type - HTW Dresden

2. Programmierung in C
Inhalt:
 Überblick über Programmiersprachen, Allgemeines zur Sprache C
 C: Basisdatentypen, Variablen, Konstanten
 Operatoren, Ausdrücke und Anweisungen
 Kontrollstrukturen (Steuerfluss)
 Funktionen
 Felder (Arrays)
 Zeiger, Zeigerarithmetik, Zeiger-Dereferenzierung
 Zeichenketten (Strings)
 Benutzerdefinierte Datentypen
 Speicherverwaltung und Datenstrukturen
 Dateiarbeit
 Bitlevel-Verarbeitung
Peter Sobe
1
Variablen und Datentypen
Die Verarbeitung erfolgt durch Anweisungen, die die Werte der Variablen
verändern.
Ausdrücke enthalten Variablen. Der Wert eines Ausdrucks wird u.a. durch
den Wert der enthaltenen Variablen bestimmt.
Variablen können Zahlenwerte, logische Werte (wahr, falsch), Zeichen,
Zeichenketten, Zeiger, Felder aufnehmen
Variablen müssen vor ihrer ersten Benutzung auf jeden Fall deklariert
worden sein.
Bezeichner (Namen für Variable, Funktionen, ...)
• Namen beginnen mit einem Buchstaben oder einem Unterstrich.
• Die weiteren Zeichen sind Buchstaben, Zahlen oder Unterstriche.
• Schlüsselworte der Sprache dürfen nicht als Name verwendet werden
Peter Sobe
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Variablen und Datentypen
Zulässige Variablennamen:
• a; i; j; k;
• _pointer;
• ganz_langer_name_24_undNochLaenger;
• name; Name; // Groß- und Kleinschreibung wird unterschieden
Nicht als Variablenname zulässig:
• 34Name; // Fehler Zahl am Anfang nicht erlaubt
• Strassen Name; // Leerzeichen nicht erlaubt, besser: Strassen_Name
• Ölinhalt // Fehler, Umlaute verboten
• C&A; // Fehler; Sonderzeichen verboten
• while; // da es ein Schlüsselwort while bereits gibt
Variablenname sollten kurz sein, aber inhaltlich ihre Bedeutung
wiedergeben
Peter Sobe
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Variablendeklaration
Alle benutzen Variablen müssen am Anfang des Programms deklariert
werden.
Deklaration bedeutet
 Variablennamen erwähnen
 Typ angeben
 Wahlweise eine Initialisierung mit einen Wert
Genereller Aufbau
typ variablenname;
typ variablenname-1, variablenname-1;
typ variablenname = init-ausdruck;
Peter Sobe
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Variablendeklaration
Beispiele:
int anzahl_patienten;
float gewicht;
float x,y,z;
char eingabe, auswahl=‘h‘;
int anzahl=25;
int start = anzahl-1;
Peter Sobe
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Basisdatentypen
Grundatentypen
char
für einzelne Zeichen im ASCII-Code
int
für ganzzahlige Zahlen
float
für Gleitkommazahlen (Darstellung reeller Zahlen),
double für Gleitkommazahlen doppelter Genauigkeit
enum für programmspezifische Aufzählungen
Die einige Grundatentypen können noch mit Modifikatoren versehen
werden: signed, unsigned, short, long
Peter Sobe
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Basisdatentypen
Typ
Länge
Wertebereich
Genauigkeit
char = signed char
unsigned char
1 Byte
1 Byte
-2^7 ... +2^7-1
0 ... 2^8-1
2 Dezimalstellen,
z.B. ‚88‘ ist genau
int = signed int
unsigned int
4 Byte
4 Byte
-2^31 ... +2^31-1
0 ... 2^32-1
9 Dezimalstellen
short int = signed short int 2 Byte
unsigned short int
2 Byte
-2^15 ... +2^15-1
0 ... 2^16-1
4 Dezimalstellen
long int = signed long int
unsigned long int
8 Byte
8 Byte
-2^63 ... +2^63-1
0 ... 2^64-1
19 Dezimalstellen
(ab C99, 64 Bit)
float
double
long double
4 Byte
8 Byte
10 Byte
ca. -10^38 ... +10^38
ca. –10^308 ... +10^308
ca. -10^4932 ... +10^4932
6 Dez.-Stellen
15 Dez.-Stellen
19 Dez.-Stellen
Die angegebenen Werte stellen Beispiele für 32-Bit Umgebungen dar,
sie sind implementierungsabhängig
Peter Sobe
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Basisdatentypen (Fortsetzung)
Wertebereich
enum { list }
enum id { list }
enum id
4 Byte
4 Byte
4 Byte
2^32 verschiedene Werte
bool (nur C++)
1 Byte
true, false
type*
void*
4 Byte
4 Byte
0...2^32-1
0...2^32-1
type& (nur C++)
4 Byte
0...2^32-1
Peter Sobe
Genauigkeit
einzelne Bytes
im Speicher
adressierbar
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Verwendung der Datentypen
Datentypen für ganze Zahlen in C:
int, signed int, unsigned int,
long, signed long, unsigned long,
short, signed short, unsigned short
Beispiel:
int i = -64;
long li = 3;
Integer-Variablen werden für beispielsweise für zählbare Dinge
benutzt, oder für Index-Berechnungen.
Peter Sobe
9
Verwendung der Datentypen
Gleitkommazahlen:
float, double, long double
Beispiele:
double d = 64.3345;
double d1 = 1.234e-22; // ohne Leerzeichen zu schreiben
float f = 67.31f;
float f1 = 2.9744e-22f;
double x = 5.; // 5. entspricht 5.0
Gleitkommazahlen werden für Eigenschaften, Größen verwendet,
die als rationale oder reelle Zahlen angegeben werden, z.B.
Wachstumsrate = 2.12 %.
Peter Sobe
10
Verwendung der Datentypen
Einzelne Zeichen (char) - die Werte entsprechen in der Regel dem
ASCII-Zeichensatz
Beispiele:
char c = 64;
char c1 = ‘h’;
char c2 = ‘\n’;
Peter Sobe
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ASCII-Code
Peter Sobe
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Verwendung der Datentypen
Einzelne Zeichen (char)
können auch zur Aufnahme von ganzzahligen Werten benutzt werden:
unsigned char … kann 0 bis 255 repräsentieren (vorzeichenlos)
char … kann Werte von -128 bis +127 repräsentieren
Ob eine char-Variable als Zeichen, oder als Zahl benutzt wird, hängt immer
vom Kontext ab.
Benutzung als Zeichen:
Benutzung als Zahlenwert:
char z; int i=0;
do {
z= getchar(); // Eingabe Zeichen
if (z!=‘x‘) i = i+1;
else break;
} while (true);
Peter Sobe
char z=0;
do {
if (z<12) printf(“ %d Uhr morgens\n“,z);
else if (z==12)
printf(“ %d Uhr mittags\n“,z);
else
printf(“ %d Uhr nachmittags\n“,z-12);
z = z + 1;
} while (z<24);
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Konstantenausdrücke
Konstantenausdrücke sind
• ganze Zahlen, z.B. 123, -465, 033, 0xab, 0XFF, 123L, 123UL,
• Gleitkommazahlen, z.B. 12.34, 12.45e-3, 0123, 1e20,
• Zeichenkonstanten, z.B. ‘a‘, ‘X‘, ‘\07‘, ‘\xb‘ und
• Aufzählungswerte, z.B. rot, Montag, ...
(wenn vorher entsprechend definiert)
• Konstante Zeichenfolgen wie z.B. "Guten Morgen"
Konstantenausdrücke werden in Zuweisungen benutzt, z.B. für
Anfangswerte
int startwert=5;
auch für ‘feste‘ Werte in Berechnungen
float umfang = 2*a+2*b;
float flaeche= 0.433f*a*a;
Peter Sobe
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Konstante Variablen
Variablen können als „const“ markiert werden. Dann darf der Wert einer
Variable später nicht mehr geändert werden.
Die Verwendung von Konstanten erhöht die Lesbarkeit des Programms und
macht es änderungsfreundlicher
Anstatt: umfang = 2 * radius * 3.14159;
Besser: const double PI = 3.14159;
umfang = 2 * radius * PI;
const heißt nur, dass die Variable nicht mehr verändert werden darf, der Wert
muss nicht schon zur Übersetzungs-Zeit bestimmt werden können.
Beispiel:
const double UmfangMeinKreis = 2.0 * radius * PI;
// radius muss keine Konstante sein
Peter Sobe
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Konstante Variablen
Guter Programmierstil ist es, außer den Konstanten –1, 0 und 1
keine numerischen Konstantenausdrücke in einem Programm zu
verwenden, sondern diese immer einer konstanten Variable
zuzuweisen.
Anstatt:
for (int i=0;i<10;i++)
spieler[i].anzahl_huetchen= …
Besser:
const int ANZAHL_MITSPIELER = 10;
…
for (int i=0; i < ANZAHL_MITSPIELER; i++)
spieler[i].anzahl_huetchen=…
Peter Sobe
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Aufzählungstypen
Manchmal ist es sinnvoll, eine Vielzahl gleichartiger Konstanten
zu einer Menge zusammenzufassen. Jedes Element dieser
Menge wird intern durch eine Zahl repräsentiert. Der
Programmierer benutzt aber nur die Konstanten.
Beispiel:
enum Wochentag { Mon, Die, Mit, Don, Fri, Sam, Son };
Wochentag Tag;
Tag = Mon;
Syntax von Aufzählungen:
enum AufzTyp { Bezeichnerl, Bezeichner2, ... } Variable;
enum { Bezeichnerl, Bezeichner2, ... } Variable;
enum AufzTyp { Bezeichnerl = 2, Bezeichner2, ... };
Peter Sobe
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Interne Informationsdarstellung
Interne Darstellung
 ganzzahliger Datentypen
 Fließkomma-Datentypen
Was passiert:
 Dezimalkonstantenausdrücke werden vom Übersetzer in eine
interne Binärdarstellung umgewandelt
 Eingegebene Werte (z.B. mit der scanf()-Funktion) werden
durch die Eingabefunktion in ihr Binärformat umgewandelt
 Rechenoperationen werden immer im Binärformat ausgeführt
 Ausgabefunktionen (z.B. printf()) wandeln die binären
Repräsentation der Variablen wieder in dezimale Werte zurück.
Peter Sobe
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Operatoren und Ausdrücke
Ausdrücke werden aus Variablen, Operatoren und Konstanten gebildet.
Beispiele:
a*2.1
a<c
Ausdrücke enthalten oftmals Teilausdrücke
Beispiele:
a+(b+c)
(a+1) < (b-c)
Ausdrücke ergeben zur Ausführungszeit des Programms einen Wert
Bei der Übersetzung wird einem Ausdruck ein Typ zugeordnet, die
berechneten Werte werden wie der zugeordnete Typ interpretiert
Peter Sobe
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Operatoren und Ausdrücke
Regeln für Ausdrücke:
Konstanten entsprechen einem Typ, z.B.
1 entspricht Typ int, 1.1 entspricht Typ double
1.1f entspricht Typ float, ‘1‘ entspricht Typ char
Einzelne Variable entsprechen ihren deklarierten Typ
int a; // a ergibt immer den Typ int
Durch Operatoren zusammengesetzte Ausdrücke
 ergeben int für die Operatoren ==,!=, <,> usw. (Relationen)
 ergeben int für Rechenoperationen zwischen zwei int-Ausdrücken
 ergeben float für Rechenoperationen mit zwei float-Ausdrücken
 ergeben double für Rechenoperationen mit zwei double-Ausdrücken
und auch den Wert der jeweiligen Operation.
Peter Sobe
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Operatoren und Ausdrücke
Operatoren zwischen Ausdrücken verschiedener Typen (int, float,
double) bewirken eine implizite Typumwandlung hin zu dem jeweils
„höheren“ Typ.
aus int op float wird float op float
aus double op int wird double op double
Merke:
Sobald ein Ausdruck einem float-Typ entspricht, wird die Operation
im Fließkomma-Rechenwerk mit zwei float-Operanden ausgeführt.
Sobald ein Ausdruck einem double-Typ entspricht, wird die
Operation im Fließkomma-Rechenwerk mit zwei double-Operanden
ausgeführt.
Nur solche Operationen, die zwischen zwei int-Ausdrücken platziert
sind, werden durch das int-Rechenwerk ausgeführt, bzw. vom
Compiler vorab ausgerechnet.
Peter Sobe
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Operatoren (1)
Binäre Operatoren
+
*
/
%
Addition
Subtraktion
Multiplikation
Division
Divisionsrest
<
<=
==
!=
>=
>
Vergl. auf kleiner
Vergl. auf kleiner oder gleich
Vergl. auf gleich
Vergl. auf ungleich
Vergl. auf größer oder gleich
Vergl. auf größer
Vergleich
Alle Typen
&
|
^
<<
>>
bitw. UND-Verknüpfung
bitw. ODER-Verknüpfung
bitw. Exkl.-Oder-Verknüpfung
bitw. Linksverschieben
bitw. Rechtsverschieben
Bitoperationen
Ganzzahlige
Typen
&&
||
log. UND-Verknüpfung
log. ODER-Verknüpfung
Logische
Verknüpfungen
Boolesche Werte
Peter Sobe
Arithmetik
Zahlen, mit
Einschränkung
Adressen
nur ganze Zahlen
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Operatoren (2)
Unäre Operatoren, Postfix- und Präfix-Operatoren
&
*
Adresse von
Inhalt von
Refernzierung
Dereferenzierung
alle Typen
Zeiger
+
-
pos. Vorzeichen
neg. Vorzeichen
Arithmetik
Zahlen
~
bitw. Invertierung
Bitoperationen
ganzz. Typen
!
logische Invertierung
Log. Verknüpfung
boolesche Werte
Typecast
C-Allzweck-Cast
viele Typen
(type)
sizeof
sizeof
++
--
Peter Sobe
sizeof expr.: Speicherbedarf
sizeof (type):Speicherbedarf
Inkrementierung
Dekrementierung
Ausdrücke
Typen
Postfix und Präfix
ganzz. Typen
und Zeiger
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Operatoren (3)
Zuweisungs-Operatoren und sonstige Operatoren
=
Wertzuweisung
Zuweisung
Alle Typen
+=
-=
*=
/=
%=
Addition
Subtraktion
Multiplikation
Division
Divisionsrest
Arithmetik
und
Zuweisung
Zahlen, mit
Einschränkungen,
Adressen
nur ganze Zahlen
&=
|=
^=
<<=
>>=
bitw. UND-Verknüpfung
bitw. ODER-Verknüpfung
bitw. Eckl.-Oder-Verkn.
bitw. Linksverschieben
bitw. Rechtsverschieben
Bitoperationen
und
Zuweisung
?:
,
Formulierung bed. Ausdrücke
Aufzählung in Klammerausdr.
Peter Sobe
ganzz. Typen
Ausdrücke
Ausdrücke
24
Prioritäten von Operatoren
1
! ~ ++ -- + - * & sizeof (type)
unär, postfix, präfix
2
3
• /%
+-
binäre arithmetische
Operatoren
4
<< >>
Shift-Operationen
5
6
< <= > >=
== !=
Vergleichsoperatoren
7
8
9
&
^
|
Bitoperationen
10
11
&&
||
logische
Verknüpfungen
12
= += -= *= /= %= &= = |= <<= >>=
Zuweisungsoperatoren
13
,
Komma-Operator
1 ist die höchste Priorität, 13 die niedrigste
Peter Sobe
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