische Konstante nicht definiert ist, wird einmalig eine externe Variable und ein Funktionsprototypen für das gesamte Programm definiert. #include <stdio.h> #ifndef MODUL_H #define MODUL_H extern int kreisumfang; int UmfangBerechne(int); #endif Programmieren mit C Folie 22

23 Symbolische Konstanten #define Bezeichner Zeichenfolge Die symbolische Konstante wird im Quellcode durch den Präprozessor mit der angegebenen Zeichenfolge ersetzt. Die assoziierte Zeichenfolge kann auch mit früher definierten symbolischen Konstanten gebildet werden. Wenn eine Zeile mit einem Backslash abgeschlossen wird, kann der Ersatztext in der nächsten Zeile fortgesetzt werden. Für symbolische Konstanten werden häufig Großbuchstaben genutzt. Alle #define-anweisungen werden am Anfang eines Programms oder in einer separaten Header-Datei aufgeführt. Programmieren mit C Folie 23

24 Beispiel: Symbolische Konstanten nutzen #include <stdio.h> #define ROT -1 #define GREEN 1 #define FEHLER "Standard-Fehler" Symbolischen Konstanten wird ein Wert zugewiesen. Im Programm wird zum Beispiel GREEN durch 1 ersetzt. #define GELB ROT + GREEN Der Wert wird mit Hilfe von symbolischen Konstanten berechnet. #define FEHLERAUSGABE "Bei der \ Ausgabe ist ein Fehler aufgetreten" Der lange Text wird mit Hilfe des Backslash umgebrochen. void func(void) { int ampel; printf(fehler); ampel = ROT; Programmieren mit C Folie 24

25 Beispiel: Symbolische Konstanten nutzen #include <stdio.h> #define ROT -1 #define GREEN 1 #define GELB ROT + GREEN #define FEHLER "Standard-Fehler" #define FEHLERAUSGABE "Bei der \ Ausgabe ist ein Fehler aufgetreten" void func(void) { int ampel; printf(fehler); ampel = ROT; Programmieren mit C Folie 25

26 Beispiel: Bedingungen nutzen #include <stdio.h> #define ENGLISCH #if defined(deutsch) #define whichlanguage() printf("willkommen...") #elif defined(englisch) #define whichlanguage() printf("welcome...") #else #define whichlanguage() printf("unbekannten Sprache...") #endif int main() { /*Universale Routine zur Ausgabe einer Sprache*/ whichlanguage(); return 0; Programmieren mit C Folie 26

27 Beispiel: Bedingungen nutzen #include <stdio.h> #define ENGLISCH In Abhängigkeit der #if defined(deutsch) gesetzten symbolischen #define whichlanguage() printf("willkommen...") Konstante wird ein #elif defined(englisch) Willkommenstext #define whichlanguage() printf("welcome...") ausgegeben. #else #define whichlanguage() printf("unbekannten Hier wird keine Zeichenfolge Sprache...") zur Ersetzung der symbolischen Konstanten #endif angegeben. int main() { /*Universale Routine zur Ausgabe einer Sprache*/ whichlanguage(); return 0; Programmieren mit C Folie 27

28 Beispiel: Bedingungen nutzen #include <stdio.h> #define ENGLISCH #if defined(deutsch) #define whichlanguage() printf("willkommen...") #elif defined(englisch) #define whichlanguage() printf("welcome...") #else #define whichlanguage() printf("unbekannten Sprache...") #endif int main() { Mit Hilfe von defined wird abgefragt, ob eine symbolische Konstante gesetzt ist oder nicht. Falls die Konstante /*Universale Routine zur Ausgabe einer Sprache*/ whichlanguage(); return 0; gesetzt ist, wird ein Makro für die Ausgabe definiert. Programmieren mit C Folie 28

29 Beispiel: Bedingungen nutzen #include <stdio.h> #define ENGLISCH #if defined(deutsch) #define whichlanguage() printf("willkommen...") #elif defined(englisch) #define whichlanguage() printf("welcome...") #else #define whichlanguage() printf("unbekannten Sprache...") Ein Makro wird aufgerufen. #endif int main() { /*Universale Routine zur Ausgabe einer Sprache*/ whichlanguage(); return 0; Programmieren mit C Folie 29

30 Funktionen-Makros #define Makroname(Variable) (Anweisungen). Dem Makronamen werden beliebig viele Argumente übergeben. Diese Argumente werden durch die wirklichen Argumente im Programm ersetzt. Mit Hilfe der Argumente wird ähnlich wie in Funktionen ein Wert berechnet. Die Argumente können beliebig oft auf der rechten Seite verwendet werden. Auf der rechten Seite stehen die Argumente immer in Klammern. Bei Berechnungen innerhalb von Makros gilt die Punkt-vor-Strich- Regelung. Programmieren mit C Folie 30

31 Beispiel #include <stdio.h> #define MAX(a, b) (a) <= (b)? (b) : (a) #define KLEINER_10(zahl) ((zahl < 10)) void func(int zahl, int wert) { int ergebnis; ergebnis = MAX(zahl, wert) void func(int zahl) { if (KLEINER_10(zahl)) { printf("kleiner"); Programmieren mit C Folie 31

32 Makros oder Funktionen? Makros: Die Definition eines Makros muss für den Compiler sichtbar sein. Mit jedem Aufruf wird der entsprechende Ersatztext eingefügt und neu übersetzt. Die ausführbare Datei wird dadurch länger. Die Programmausführung wird schneller, da keine Verzweigung wie in Funktionen vorhanden sind. Bei Makros sind Seiteneffekte möglich. Der Aufruf QUADRAT(++zahl) wird durch ((++zahl) * (++zahl) ) ersetzt. zahl wird zweimal inkrementiert und damit entspricht das Produkt nicht dem Quadrat der inkrementierten Zahl. Funktionen... können eigenständig übersetzt werden. Der Linker bindet die Funktionen in das Programm ein. Mit jedem Aufruf wird zu der Funktion verzweigt, wodurch sich die Programmausführung verlangsamt. Die ausführbare Datei ist jedoch kürzer, da der Code der Funktion nur einmal vorhanden ist. Seiteneffekte sind nicht möglich. Programmieren mit C Folie 32

33 Makros aufheben #undef [Makroname] Ein Makroname ist nur so lange gültig, bis dieser mit der #undef- Anweisung aufgehoben wird. Makros sind nur innerhalb bestimmter Bereiche gültig. #define MAX 100 #ifdef MAX #undef MAX #endif #define MAX 50 Programmieren mit C Folie 33

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