2 Sprachelemente von C und C++

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1 2 Sprachelemente von C und C Elemente und Begrenzer Der C/C++-Compiler unterscheidet zwischen Groß- und Kleinbuchstaben: Haus haus!! Ein C/C++-Programm besteht aus Elementen, die durch Begrenzer voneinander getrennt sind. Begrenzer: Drucksteuerzeichen (Leerzeichen, Tabulator, Zeilenvorschub, ) Kommentar ( /* */ bzw. // ) /* Kommentare können über mehrere Zeilen gehen*/ Elemente: Bezeichner Buchstaben des engl. Alphabets, Ziffern, _. ; Nicht mit Ziffer beginnend; max. 247 ; Groß- und Kleinbuchstaben werden unterschieden. Reservierte Namen (if, for, ) dürfen nicht verwendet werden. Operatoren +, -,*, %, ++, >>, verknüpfen Operanden. sind an Datentypen gebunden. Separatoren {, },,, ;, #, dienen der Interpunktion, d.h. der Programmgliederung. Konstanten Unveränderliche Zahlenwerte, ketten und ; z.b.: 1.234, 'x', "HIER" Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 22

2 2.2 Datentypen Der Datentyp einer Variablen oder Konstanten legt deren jeweiligen Wertebereich sowie die Größe des Speicherplatzes fest. Globale Variable werden an einer Stelle im Programm definiert und in anderen Modulen als extern deklariert. Die extern-deklarationen können z.b. mit include-dateien am Programmanfang eingefügt werden. Bei der Definition einer Variablen kann auch die Speicherklasse angegeben werden: auto static extern register Die Variable existiert nur im momentanen Block Beim Verlassen des Blockes bleibt die Variable erhalten Die Variable ist extern definiert Speicherung einer Variablen in einem Register C/C++ kennt die Hauptdatentypen: Wahrheitswerte, ganze Zahl, Kommazahl, Datentyp Art Speichergröße char Character- 1 Byte short ganze Zahl 2 Byte int ganze Zahl 4 Byte long ganze Zahl 4 Byte float Gleitkommazahl 4 Byte bool Wahrheitswert 1 Byte und die Typen Mit Aufzählungstyp enum Leerer Typ void (void: ungültig) Zeigertyp * typedef können eigene Datentypen definiert werden (vergleiche: type in TP) union kann eine variante Datenstruktur aufgebaut werden (vergleiche: Datensatzvarianten in TP) struct wird eine Datenstruktur beschrieben (vergleiche: record in TP) Durch Voransetzen von Modifizierern, z.b. signed, short, auto, const können diese Typen noch verändert werden. Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 23

3 2.2.1 Ganze Zahlen, Wahrheitswerte und int, long, short, bool, char Mit dem Schlüsselwort unsigned kann bei positiven Zahlen ein doppelt großer Zahlenbereich festgelegt werden (unsigned int, unsigned long, unsigned char..). Das Wort int kann in Kombination mit short, long oder unsigned weggelassen werden. Mit dem Datentyp char (characters, ) werden ganze Zahlen (1 Byte) beschrieben. Integer Datentypen Datentyp Wertebereich Speichergröße int Byte short int Byte long Byte unsigned int Byte unsigned long Byte Um eine Zahl als unsigned oder long darzustellen, existieren die Suffixe U, u, L und l. Sie werden einfach an die jeweilige Zahl angehängt. int i; long i; i = 12000; i = ; i = 12L; bool - Datentyp bool 0 (false), 1(true) 1 Byte Mit dem Datentyp bool werden Wahrheitswerte gespeichert. Wahrheitwerte können die Werte true oder false annehmen, die sich gegenseitig ausschließen. bool erg; erg=true; if (erg) ; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 24

4 Character Datentypen Character Datentypen können beliebige des ASCII-satzes enthalten. Dadurch sind sie nicht nur auf Zahlen und Buchstaben begrenzt, sondern können auch Sonderzeichen wie! $ % & / enthalten. Einzelne werden bei der Wertzuweisung durch Apostrophe eingeschlossen. Außerdem können Datentypen auch die Zahlen speichern, da sie intern ebenfalls durch einen Zahlencode dargestellt werden. Datentyp Wertebereich Speichergröße char 1 1 Byte signed char Byte unsigned char Byte Besondere stellen die Escape Sequenzen dar. Sie werden durch \ am Beginn gekennzeichnet und ermöglichen verschiedene Arten des Textflusses. Bei der Zuweisung werden sie ebenfalls in Apostrophe eingeschlossen. char a, b, c, d; a = A ; b = \n ; c = 100; d = \t ; ketten ketten können mehr als nur ein enthalten. Sie werden aus einer Gruppe von einfachen gebildet. Diese Gruppe wird Feld genannt. ketten werden in doppelte Anführungszeichen eingeschlossen. char kette1[ ] = Sie können auch Sonderzeichen verwenden. Hinweis: Beachte im Kap und auch die kettenbildung mit string! Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 25

5 2.2.2 Gleitkommazahlen float, double und long double Datentyp Wertebereich Genauigkeit Speichergröße float 3.4 x bis 3.4 x Stellen 4 Byte double 1.7 x bis 1.7 x Stellen 8 Byte long double 3.4 x bis 1.1 x Stellen 10 Byte Es gilt folgende Relation: float double long double. Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 26

6 C /C++ Programmierung Vergleich der Datentypen in C/C++ C++ Bytes Bereich Bemerkung char bis 127 unsigned char 1 0 bis 255 int bis unsigned int 4 0 bis long bis (2 31-1) -21,4 * 10 8 bis 21,4 * 10 8 unsigned long 4 0 bis (2 32-1) 0 bis 42,9 * 10 8 float 4 3,4 * bis 3,4 * Stellen, einfach genau double * bis 1,7 * Stellen, doppelt genau long double * bis 3.4 * Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 27

7 2.2.3 Aufzählungstyp - enum (enumerate) Byte (je nach Compilerumgebung) Dem Pascal-Text type Wochentag = (Mon, Die, Mit, Don, Fre, Sam, Son); var Tag : Wochentag; begin Tag:= Sam; if Tag = Sam then writeln('heute muss ich leider ausschlafen'); end. entspricht in C++: Beispiel in C++: Projekt öffnen # include <iostream> using namespace std; enum Wochentag {Mon, Die, Mit, Don, Fre, Sam, Son}; int main (void) { Wochentag tag; tag = Sam; if (tag == Sam) // doppeltes = - cout << "Schon wieder faulenzen, so'n Mist \n"; return 0; } Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 28

8 2.2.4 Selbstdefinierte Typen Die Reihenfolge der Typdeklaration ist in C gerade umgekehrt wie in Pascal: typedef Bekannter Typ Neuer Typ [ eventuell Dimension ] ; typedef float real; typedef float Reihe [3]; // Achtung: Index 0, 1, 2!! typedef float Feld [3] [3]; /* Index [0] [0].. [2] [2] Beachte: In C/C++ beginnt der Index immer bei 0!!*/ Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 29

9 2.3 Variablenvereinbarungen Variable sind Platzhalter für Werte, die bei der Ausführung des Programms belegt, abgefragt und verändert werden können. Mit der Vereinbarung einer Variablen wird über den Namen der Variablen eine Speicherplatzadresse und über den Datentyp der Variablen die Speicherplatzgröße festgelegt. Der Wert der Variablen entspricht dem Speicherplatzinhalt. Syntax der Variablendeklaration (Speicherklasse) (Attribute) Datentyp Name ([Feld]) (= Initialisierungswert) ; ( ) bedeutet optional Datentyp1 Name; Datentyp2 Name2, Name3; Datentyp3 Name4 = Ausdruck; Richtig: int Menge; float Anzahl, Preis, _Preis; MeinDatentyp Kunde; float MwSt1 = 0.19, MwSt2 = 0.07; Falsch: int Menge /* ein Bezeichner darf nicht mit beginnen*/ float a b c; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 30

10 Beispiele für "einfache" Variablenvereinbarungen: char z1, z2, c; int i, zaehler; double super; unsigned char name1; unsigned short ohweh; float x_wert; long laenge, zeit; long double riesig; //variable (je 1 Byte), vorzeichenbehaftet //4-Byte-Variable, vorzeichenbehaftet //doppelt genaue Variable, (8-Byte, 15-stellig) //1-Byte-Variable, vorzeichenlos //4-Byte-Variable, vorzeichenlos //einfach genaue Variable (4 Byte, 7-stellig) //4-Byte-Variable, vorzeichenbehaftet //10-Byte-Variable (19-stellig) Beispiele für Vereinbarungen mit Initialisierung: int i = 12; char ch = 'A'; float mittelwert = 0; int i, j, k; /* Deklaration */ char c; Richtig: i = 100; /* Wertzuweisung */ j = i; c = A ; Falsch: i = 0.15; c = 12000; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 31

11 Daten können außerhalb und innerhalb von Blöcken vereinbart werden. Die Gültigkeit der Variablen ist an den Block gebunden, in dem diese definiert wurde. Dieser Standard kann mit den Speicherklassen-Attributen verändert werden. Wie in TP spricht man auch in C/C++ von globalen und lokalen Variablen. Globale Variable werden vom Compiler mit 0 initialisiert. Lokale Variable werden nicht "automatisch" initialisiert! Gültigkeitsbereich von Variablen Globale Variablen Lokale Variablen Statische Variablen Variablen, die außerhalb von Funktionen deklariert werden, können in allen Funktionen angesprochen werden. Sie müssen nur einmal deklariert werden und besitzen dann eine bezüglich der Datei globale Gültigkeit. Variablen, die innerhalb von Funktionen und Anweisungsblöcken vereinbart werden, können auch nur in diesen angesprochen werden. Sie sind anderen Funktionen nicht bekannt. Auch wenn der Gültigkeitsbereich der Variablen verlassen wird, behält diese den aktuellen Wert bei. Normalerweise existiert eine Variable nicht mehr, wenn ihre Gültigkeitsbereich verlassen wird. Statische Variablen behalten ihre Lebensdauer über das gesamte Programm. Sie werden bei der Deklaration initialisiert oder erhalten den Wert Null. static Datentyp Name; static Datentyp Name = Wert; static int Zaehler static char Eingabe = J Externe Variablen Wenn eine Variable als extern deklariert wird, bedeutet das, dass diese Variable in einer anderen Datei oder Bibliothek schon vorhanden ist und Sie diese nutzen möchten. Externe Variablen besitzen ebenfalls eine Lebensdauer über das gesamte Programm. Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 32

12 Die Blockstruktur gilt nur für Daten, nicht für Funktionen. Beispiel in C++: Projekt öffnen /* Verschachtelung von Blöcken */ #include <iostream> using namespace std; int a = 11; /* globale Variable, mit Anfangswert */ int main (void) { int a; /* lokale Variable, nicht initialisiert */ int b; a = 22; b = 33; { int a = 44; /* lokal, überlagert */ cout<< "\n Innerster Block:" << " a= "<<a << " b="<<b; } cout<< "\n Hauptprogramm-Block:" <<" a= " << a << " b="<<b <<endl; return 0; } Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 33

13 2.4 Konstantenvereinbarung Konstanten enthalten während der Programmausführung immer einen konstanten Wert, der nicht geändert werden kann. Verwendung Konstanten vereinfachen die Lesbarkeit und Wartbarkeit eines Programms. Sie enthalten die unveränderlichen Bestandteile eines Programms. Syntax der Konstantendeklaration const const const Datentyp1 Name1 = Ausdr1; Name2 = Ausdr2; Name3 = Ausdr3, Name4 = Ausdr4; Wird kein Datentyp angegeben, wird eine Konstante vom Datentyp int angelegt. Mehrere Konstanten werden durch Kommata voneinander getrennt. Richtig: const int Gewicht =1120; const float MwSt =0.19; const char Programmiersprache = C ; Falsch: const float PI = 3.14, char PII =3.15; const PI = 3.14; /*da bei keiner Angabe des Datentyps int angenommen wird, ist PI =3!! */ Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 34

14 2.5 Ausdrücke Operatoren arithmetische Operatoren Grundoperatoren Operandentyp Ergebnistyp Beispiel Beschreibung + Addition Integer, Gleitkomma - Subtraktion Integer, Gleitkomma * Multiplikation Integer, Gleitkomma / Division Integer, Gleitkomma Integer, Gleitkomma Integer, Gleitkomma Integer, Gleitkomma Integer, Gleitkomma 21 = = = = = 10 * = 1.1 * = 38 / = 10.1 / 10.2 Es wird bei numerischen Datentypen die übliche Addition durchgeführt. Es wird bei numerischen Datentypen die übliche Subtraktion durchgeführt. Es wird bei numerischen Datentypen die übliche Multiplikation durchgeführt. Es wird bei numerischen Datentypen die übliche Division durchgeführt. Geht diese bei Integer Datentypen nicht auf, wird das kleinere Ergebnis geliefert. Es bleibt ein Rest der mittels des Operators % ermittelt werden kann. % Modulo (Rest) Integer Integer 2 = 38 % 12 Über diesen Operator können Sie den Rest bei einer Integer Division bestimmen. ++ Inkrementieren -- Dekrementieren Integer, Gleitkomma Integer int i = 10; i ++; /* i=11 */ i --; /* i = 10 */ Über den Inkrement- und Dekrement Operator wird der Wert der Variablen um 1 vergrößert bzw. verringert. Diese Operatoren sind eine verkürzte Schreibweise von Operand = Operand ±1; Eine Besonderheit tritt bei der Division auf: Ist Zähler und Nenner ganzzahlig, wird eine ganzzahlige Division durchgeführt. 4 / 3 1 3/4 0 aber: 3.0 / Die Rest-Division wird mit % gekennzeichnet: 11 % 3 2. Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 35

15 2.5.2 logische und bitweise Operatoren Operatoren Operatortyp Datentyp Beispiel Beschreibung ~ NOT bitweise integer, -101 = ~ 100 Bei Integer-Datentypen wird eine bitweise Negation durchgeführt. Wenn eine Zahl z.b. durch im Computer gespeichert wird, wird sie durch die Negation in umgewandelt.! NOT logisch numerisch, 0 =!1 1 =!0 Die Negation von 1 ist 0 und umgekehrt. Logische Operatoren liefern als Ergebnis den Wert 1 (Wahr) oder 0 (Falsch) zurück. Die Werte erhalten Sie durch das Auswerten von Ausdrücken. & AND bitweise integer, 96 = 100 & 115 Bei Integer Datentypen wird ein bitweises UND durchgeführt. Es kommt bei der bitweisen Verknüpfung 1 heraus, wenn beide Operanden an derselben Stelle eine 1 beisitzen. 1. Operand Operand && AND logisch numerisch, 1 = 1 && 1 0 = 1 && 0 0 = 0 && 1 0 = 0 && 0 Ergebnis Bei der Auswertung von Ausdrücken wird nur dann 1 zurückgeliefert, wenn beide Ausdrücke den Wert 1 liefern. Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 36

16 OR bitweise integer, 119 = Bei Integer Datentypen wird ein bitweises ODER durchgeführt. Es kommt bei der bitweisen Verknüpfung 1 heraus, wenn eine der beiden Zahlen an der gleichen Stelle eine 1 besitzen. 1. Operand Operand OR logisch numerisch, 1 = = = = 0 0 Ergebnis Bei der Auswertung von Ausdrücken wird 1 zurückgeliefert, wenn einer der beiden Ausdrücke den Wert 1 liefert. ^ EXOR bitweise integer, 23 = 100 ^ 115 Bei Integer Datentypen wird ein bitweises EXKLUSIVES ODER durchgeführt. Es kommt bei der bitweisen Verknüpfung 1 heraus, wenn beide Zahlen an der gleichen Stelle einen unterschiedlichen Wert besitzen. 1. Operand Operand Ergebnis Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 37

17 2.5.3 Vergleichsoperator Operatoren Operatoryp Datentyp Beispiel Beschreibung = = gleich numerisch,!= ungleich numerisch, > größer numerisch, < kleiner numerisch, <= kleiner gleich numerisch, >= größer gleich numerisch, numerisch 0 = (10 = = 11) 1 = 10 = = 10 numerisch 0 = 10! =10 1 = 11! =12 numerisch 0 = 10 > 10 1 = 11 > 10 numerisch 0 = 11 < 10 1 = 10 < 11 numerisch 0 = 11 <= 10 1 = 10 <= 11 numerisch 0 = 9 >= 10 1 = 10 >= 10 Vergleicht zwei Operanden auf Gleichheit; sind die Operanden gleich, wird 1 geliefert, sonst 0. Sind zwei Operanden nicht gleich, wird 1 geliefert, sonst 0. Ist der erste Operand größer als der zweite, wird 1 geliefert, sonst 0. Ist der erste Operand kleiner als der zweite, wird 1 geliefert, sonst 0. Ist der erste Operand kleiner oder gleich als der zweite, wird 1 geliefert, sonst 0. Ist der erste Operand größer oder gleich als der zweite, wird 1 geliefert, sonst 0. Verkürzte Schreibweisen: a = a + b; a + = b; a = a * b; a * = b; a = a / b; a / = b; a = a % b; a % = b; a = a << b; a << = b; a = a & b; a & = b; usw... Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 38

18 2.5.4 Schiebeoperatoren << bitweise Schieben nach links >> bitweise Schieben nach rechts Die Schiebeoperatoren verschieben die Datenbits nach rechts oder links um so viele Stellen, wie im rechten Operator angegeben ist. Das Ergebnis einer solchen Operation ist undefiniert, wenn Schiebezahl negativ oder Gleitkommazahl ist. Beispiel: x = 0x19; // x enthält den hexadezimalen Wert 0x19 x = x<<4; dez. 25 -> dez. 400 // verschiebt die Datenbits um 4 Stellen nach links Inkrementieren und Dekrementieren (Eins-Erhöhung, Eins- Erniedrigung) Die Operationszeichen ++ und -- dürfen nur auf eine Variable angewandt werden. Sie können vor (Präfix) und nach (Postfix) dem Operanden stehen: a = ++b; Der Inkrementoperator steht vor der Variablen: Auswertungsreihenfolge: erst b = b + 1; dann a = b; a = b++; Der Inkrementoperator steht hinter Variablen: Auswertungsreihenfolge: erst a = b; dann b = b +1; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 39

19 2.5.6 Der Operator sizeof Der Operator sizeof ermittelt die Größe (in Byte) einer Konstanten, einer Variablen oder eines Datentyps. Die ermittelte Größe kann wie eine Konstante verwendet werden. Beispiel: Projekt öffnen /*sizeof(char), sizeof(short),sizeof(int), sizeof(long); */ cout << sizeof(char)<<" < "<< sizeof(short) << " < " << sizeof(int) << " = " << sizeof(long) << "\n"; /* char: 1 < short: 2 < int: 4 = long: 4 Bytes */ Beispiel: int name, laenge; laenge = sizeof(name); laenge = sizeof(int); cout << laenge << endl; Der Bedingungsoperator? Der Bedingungsoperator bildet eine elegante Alternative zur Darstellung eines Ausdrucks, der von einer Bedingung abhängt. Ausdruck? Rückgabewert1 : Rückgabewert 2 Im Ausdruck A1? A2 : A3 wird zuerst der Ausdruck A1 berechnet. Wenn er ungleich Null ist (also wahr), dann wird der Ausdruck A2 berechnet, und der ermittelte Wert ist der Gesamtwert. Ist A1 false, wird der Ausdruck A3 berechnet und als Gesamtwert genommen. Beispiel: //Maximum zweier Zahlen a und b. max = (a > b)? a : b; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 40

20 2.5.8 Priorität der Operatoren Ein vollständiges Verständnis der Vorrangregeln der Operatoren ist äußerst wichtig. Bei falscher Interpretation von Ausdrücken sind sonst die herrlichsten Fehler möglich. Priorität Operatoren Assoziativität 1 ( ) [ ] ->. von links 2! ~ * & (type) sizeof von rechts 3 * / % von links von links 5 << >> von links 6 < <= > >= von links 7 ==!= von links 8 & von links 9 ^ von links 10 von links 11 && von links 12 von links 13?: von rechts 14 = += -= /= %= &= = ^= <<= >> von rechts 15, von links Beispiele für die Auswertungsreihenfolge gemäß Priorität: a * b + c / d entspricht (a * b) + (c / d) a < b && c > d entspricht (a < b) && (c > d) von links nach rechts: a + b - c + d entspricht ((a + b) - c) + d von rechts nach links: a = b = c = d entspricht a = (b = (c = d)) Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 41

21 2.6 Aufgaben zu Kapitel 2.1 bis Kapitel Es sind 2 reelle Zahlen a und b über Tastatur einzugeben. Bestimmen Sie deren Summe a+b, deren Produkt a*b und das arithmetische Mittel (a+b)/2. Geben Sie die Ergebnisse über Bildschirm aus! 2. Vergleichen Sie die beiden reellen Zahlen aus Aufgabe 2. Für den Fall a>b wird auf Bildschirm ausgegeben: "größer", für den Fall a<b: "kleiner", für den Fall a=b: "gleich". 3. Über Tastatur soll eine natürliche Zahl (n) eingegeben werden. Auf Bildschirm wird abhängig von der Tastatureingabe ausgegeben: Für n=1 -> "Rot"; für n=2 -> "Gelb", für n=3 -> "Grün", für alle anderen Eingaben -> "Fehler!". 4. Nennen Sie den jeweils größten und den kleinsten darstellbaren Wert des angegebenen Datentyps: a) char b) unsigned long c) double d) long double 5. Lokalisieren Sie die Fehler in folgenden Elementen und Vereinbarungen. Wie reagiert der Compiler? (1) int a, b, c; d; (2) c = Hallo, d= c, e = ; (3) float straßenname, pi = 3,14159; (4) long char x; (5) unsigned float lichtjahr; (6) long xxx /*ganz_lange_zahl; 6. Erproben Sie praktisch folgendes Fragment und beseitigen Sie alle Fehler: (1) int Maß1 = 4; (2) PI = 3,14; (3) printf( Umfang = %f mal %d\n, Maß1, PI); (4) cout << Umfang = << Maß1<< mal >>Pi; 7. Setzen Sie in folgenden Ausdrücken die Klammern so, dass die automatischen Vorrangregeln sichtbar werden. Bestimmen Sie die Ergebnisse! Es gilt: int w=0, x=2, k, z=25; float y=3.14, v; (1) v = y + z * w; (3) v = x + x == x * x; (5) v = x / y!= z; (7) v = x + w & x * z; (2) k =!z & x z; (4) v = x < y!= z > x; (6) v = x + y / x - y; (8) v = x? y : w? z :w; Dr. E. Thiem C/C++ Konsolenprogrammierung 42