Umgebung, Ein- und Ausgabe

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1 Umgebung, Ein- und Ausgabe Ein C -Programm startet immer bei der Hauptfunktion main(). Funktionen müssen aufgerufen werden. Und wer ruft main() auf? Ein C -Programm braucht eine Aufrufumgebung. Diese Umgebung wird beim Linken zu jedem C -Programm hinzu gebunden. Sie hat neben den gleich zu besprechenden Dienstleistungen noch einen weiteren großen Vorteil: sie verdeckt die Unterschiede der Betriebssysteme und erlaubt eine einfache Portierung von C -Programmen. Aufgaben der Programmumgebung Die Umgebung stellt Dienstleistungen bereit, die innerhalb eines C -Programmes erwartet werden. Dazu gehören: Aufbereitung der Aufrufparameter in einer standardisierten Form Öffnen der drei Standard-Verbindungen (Eingabe, Ausgabe, Fehlermeldungen) Aufruf der Funktion main() Leeren von Dateipuffern am Ende Schließen aller offenen Verbindungen am Ende Ausführung einer Liste von Unterprogrammen bei Programmende Bereithalten einer Liste von Umgebungsvariablen Verwalten und Entfernen von temporären Dateien Übergabe der Rückgabe von main() an das Betriebssystem Für die Beispiele benötigen wir zuerst die Standard-Eingabe- und Ausgabeverbindungen. In vielen Fällen werden wir von der Tastatur einlesen und auf den Bildschirm ausgeben wollen. Die Aufrufumgebung eines C -Programmes stellt dazu immer drei Verbindungen bereit. Abbildung 1Standardverbindungen Die drei Verbindungen haben die Namen: stdin für Standardeingabe, stdout für Standardausgabe und stderr für die Ausgabe von Fehlermeldungen. Umgebung

2 Die Namen stehen für die Verbindungen, nicht für Dateien oder Geräte. Im Normalfall steht stdin für die Verbindung zur Tastatur. Die beiden Ausgabeverbindungen laufen zum Bildschirm. Betriebssysteme wie DOS oder UNIX erlauben die Umlenkung dieser Verbindungen. Mit Hilfe der sogenannte E/A-Umlenkung kann man beim Aufruf eines Programmes auswählen, mit wem die Eingabe- oder Ausgabeverbindung kommunizieren soll. Unter DOS kann stderr (gelegentlich auch Fehlerkanal genannt) nicht umgelenkt werden, unter UNIX geht auch das. Die Trennung in Standardausgabe und Fehlerausgabe wurde eingerichtet, um auch bei um gelenkter Ausgabe Fehlermeldungen noch auf dem Bildschirm zu sehen. Wichtige E/A-Funktionen Für die Funktionen zur Ein- und Ausgabe gibt es ein eigenes Kapitel, in dem die Funktionen vollständig dargestellt werden. Im Vorgriff darauf sehen wir aber zuerst einmal vier grundlegende Funktionen an, die wir für unsere Beispiele benötigen. /* Deklarationen aus dem Handbuch */ int getchar (); int putchar(int zeichen); /* Mögliche Variablentypen */ char xx; int yy; /* Aufruf von getchar() */ yy = getchar(); xx = getchar(); /* Ausgaben mit Ersatzdarstellungen */ putchar ( A ); /* Ausgabe eines A */ putchar ( \x41 ); /* Codeangabe für A */ putchar ( \007 ); /* Steuerzeichen, oktal */ putchar ( \n ); /* Ersatzdarstellung */ putchar (yy); /* Ausgabe einer Variablen */ Abbildung 2 Ein- und Ausgabe von zeichen Ohne diese Funktionen wären die Beispiele nicht interaktiv. Zeichenweise Ein- und Ausgabe getchar() / putchar() Zur Eingabe eines einzelnen Zeichens von der Standardeingabe verwenden wir getchar(), zur Ausgabe eines Zeichens putchar(). getchar() liefert ein Zeichen von der Tastatur. Da die Eingabe gepuffert ist, erhalten wir das Zeichen erst, nachdem wir die Eingabetaste (Return/Enter/Wagenrücklauf) betätigt haben. Mehrere getchar() -Aufrufe in einem Programm würden dann Zeichen für Zeichen liefern. Die Rückgabe von getchar() wird als int geliefert. In C dürfen Sie Zeichen in char und int-variablen ablegen. Umgebung

3 Ein Zeichen kann man mit putchar() ausgeben. Es kann ein normaler Buchstabe oder ein anderes druckbares Zeichen in einfachen Hochkommas sein. Möchten Sie ein Steuerzeichen ausgeben, dann kann man es ja nicht so einfach darstellen wie einen Buchstaben. Hier brauchen wir eine Ersatzdarstellung. Entweder kann man statt des Zeichens seine Codezahl angeben. Das große A hat z. B. als ASCII-Code \0x41, das ist hexadezimal 41. Der umgekehrte Schrägstrich teilt dem Compiler mit, daß jetzt eine besondere Darstellung folgt. Ein x gibt die hexadezimale Schreibweise an. Der Code kann auch oktal angegeben werden. Im Bild wurde der Code \007 verwendet. Das ist das Klingelzeichen. Und schließlich kann man putchar() auch mit einer Variablen aufrufen, die ein Zeichen enthält. Für häufig benutzte Steuerzeichen wurden spezielle Ersatzdarstellungen eingeführt. Ein \n ist ein Zeilenvorschub oder ein \t der Tabulator. Alle Ersatzdarstellungen finden Sie im Kapitel Entscheidungen und Wertkonstante. Bitte beachten Sie, daß auch die Ausgabe gepuffert ist. Ausgaben werden immer nach einer Zeilenschaltung ausgeführt. Ausgabe von Texten mit puts() oder fputs() Für Texte verwenden wir oft puts() (put string). Die Funktion puts gibt den angegeben String auf die Standard-Ausgabe-Verbindung und zusätzlich einen Wagenrücklauf aus. Möchten Sie einen Text ohne einen Zeilenabschluß ausgeben, benötigen wir die allgemeine Textausgabefunktion fputs(). Hier geben wir als zweiten Parameter den Namen der Verbindung an. Im Rahmen der Dateibearbeitung werden wir beliebige Verbindungen herstellen. Für den Moment begnügen wir uns mit stdout oder stderr. puts ("Hallo Welt"); puts ("Guten Morgen"); fputs ("\x1b[2j",stdout); fputs ("Guten Morgen\n",stdout); fputs ("Nichts eingegeben.!", stderr); Abbildung 3 Ausgabe von einfachen Texten Eine Textkonstante setzen wir in doppelte Anführungszeichen. Innerhalb von Texten dürfen wir Ersatzdarstellungen von Zeichen verwenden. Oft wird \n verwendet, das für ein Zeilenende steht. Bei der Ausgabe auf dem Bildschirm wird damit der Cursor an den Anfang der nächsten Zeile gesetzt. In der dritten Zeile im Bild 3-3 sehen Sie eine sogenannte Steuersequenz für ANSI-Bildschirme. Diese Sequenz löscht den Bildschirm. ANSI-Steuersequenzen, das Amerikanische Nationale Standardisierungs Institut, hat zur Steuerung von Bildschirmen eine Reihe von Codierungen festgelegt. Die Basis bildet dabei das DEC VT100/VT220 Terminal. Unter DOS wird ein ANSI-Treiber mitgeliefert, der in der config.sys eingetragen werden muß. device = c:\dos\ansi.sysansi.sys Bitte Pfad an Ihre Maschine anpassen! Bei UNIX sollten Sie vor einem VT100 oder einem VT100- kompatiblen Terminal sitzen oder Ihre Konsole sollte die Bytefolgen (Sequenzen) verstehen. (UNIX-Kenner mögen mir die hardwareabhängige Programmierung verzeihen.) Umgebung

4 Die Steuersequenz \x1b[2j bedeutet: sende einen ESC- (Escape) Code gefolgt von einer eckigen Klammer, einer 2" und abschließend einem großen J". Eine Sequenz wird mit dem nicht druckbaren Zeichen ESC eingeleitet. Innerhalb von String-Konstanten, die in Anführungszeichen stehen, kann man ein nicht druckbares Zeichen durch eine Ersatzdarstellung angeben. Das \x1b bedeutet: nimm das ASCII-Zeichen, dessen hexadezimaler Code 1b ist, also ESC. Diese Sequenz löscht den Bildschirm. Möchten Sie weitere ANSI-Sequenzen kennenlernen, dann hilft Ihnen Ihre DOS-Beschreibung unter device oder ansi.sys. Bei UNIX helfen die Angaben zu console oder curses weiter. Formatierte Ausgabe mit printf() Der Name printf heißt ausgeschrieben print formatted (formatiert ausgeben). Diese Funktion erlaubt neben der eigentlichen Ausgabe noch die Auswahl der Darstellung. So kann eine Zahl in dezimaler, oktaler oder hexadezimaler Schreibweise angegeben werden. printf ("Guten Morgen\n"); printf ("Das Ergebnis ist: %d", 99); printf ("Das Ergebnis in oktal ist: %o",99); printf ("Das Ergebnis ist in hex: %x", 99); printf ("Mein %d. Text ist: %s", 4, "Hallo"); Abbildung 4 Einfache Ausgaben mit "printf()" Die Funktion printf() interpretiert den ersten Parameter, der immer ein Text sein muß. Er wird Steuer-String genannt. Enthält der Text nur Buchstaben und Ziffern, wird er ausgegeben. Entdeckt die Funktion printf() während des Ablaufes im Text ein spezielles Fluchtsymbol %, das % -Zeichen, dann interpretiert printf() dies als Beginn eines Formatelements. Ein Formatelement beginnt immer mit dem % -Zeichen und endet mit einem Darstellungssymbol. In unserem bisherigen Beispiel waren die Darstellungssymbole d für dezimal, o für oktal, h für hexadezimal und s für String. Zwischen dem % -Zeichen und dem Darstellungssymbol können Angaben zur Darstellungsgöße, Füllzeichen und Nachkommastellen stehen. Umgebung

5 Formatelemente bei printf() Abbildung 5 Aufbau des Formatelementes bei printf() Das Formatelement bestimmt die Ausgabeart. Mit F wird die Ausrichtung beschrieben: ohne Angabe rechtsbündig, ein Minuszeichen bewirkt linksbündige Ausgabe. Z1" definiert die Gesamtgröße des gewünschten Ausgabefensters. So kann eine zweistellige Zahl in einem Fenster von 10 Stellen ausgegeben werden. Reicht die Größe nicht aus, oder wurde gar keine definiert, dann erweitert print()" das Ausgabefenster. Beginnt die dezimale Angabe mit einer 0" dann wird die 0" als Füllzeichen verwendet. Der Standardfall benutzt ein Leerzeichen. Der Punkt dient als Trenner, falls Z1 und Z2 vorhanden sind. Z2" gibt die Nachkommastellen bei Zahlen oder die maximale Länge bei Texten an. Ein L ist notwendig, um eine long int -Variable auszugeben. (Die Datentypen werden in den nächsten Kapiteln besprochen.) Und schließlich gibt das Umwandlungszeichen die gewünschte Darstellung und den erwarteten Datentyp an. Umwandlungs-Zeichen Das Umwandlungs-Zeichen muß zum übergebenen Parameter passen. Die gebräuchlichsten Darstellungen sind i oder d für ganze Zahlen, s für Texte und f für Fließkommazahlen. Umgebung

6 d,i u o x,x f e c s p Dezimalzahl mit Vorzeichen (decimal, integer) Dezimalzahl ohne Vorzeichen (unsigned) oktal hexadezimal Fließkomma Exponentialdarstellung Zeichen (character) Text (string) Adresse (pointer) Abbildung 6 Darstellungen bei printf() Im Beispiel wurden die Formatelemente durch senkrechte Striche eingerahmt, um die Fenstergröße sehen zu können. 1 /* Beispiele für printf() */ 2 /* print1.c */ 3 #include <<stdio.h>> 4 int main() 5 { 6 printf ("\ninteger:\t %10d ",489); 7 printf ("\nlinks:\t\t %-10d ",489); 8 printf ("\nflieákomma:\t %10.3f ", ); 9 printf ("\nnullen:\t\t %010d ",489); 10 return 0; 11 } Abbildung 7 Beispiele für die Ausgabe mit printf() Es gibt noch weitere Umwandlungs-Zeichen. Bitte benutzen Sie daher auch die Compiler-Handbücher. Mit einem printf() -Aufruf kann man mehrere Argumente ausgeben. Die Anzahl der Parameter kann bei bestimmten C -Funktionen von Aufruf zu Aufruf unterschiedlich sein. Für jedes Formatelement muß aber ein weiterer Parameter angegeben werden. printf() gibt den Steuertext ohne Veränderung aus. Die Formatelemente werden jedoch entfernt und durch die formatierten Parameter ersetzt. Gibt es mehrere Formatelemente, dann müssen entsprechende Parameter angegeben werden. Wir werden diese Funktion immer dann benutzen, wenn wir Zahlen ausgeben wollen. printf ( \nausgabe von zwei Zahlen: %d und %d\n, 88,99); ergibt: Ausgabe von zwei zahlen: 88 und 99 Abbildung 8 Interpretation des Steuerstrings bei printf() Umgebung

7 Für die richtige Zuordnung des Formatelements zum Parameter ist allein der Programmierer verantwortlich. Der Compiler kann keine Fehler entdecken, da der Steuerstring erst beim Ablauf interpretiert wird. Formatierte Eingabe mit scanf() Das Gegenstück zu printf() ist scanf(). Die formatierte Eingabefunktion arbeitet ähnlich wie printf() mit einem Steuerstring und weiteren Parametern. Zur vollständigen Benutzung brauchen wir aber einige Kenntnisse von C wie Adressen und Zeiger. Beachten Sie den Unterschied beim Einlesen von Texten. Liest man einzelne Variablen ein, stellt man bei der Übergabe der Parameter vor den Namen der Variablen ein &, außer wenn es sich um ein Feld handelt. Es soll immer nur ein Formatelement im Steuerstring vorkommen und keinesfalls zusätzlicher Text. int ivar; float fvar; char text[100]; scanf ("%d", &ivar); scanf ("%f", &fvar); scanf ("%s", text); Abbildung 9 Formatiertes Einlesen mit scanf() Im Formatelement der scanf() -Funktion gibt es ähnliche Möglichkeiten wie bei printf(). Neu ist hier die Möglichkeit, etwas einzulesen und gleich wegzuwerfen. Das * benutzt man nur selten. Eine Aufgabe könnte sein, nach der Eingabe einer Zahl das überflüssige Wagenrücklaufzeichen zu entfernen. Abbildung 10 Formatelemente bei scanf() Die näheren Einzelheiten besprechen wir im Laufe des Buches. Es gelten grundsätzlich die gleichen Umwandlungs-Zeichen wie bei printf(). Die Verwendung des L bei printf() und scanf() ist unterschiedlich. Bei printf() wird nur bei long int ein L angegeben, bei scanf() bei long int und bei double. Aufgaben: Schreiben Sie ein Programm, das ein Zeichen von der Tastatur einliest und den Umgebung

8 Codewert dezimal, oktal und hexadezimal ausgibt. Ein Programm soll mit printf() einen Text ausgeben. Schreiben Sie es und starten Sie das Programm mit einer E/A-Umleitung auf den Drucker oder eine Datei. Im nächsten Kapitel C ist eine Hochsprache. Um uns die Diskussion von C zu erleichtern, gehen wir zuerst auf den Begriff Hochsprache ein. Mit dem dabei wichtigen Begriff Datentyp stellen wir die grundlegenden Arten der Variablen vor. Umgebung