C-Programming Hands-on

Transkript

1 C-Programming Hands-on Teil 1 Sebastian Meisner, sebastian.meisner@upb.de Fachgebiet Technische Informatik 1

2 Schnelleinführung in C Einführung Zeiger Häufige Stolpersteine Aufgaben Inhalt dieser Hands-on Session 2

3 Hello World (klassisch) #include <stdio.h> int main(void) printf("hello World!\n"); return 0; Präprozessoranweisung Inkludiert Standardbibliothek (spitze Klammern) main()-funktion Damit fängt jedes Programm an Aufruf einer Standard- Bibliotheksfunktion Rückgabewert an Betriebssystem 0 ^= alles OK!0 ^= Fehler 3

4 Hello World (Evalbot Version) #include "inc/hw_types.h" #include "drivers/display96x16x1.h" void main(void) // Initialize the board display Display96x16x1Init(1); Präprozessoranweisungen Inkludieren Prozessor und HW-Spezifische Bibliotheken main()-funktion // Display some text Display96x16x1StringDraw("Hello", 0, 0); Display96x16x1StringDraw("World!", 0, 1); Aufruf der speziellen Hardwarefunktionen Kein Rückgabewert an das Betriebssystem, da kein Betriebssystem vorhanden! 4

5 Kompiliervorgang.h.h.h.o.o.a / Lib Linker- Skript.c Präprozessor Compiler.o Linker.o.o.o exe Compilieren Linken Jede.c-Datei stellt ein Modul dar und wird einzeln kompiliert Das Resultat ist eine Objektdatei *.o Verweise auf externe Funktionen und Variablen sind mit Platzhaltern gefüllt Erst der Linker erzeugt aus Objektdateien und Bibliotheken das ausführbare Programm Linker-Skript steuert das Verbinden der Objektdateien und legt fest an welche Adressen welche Teile des Programms gelegt werden 5

6 Präprozessor Präprozessor verarbeitet Quelltext bevor der Compiler ihn zu Gesicht bekommt Im Wesentlichen ein Textersetzer Kopiert Header in die C-Datei Ersetzt #define durch den Define-Text Fügt Quelltext über bedingte Kompilierung (#if, #ifdef, etc) ein oder lässt ihn Weg 6

7 Präprozessor Anweisungen #include : Fügt Header Dateien in eine.c Datei ein #define : Zur Definition von Konstanten, nicht Typsicher! #if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif, #endif: Bedingte Kompilierung von eingeschlossenem Quelltext Vordefinierte Konstanten: FILE : wird durch aktuellen Modulnamen ersetzt LINE : wird durch Zeilennummer, in der dieses Makro steht, ersetzt DATE : wird durch Datumsstring ersetzt Je nach Präprozessor/Compiler weitere Konstanten verfügbar 7

8 Syntax Klassisch: /* Kommentar */ Seit C99: // Kommentar bis zum Ende der Zeile Anwendung Zur Erläuterung und Dokumentation des Quelltextes Gute Kommentare sind schwer zu schreiben und harte Arbeit! Kommentare Die StellarisWare Bibliotheken benutzen Kommentare vorbildlich! Keinen Quellcode damit auskommentieren! Das wird über die Präprozessoranweisungen #if 0 und #endif gemacht. 8

9 Typen Basistypen sind allesamt Zahlen Standardmäßig vorzeichenbehaftet; Sicherheitshalber immer angeben! Achtung: Cortex M3 hat keine Fließkommaeinheit! Float und double besser nicht benutzen! Es gibt keinen Booleantyp! Allgemein gilt: 0 ^= falsch Ungleich 0 ^= wahr (also auch -1!) Verbundtypen über struct Aufzählungstypen über enum signed char sc; unsigned char uc; signed short ss; unsigned short us; signed int si; unsigned int si; signed long sl; unsigned long ul; signed long long sll; unsigned long long ull; float f; double d; struct MyStruct unsigned int myint; char myname[20]; int * mypointer; ; struct MyStruct ms; ms.myint = 10; enum weekdays Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday ; enum weekdays today; today = Friday 9

10 Operator Erklärung Operator Erklärung Operatoren +,-,*,/ +=, -=, *=, /= Grundrechenarten <, >, <=, >=,!=, == Vergleiche:kleiner, größer, kleiner gleich, größer gleich, ungleich, gleich % %= Modulo ( Restoperator ) * Dereferenzierungsoperator für Zeiger, gibt Inhalt der Adresse zurück <<, >> <<=, >>= Bitschieben nach links und rechts & (unär, vor Variablennamen) Adressoperator, liefert Adresse einer Variablen ++, -- Inkrement und Dekrement &,, ^, ~ &=, =, ^= Bitweises Und, Oder, XOR, 1er-Komplement &&,,! Logisches Und, Oder, Nicht 10

11 Kontrollflussanweisungen 1/2 if( <Bedingung> ) <Anweisungsblock1> else if ( <andere Bedingung> ) <Anweisungsblock2> else <Anweisungsblock3> switch( <Auswahlvariable> ) case <Fall1>: <Anweisungsblock1> break; case <Fall2>: <Anweisungsblock2> break;... case default: <DefaultAnweisungsblock> break; Bedingte Anweisungen Fallunterscheidung break ist wichtig hier! Sonst rutscht der Kontrollfluss zum nächsten case durch! 11

12 Kontrollflussanweisungen 2/2 while(<bedingung>) <Anweisungsblock> // Beispiel int i = 0 while(i<10) printf("%d\n", i); i++; for (<Init>; <Abbruchbed.>; <Inkrement>) <Anweisungsblock> // Beispiel int i; for (i = 0; i < 10 ; i++) printf("%d\n", i); Einfache Schleife Zählschleife 12

13 <Rückgabetyp> <Funktionsname>(<Parameter1>, <Parameter2>,...) <Anweisungsblock> [return <Rückgabewert>] //Beispiel int is_odd(int number) return number % 2; Funktionsdeklarationen Funktionsparameter werden immer per call-by-value übergeben Soll die Funktion die ihr übergebenen Daten ändern, so muss ein Zeiger auf diese Daten übergeben werden. 13

14 Zeiger Adresse Daten unsigned int ui; unsigned int * pui; Nach (1): 0x10: ui 0x14: pui 1 NULL // (1) Variablen initialisieren ui = 1; pui = NULL; Nach (2): Adresse 0x10: ui 0x14: pui Daten 1 0x10 // (2) Adresse von ui an pui zuweisen. pui = &ui; // (3) Dereferenzierung: Zuweisung geschieht // an die in pui gespeicherte Adresse. *pui = 5; // ui ist jetzt 5 Adresse Daten Nach (3): 0x10: ui 5 0x14: pui 0x10 Zeiger speichern keine Daten sondern Adressen Dadurch ist call-by-reference möglich 14

15 Byte Offset 0x00 0x01 0x02 Byte Offset 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 Daten (1) uc[0] uc[1] uc[2] (2) Daten (1) us[0] us[1] us[2] (2) puc pui Byte Offset 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B Daten (1) ui[0] ui[1] (2) ui[2] pui Zeigerarithmetik unsigned char uc[3]; unsigned short us[3]; unsigned int ui[3]; unsigned char * puc; unsigned short * pus; unsigned int * pui; // (1) Startwerte setzen puc = &uc[0]; pus = &us[0]; pui = &ui[0]; // (2) Zeiger inkrementieren puc++; pus++; pui++; Mit Zeigern lässt sich begrenzt rechnen: Addition, Subtraktion mit Konstanten erlaubt; Vergleiche sind ebenfalls erlaubt Addition +1 erhöht Zeiger um Größe des Datentyps, nicht um 1 Byte! 15

16 Byte Offset 0x00 0x04 0x08 0x0B 0x10 0x14 0x18 0x1B 0x20 0x24 Daten puinumbers[0] puinumbers[9] puinumbers Felder // Reserves space for 10 // integers. #define SIZE 10 unsigned int puinumbers[size]; // Loops through array // filling it with some // arbitrary numbers. int i; for (i=0; i<size; i++) puinumbers[i] = (i*2)%8; Felder sind Zeiger plus syntaktischer Zucker Feldindizes starten immer bei 0 und laufen bis (größe-1) array[i] ist das gleiche wie *(array+i) Der Compiler übersetzt es so wörtlich, dass auch i[array] funktioniert: *(i+array) Achtet auf die Feldgrenzen! 16

17 Vorlage für eigenes Modul Öffentliche Schnittstellen gehören in die Header Datei Private Daten und Typen gehören in die Modul Datei Modulstruktur in C //********************** // <Author> // <Date> // <Description> //********************** #ifndef MODULE_NAME_H #define MODULE_NAME_H #define PUBLIC_CONSTANTS 0 struct public_type extern void foo(int *pvparam); extern void bar(void); #endif //********************** // <Author> // <Date> // <Description> //********************** #include "foo.h" #define PRIVATE_CONSTANTS 0 struct private_type static unsigned long global_privat_var; void foo(int *pvparam)... void bar(void)... Header Datei module_name.h Modul Datei module_name.c 17

18 Häufige Fehler Ungeprüfte Funktionsargumente: Null Pointer Außerhallb des gültigen Wertebereichs Switch-Case: fehlendes break int foo(int * bar) // If bar is NULL, // next line will crash! *bar +=2; return bar; switch(state) case state1: foo(); break; case state2: // If this case is reached, // state3 will be executed too! bar(); case state3: foobar(); break; Bedingte Anweisung immer mit geschweiften Klammern! = statt == in Bedingung // Condition will evaluate // always to false! if (foo = 0) foo(); //This function will be //always called, because //parantheses are missing! bar(); 18

19 Der Klassiker: Kernighan & Ritchie, Programmieren in C [Deutsch] Kernighan & Ritchie, The C Programming Language [Englisch] RRZN Handbuch 3,80 Euro für das C-Buch Zahlreiches Online-Material Der ISO Standard: Galilelo OpenBook: Gute FAQ: Literatur 19

20 Aufgaben Viel Spass bei den Aufgaben! 20