Programmieren in C Grundlagen C 1 Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2014 Peter Klingebiel,...

Programmieren in C

Grundlagen C 1

Hochschule Fulda – FB AISommersemester 2014http://c-ai.rz.hs-fulda.de

Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

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

C-Programm 1

• Ein C-Programm besteht (vereinfacht dargestellt) aus

Daten Funktionen• Daten

– Eingangsdaten Ergebnisdaten– evtl. (viele) Zwischendaten– Konstante Daten Werte unveränderbar– Variable Daten Werte veränderbar

• Funktionen verarbeiten die Daten

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C-Programm 2

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C-Programm 3

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C-Programm 4

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C-Programm 5

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C-Programm 6

• Typischer Ablauf eines C-Programms

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Zeichensatz von C 1

• Buchstaben (incl. Unterstrich)ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz_

• Ziffern0123456789

• Semikolon (z.B. am Ende einer Anweisung);

• Punkt (Gleitpunktzahlen, Selektionsoperator).

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Zeichensatz von C 2

• Sonderzeichen (Operatoren, Satzzeichen)( ) [ ] < > + - * / % ^ ~ & | = ! ? , :

• Anführungszeichen (Einzelzeichen, Strings)' "

• Blockklammern{ }

• Fluchtzeichen (für Sonderzeichen)\

• Doppelkreuz (Preprozessordirektiven)#

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Reservierte Worte in C 1

• C kennt 32 reservierte Worte

auto break case charconst continue default dodouble else enum externfloat for goto ifint long register returnshort signed sizeof staticstruct switch typedef unionunsigned void volatile while

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Reservierte Worte in C 2

• Aus den "Grundbausteinen" von C

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Reservierte Worte in C 3

werden "Programme" ...

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Reservierte Worte in C 4

• auto Speicherklasse automatisch• break Verlassen von Schleife/Mehrfachauswahl• case Auswahl in Mehrfachauswahl• char Typbezeichner für Zeichen• const Attribut bei Typangabe• continue Fortsetzungsanweisung• default Standardauswahl bei Mehrfachauswahl• do Schleifenanweisung• double Typbezeichner Fließkommazahl• else Teil von Einfach-, Mehrfachalternative

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Reservierte Worte in C 5

• enum Typbezeichner für Aufzählungstyp• extern Speicherklasse extern• float Typbezeichner Fließkommazahl• for Schleifenanweisung• if Alternative oder bedingte Anweisung• int Typbezeichner Ganzzahl• long Typbezeichner Ganzzahl• register Speicherklasse Register• return Rückkehranweisung• short Typbezeichner Ganzzahl

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Reservierte Worte in C 6

• signed Typbezeichner, -modifizierer• sizeof Operator zur Größenbestimmung• static Speicherklasse statisch• struct Strukturvereinbarung• switch Auswahlanweisung• typedef Typnamenvereinbarung• union Datenstruktur mit Alternativen• unsigned Typbezeichner, -modifizierer• void Typbezeichner• while Schleifenanweisung

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Datentypen 1

• Menge von Werten undMenge von Operationen auf diesen Werten

• Konstanten / Variablen• Datentypen bestimmen

– Darstellung der Werte im Rechner– benötigten Speicherplatz– zulässige Operationen

• Festlegung des Datentyps– implizit durch Schreibweise bei Konstanten– explizit durch Deklaration bei Variablen

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Datentypen 2

• Vordefinierte Grunddatentypen

char Zeichen (ASCII-Kode, 8 Bit)int Ganzzahl (maschinenabhängig, meist 16 oder 32 Bit)float Gleitkommazahl (32 Bit, IEEE, etwa auf 6 Stellen genau)double doppelt genaue Gleitkommazahl (64 Bit, IEEE, etwa auf 12 Stellen genau)void ohne Wert (z.B. Zeiger)

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Datentypen 3

• Type-Modifier spezifizieren Grunddatentypen

short int, long int- legen Länge der Ganzzahl fest- maschinenabhängig, 16 Bit, 32 Bit - int kann auch fehlenlong double - Gleitkommazahl, erw. Genauigkeit- oft 128 Bit, IEEEsigned, unsigned - char/int mit/ohne Vorzeichen

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Bezeichner 1

• Bezeichner (Identifier) für Konstanten, Variablen, Funktionen, Typen usw. müssen mit einem Buchstaben oder Unterstrich beginnen

• danach können Buchstaben, Unterstriche und Ziffern folgen

• Groß- und Kleinschreibung wird streng unterschieden

• keine Sonderzeichen (z.B. $ oder #)• keine reservierten Worte• Vorsicht bei vordefinierten Funktionsnamen

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Bezeichner 2

• Syntaxdiagramm

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Bezeichner 3

• Backus-Naur-Form (BNF)

letter ::= A|B|…|Y|Z|a|b|…|y|z|_digit ::= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

identifier ::= letter { letter | digit }

• BNF / EBNF zur Beschreibung formaler Sprachen

• Vielfältige Formen / Notationen

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Bezeichner 4

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Konstanten

• Konstanten haben einen festgelegten, unveränderbaren Wert

• explizite Deklaration, z.B.const float pi = 3.141;

• implizite Notation, z.B.u = 2 * r * 3.141;

• mittels CPP textuelle implizite Ersetzung#define PI 3.141...

u = 2 * PI * r;

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Variablen 1

• Variable sind Platzhalter für Daten• haben einen festgelegten Speicherort,

an dem der aktuelle Wert gespeichert wird• der aktuelle Wert (an seinem Speicherort)

ist veränderbar• Attribute von Variablen:

– Datentyp– Namen (Bezeichner, Identifier)– Lebensdauer / Speicherklasse– evtl. initialer Wert– Sichtbarkeit (Scope)

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Variablen 2

• Deklaration / Definition von Variablen

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Variablen 3

• Variablen-Definitionen, z.B.double u;short int i, tab = 5;char *hallo = "Hallo, Welt!";

• Position im Programm:– außerhalb von Funktionen– am Anfang eines Blocks, also nach {

• Wert ist veränderbar (Zuweisung, Operation)• Programmstruktur Lebensdauer / Scope

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Wie speichert C? 1

• Hauptspeicher

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Wie speichert C? 2

• Beispiel: Zugriff auf Variable

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Wie speichert C? 3

• Vor Programmstart

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Wie speichert C? 4

• Programmstart und Aufruf von main()

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Wie speichert C? 5

• Zuweisung a = 4;

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Wie speichert C? 6

• Zuweisung b = 8;

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Wie speichert C? 7

• Berechnung a * b;

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Wie speichert C? 8

• Zuweisung c = a * b;

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Wie speichert C? 9

• Danach

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Exkurs: Zeiger 1

• Wdh: Jede Variable hat einen Speicherort,d.h. eine Adresse im Hauptspeicher

• Zeiger (Pointer) sind Variable, die auf eine andere Variable verweisen, oderexakter: den Speicherort bzw. die Adresse dieser Variablen als Wert haben

• Pointerdefinition: int *ip; int i = 5;

• Adresszuweisung: ip = &i;• Zugriff auf Wert: *ip = *ip + *ip;

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Exkurs: Zeiger 2

• Zugriff auf Variable mit Pointer

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Exkurs: Zeiger 3

• Vor Programmstart

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Exkurs: Zeiger 4

• Programmstart und Aufruf von main()

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Exkurs: Zeiger 5

• Zuweisung i = 5;

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Exkurs: Zeiger 6

• Zuweisung ip = &i;

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Exkurs: Zeiger 7

• Berechnung *ip + *ip;

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Exkurs: Zeiger 8

• Zuweisung *ip = *ip + *ip;

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Exkurs: Zeiger 9

• Danach

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Exkurs: Zeiger 10

• Warum und wozu Zeiger?

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Exkurs: Zeiger 11

• In anderes Programmiersprachen, z.B. Ada oder Pascal, werden Pointer i.d.R. nur für dynamische Datentypen verwendet

• In C werden Zeiger leider schon von Anfang an für einfache Grundoperationen benötigt!

• Pointer notwendig für Eingaben:scanf("%d", &i);

• Pointer notwendig als Funktionsparameter:Funktionsdefinition: void getint(int *i) {} Funktionsaufruf: getint(&i);

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 1

• Wdh: Aufbau eines C-Programms:

#include <stdio.h> int main(void){

int a, b, c;

scanf("%d", &a);scanf("%d", &b);c = a * b;printf("c = %d\n", c);return(0);

}

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 2

• Jedes laufende C-Programm (= Prozess) hat voreingestellt drei Ein-/Ausgabekanäle:– stdin Standardeingabe, meist Tastatur– stdout Standardausgabe, meist Bildschirm– stderr Standardfehlerausgabe, Bildschirm

• Die Standardkanäle sind umlenkbar:$ meinprog <InFile >OutFile 2>ErrFile

• Bei einigen C-Compilern ist unter Windows auch der Kanal stdprn als Standarddrucker definiert

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 3

• Einfache zeichenweise Ein- und Ausgabe mit getchar() und putchar(), z.B.:int c;

c = getchar(); /* Zeichen von stdin */putchar(c); /* Zeichen auf stdout */

• Formatierte Ein- und Ausgabe mit printf() und scanf(), z.B.:int c;

scanf("%c", &c);printf("%c", c);

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 4

• Obacht: getchar() liefert, bzw. putchar() benötigt als Parameter den Typ int!

• Typumwandlung von char int erfolgt meist automatisch

• Hauptgründe:– historisch ist char eine Art Untertyp von int– die Zeichenkonstante EOF als Endekennzeichner

für die Eingabe ist in stdio.h als -1 definiert• Simples Kopierprogrammfragment:while((c = getchar())!= EOF) putchar(c);

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 5

• Formatierte Ausgabe mit printf()• Aufruf: printf(fmt, args)• printf() konvertiert und gibt die Parameter args unter Kontrolle des Formatstrings fmt auf stdout aus

• Der Formatstring fmt ist eine Zeichenkette• Parameter args können auch fehlen• Die Parameter args müssen den Typ haben,

wie er im Formatstring fmt angegeben ist

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 6

• Formatierte Eingabe mit scanf()• Aufruf: scanf(fmt, args)• scanf() konvertiert und liest die Parameter args unter Kontrolle des Formatstrings fmt von stdin ein

• Der Formatstring fmt ist eine Zeichenkette• Die Parameter args müssen den Typ haben,

wie er im Formatstring fmt angegeben ist• Die Parameter args müssen Pointer sein

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 7

• Wichtige Formatzeichen: %c Einzelzeichen / char%d Ganzzahl / int%ld Ganzzahl / long int%f Gleitkommazahl / float%lf Gleitkommazahl / double%s Zeichenkette / char *

• Wichtige Sonderzeichen\n Newline, Zeilensprung\t Tabulator\0 EOS - Endezeichen in String\' einfaches Anführungszeichen '\" doppeltes Anführungszeichen "\% Prozentzeichen %\\ Fluchtzeichen \

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Noch ein Exkurs: Ein-/Ausgabe 8

• Beispiele:

char c;int a, b;double d;

printf("integer a und b eingeben: ");scanf("%d %d", &a, &b);printf("a=%d b=%d\n", a, b);printf("char c und double d: ");scanf("%c %lf", &c, &d);printf("c=%c d=%lf\n", c, d);

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Funktionsaufruf und Parameter

• Parameterübergabe als Werte (call by value), z.B. bei printf()

Variable werden als Werte in den Adressraum der Funktion kopiert

• Parameterübergabe als Adresse (call by reference), z.B. bei scanf()

Adressen der Variablen werden in den Adressraum der Funktion kopiert

• In der Funktion sind die Parameter Zeiger!

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Call by value 1

• Beispiel: Funktionsaufruf cbv

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Call by value 2

• Vor Programmstart

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Call by value 3

• Zuweisung a = 4

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Call by value 4

• Kopie des Parameters an Funktion

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Call by value 5

• Aufruf der Funktion

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Call by value 6

• Zuweisung b = b * 2

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Call by value 7

• Rückkehr aus Funktion

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Call by value 8

• Variable a unverändert!!!

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Call by reference 1

• Beispiel: Funktionsaufruf cbr

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Call by reference 2

• Vor Programmstart

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Call by reference 3

• Wo ist der Unterschied cbv – cbr?

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Call by reference 4

• Aufruf: Adresse der Variablen!!!

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Call by reference 5

• In Funktion: Zeiger auf Variable!!!

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Call by reference 6

• Zuweisung a = 4

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Call by reference 7

• Kopie der Adresse an Funktion

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Call by reference 8

• Aufruf der Funktion

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Call by reference 9

• Zuweisung *b = *b * 2

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Call by reference 10

• Rückkehr aus Funktion

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Call by reference 11

• Variable a verändert!!!