RO-Tutorien 15 und 16

Transkript

1 Tutorien zur Vorlesung Rechnerorganisation Tutorienwoche 2 am Christian A. Mandery: KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Grossforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Heute C-Buildumgebung Datentypen in C Kontrollstrukturen in C Operatoren in C C-Zeiger Übungsaufgaben 2 Christian A. Mandery:

3 Einleitung Es wird in Rechnerorganisation wahrscheinlich keine C-Programmieraufgaben geben (Grundsätzliche) C-Kenntnisse sind aber dennoch nötig Um Code ausprobieren zu können, empfiehlt es sich, eine C-Buildumgebung auf seinem Rechner einzurichten 3 Christian A. Mandery:

4 Notwendige Komponenten Benötigt werden: Compiler (z.b. gcc) Linker (z.b. gcc) C-Standardbibliothek inkl. Header (z.b. glibc) Am besten ein Gesamtpaket installieren: GNU Toolchain unter Linux Cygwin bzw. mingw mit Dev-C++ unter Windows Komplettpaket mit IDE von Microsoft (Visual Studio) 4 Christian A. Mandery:

5 Notwendige Komponenten Benötigt werden: Compiler (z.b. gcc) Linker (z.b. gcc) C-Standardbibliothek inkl. Header (z.b. glibc) Am besten ein Gesamtpaket installieren: GNU Toolchain unter Linux Cygwin bzw. mingw mit Dev-C++ unter Windows Komplettpaket mit IDE von Microsoft (Visual Studio) 4 Christian A. Mandery:

6 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

7 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

8 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

9 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

10 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

11 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

12 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof (short int) sizeof (int) sizeof (long int) 5 Christian A. Mandery:

13 C-Datentypen für Gleitkommazahlen float ( single precision, 4 Byte) double ( double precision, 8 Byte) Der Aufbau von Gleitkommazahlen ist standardisiert (IEEE 754) und wird später noch behandelt 6 Christian A. Mandery:

14 C-Datentypen für Gleitkommazahlen float ( single precision, 4 Byte) double ( double precision, 8 Byte) Der Aufbau von Gleitkommazahlen ist standardisiert (IEEE 754) und wird später noch behandelt 6 Christian A. Mandery:

15 C-Datentypen für Gleitkommazahlen float ( single precision, 4 Byte) double ( double precision, 8 Byte) Der Aufbau von Gleitkommazahlen ist standardisiert (IEEE 754) und wird später noch behandelt 6 Christian A. Mandery:

16 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) 7 Christian A. Mandery:

17 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) 7 Christian A. Mandery:

18 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) 7 Christian A. Mandery:

19 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) 7 Christian A. Mandery:

20 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) 7 Christian A. Mandery:

21 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

22 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

23 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

24 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

25 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

26 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>) {...} [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>) {...} while (<Bedingung>) {...} do {...} while (<Bedingung>); 8 Christian A. Mandery:

27 Weitere Schlüsselwörter zur Kontrollflusssteuerung break: Innerste Schleife sofort verlassen continue: Nächsten Schleifendurchlauf sofort starten return: Funktion (ggf. mit Rückgabewert) sofort verlassen goto: Spärlich verwenden! 9 Christian A. Mandery:

28 Weitere Schlüsselwörter zur Kontrollflusssteuerung break: Innerste Schleife sofort verlassen continue: Nächsten Schleifendurchlauf sofort starten return: Funktion (ggf. mit Rückgabewert) sofort verlassen goto: Spärlich verwenden! 9 Christian A. Mandery:

29 Weitere Schlüsselwörter zur Kontrollflusssteuerung break: Innerste Schleife sofort verlassen continue: Nächsten Schleifendurchlauf sofort starten return: Funktion (ggf. mit Rückgabewert) sofort verlassen goto: Spärlich verwenden! 9 Christian A. Mandery:

30 Weitere Schlüsselwörter zur Kontrollflusssteuerung break: Innerste Schleife sofort verlassen continue: Nächsten Schleifendurchlauf sofort starten return: Funktion (ggf. mit Rückgabewert) sofort verlassen goto: Spärlich verwenden! 9 Christian A. Mandery:

31 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ˆ, <<, >>, Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c 10 Christian A. Mandery:

32 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ˆ, <<, >>, Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c 10 Christian A. Mandery:

33 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ˆ, <<, >>, Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c 10 Christian A. Mandery:

34 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ˆ, <<, >>, Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c 10 Christian A. Mandery:

35 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ˆ, <<, >>, Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c 10 Christian A. Mandery:

36 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar 11 Christian A. Mandery:

37 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar 11 Christian A. Mandery:

38 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar 11 Christian A. Mandery:

39 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar 11 Christian A. Mandery:

40 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar 11 Christian A. Mandery:

41 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator ( a->b ): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? 12 Christian A. Mandery:

42 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator ( a->b ): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? 12 Christian A. Mandery:

43 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator ( a->b ): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? 12 Christian A. Mandery:

44 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator ( a->b ): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? 12 Christian A. Mandery:

45 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator ( a->b ): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? 12 Christian A. Mandery:

46 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86-protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? 13 Christian A. Mandery:

47 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86-protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? 13 Christian A. Mandery:

48 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86-protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? 13 Christian A. Mandery:

49 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86-protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? 13 Christian A. Mandery:

50 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86-protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? 13 Christian A. Mandery:

51 Übungsaufgabe 1 1. Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2. Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3. Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? 14 Christian A. Mandery:

52 Übungsaufgabe 1 1. Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2. Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3. Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? 14 Christian A. Mandery:

53 Übungsaufgabe 1 1. Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2. Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3. Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? 14 Christian A. Mandery:

54 Übungsaufgabe 2 Welche Kontrollstrukturen sind in der Programmiersprache C verfügbar und wie werden diese verwendet? 15 Christian A. Mandery:

55 Übungsaufgabe 3 1. Wie wird ein Zeiger auf einen Datentyp in C deklariert? 2. Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was am Ende ausgegeben wird (erklären Sie dabei, welche Bedeutung die Zeichen & und * haben): int a = 12; int* p; p = &a; printf("p = %d, a = %d", p, *p); 16 Christian A. Mandery:

56 Übungsaufgabe 3 1. Wie wird ein Zeiger auf einen Datentyp in C deklariert? 2. Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was am Ende ausgegeben wird (erklären Sie dabei, welche Bedeutung die Zeichen & und * haben): int a = 12; int* p; p = &a; printf("p = %d, a = %d", p, *p); 16 Christian A. Mandery:

57 Übungsaufgabe 4 Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was nach dessen Ausführung in b steht: const int X = 2; const int Y = 4; int b[x][y] = { {0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7} }; for (int i = 0; i < X; ++i) { int* p = b[i]; for (int j = 0; j < Y; ++j) { *p = *p + 2; ++p; } } 17 Christian A. Mandery:

58 Fertig! Quelle: 18 Christian A. Mandery: