Informatik B, Sommer 1998

C-Kurs −− © 1991, 1997 Axel T. Schreiner, © 1998 Bernd Kühl
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207. Techniken
Algorithmische Schritte
Folge von Aktionen: { ; ; }
Aktion
Aktion
Aktion
Entscheidungen: if-else, switch
Bedingung
ja
nein
Aktion
Aktion
Schleife, nur falls und solange Bedingung gilt: while
Bedingung
Aktion
Schleife, wenigstens einmal und dann solange Bedingung gilt: do-while
Aktion
Bedingung
Schleife für eine Folge von Werten, z.B. Durchlaufen eines Vektors oder einer Liste: for
Variable über
fixe Wert-Folge
Aktion
208. Techniken
Refinement
Aus jeder einzelnen
Aktion
2
209. C formal: Quellformat
kann etwas Komplizierteres werden. Neue Beschreibung (als zweites Bild!!):
Aktion
Teilschritt
Teilschritt
Teilschritt
Funktion
ist eine Folge von Aktionen, die einen Wert berechnet.
Prozedur
ist eine Folge von Aktionen, die eine Aufgabe erledigt.
In beiden Fällen handelt es sich um die Ausarbeitung einer komplexeren Aktion, um ein Refinement.
Vokabeln
C unterscheidet Funktionen und Prozeduren nur durch den fiktiven Resultattyp void bei der Vereinbarung von Prozeduren.
typ name ( Parameter−Deklarationen )
{
lokale Variablen−Definitionen
Aktionen...
return Resultatwert;
}
typ
ist der Resultattyp, den der Resultatwert besitzen muß. Voreinstellung: int. Bei Prozedur: void.
name
ist der Name, mit dem die Funktion/Prozedur aufgerufen wird.
Parameter
sind Namen und Vereinbarungen für die Werte, die als Argumente übergeben werden (können).
Resultatwert
entfällt bei Prozedur.
209. C formal: Quellformat
Zeilen, Worte und Kommentare
Zwischenraum
Leerzeichen, Tabulatorzeichen, Zeilentrenner.
wird ignoriert (außer in Konstanten).
trennt Symbole, also reservierte Worte, Namen, Konstanten.
Kommentar
/* ... */
äquivalent zu Zwischenraum.
nicht verschachtelt.
Reservierte Worte
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auto
continue
enum
if
short
switch
volatile
break
default
extern
int
signed
typedef
while
case
do
float
long
sizeof
union
3
char
double
for
register
static
unsigned
const
else
goto
return
struct
void
Namen
Folge von Buchstaben (auch Unterstrich) und Ziffern.
Muß mit Buchstaben beginnen.
Sollte nicht mit Unterstrich beginnen (System-Konvention).
Groß und klein wird unterschieden.
Wenigstens 31 Zeichen werden unterschieden.
Declare before use — mit wenigen Ausnahmen.
Im Geltungsbereich eindeutig — aber extra Klasse für ‘‘Strukturen’’.
Preprozessor
Textersatz
# define name ersatztext
# define name(p1, ..., pn) ersatztext
# undef name
#name ersetzt String für Parameter name.
## verkettet Namen im Ersatztext.
Einfügen von Dateien
# include "dateiname"
# include <dateiname>
210. C formal: Skalare Daten
Ganzzahlige Werte
typname:
int
short
long
signed
unsigned
Konstanten sind Ziffernfolgen:
Beispiel
Ziffern
123
0123
0x123
0X456
0..9
0..7
0..9abcdef
ABCDEF
Basis
dezimal, 10
oktal, 8
hexadezimal, 16
long, falls L am Schluß oder Wert zu groß.
unsigned, falls U am Schluß oder oktal/hexadezimaler Wert zu groß.
Zeichen
typname:
char
signed
unsigned
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211. C formal: Skalare Daten
Konstanten sind einzelne Zeichen in einzelnen Anführungszeichen.
Ersatzdarstellungen:
Darstellung
ASCII Name
\a
\b
\f
\n
\r
\t
\v
\0
\ddd
\xhh
\"
\’
\?
\\
\x
BEL
BS
FF
LF
CR
HT
VT
NUL
"
’
?
\
x
Erklärung
Klingel
backspace
formfeed
Zeilentrenner
carriage return
Tabulatorzeichen
Vertikalvorschub
Nullzeichen
Bit-Muster
Bit-Muster
Doppel-Anführungszeichen
einfaches Anführungszeichen
Fragezeichen
‘‘Fluchtsymbol’’
Wert
7
8
12
10
13
9
11
0
0ddd
0xhh
34
39
63
92
211. C formal: Skalare Daten
Gleitkommawerte
typname:
float
double
long double
Konstanten sind double, mit F am Schluß float und mit L am Schluß sind sie long double.
ganz . dezimal e vorzeichen exponent
212. C formal: Umwandlungen
Übliche arithmetische Umwandlungen
−> immer
float −> double
long
char −> short −> int
Integer
Richtung long bleibt Wert erhalten.
char Werte jenseits von 127 sind problematisch — je nach Maschine werden sie positive oder negative int.
Richtung char geht signifikanter Teil verloren.
Richtung double bleibt Wert, aber nicht Anzahl signifikanter Ziffern (Genauigkeit).
unsigned
Problematisch — je nach Größe von int wird werterhaltend auch in long umgewandelt.
Gleitkomma
Richtung double bleibt Wert erhalten.
Richtung float gehen signifikante Ziffern (Genauigkeit) verloren.
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Richtung int bleibt (meistens) Genauigkeit, aber Wertebereich ist viel kleiner.
Parameterübergabe
Ohne Prototypen, oder bei ...
−> immer
float −> double
char −> short −> int
Mit Prototypen wird implizit umgewandelt.
Es werden immer (kopierte) Werte übergeben.
int Argumentwerte an long Parameter (ohne Prototypen) geben Ärger bei kleinen Maschinen.
Von Vektoren werden Anfangsadressen übergeben — also kann man Elemente ändern.
213. C formal: Datenstrukturen
Vektor
Zusammenfassung von Elementen gleichen Typs.
Zusammenhängend gespeichert.
Konstant dimensioniert.
Indexwert muß int sein.
Gezählt ab 0.
Vektorname ist Adresse des ersten Elements, folglich kann Vektor als Parameter geändert werden.
Zeichenketten
T
e
x
t
\0
Vektor mit char Elementen, nach Konvention \0 am Schluß.
\0 braucht Speicherplatz, zählt aber bei Länge nicht mit.
"Zeichenfolge"
als Konstante, mit Ersatzdarstellungen.
\0 am Schluß implizit erzeugt.
Mehrere Strings nacheinander werden implizit verkettet.
Konstant ist die Anfangsadresse der Zeichenkette, und ihr Inhalt:
"axel was here"[0] = ’A’;
/* FALSCH */
214. C formal: Datenstrukturen
Struktur und Union
Zusammenfassung von Komponenten/Alternativen verschiedenen Typs.
struct etikett {
deklaration ...
} variable ... ;
union etikett {
deklaration ...
} variable ... ;
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215. C formal: Ausdrücke
struct ... { ... } beziehungsweise union ... { ... } insgesamt gilt als ein Typname wie int.
etikett ist der (optionale) Name der Struktur oder Union.
Wenn die Struktur oder Union vereinbart ist, genügt struct etikett beziehungsweise union etikett als Typname.
deklaration vereinbart die Komponenten beziehungsweise Alternativen.
variable vereinbart die Variablen vom Struktur- beziehungsweise Union-Typ.
Es ist alles erlaubt: Strukturen mit Vektoren, Vektoren von Strukturen, ...
Struktur beziehungsweise Union kann als Parameter und als Funktionsresultat verwendet werden. Dabei werden Werte
übergeben.
Zuweisungen sind ebenfalls erlaubt.
Bit-Felder
struct {
unsigned wert : 10;
unsigned : 3;
unsigned : 0;
} ...
/* Platzhalter */
/* naechstes Wort */
In einer Struktur kann man ganzzahlige Komponenten mit der Anzahl Bits vorgeben — portabel nur bei unsigned.
Anordnung im ‘‘Wort’’ ist unbekannt.
Initialisierung ist in ANSI-C erlaubt; dabei werden unbenannte Komponenten übersprungen.
Es gibt keine Vektoren von Bit-Feldern, aber es gibt Vektoren solcher Strukturen. Eine Struktur beginnt allerdings immer auf einer Adreßkante.
215. C formal: Ausdrücke
Vorrangtabelle
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Operator
Klammerung
Bedeutung
,
von links
serielle Bewertung
=
|= ˆ= &= <<=
>>= += -= *=
/= %=
von rechts
Zuweisung
Operation und Zuweisung
Auswahl, bedingte Bewertung
? :
||
von links
ODER mit Abbruch
&&
UND mit Abbruch
|
Bit-ODER (Integer)
ˆ
Bit-exklusiv-ODER (Integer)
&
Bit-UND (Integer)
== !=
gleich, nicht gleich
< <=
> >=
kleiner, kleiner gleich
größer, größer gleich
<< >>
Bit-Verschiebung, links, rechts (Integer)
+ -
Addition, Subtraktion
* / %
Multiplikation, Division, Rest
++ --
unitär,
von rechts
Inkrement (+= 1), Dekrement (-= 1)
&
*
- +
!
˜
( typ )
sizeof
Adresse (scanf)
Verweis
Vorzeichen
logische Verneinung
Bit-Umkehr (Integer)
Umwandlung
Speicherbedarf
() []
-> .
Klammern
Auswahl in Struktur/Union
216. C formal: Anweisungen
Anweisungen
;
nichts
ausdruck ;
z.B. Zuweisung
z.B. Prozeduraufruf
break ;
Schleife abbrechen
switch abbrechen
continue ;
Schleife wiederholen
return ;
Prozedur beenden
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217. C formal: Vereinbarungen
return ausdruck ;
Funktionswert,
Funktion beenden
{ lokale-Vereinbarungen anweisungen }
Zusammenfassung
if ( ausdruck ) anweisung
if ( ausdruck ) anweisung else anweisung
Auswahl
zwei Fälle
while ( ausdruck ) anweisung
falls und so lange
do anweisung while ( ausdruck ) ;
einmal und falls
for ( ausdruck ; ausdruck ; ausdruck )
anweisung
switch — Auswahl unter vielen Fällen
Fallnummer
eins
Anweisungen
zwei
Anweisungen
Anweisungen
switch ( ausdruck ) {
case integer :
anweisungen
break ;
...
default :
anweisungen
break ;
}
217. C formal: Vereinbarungen
Aufgabe
declare before use.
Vereinbarung legt für Namen fest
• Art — Variable, Datentyp, Funktion.
• Wertebereich — Integer, ...
• Struktur — Skalar, Vektor, ...
• Speicherklasse — Register, Stack, Speicher, ...
• Geltungsbereich — Programm, Quelldatei, Funktion, Block.
• Lebensdauer — immer, während Aufruf, ...
Vereinbarung verwendet Schlüsselworte
auto extern register static typedef
Speicherklasse
char double float int long short unsigned Typname
Form, d.h. Sonderzeichen wie z.B.
* name
name ( )
name [ ]
Zeiger
Funktion
Vektor
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und Position: innerhalb/außerhalb von Funktion/Block.
Begriffe
Programm
besteht aus einigen Quelldateien.
dabei die Definition einer Funktion main(), deren (impliziter) Aufruf die Programmausführung darstellt.
Quelldatei
besteht aus einigen äußeren Vereinbarungen.
Vereinbarung
ist Deklaration (vereinbart Eigenschaften eines Namens) oder Definition (vereinbart Eigenschaften und erzeugt
Objekt).
betrifft Variablen (also Daten) oder Funktionen (also Aktionen).
äußere Vereinbarung
gilt (wenigstens) bis zum Ende der Quelldatei.
Funktion
besitzt (optional) Parameter (also initialisierte lokale Variablen) und (optional) lokale Variablen.
besteht aus Folge von Anweisungen.
Zusammenfassung (Block)
von Anweisungen in { } gilt wieder als Anweisung.
besitzt (optional) ebenfalls lokale Variablen.
218. C formal: Vereinbarungen
Geltungsbereich von Namen
Programm
Geltungsbereich
alle Quelldateien
Position der Vereinbarung
globale Definition einmal
extern Deklaration
nicht in Funktion
Funktion
beliebige Quelldatei
globale Definition einmal
extern Deklaration
in Funktion
Quelldatei
ab Definition
bis Ende
static Definition
Funktion
ab Definition
bis Ende
Definition
in Funktion
Zusammenfassung
(Block)
ab Definition
bis Ende
Definition
in Block
nicht in Funktion
Geltungsbereiche sind verschachtelt: Block in Funktion in Quelldatei in Programm.
Jeder Name ist in seinem Geltungsbereich eindeutig.
In verschachteltem Geltungsbereich kann Name anders vereinbart werden.
Faustregel
So lokal wie möglich, so global wie nötig definieren!
•
wer muß auf ein Objekt zugreifen?
•
geht’s auch als Parameter?
•
wie lange muß es existieren (→ Lebensdauer)?
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219. C formal: Vereinbarungen
219. C formal: Vereinbarungen
Beispiele
1.c
2.c
−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−
int a; ˜˜˜˜˜˜˜˜˜˜˜˜˜˜extern int a;
3.c
−−−−−−−−−−−−−−−−−−
static int a;
f()
{ extern int b;˜˜˜˜˜int b;
}
Per Programm darf es global definierten Namen nur einmal geben.
Wenigstens per Quelldatei muß er vereinbart werden, wenn Zugriff erfolgen soll.
Globale Tränen vermeidet man grundsätzlich mit static.
int a;
global
f (int a)
{
int a;
Parameter
lokal in Funktion
{
}
{
}
int a;
lokal in Block
int a;
}
g (int a)
{
int a;
}
h (void)
{
extern int a;
}
global, in Funktion
Parameter der gleichen Funktion sollten verschiedene Namen haben.
Parameter und lokale Variablen sollten verschiedene Namen haben.
220. C formal: Vereinbarungen
Lebensdauer von Objekten
Lebensdauer
Programmausführung
statisch
Geltungsbereich
Programm
Funktion
Block
Vereinbarung
global
static in Funktion
extern in Funktion
static in Block
extern in Block
Funktionsaufruf
automatisch
Funktion
Parameterdeklaration
lokal in Funktion
Blockausführung
automatisch
Block
lokal in Block
Statische Werte bleiben über Funktionsaufrufe (rekursiv oder nicht) hinweg erhalten, automatische nicht.
Statische Werte werden einmal initialisiert (falls angegeben, oder eben auf Null), automatische Werte werden bei jedem
Aufruf initialisiert (nur falls angegeben).
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Statische Werte werden nur konstant initialisiert, automatische Werte auch mit Ausdrücken.
Automatische Aggregate kann man initialisieren.
Es gibt auch dynamisch erzeugte Objekte (→ Zeiger, Speicherverwaltung).
Beispiel
void f (int i)
{
int many = 10;
++ many;
if (i)
f(i/2);
}
many ist automatisch und erhält immer den Wert 11.
void g (int i)
{
static int once = 10;
++ once;
if (i)
g(i/2);
}
once ist statisch und durchläuft die Werte 11, 12, ...
221. C formal: Vereinbarungen
Vereinbarung
speicherklasse typname deklarator = initialisierung
speicherklasse typname deklarator funktionskoerper
Vieles kann man weglassen, nicht alle Kombinationen sind sinnvoll (d.h., erlaubt).
Fehlt der Funktionskörper, gilt die Vereinbarung für einen Parameter oder ist die Speicherklasse extern bei Daten,
liegt eine Deklaration vor, sonst eine Definition. Nur bei einer Definition kann man initialisieren.
Als Typname gibt es char, int, double, struct ..., usw. Eigene Namen kann man mit typedef als ‘‘Speicherklasse’’ konstruieren.
Ein einfacher deklarator besteht aus einem Namen gefolgt von null oder mehr Dimensionierungen.
name [ dimension ] [ dimension ] ...
Bei Deklaration kann die erste Dimensionierung leer sein, bei Funktion ist keine erlaubt. Dimensionierung ist immer
konstant.
Interpretation
Kompliziertere Deklaratoren werden aus Namen, * für Zeiger, [] für Vektor, () für Funktion und Vorrang aufgebaut.
Hat ein Ausdruck die ‘‘Form’’ eines Deklarators, liefert er einen Wert vom Datentyp des Typnamens der Vereinbarung:
int name;
... name ...
liefert int
int * ptr;
... * ptr ...
... ptr ...
liefert int
* anwendbar
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222. C formal: Bindung
int vec [ 10 ];
... vec [ ausdruck ] ...
... vec ...
liefert int
[ ] anwendbar
int fun ( ... ) ;
... fun ( ausdruck , ... ) ...
... fun ...
liefert int
( ) anwendbar
222. C formal: Bindung
ANSI C
Externe Bindung hat ein globaler Name zwischen verschiedenen Quelldateien. Er erhält sie, wenn er zuerst ohne static auftritt.
Interne Bindung hat ein globaler Name innerhalb einer Quelldatei. Er erhält sie, wenn er beim ersten Mal mit static
auftritt.
Keine Bindung haben lokale Namen.
Eine globale Vereinbarung ist eine Definition, wenn eine Initialisierung angegeben ist. Sonst ist sie eine Deklaration.
Es darf viele Deklarationen und es muß (nur) eine Definition geben.
Ohne extern ist eine globale Deklaration eine vorläufige Definition. Aus allen vorläufigen Definitionen wird eine Definition erzeugt, falls keine Definition explizit vorhanden ist.
Verwendung
•
so lokal wie möglich, so global wie nötig
static
Variable in Funktion
nur wenn Wert über Aufrufe erhalten bleiben soll, e.g., Schalter ob Funktion zum ersten Mal aufgerufen
wird, oder Puffer, dessen Adresse dem Aufrufer geliefert wird.
Variable außerhalb
wenn Wert mehreren Funktionen (zusammen in einer Datei) zur Verfügung stehen soll.
Funktion
wenn sie nur in einer Datei verwendet wird, oder wenn sie über Vektor von Funktionsnamen aufgerufen
wird.
nicht static
lokale Variable
Regelfall, wenn Wert zwischen Aufrufen zerstört werden kann.
globale Variable
möglichst selten; nur wenn Wert wirklich überall gebraucht wird.
Funktion
nur wenn sie von mehreren Dateien aus aufgerufen wird; nötig für main().
223. C formal: Bindung
Globale Namen
static int g1;
int g1;
int g1 = 1;
/* vorlaeufige Definition, interne Bindung */
/* zusaetzliche vorlaeufige Definition */
/* Definition */
extern int g2;
int g2;
/* Deklaration, externe Bindung */
/* vorlaeufige Definition */
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int g2 = 2;
/* Definition */
int g3;
static int g3;
extern int g3;
int g3;
int g3 = 3;
/*
/*
/*
/*
/*
vorlaeufige Definition, externe Bindung */
zu spaet... (illegal) */
zusaetzliche Deklaration */
zusaetzliche vorlaeufige Definition */
Definition */
/*
/*
/*
/*
Deklaration,
Deklaration,
Deklaration,
Deklaration,
Lokale Namen
f() {
extern
extern
extern
extern
{
int
int
int
int
g1;
g2;
g3;
g4;
interne
externe
externe
externe
Bindung
Bindung
Bindung
Bindung
*/
*/
*/
*/
int local;
/* Definition, keine Bindung */
/* auto: einmal pro Aufruf */
static int s;
/* Definition, keine Bindung */
/* static: einmal fuer alle Aufrufe */
int g1 = 5;
::g1 += g1;
/* Definition, keine Bindung */
/* in C++ :: greift global zu */
}
}
224. Programmbeispiele
Allgemeines
Alle in C, C++ und Objective C codierten Programme sind auch unter Linux sowie DOS/Windows mit DJGPP benutzbar.
Die in Objective C codierten Programme können unter DOS/Windows übersetzt werden.
index.htm
beschreibt die Beispiele
UNIX:
make run
make all
make clean
produziert sie und führt sie aus
produziert sie
entfernt Objekte, etc.
DOS/Windows:
make dos_run
make dos
make dos_clean
produziert sie und führt sie aus
produziert sie
entfernt Objekte, etc.
Kataloge mit Hilfsmitteln
Die Datei make/c.h muß für die Plattform geeignete Werte enthalten; für DOS/Windows, Linux und OPENSTEP existieren fertige Dateien. Alle Beispiele sollten von hier aus konfiguriert werden können.
make
include
lib
et
paßt makefile für verschiedene Systeme an
private Definitionsdateien
private Bibiotheksfunktionen
demonstriert Umwandlungen in C-Ausdrücken
14
images
224. Programmbeispiele
Bilder für Web-Seiten