Einführung in die Programmiersprache C 5.Tag Institut für Mathematische Optimierung - Technische Universität Braunschweig

Einführung in die Programmiersprache C

5.Tag

Institut für Mathematische Optimierung -

Technische Universität Braunschweig

ZeichenkettenZeichenketten (Strings) werden in C als Felder von Zeichen (char) realisiert. Das Ende wird durch das Zeichen 0 markiert. Die Zeichenkette „Wort" ist also fünf Zeichen lang:

Die Länge einer Zeichenkette kann so bestimmt werden:int len;char *str;...len = 0;while (str[len]!=0) { len++; }

Ersetzen von Buchstaben

Möchte man alle ’a’ durch ’b’ ersetzen, geht das so:char *str, *p;...for (p=str; *p!=0; p++) {

if (*p==’a’)*p==’b’;

}

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Lexikographischer Vergleich

Ein lexikographischer Vergleich ist so umsetzbar:char *str1, *str2; int i;...for (i=0; ; i++) {if (str1[i]<str2[i]) /* "str1 < str2" */ if (str1[i]>str2[i]) /* "str1 > str2" */ if (str1[i]==0) /* "str1 == str2" */ }Institut für Mathematische Optimierung – Technische Universität Braunschweig

String.h

Zur Bearbeitung von Zeichenketten stellt die Standardbibliothek string.h diverse Funktionen zur Verfügung. Beispiele:

• int strcmp(char *s1,char *s2)Vergleicht zwei Strings lexikographisch. Ergebnis :<0 (wenn s1 kleiner als s2), 0 (wenn s1=s2) und >0 (wenn s1 größer als s2).

• int strncmp(char *s1,char *s2, int n)Vergleicht zwei Strings lexikographisch,

berücksichtigt höchstens die ersten n Stellen.


String.h• int strlen(char *s)

Bestimmt die Länge eines Strings (ohne Zeichen '0').• char* strcpy(char* ziel, char* quelle)

Kopiert den String aus quelle nach ziel.• char* strncpy(char* ziel, char* quelle,int n)

Kopiert den String aus quelle nach ziel, jedoch höchstens n Zeichen.

• char* strcat(char* ziel, char* quelle) Kopiert den String aus quelle an das Ende von ziel (Zeichen '0' von ziel wird überschrieben).


String.h

• char *strchr(const char *text, int a) Bestimmt Zeiger auf erstes Vorkommen des

Zeichens a im String text oder auf NULL, falls a nicht in text enthalten.

• char *strrchr(const char *s, int a)Wie zuvor, nur letztes Vorkommen.

• char *strstr(char *text, char *wort)Wie zuvor für Teilstring wort.


sprintf und sscanf

Analog zu printf(), scanf(), fprintf() und fscanf() gibt es auch sprintf() und sscanf(). Sie schreiben die Ausgabe in einen String bzw. lesen die Daten aus einem String.


Beispiel mit sprintf

char fname[64];int i;FILE* f;...for (i = 1; i <= 100; i++) {

sprintf(fname,"datei%i.txt",i);f = fopen(fname,"w");...

}

ctype.hDie Funktionen aus ctype.h dienen zum Kategorisieren von Zeichen. Auswahl der Funktionen (Rückgabewerte: 1 für wahr, 0 für falsch):

I. int isalnum(int c) alphanumer. Zeichen(a-z,A-Z,0-9)?

II. int isalpha(int c) Buchstabe (a-z, A-Z)?III. int isblank(int c) Leerzeichen?IV. int iscntrl(int c) Steuerzeichen (\n, \t,…)?V. int isdigit(int c) Dezimalziffer (0-9)?VI. int islower(int c) Kleinbuchstabe (a-z)?VII. int ispunct(int c) druckbares

Interpunktionszeichen?VIII. int isspace(int c) Zwischenraumzeichen

(Leerzeichen, \n, \t,…)?IX. int isupper(int c) Grossbuchstaben (A-Z)?

Beispiel (1. Teil)

…char name[128], *p;int ok;do {

printf("Geben Sie Ihren Namen ein:");scanf("%s",&name);ok = 1;


Beispiel (2. Teil)

for (p=name; *p != 0; p++) {if (!isalpha(*p)) {printf("unerlaubtes Zeichen ’%c’\n",*p);ok = 0;}}

}while(!ok); …Institut für Mathematische Optimierung – Technische Universität Braunschweig

Konstante Variablen

Das Schlüsselwort const vor einer Variablendeklaration verbietet ein Verändern dieser Variable. Beispiel:

const int i;i = 17;

erzeugt einen Kompilerfehler. Gleiches gilt für call-by-reference Parameter von Funktionen:

void fkt(const int *p) {

*p = 17;}

Konstante Variablen

Variablen dürfen als konstante Parameter übergeben werden:

int i;...fkt(&i);…void fkt(const int *p) {

printf("%i",*p);}

Konstante Variablen

Konstante Variablen dürfen nicht als variable Parameter übergeben und dann verändert werden:

const int i;...fkt(&i);…void fkt(int *p) {

*p = 5;}

Aufzählungstypen

In C können Aufzählungstypen, d.h. Datentypen mit endlich vielen Werten definiert werden. Beispiel:enum tag{montag, Dienstag, mittwoch};definiert den Datentyp enum tag. Anwendung:enum tag t1, t2;...t1=mittwoch;t2=t1;if (t2==montag) {...}

UnionEine union ähnelt dem bereits bekannten struct, es kann jedoch nur eines der definierten Elemente verwendet werden. Beispiel: union student{int matrikel;char name;float note;};Die Elemente matrikel, name und note benutzen den gleichen Speicherbereich. Beim struct hätte jedes Element einen eigenen Speicherbereich.


Unionint main(void){

union student s1;

s1.matrikel=5478;printf("matr.nr.: %d\n",s1.matrikel);s1.note=2.7;printf("matr.nr.:%d\nnote:%.2f\n",s1.matrikel,s1.note);

return 0;} Führt zu einer zufälligen Ausgabe von s1.matrikel.

Deklaration mit inline

Kurze Funktionen können als inline deklariert werden, um die Geschwindigkeit zu steigern. Dadurch wird keine echte Funktion erzeugt, sondern die Funktion wird an den nötigen Stellen eingefügt. Anwendung:

inline int max(int a,int b) {

return (a<b) ? : a : b;}

Bemerkung: Besser als Makros definieren (später).


Der Präprozessor

Das Kompilieren eines C-Programms erfolgt (logisch) in mehreren Schritten, der erste ist der Präprozessor. Die Präprozessor-Anweisungen beginnen mit #. Wir kennen bereits:

#include <...>Um eine Datei aus dem aktuellen Verzeichnis einzubinden, verwendet man:

#include "dateiname"


Konstanten

Über:#define PI 3.1315926double kreisflaeche[radius];

wird eine Konstante PI definiert. Der Funktion kreisflaeche braucht nur noch die Variable radius übergeben werden. Die Namen der Konstanten bestehen üblicherweise aus Großbuchstaben. Dabei können auch kompliziertere Konstrukte verwendet werden:

#define PI2 (3.1315926*3.1315926)Institut für Mathematische Optimierung – Technische Universität Braunschweig

Konstanten

Achtung: Konstanten werden einfach an den verwendeten Stellen eingesetzt. Dies kann zu Fehlern führen:

#define N 1+1...printf("%i\n",2*N);

Gibt 3 aus, nicht 4. Das gewünschte Ergebnis erreicht man mit:

#define N (1+1)


MakrosBei diesen Definitionen können auch Parameter angegeben werden, dadurch entstehen Makros:#define MAX(a,b) ((a>b) ? a : b)...int imax,i1,i2;float fmax,f1,f2;...imax = MAX(i1,i2);fmax = MAX(f1,f2);Da die Ausdrücke einfach ersetzt werden, findet kein Funktionsaufruf statt und das Makro ist unabhängig vom verwendeten Datentyp.


Beispiel

#define MAX(a,b) ((a>b) ? a : b)double langsam(double);...printf("%lf\n",MAX(langsam(1.3),langsam(2.2)));

Hier wird die Funktion langsam() dreimal ausgeführt. Definiert man das Makro als inline-Funktion passiert dies nicht.


Bedingte Kompilierung

Quellcode, der hinter #if steht, wird nur übersetzt, falls die if-Bedingung erfüllt ist. Dieses muss beim Kompilieren überprüfbar sein. Außerdem muss jedes #if mit einem #endif abgeschlossen werden. Beispiel:

#define K 1...int var=0;…#if (K==1)

var++;#endif

Bedingte Kompilierung

Zudem darf die Bedingung von #if nur aus konstantenIntegerausdrücken bestehen, also nicht wie folgtaussehen:

#define K 1.1...int var=0;…#if (K==1.1)

var++;#endif

Bedingte KompilierungEs gibt auch eine #else-Anweisung:#if (K==1)var++;#elsevar--;#endifNützlich zur Fehlersuche: __LINE__ wird durch die Zeilenummer im Quelltext ersetzt. Mit:printf("%i\n",__LINE__);kann man überprüfen, ob das Programm die entsprechende Zeile erreicht und so Fehler lokalisieren.


Aufteilen von Programmen

Bei großen Programmen verteilt man die Funktionen auf verschiedene Dateien. Diese werden zuerst einzeln zu Objektdateien (*.o unter Linux) kompiliert und dann zum Programm verbunden (gelinkt).gcc -Wall -c main.cerzeugt die Objektdatei main.o (analog: ausgabe.c). Mit:gcc -Wall main.o ausgabe.o -o programmwerden zwei Objektdateien zu einem ausführbaren Programm gelinkt.Institut für Mathematische Optimierung – Technische Universität Braunschweig


Vorteile: Es müssen nur die veränderten Dateien neu kompiliert werden (Zeitgewinn) und die Funktionen werden modularisiert. Damit Funktionen, Strukturen und Makros in anderen Dateien verwendet werden können, erzeugt man eine Headerdatei (*.h) in der die Prototypen und Definitionen enthalten sind. Diese wird dann mittels:

#include "dateiname.h" in jede Datei einzeln eingebunden.



Funktionen und globale Variablen, die nur innerhalb einer Datei verwendet werden, sollten dort als statisch definiert werden:

static int hilfsfunktion(int x, float y) {...}static int globale_variable;

Dies vermeidet Namenskonflikte.



Globale Variablen, die in mehreren Dateien benutzt werden, können neben der Datei, in der sie zum ersten Mal deklariert werden, in den anderen Dateien über den Zusatz extern deklariert werden. int var=0; /*Deklaration und Initiali- sierung in erster Datei*/extern int var; /*Deklaration danach*/


Das Programmierwerkzeug Make

Um das teilweise Neukompilieren zu automatisieren dient unter Linux/Unix das Programm make. Welche Dateien neu kompiliert und welche zusammen gelinkt werden, muss in einer Datei Makefile angegeben werden. Der logische Aufbau sieht dabei wie folgt aus:

Ziel: AbhaengigkeitenBefehl


Beispiel zu make

Beispiel:

programm: main.o ausgabe.ogcc -Wall -o programm main.o ausgabe.o

main.o: main.c inhalt.hgcc -Wall -c main.c

ausgabe.o: ausgabe.c inhalt.hgcc -Wall –c ausgabe.c


Das Programmierwerkzeug Make

Achtung: Vor der Kompileranweisung muss ein Tabulatorzeichen stehen, nicht acht Leerzeichen. Die Anweisung:make programmoder einfach:

makeerzeugt das ausführbare Programm. Dabei werden Abhängigkeiten und Änderungsdaten der Dateien geprüft.make main.owürde nur die Objektdatei main.o neu erzeugen.


MakrosUm sich das Leben etwas zu vereinfachen, kann man auch durch Setzen von Makros die Schreibarbeit sparen:

CC=gcc # CompilerCFLAGS=-Wall -ansi # Compiler-SchalterOBJFILES= main.o ausgabe.oprogramm: $(OBJFILES)

$(CC) -o programm $(OBJFILES)main.o: main.c

$(CC) $(CFLAGS) -c main.causgabe.o: ausgabe.c

$(CC) $(CFLAGS) –c ausgabe.c

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