Betriebssysteme / C - HS Fulda

Betriebssysteme
Kurze Einführung in C
oder
Was man von C wissen muss 8-)
Hochschule Fulda – FB AI
Wintersemester 2016/17
http://bs.rz.hs-fulda.de
Peter Klingebiel, HS Fulda, FB AI
Der Alles-Markierer von Pia Valentin (AI - Digitale Medien – Danke an Pia für das Foto)
1. Platz im Fotowettbewerb „Zeig mir wie Du lernst“, HS Fulda 2014
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2
Programmieren in C
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Java – C 1
• Java ist objektorientiert
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4
Java – C 2
• Objekte kapseln Daten (Attribute) und
Operationen auf den Daten (Methoden)
• Attribute = Daten in C
• Methoden = Funktionen in C
• Objekte kommunizieren durch Senden und
Emfangen von Nachrichten
• Objekte entstehen durch Instantiierung einer
Objektklasse
• Java aus C abgeleitet
• Daher einige Ähnlichkeiten von Java und C
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Java – C 3
• C ist eine imperative strukturierte Sprache
• Daten werden durch die Mühle von Funktionen geschickt, um dann zu einem Resultat
(Ergebnisdaten) zu kommen
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Java – C 4
• Beispiel Java:
public class HelloWorld {
public static void main(String args[])
{ // Ausgabe Hello World!
System.out.println("Hello World!");
}
}
• Beispiel C:
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("Hello World!\n");
return(0);
}
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Woher kommt C?
• 1971-73 Dennis Ritchie entwickelt bei den Bell
Laboratorien C für die Programmierung des neuen
UNIX-Betriebssystems
• 1973 Implementierung von UNIX in C
• Vorläufer: B (1969/70) und BCPL (1960er Jahre)
• 1978 Ritchie/Kernighan: „The C Programming Language“
(dt. „Programmieren in C“)
• 1989 Norm ANSI X3.159-1989 Programming Language C
• 1990 ISO Standard C90
• 1995 erweiterter ISO Standard C95
• 1999 ISO/IEC 9899:1999
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Einsatzgebiete von C
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CAD-, CAE-, Simulationssysteme
Text- und Grafikverarbeitungssysteme
Mathematik-, Numerische Systeme
Betriebssysteme (Unix, Linux, ...)
Systemprogramme (Unix, Linux, Windows, ...)
Sprachinterpreter, -compiler (GNU C++, CC)
Netz-, Webdienste (Apache Webserver, ...)
Steuerungs-, Regelungssysteme
Microcontrollerprogramme
Aber auch: Mathlab  C-Code
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Wie wird ein C-Programm ausgeführt? 1
• Ausführung direkt auf dem Prozessor
–
–
–
–
z.B. Temperaturregelung in Kühltruhe
z.B. Arduino-Sketch
Programm in ROM, EPROM o.ä. gespeichert
alle Funktionalitäten müssen im Programm in
Maschinencode vorhanden sein
• Ausführung auf einem Betriebssystem
– Hardware ist durch das BS gekapselt
– Starten/Beenden des Programms über das BS
– Unterstützung durch BS bzw. BS-Funktionen,
z.B. IO, Dateien, Timer, Signale, Threads usw.
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Wie wird ein C-Programm ausgeführt? 2
• Betriebssystem
Anwendungsprogramm
Funktionsbibliotheken
Systemcalls / Systemaufrufe
Hardware / Prozessor
• Mikrocontroller
Anwendungsprogramm
(incl. aller Funktionen)
Hardware / Prozessor
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Wie ist ein C-Programm aufgebaut?
• Beispiel hallo.c
/*
*
*/
hallo.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char *text = "Hallo, Welt! ";
printf("%s\n", text);
return(0);
}
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Grafik von Prof. Dr. U. Werner, ET
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C-Preprozessor 1
• C-Preprozessor bearbeitet C-Quelltexte
vor dem eigentlichen Compilerlauf
•  rein textueller Eingriff in den Quelltext
• CPP hat eigene Syntax
• # leitet CPP-Anweisungen ein
• CPP-Anweisungen nicht mit ; terminiert!
• Wichtige Direktiven von CPP:
– #include
– Dateien einfügen
– #define
– Makros definieren
– #if / #ifdef – Bedingte Compilierung
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C-Preprozessor 2
• #include – fügt den Inhalt anderer Dateien
(sog. Headerfiles) in den Quelltext ein
• Includedateien enthalten i.w.
–
–
–
–
–
–
–
Deklarationen von Funktionen (prototypes)
Deklarationen von Datentypen
Deklarationen von externen/globalen Variablen
Definitionen von Konstanten (const)
Definitionen von Konstanten als CPP-Makro
Definitionen von CPP-Makros
Bedingte Compilierung
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C-Preprozessor 3
• #define – definiert ein Makro
 Textersatz
#define makroname
#define makroname ersatztext
#undef makroname
• Beispiele:
– #define UNIX - Makro UNIX definiert, z.B. zur
Verwendung bei bedingter Compilierung
– #define EOF (-1) - Makro EOF wird durch
Ersatztext (-1) ersetzt  wie Konstante
– #undef TEST - Makro TEST nicht definiert
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C-Preprozessor 4
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C-Preprozessor 5
• Bedingte Compilierung  Verändern des
Quelltextes abhängig von CPP-Makros
• Syntax
#if
(expr1)
#elif (expr2)
#else
#endif
• und
#ifdef (symbol)
#ifndef (symbol)
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Reservierte Worte in C
• C kennt nur 33 reservierte Worte
auto
const
double
float
if
return
static
union
while
break
continue
else
for
int
short
struct
unsigned
case
default
enum
goto
long
signed
switch
void
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char
do
extern
inline
register
sizeof
typedef
volatile
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Anweisung / Ausdruck 1
• C kennt keine Anweisungen (statements),
sondern nur Ausdrücke (expressions)
• Ausdruck hat einen Wert (wie in Assembler!)
• Beispiel: Zuweisung in C
int i;
i = 4711;
• Zuweisung kann auch ausgewertet werden:
int a, b, c, i, j;
a = b = c = 3;
if(i = 4711)
...
while(j = 1)
...
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Anweisung / Ausdruck 2
• Ausdruck  Gültige Kombination von
Konstanten, Variablen, Operatoren, Funktionen
• Reihenfolge der Auswertung
– Vorrangregeln der Operatoren legen Reihenfolge
der Auswertung implizit fest
– Klammern ( ) legen Vorrangregeln explizit fest
– Sind Vorrangregeln nicht eindeutig
 Reihenfolge der Auswertung nicht definiert
– Compiler kann Ausdrücke / Teilausdrücke in
effizient auswerten / optimieren
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Typumwandlung in Ausdrücken
• Implizite (automatische) Typumwandlung
• Explizite Typumwandlung durch Type Casting:
double x; int i = 3, j = 10;
x = (double) i / (double) j;
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Datentypen 1
• Vordefinierte Grunddatentypen
char
int
Zeichen (ASCII-Kode, 8 Bit)
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 2
• Type-Modifier spezifizieren Grunddatentypen
• short int, long int, long long
– legen Länge der Ganzzahl
– maschinenabhängig, 16 Bit, 32 Bit
– int kann auch fehlen
• long double
– Gleitkommazahl, erw. Genauigkeit
– oft 96 oder 128 Bit, IEEE
• signed, unsigned
– char/int mit/ohne Vorzeichen
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Konstanten
• Konstanten haben einen festgelegten und
damit unveränderbaren Wert
• explizite Definition, z.B.
const float pi = 3.141;
• implizite Definition, 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
• Eigenschaften von Variablen:
–
–
–
–
–
Datentyp
Namen (Bezeichner, Identifier)
Lebensdauer / Speicherklasse
evtl. initialer Wert
Sichtbarkeit (Scope)
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Variablen 2
• Variablen-Definitionen
typ name und evtl. Initialisierung , z.B.
double u;
short int i, tab = 5;
char *hallo = "Hallo, Welt!";
• Position im Programm:
– außerhalb von Funktionen
– in einem Block, also zwischen {
}
• Wert ist veränderbar (Zuweisung, Operation)
• Programmstruktur  Lebensdauer / Scope
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Wie speichert C?
• Programmstart und Aufruf von main()
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Zeiger 1
• Jede Variable hat einen Speicherort,
d.h. eine Adresse im Hauptspeicher
• Zeiger (Pointer) sind Variable, die auf eine
andere Variable verweisen, oder
exakter: 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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Zeiger 2
• Zuweisung ip = &i;
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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 Funktion sind die Parameter  Zeiger
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Call by value
• Kopie des Parameters an Funktion
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Call by reference
• Kopie der Adresse an Funktion
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Felder 1
• ein Feld (array) ist die Zusammenfassung
von Daten gleichen Typs in einer Variablen
• Felder haben eine oder auch mehrere
Dimensionen (Vektoren, Matrizen, …)
• Definition von Feldern:
char sbuf[128];
int arr[] = { 1, 8, 7, -1, 2 };
short mat[2][2] = { 11, 12, 21, 22};
• mit der Felddefinition wird der benötigte
Speicherplatz für die Variable reserviert
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Felder 2
• Zugriff auf Feldelemente mit Index in []:
char c;
c = sbuf[32];
sbuf[0] = 'A';
• die Feldindizierung beginnt immer mit 0!
short s, mat[3][3];
s = mat[0][0];
• Felder werden elementweise und Zeile für
Zeile hintereinander gespeichert
• es gibt beim Zugriff keinerlei Überprüfungen
auf Bereichsgrenzen von Feldern!
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Felder 3
• Feldvariable sind eigentlich Pointer, sie
zeigen auf das erste Element im Feld
int i, *ip, ia[4] = {11, 22, 33, 44};
ip = ia;
i = *++ip;
• Felder werden mit Adresse an Funktionen
übergeben (wie Pointer)
• Feldindizes sind eigentlich Offsets und geben
den Abstand zum Feldanfang an
Bsp: ia[3]  *(&ia[0] + 3 * sizeof(int))
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Felder und Zeiger
• Felder reservieren bei der Definition den
benötigten Speicherplatz
• Zeiger erhalten den Speicherplatz erst bei der
Zuweisung des Objekts, auf das sie zeigen,
oder bei dynamischer Speicherallokation
• Ähnlichkeit von Feldern und Zeigern
 mächtige Pointerarithmetik möglich
• Manchmal ein wenig unverständlich!
• Pointer essentiell bei Zeichenketten (strings)
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Zeichenketten 1
• Zeichenketten (strings) sind eine Folge von
Einzelzeichen char
• String ist terminiert mit '\0'
•  Speicherbedarf: Länge + 1 Byte
• Beispiel:
char *s;
char *hallo = "Hallo, Welt!";
• String  Pointer auf Feld von Elementen vom
Typ char
• Nullstring  NULL (definiert in stdio.h)
• Leerstring  char *leerstr = "";
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Zeichenketten 2
• Beispiel:
char buffer[128];
char *bp = buffer;
• Stringpointer bp  erstes Zeichen im Feld
buffer
•  Ähnlichkeit von Feldern und Pointern!
• Beispiel: String kopieren und ausgeben
char buffer[64], *bp;
strcpy(buffer, "Hallo, Welt");
bp = buffer;
while(*bp)
putchar(*bp++);
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Kommandozeilenparameter
• Jedes C-Programm startet mit einer mainFunktion
• main-Funktion ist vom Typ int und hat drei
Parameter:
• int argc
Anzahl von Kommandozeilenparametern
• char *argv[]
Feld von Strings  Kommandozeilenparameter
• char *envv[]
Feld von Strings  Umgebungsparameter
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Aufzählungsdatentyp
• Aufzählungsdatentyp enum
• Für Datentypen mit diskreten konstanten
Werten
• Beispiel:
enum color { rot, gruen, blau } c;
enum boolean { FALSE, TRUE } b;
b = FALSE;
c = blau;
• Darstellung als int beginnend mit 0,
wenn nicht explizit angegeben:
enum boolean { TRUE=1, FALSE=0 } b;
b = TRUE;
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Zusammengesetzte Datentypen 1
• Zusammenfassung von zusammengehörigen
Daten in eigenen Datentyp struct
• Beispiel: einfaches EA-Gerät mit 8-Bit
Steuerregister cr und 16-Bit Datenregister dr:
struct { char cr; int dr; } ea1;
struct _ea { char cr; int dr; } ea2;
• Zugriff durch Selektor .
if(ea1.cr & 0x01)
ea2.dr = 4711;
• bei Pointern durch Selektor ->
if(ea1->cr & 0x01)
ea2->dr = 4711;
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Zusammengesetzte Datentypen 2
• Beispiel: Datentyp struct circle für
Objekt Kreis in einem Zeichenprogramm
notwendig  Mittelpunkt (x,y) und Radius r
/* Kreis: Typ */
struct circle {
int x; /* Mittelpunktkoordinate x */
int y; /* Mittelpunktkoordinate y */
int r; /* Radius */
};
struct circle c;
c.x = 100; c.y = 100; c.r = 50;
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Zusammengesetzte Datentypen 3
• 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 {
char c;
short s;
int i;
} u;
/* Union:
/*
char
/*
short
/*
int
/* teilen sich Platz
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*/
*/
*/
*/
*/
44
Zusammengesetzte Datentypen 4
• union meist Element in einem struct
• Typ des Elements in union muss definiert
sein  eigenes Typelement im struct
• Beispiel
struct number {
byte typ;
union {
byte b;
short s;
int i;
} u;
};
/* Struct Zahl
/* Typ union-Element
/* Union:
/*
byte
/*
short
/*
int
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*/
*/
*/
*/
*/
*/
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Typdefinitionen
• Oft sinnvoll, eigene Typen oder Untertypen
zu definieren typedef
• Beispiel:
typedef unsigned char byte;
• Beispiel:
typedef struct _ea {
byte cr;
int dr;
} ea;
ea ea1, ea2;
• eigentlich nur ein neuer Name für den Typ
 besser lesbar, bessere Dokumentation!
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Ausdrücke
• Ausdrücke
– Definitionen, Zuweisungen, …
– arithmetische, logische, … Operationen, …
• bei Zuweisungen zu beachten:
gültiger l-value und r-value
– l-value (left, location) Variable mit Speicherplatz
– r-value (right, read) auswertbarer Ausdruck
– Beispiel:
int i, j;
i = 9 / 3;
45 = j;
/* gültiger l-value
*/
/* ungültiger l-value */
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Blöcke 1
•
•
•
•
Zusammenfassung mehrerer Anweisungen
Geklammert mit { }
v.a. bei Funktionen, Kontrollstrukturen
aber auch lokale Blöcke (Unterblöcke)
z.B. zur Definition von lokalen Variablen,
insbesondere Hilfsvariablen
• legt Lebensdauer von Variablen fest
• legt Sichtbarkeit (Scope) von Variablen fest
• bei Namensgleichheit ist Variable des
innersten Blocks sichtbar
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Blöcke 2
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Kontrollstrukturen
• Kontrolle des Programmablaufs abhängig
von Ergebnis von Ausdrücken
• Selektionen / bedingte Anweisungen
– Einfache Alternative if … else
– Mehrfache Alternative if … else if … else
– Fallunterscheidung switch
• Iterationen / Schleifen
– Abweisende Schleife while
– Laufanweisung for
– Annehmende Schleife do … while
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Selektionen 1
• Bedingte Anweisung if
• Syntax:
if (ausdruck)
anweisung
• Bedingte Anweisung if … else
• Syntax:
if (ausdruck)
anweisung
else
anweisung
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Selektionen 2
• Mehrfache Alternative if…else if…else
if (ausdruck_1)
anweisung_1
else if(ausdruck_2)
anweisung_2
else if(ausdruck_3)
anweisung_3
else if (ausdruck_n)
anweisung_n
...
...
else
/* kann auch fehlen */
anweisung_else
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Selektionen 3
• Mehrfachauswahl oder Fallunterscheidung
bei konstanten Alternativen
switch
switch(ausdruck){
case k1:
// k1  Konstante
anweisung_1;
break;
case k2:
// k2  Konstante
anweisung_2;
break;
. . .
default:
anweisung_default;
}
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Iterationen 1
• Abweisende Schleife while, manchmal auch
kopfgesteuerte Schleife genannt
• Syntax
while (ausdruck)
anweisung
• Bedingung ausdruck wird vor Ausführung
vom Schleifenkörper anweisung geprüft
• Schleifenkörper wird nur ausgeführt, wenn
Bedingung ausdruck wahr ist
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Iterationen 2
• Laufanweisung oder abweisende Schleife mit
for
• Syntax
for(ausdruck1; ausdruck2; ausdruck3)
anweisung
• Kann durch while-Schleife ersetzt werden:
ausdruck1;
while(ausdruck2) {
anweisung;
ausdruck3;
}
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Iterationen 3
• Nicht-annehmende Schleife do while,
machmal auch: fußgesteuerte Schleife
• Syntax
do
anweisung
while (ausdruck)
• Bedingung ausdruck wird erst am Ende des
Schleifenkörperts geprüft
•  Schleife wird mindestens einmal
durchlaufen
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Iterationen 4
• Schleifensteuerung
• break
– bricht die Ausführung der aktuellen Schleife bzw.
switch-Anweisung ab und verlässt diese
• continue
– bricht den aktuellen Schleifendurchlauf ab
– setzt mit Ausführung des Schleifenkopfes fort
• Endlosschleife
while(1) ...
for(;;) ...
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Funktionen 1
• Funktionen sind Programmteile (Blöcke) mit
Namen, ggfs. Parametern und ggfs. einem
Rückgabewert
• elementare Bausteine für Programme
– gliedern umfangreiche Aufgaben in kleinere
Komponenten
– reduzieren Komplexität
– Wiederverwendung von Komponenten
– verbergen Details der Implementierung vor
anderen Programmteilen (black box)
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Funktionen 2
• Funktionsdefinition
typ name(parameter)
• Typ
– Datentyp, der von Funktion zurückgeliefert wird
– void  kein Rückgabewert (Prozedur)
• Name
– Bezeichner kann beliebig gewählt sein
– Regeln für Identifier, keine Schlüsselworte
• Parameter
– Liste von typ name der Parameter in Klammern
– keine Parameter: () oder (void)
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Funktionen 3
• Body  Block mit {} geklammert
• zusätzliche Anweisung return(ausdruck)
 Rückkehr aus der Funktion
• Bei void-Funktion: nur return
• nach Rückkehr aus Funktion  Programm
wird nach Funktionsaufruf fortgesetzt
• Typ von Ausdruck und Funktion müssen
übereinstimmen
• Klammern bei return können entfallen
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Funktionen 4
• Die Ausdrücke in der Parameterliste werden
vor dem Sprung in die Funktion ausgewertet
 aktuelle Parameter
• Anzahl und Typen der Ausdrücke der
aktuellen Parameter müssen mit denen der
formalen Parameter in der Definition der
Funktion übereinstimmen
• Die Auswertungsreihenfolge der Parameterausdrücke ist nicht festgelegt
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Funktionen 5
• Funktionen werden global definiert
 keine lokalen Funktionen möglich
• static beschränkt Funktion auf Modul
• main() ist normale Funktion, die aber beim
Programmstart automatisch aufgerufen wird
• Rekursion ist möglich:
int fak(int n)
{
if(n == 1) return(1);
else return(n * fak(n-1));
}
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Funktionen 6
• Funktionen müssen deklariert sein, bevor sie
aufgerufen werden können
• Name, Rückgabetyp und Parametertypen
müssen dem Compiler bekannt sein
• Funktionsdefinition  Funktion ist
automatisch deklariert und bekannt
• sonst Prototype, z.B. in Headerdatei
typ name ( liste der parametertypen );
• Beispiele:
double sin(double);
double cos(double x);
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Funktionen 7
• Parameterübergabe an Funktionen
• call by value
– aktuelle Parameter werden in Speicherbereich der
Funktion kopiert
– in Funktion: Änderungen nur lokal in Funktion
• call by reference
– In C nur über Zeiger realisierbar
– Adresse der Parameter werden in Funktion kopiert
– Änderungen an Parametern  Änderungen an
den originalen Variablen
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Speicherklassen 1
• Funktionen können nur global, d.h.
ausserhalb von Blöcken definiert werden
– Sichtbarkeit global
– static  Sichtbarkeit im Quelldateikontext
• Variablen können ausserhalb von Blöcken,
d.h. global definiert werden
– Sichtbarkeit global
– static  Sichtbarkeit im Quelldateikontext
• Variablen können innerhalb von Blöcken,
d.h. lokal oder automatisch definiert werden
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Speicherklassen 2
• auto
– nur innerhalb eines Blocks, Standardklasse
– Variable existiert / ist sichtbar nur im Block
• static
– in Block: Variable erhält ihren Wert
– sonst: Variable/Funktion nur in C-Quelle sichtbar
• extern
– Variable ist in anderer C-Quelle definiert
• register
– Variable  CPU-Register, hat keine Adresse!
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Lebensdauer
• Lebensdauer einer Variablen ist die Zeit,
in der diese Variable Speicherplatz belegt
• lokale / automatische Variable
– „lebt“, d.h. hat einen Speicherort vom Anfang bis
zum Ende des Blocks, in dem sie definiert ist
– Speicherplatz wird bei Verlassen des Blocks
wieder freigegeben  Variable ist ungültig!
– Zugriff darauf ist dann undefiniert
• globale oder statische Variable
– „lebt“ vom Anfang bis zum Ende des Programms
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Sichtbarkeit 1
• der Sichtbarkeitsbereich (Scope) einer
Variablen  Programmabschnitt, in dem die
Variable sichtbar / nutzbar / gültig ist
• der Scope wird durch den Ort der Definition
bzw. Deklaration der Variablen festgelegt
– innerhalb eines Blocks  sichtbar von der Stelle der
Definition bis zum Blockende
– ausserhalb  sichtbar von Stelle der Definition bzw.
Deklaration bis zum Ende der Quelldatei
– mit static definierte Variablen sind nur im Modul
(= C-Quelldatei) sichtbar
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Sichtbarkeit 2
• globale Variable müssen ausserhalb von
Blöcken definiert sein
• Variablen aus anderen Modulen (globale
Variable) müssen explizit als extern
deklariert werden
• Scope einer Funktion: Bereich auf Ebene des
Programms, in der die Funktion nutzbar ist
– global
– sollte dann vor Nutzung bekannt sein (Prototype)
– lokal nur im Modul bei Definition als static
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Module
• um größere Programmprojekte überschaubar
und sicherer zu machen, wird die Aufgabe in
kleinere Teilaufgaben (= Module) zerlegt
–
–
–
–
 Reduktion der Komplexität
 separates Entwickeln und Testen
 Wiederverwendbarkeit von Programmteilen
 Erstellen von Programmbibliotheken
• Abstraktion von Daten und Funktionen
• Kapselung von Daten
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70
Bibliotheken
• in der Programmiersprache C sind nur die
notwendigsten Grundfunktionalitäten definiert
– es fehlen z.B. Funktionen für Ein-/Ausgabe,
Funktionen für Dateihandling, Funktionen für
Stringhandling, höhere mathematische Funktionen
und vieles andere mehr
– erleichtert die Entwicklung eines C-Compilers
– leichtere Anpassung / Übertragung auf andere
Hardware oder Betriebssystem
• Viele der o.g. Funktionen sind in der sog.
Standardbibliothek definiert!
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Bibliotheken und Module
• Projekt: Module und Bibliotheken
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Dynamischer Speicher
• Oft: Größe von Objekten erst zur Laufzeit
bekannt  Bereitstellen des benötigten
Speicherplatzes dynamisch (Heapsegment)
• #include <stdlib.h>
• Anforderung von Speicher:
– void *malloc(size_t s)
– s Bytes allozieren
– void *calloc(size_t n, size_t s)
– s * n Bytes allozieren und mit 0 initialisieren
– return NULL bei Fehler, sonst Pointer auf Speicherbereich
• Freigabe von alloziertem Speicher
– void free(void *ptr)
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Dynamische Datenstrukturen
• häufig ist die Anzahl der zu speichernden und
zu bearbeitenden Daten erst zur Laufzeit des
Programms bekannt
• Felder ungeeignet: müssen zur Compilezeit
oder in Blöcken dimensioniert werden
•  dynamische Datenstrukturen
–
–
–
–
einfach verkettete Listen
doppelt verkettete Listen
Bäume
usw.
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Dynamische Listen 1
• Beispiel: einfach verkettete Liste
/* Datentyp f. einfach verkettete Liste */
typedef struct _slist {
int value;
/* Daten
*/
struct slist *next;
/* Nachfolger
*/
} slist;
• Beispiel: doppelt verkette Liste
/* Datentyp f.
typedef struct
int value;
struct dlist
struct dlist
} dlist;
doppelt verkettete Liste
_dlist {
/* Daten
*prev;
/* Vorgaenger
*next;
/* Nachfolger
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*/
*/
*/
*/
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Dynamische Listen 2
• Objekte der Listentypen werden zur Laufzeit
– alloziert
slist *insert(slist *llp, int value){
slist *nlp;
nlp = (slist *) malloc(sizeof(slist));
– besetzt bzw. initialisiert
nlp-> value = value;
nlp->next = NULL;
– und in die Liste eingehängt
if(llp)
llp->next = nlp;
return(nlp);
}
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Dynamische Listen 3
• Einfache Liste: Erzeugung 1. Element
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Dynamische Listen 4
• Einfache Liste: n. Element und Verkettung
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Dynamische Listen 5
• erstes Element wird oft Wurzel, Anker oder
Kopf der Liste genannt
• Durchlaufen der Liste i.d.R. von der Wurzel
der Liste aus
slist *root, *slp;
for(slp = root; slp; slp = slp->next)
printf("%d\n", slp->value);
• wird das letzte Listenobjekt mit der Wurzel
verlinkt  Ringpuffer
• Sortieren bei Erzeugen der Liste möglich
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Felder, Zeiger, Listen 1
• bekannt: Felder und Zeiger werden in C ganz
ähnlich behandelt
• Wesentlichster Unterschied:
– Felder sind dimensioniert  ihnen ist ein fester
Speicherort zugeordnet  für die zu speichernden
Objekte / Feldelemente ist Platz vorhanden
– Zeiger weisen erst nach Zuweisung oder dyn.
Allozierung auf den Speicherort ihrer Objekte
• Feldvariable  Adresse des 1. Elements
• Feldindizes  Offset im Feld
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Felder, Zeiger, Listen 2
• Konstante Dimensionierung von Feldern
double df[100];
/* Feld mit 100 Elementen */
• Variable Dimensionierung von Feldern nur für
automatische Feldvariable zulässig
void fun(int n) {
double df[n]; /* Feld mit n Elementen */
...
}
• Grund: Feldgröße muss beim Anlegen / bei
Speicherzuweisung des Felds bekannt sein
– statisch / global  Compilezeit
– automatisch / lokal  Eintritt in Funktion / Block
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Felder, Zeiger, Listen 3
• variable Dimensionierung von statischen und
globalen Feldern häufig benötigt
• Lösung  dynamische Feldallozierung
• Beispiel: double-Feld dynamisch duplizieren
double *dbldup(double d[], int n) {
double *df;
int i;
df = calloc(n, sizeof(double));
for(i = 0; i < n; i++)
df[i] = d[i];
return(df);
}
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 … und nun: viel Erfolg mit C…
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