Informatik II Grundlagen der Programmierung Programmieren in C Add Ons Hochschule Fulda – FB ET...

Informatik IIGrundlagen der Programmierung

Programmieren in C

Add Ons

Hochschule Fulda – FB ET

Sommersemester 2010

http://www.rz.hs-fulda.de/et

Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 2

Anwendung Smartmeter 1

• Entwicklung eines Programms zum Auslesen des "intelligenten Stromzählers"

• 3 Stromkreise sind zu messen• 1 Meßwert / Sekunde• 15 Minuten messen, dann Übertragung der

Meßwerte an Versorger / Drittanbieter

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Anwendung Smartmeter 2

• Datentypen für Messungen– wie sollen die Messungen abgebildet werden?– wie sollen die Messungen gespeichert werden?

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Anwendung Smartmeter 3

• Wie sieht die Messfunktion aus? Simulation!

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Anwendung Smartmeter 4

• Wie sieht die Sendefunktion aus?Simulation!

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Anwendung Smartmeter 5

• Wie sieht die main-Funktion aus?Simulation!

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Anwendung Smartmeter 6

• smartmeter1.c

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Anwendung Smartmeter 7

• smartmeter mit Grafikausgabe (SVG)

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Anwendung Smartmeter 8

• smartmeter2.c

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Signale 1

• Signal Systemnachricht an einen Prozess• vergleichbar mit einem Interrupt• ausgelöst z.B. vom Nutzer ...

– Abbruch (Ctrl-C, SIGINT)– Programmstop (SIGKILL)

• ... oder vom System– Timer (SIGALRM)– Programmende (SIGTERM)

• #include <signal.h>

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Signale 2

• einige Signale:– SIGINT – Unterbrechung (meist Ctrl-C)– SIGHUP – Programmende– SIGKILL – Programm beenden– SIGALRM – Timer abgelaufen

• Signale können abgefangen werden:

void handler(int sig) { ...}...signal(SIGALRM, handler);

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Signale 3

• signal.c

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Signale 4

• Timerfunktionen• alarm(int nsec)• löst nach nsec Sekunden ein Signal SIGALRM aus:void alrmhandler() { printf("SIGALRM!\n");}...signal(SIGALRM, alrmhandler);alarm(5);...

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Signale 5

• alarm.c

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Signale 6

• Feinere Auflösung mit Intervall-Timer• #include <sys/time.h>• Datentypenstruct timeval { time_t tv_sec; /* Sekunden */ suseconds_t tv_usec; /* Microsek. */};struct itimerval { struct timeval it_interval; struct timeval it_value;};

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Signale 7

• Funktionensetitimer(int w, struct itimerval *v, struct itimerval *ov)getitimer(int w, struct itimerval *v)

• Werte für wITIMER_REAL Systemuhr/-zeitITIMER_VIRTUAL Prozesszeit

• Beispiel:struct itimerval it;it.it_value.tv_sec = 2; /* 2 Sek. */it.it_value.tv_usec = 0; /* Start */it.it_interval.tv_sec = 0; /* 0,5 Sek */ it.it_interval.tv_usec = 500000; /* Interv. */setitimer(ITIMER_REAL, &it, NULL);

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Signale 8

• smartmeter3.c

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Signale 9

• smartmeter4.c

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Bitfelder 1

• Bitfelder Elemente vom struct-Typ• Einzelelemente: int oder unsigned int • gedacht für hardwarenahe Programmierung• Problem: compilerabhängig nicht portabel!• Beispiel:

typedef struct _iodev { /* Bitfeld */ unsigned int rflag:1; /* 1 Bit: Writeflag */ unsigned int wflag:1; /* 1 Bit: Readflag */ unsigned int d1:2; /* Dummy */ unsigned int type:2; /* 2 Bit: Geraetetyp */ unsigned int d2:2; /* Dummy */ unsigned int data:8; /* 8 Bit: Datenbyte */} iodev;

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Bitfelder 2

• Speicherung eines Bitfelds

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Bitfelder 3

• bitfeld.c

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Unionen 1

• union: spezielle Art von struct• anderer Name: varianter Rekord• Speichern der Elemente in union nicht

nacheinander, sondern übereinander• union-Elemente teilen sich Speicherplatz• sinnvoll bei gleichartigen Objekten, die aber

verschiedenen Typs sein können

union { /* Union: */ char c; /* char */ short s; /* short */ int i; /* int */} u; /* teilen sich Platz */

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Unionen 2

• Speicherung von struct und union

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Unionen 3

• union.c

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Unionen 4

• union oft Element in einem struct• Typ des Elements in union muss definiert

sein eigenes Typelement im struct• Beispiel

struct number { /* Struct Zahl */ byte typ; /* Typ union-Element */ union { /* Union: */ byte b; /* byte */ short s; /* short */ int i; /* int */ } u; };

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Unionen 5

• Zugriff auf union:

struct number n;...

switch(n.typ) { case BYTE: dobyte(n.u.b); break; case SHORT: doshort(n.u.s); break; case INT: doint(n.u.i); break;}

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Unionen 6

• Beispiel: mydraw4.c#define LINE 0x01 /* Typ Linie */#define RECT 0x02 /* Typ Rechteck */ #define CIRCLE 0x04 /* Typ Kreis */ ... typedef struct _obj { /* Objekt allgemein */ int n; /* Objektnummer */ int f; /* Loeschflag */ int t; /* Typ des Objekts */ union { line l; /* Linie */ rect r; /* Rechteck */ circle c; /* Kreis */ } o;} object;

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Unionen 7

• mydraw4.c

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Syntaxfehler 1

• C hat kein sinnvolles error recovery eine sehr schlechte Fehlerbehandlung beim

Übersetzen nach Auftreten von Syntaxfehlern• der C-Compiler setzt nach einem Fehler nicht

neu auf und tut so, als ob es keinen Fehler gegeben hat, sondern produziert eine Anzahl, manchmal eine wahre Fülle von Folgefehlern

tatsächliche Fehler oft schwer zu finden Fehlererkennung und –korrektur mühsam

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Syntaxfehler 2

• treten nur ein oder ganz wenige Fehler auf Fehlersuche in oder vor der Zeile, die in der Fehlermeldung angegeben ist

• treten viele und oft unsinnig erscheinende Fehler auf Fehlersuche im Umfeld vor der Zeile, die in der Fehlermeldung angegeben ist dann erneut kompilieren

• ... oder viel Glück!!

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Laufzeitfehler 1

• oft ist es mühsam, Syntaxfehler zu finden • noch mühsamer Laufzeitfehler finden• intuitives Herangehen: zusätzliche Ausgaben

in den Programmtext einstreuen• ggfs. mit CPP-Direktiven#ifdef DEBUGprintf("copy: %p %p\n", s1, s2);#endif

• übersetzen dann mitgcc –DDEBUG file.c

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Laufzeitfehler 2

• debug1.c

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Laufzeitfehler 3

• debug2.c - debug1.c mit CPP-Direktiven

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Laufzeitfehler 4

• das Verfahren ist mühsam und zeitaufwendig• Alternative Debugger nutzen• Debugger: Werkzeug, unter dessen Kontrolle

ein Programm gestartet und während des Programmslaufs untersucht werden kann

• für gcc (und dev-cpp) GNU-Debugger gdb• Kode muss für Debugging instrumentiert

werden: gcc –g file.c –o file• dann Debugger aufrufen:gdb file

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Laufzeitfehler 5

• gdb – interaktive Shell mit vielen schönen Features

• innerhalb dev-cpp weitgehend durch die grafische Oberfläche angesteuert

• wichtige Kommandos– help– help topic– run

• wenn das Programm läuft, alles ok!• bei Fehlern ???

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Laufzeitfehler 6

• Wichtige Mechanismen• Breakpoints – Unterbrechung an definierten

Stellen (z.B. Zeilennummer, Funktion)– break file.c:12– break func

• Watchpoints – Unterbrechung bei Änderung des Werts einer Variablen– watch varname

• Anzeigen von Variablenwerten– print varname

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Laufzeitfehler 7

• Breakpoint setzen und starten– break func– run

• Unterbrechung bei Breakpoint– print varname– continue

• schrittweises Vorgehen– step

• Debugger beenden– quit

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Laufzeitfehler 8

• debug3.c

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Profilanalyse

• oft notwendig: Laufzeitverhalten von Programmen zu überprüfen– wo wird die Laufzeit verbraucht?– wo ist Optimierung notwendig / möglich?

Profilanalyse des Programms• Instrumentierung mit -pg bei Neucompilieren

gcc -pg prog.c -o prog

• Starten des Programms gmon.outprog

• Profilanalyse mit gprof, prog, gmon.outgprof prog