2. Programmierung in C Inhalt: Überblick über Programmiersprachen, Allgemeines zur Sprache C C: Basisdatentypen, Variablen, Konstanten, Operatoren und Ausdrücke Anweisungen und Kontrollstrukturen (Steuerfluss) Funktionen Felder (Arrays) Zeiger, Zeigerarithmetik, Zeiger-Dereferenzierung Zeichenketten (Strings) Benutzerdefinierte Datentypen Speicherverwaltung und Datenstrukturen Dateiarbeit Bitlevel-Verarbeitung Die Programmierung in C erfolgt anhand ausgewählter Algorithmen Peter Sobe 1
Überblick C-Sprachfamilie C-ähnliche Programmiersprachen Verschiedene Sprachkonzepte Allgemeines zu C #include <stdio.h> int main() { printf( hello world\n ); } return 0; Peter Sobe 2
Die Großfamilie der C-Sprachen C K&R C 1972, Kerningham-/Ritchie ANSI/ISO-C89 und C90 ANSI/ISO C95 ANSI/ISO-C99 ISO/IEC C 11 (2011) C++ C++ 1985, Bjarne Stroustrup ANSI/ISO-C++ 98 erster Standard, basierend auf C90 mit C++ Erweiterungen ANSI/ISO-C++ 0x (2000) ISO/IEC C++ (2011) Peter Sobe 3
Die Großfamilie der C-Sprachen C/C++ - ähnliche Sprachen: Java C++-ähnliche objektorientierte Sprache, SUN 1995 C# C++-ähnlich, objektorientiert, Microsoft 2001 Objective-C - objektorientiertes C, nicht kompatibel zu C++ C++.NET mit Microsoft-Erweiterungen für.net, s.g. managed C++ JavaScript und PHP Sprachen zur Verarbeitung innerhalb von Web-Anwendungen, prozedural mit objektorientierten Erweiterungen C-Shell Skriptsprache zur UNIX-Shell-Programmierung und viele andere, die von C beeinflusst wurden Peter Sobe 4
Verschiedene Sprachkonzepte Programmiersprachen unterteilt man in s.g.: Imperative Programmiersprachen Beschreibung einer Berechnungsvorschrift durch einzelne Schritte und einen Steuerfluss Beispiele: PASCAL, C, C++, Java, Deklarative Programmiersprachen beschreiben das Problem oder das Ziel des Programms Beispiele: Datenbankabfragesprache SQL, Logische Programmiersprache PROLOG Peter Sobe 5
Programmiersprache C Imperative Programmiersprache: C-Anweisungen werden in der im Programm angegebenen Reihenfolge ausgeführt: zeilenweise (von oben nach unten) innerhalb Zeile möglicherweise mehrere Anweisungen, dann von links nach rechts Steuerfluss-Anweisungen (if, for, while, repeat, break, continue) zur Beeinflussung der Abarbeitungsreihenfolge Zum Vergleich: manch andere Programmiersprachen (logische und funktionale, beispielsweise PROLOG) arbeiten die Ausdrücke nicht notwendigerweise in der im Programm angegebenen Reihenfolge ab. Peter Sobe 6
Ein Programm besteht aus: Programmiersprache C Variablenvereinbarungen: hier werden Bezeichner für die Verarbeitungselemente festgelegt. Es wird ein Typ für jede Variable angegeben, z.b. Ganzzahl (int) oder Zeichen (char) Anweisungen: zur Verarbeitung der Variablen zur Beeinflussung des Steuerflusses Mehrfach auftretende Anweisungsfolgen werden oft in Funktionen gekapselt. Eine Hauptfunktion (main-funktion) ist der Punkt, an dem mit der Ausführung eines C-Programms begonnen wird. Peter Sobe 7
Programmiersprache C C-Programme werden in ein Binärprogramm übersetzt Das Übersetzerprogramm ist der s.g. Compiler. Die Übersetzung verlangt ein syntaktisch richtiges C-Programm, d. h. das Programm muss sprachlichen Regeln genügen. Andere Programmiersprachen werden zum Teil interpretiert, d.h. Anweisungen werden schrittweise übersetzt und ausgeführt. Peter Sobe 8
Programmiersprache C Vor dem Ausführen des Programms: vorgegebene Header ausführbarer Code C-Programm C-Programm Assembler Programm Maschinencode Linker C-Präprozessor C-Compiler Compiler (2. Stufe) Bibliotheken Peter Sobe 9
Aufbau eines C-Programms // Beispielprogramm fakultaet.c #include <stdio.h> int main() { int fakultaet; int i,n; printf("geben Sie bitte n ein >"); scanf("%d",&n); Kommentar Include-Präprozessor-Anweisung main-funktion Variablen-Deklarationen fakultaet = 1; for (i=2;i<=n;i++) fakultaet = fakultaet * i; printf("die Fakultaet von %d betraegt %d \n",n, fakultaet); return 1; } Anweisungen Steuerfluss- Anweisung Peter Sobe 10
Grundlagen Programmierung in C Die Sprache C nutzt ein Alphabet aus Buchstaben a-z, A-Z, aus Ziffern 0-9 und aus Sonderzeichen, z.b.!,?, (,), _ Aus dem Alphabet werden Variable, Schlüsselworte, Konstanten, Zeichenketten, Operatoren, Trennzeichen und Kommentare gebildet. Zwischen Groß- und Kleinschreibung wird unterschieden. Peter Sobe 11
Kommentare Kommentare in einem C-Programm werden beim Übersetzen übergangen. Sie haben keine Auswirkung auf das Programm. Kommentare sind aber nützlich, um Erklärungen im Programm zu notieren. Oft dienen Kommentare der Dokumentation von Programmteilen Beginn und Ende durch /* und */ /* Das ist ein Kommentar */ /* Das ist ein mehrzeiliger Kommentar */ // Das ist ein einzeiliger Kommentar Peter Sobe 12
Kommentare int main() { /* Programm zur Berechnung des groeßten gemeinsamen Teilers */ int a, b, c; scanf( %d,&a); scanf( %d,&b); while(a!=b) { if (b>a) { // Regel 1: Tausch ggt(b,a) = ggt(a,b), sinnvoll, wenn b>a c=a; a=b; b=c; } a=a-b; // Regel 3: ggt(a-b,b)=ggt(a,b), wenn a>b } // Regel 2: ggt(a,a) ergibt a printf( ggt=%d\n,a); return 0; } 13
Formatfreiheit C ist eine formatfreie Sprache, d.h. das Aussehen, Zeilenumbrüche, Einrückungen haben keinen Einfluss auf die Funktion. Beispiele: int main() { scanf("%d",&a); printf(" quadrat = %d\n", a*a); return 1; } int main() { scanf("%d",&a); printf(" quadrat = %d\n", a*a); return 1; } Trotzdem sollte das Programm wie links dargestellt aussehen, um bessere Lesbarkeit zu gewährleisten. Peter Sobe 14
C - Entwicklungsumgebungen Microsoft Visual Studio 2013 für Windows-Systeme in Praktikumslaboren installiert kostenfreie Version als Visual Studio Express verfügbar Peter Sobe 15
C - Entwicklungsumgebungen QtCreator mt gcc-compiler für Windows und Linux-Systeme in Praktikumslaboren zum Teil installiert kostenfreie Version als OpenSource-Version verfügbar Peter Sobe 16
C - Entwicklungsumgebungen Es existieren viele weitere C/C++-basierte Systeme, mit Entwicklungsumgebungen und Übersetzern für verschiedene Plattformen, z.b. gcc (GNU C Compiler) für LINUX Intel-C Compiler C-Compiler für spezielle Prozessoren (Beispiel Atmel, AVR) Peter Sobe 17