Vorlesung Teil 1 - AI >> C-Programmierung >> WS 2014/15

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Programmieren in C
Einführung
Hochschule Fulda – FB AI
Wintersemester 2014/15
http://c-ai.rz.hs-fulda.de
Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ
Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ
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Zur Vorlesung
• Peter Klingebiel
–
–
–
–
–
–
Dipl. Ing. Maschinenbau
Leiter DVZ HS Fulda
Raum E318
Telefon 0661/9640-172
http://www.hs-fulda.de/~klingebiel
mailto:klingebiel@hs-fulda.de
• Webseite der Vorlesung
– Folien, Aufgaben, Demoprogramme, Links usw.
– http://c-ai.rz.hs-fulda.de
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Programmieren in C 1
• Programmieren
• in
• C ???
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Programmieren in C 2
• Quelle: Eines Tages - Spiegel Online
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Programmieren in C 3
• Quelle: Eines Tages - Spiegel Online
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Programmieren !?!?!?
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Programmieren
• Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Programmierung
• Definition:
„Programmieren ist eine Tätigkeit, bei der
versucht wird, durch systematischen Einsatz
einer gegebenen Programmiersprache ein
gestelltes Problem zu lösen.“
aus: H. Balzert, Lehrbuch Grundlagen der
Informatik, 1999
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Programm
• Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Computerprogramm
• Definition:
„Algorithmen, die von einem automatischen
Prozessor abgearbeitet werden, bezeichnet
man als Programme. Ein Programm stellt die
Realisierung eines Algorithmus dar. Im
Gegensatz zu einem Algorithmus ist ein
Programm konkreter und eingeschränkter.“
aus: Balzert, Lehrbuch ...
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Algorithmus
• Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Algorithmus
• Definition:
„Algorithmus (Plural: Algorithmen),
Problemlösungsbeschreibung, die festlegt,
wie ein Problem gelöst werden soll.“
aus: Balzert, Lehrbuch ...
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Euklidischer Algorithmus 1
• Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Euklidischer_Algorithmus
• „Wenn CD aber AB nicht misst, und man
nimmt bei AB, CD abwechselnd immer das
kleinere vom größeren weg, dann muss
(schließlich) eine Zahl übrig bleiben, die die
vorangehende misst.“
aus: Euklid, Die Elemente, hrg. v. C. Thaer
• Algorithmus zur Bestimmung des größten
gemeinsamen Teilers (ggT)
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Euklidischer Algorithmus 2
• Alter Algorithmus, iterativ, Pseudocode
euklid(a, b)
wenn a = 0
dann liefere b
sonst
solange b ≠ 0
wenn a > b
dann a = a – b
sonst b = b – a
liefere a
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Euklidischer Algorithmus 3
/*
*
*
*
*
*/
euklid1.c
Euklidischer Algorithmus
Alt, Iteration
klin, Sat Mar 20 20:38:22 2010
#include <stdio.h>
int eu(int a, int b)
{
static int n = 0;
n++;
printf("%3d a=%9d b=%9d\n", n, a, b);
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Euklidischer Algorithmus 4
• Alter Algorithmus, rekursiv, Pseudocode
euklid(a, b)
wenn b = 0
dann liefere a
sonst wenn a = 0
dann liefere b
sonst wenn a > b
dann liefere euclid(a-b, b)
sonst
liefere euklid(a, b-a)
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Euklidischer Algorithmus 5
/*
*
*
*
*
*/
euklid2.c
Euklidischer Algorithmus
Alt, Rekursion
klin, Sat Mar 20 20:38:22 2010
#include <stdio.h>
int eu(int a, int b)
{
static int n = 0;
n++;
printf("%3d a=%9d b=%9d\n", n, a, b);
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Euklidischer Algorithmus 6
• Neuer Algorithmus, iterativ, Pseudocode
euklid(a,
solange
h = a
a = b
b = h
liefere
b)
b ≠ 0
modulo b
a
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Euklidischer Algorithmus 7
/*
*
*
*
*
*/
euklid3.c
Euklidischer Algorithmus
Neu, Iteration
klin, Sat Mar 20 20:38:22 2010
#include <stdio.h>
int eu(int a, int b)
{
static int n = 0;
int h;
while(b != 0) {
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Euklidischer Algorithmus 8
• Neuer Algorithmus, rekursiv, Pseudocode
euklid(a, b)
wenn b = 0
dann liefere a
sonst
liefere euklid(b, a modulo b)
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Euklidischer Algorithmus 9
/*
*
*
*
*
*/
euklid4.c
Euklidischer Algorithmus
Neu, Rekursion
klin, Sat Mar 20 20:38:22 2010
#include <stdio.h>
int eu(int a, int b)
{
static int n = 0;
n++;
printf("%3d a=%9d b=%9d\n", n, a, b);
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Kochrezept 1
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Kochrezept 2
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21
Montageanleitung
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22
Kaffee kochen 1
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23
Kaffee kochen 2
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24
Kaffee kochen 3
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Temperaturregelung Bügeleisen 1
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Temperaturregelung Bügeleisen 2
• Schematischer Aufbau
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Temperaturregelung Bügeleisen 3
• Wirkungsplan / Regelkreis
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Temperaturregelung Bügeleisen 4
• Temperaturverlauf
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Algorithmus Temperaturregelung ?
?????
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Temperaturregelung in Assembler
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
temperaturregelung.asm
Simulation einer einfachen Temperaturregelung,
z.B. bei Bügeleisen. AD- und DA-Wandler werden
über Tastatur und Display simuliert:
Temperatur wird von Tastatur mit '0' .. '9'
gelesen, wobei '5' 100 Grad entspricht.
Temperatur < 100 Grad -> Heizung ein -> '+'
Temperatur > 100 Grad -> Heizung aus -> '-'
klin, 20. März 2010
title
Temperatur_Regelung
;
; AD-Wandler
; Simulation: Temperatur von Tastatur lesen
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Temperaturregelung in C
/*
*
*
*
*/
temperatur.c
Simuliere einfache Temperaturregelung
klin, Fri Mar 19 14:45:15 2010
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define
#define
#define
#define
TMIN
TMAX
TDIF
TEMP
100
120
(TMAX-TMIN)
110
/*
/*
/*
/*
Minimaltemperatur
Maximaltemperatur
Maximale Temperaturdiff
Solltemperatur
/*
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Programmiersprachen 1
• Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Programmiersprache
• Definition:
„Um Problemlösungen in einem Formalismus
niederschreiben zu können, legt man
Programmiersprachen fest.“
aus: Balzert, Lehrbuch ...
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Programmiersprachen 2
• Eine Programmiersprache ist eine formale
Sprache (im Gegensatz z.B. zur Umgangssprache)
• Programmiersprachen haben ein exakt definiertes Alphabet (i.d.R. Buchstaben, Ziffern
und Sonderzeichen)
• Programmiersprachen haben einen meist
sehr kleinen Wortschatz (C etwa kennt nur
32 Worte!)
• Programmiersprachen haben i.d.R. eine
exakt einzuhaltende Syntax
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Programmiersprachen 3
Problemstellung
Hochsprachen
(z.B. Fortran, Pascal, C, C++, Java, SQL, PHP)
Assemblersprachen
(für reale oder virtuelle Maschine / CPU)
Maschinensprachen
(Bitcode, Bytecode, Microcode)
Hardware / Rechner / CPU
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Programmiersprachen 4
• Skriptsprachen
werden während der Ausführung vom
Sprachinterpreter in Maschinencode
übersetzt.
Beispiele: Shell, Perl, PHP, SQL, Basic
• Compilersprachen
müssen vor der Ausführung von einem
Übersetzersystem (Compiler, Linker) in
Maschinencode übersetzt werden.
Beispiele: Pascal, C, C++, C#, Java
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Programmiersprachen 5
• Paradigmata
–
–
–
–
Imperative Sprachen (Fortran, Pascal, C, Ada)
Deklarative Sprachen (SQL, Lisp)
Objektorientierte Sprachen (Java, C++)
Nebenläufige Sprachen (Ada, Java, Par C)
• Typisierung
– Typenlose Sprachen (JavaScript, PHP)
– Stark typisierte Sprachen (Ada)
– Schwach typisierte Sprachen (C, C++)
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Programmiersprachen 7
• Beispiele Typisierung
$ cat typetest.php
<?php
// typetest.php
$string = "Hallo, Welt!";
$zahl
= 4;
$unsinn1 = $string + $zahl;
$unsinn2 = $string / $zahl;
echo "string=[" . $string . "] zahl=[" . $zahl
echo "unsinn1=[" . $unsinn1 . "] unsinn2=[" . $
?>
$ php typetest.php
• Stammbaum Programmiersprachen (Wikipedia)
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Programmentwicklung 1
• Problem analysieren
Modell entwerfen
Algorithmus entwickeln
• Programm kodieren
• Programm übersetzen
(bis syntaktisch fehlerfrei)
• Programm testen
(bis semantisch fehlerfrei ?)
• Programm produktiv
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Programmentwicklung 2
• Friedemann Weise: Doppelkaffeetasse (auf youtube)
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Programmentwicklung 3
• Beispiel: Entwicklungsumgebungen für C
– Kommandozeile mit Systemtools
• Unix / Linux / Windows / iOS:
• Editor, Systemcompiler (gcc), Debugger, usw.
• GCC (http://gcc.gnu.org/)
– Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)
•
•
•
•
•
NetBeans (https://netbeans.org/)
z.B. mit Cygwin (http://www.cygwin.com/)
Code::Blocks (http://www.codeblocks.org/)
z.B. mit MinGW (http://www.mingw.org/)
u.v.a.m.
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Mikrokontroller 1
• Beispiel: Arduino Uno
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Mikrokontroller 2
• Beispiel: Arduino Nano
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Mikrokontroller 3
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