Informatik IIGrundlagen der Programmierung

Programmieren in C

Erste Programme

Hochschule Fulda – FB ET

Sommersemester 2014

http://c-et.rz.hs-fulda.de

Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

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Trial and Error

• Programmieren in C: Trial and Error?

• Inspector Closeau - Der beste Mann bei Interpol

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C-Programm 1

• Ein C-Programm besteht (vereinfacht dargestellt) aus

Daten Funktionen• Daten

– Eingangsdaten Ergebnisdaten– evtl. (viele) Zwischendaten– Konstante Daten Werte unveränderbar– Variable Daten Werte veränderbar

• Funktionen verarbeiten die Daten

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C-Programm 2

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C-Programm 3

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C-Programm 4

• Typischer Ablauf eines C-Programms

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C-Programm 5

• C-Programme bestehen aus Dateien in Verzeichnissen auf dem Rechner

• Der Quellcode befindet sich in C-Dateien– Reine Textdateien, keine Formatierung u.ä.– Bearbeitung mit einem Texteditor– Regel: Dateinamen ohne Umlaute, Leerzeichen,

Sonderzeichen– Empfehlung: Nur Kleinbuchstaben– Dateinamen endet auf .c– Beispiel: hallowelt.c

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C-Programm 6

• Beispielprogramm hallowelt.c

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C-Programm 7

• Kommentare– sollen Kode und Programm erläutern– mehrzeilige Kommentare mit /* */

geklammert– einzeilige Kommentare nach //

• Include-/Headerdateien– #include <stdio.h>– Preprozessor ersetzt die Zeile durch den Inhalt der

Datei stdio.h– Ggfs. mit Pfadnamen, z.B. bei eigenen Projekten– Mehr zum Preprozessor später

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C-Programm 8

• Jedes C-Programm hat eine main-Funktion– Hier startet die Programmausführung nach dem

Laden des Programms

• Aufruf einer Bibliotheksfunktion– printf("Hallo, Welt!\n");– zur Ausgabe der Zeichenkette auf der Konsole

• Exit-Status bei Programmende an das Betriebssystem bzw. an aufrufende Ebene– return(0);– Returncode des Programms ggfs. zur späteren

Auswertung (0 ok, 0 fehlerhaft)

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C-Programm 9

• Programm hallowelt auf der Konsole

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C-Bausteine 1

• Aus den "Grundbausteinen" von C ...

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C-Bausteine 2

• ... werden "Programme"

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C-Bausteine 3

• Zeichensatz von C• Buchstaben (incl. Unterstrich)ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz_

• Ziffern0123456789

• Semikolon (z.B. am Ende einer Anweisung);

• Punkt (Gleitpunktzahlen, Selektionsoperator).

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C-Bausteine 4

• Sonderzeichen (Operatoren, Satzzeichen)( ) [ ] < > + - * / % ^ ~ & | = ! ? , :

• Anführungszeichen (Einzelzeichen, Strings)' "

• Blockklammern{ }

• Fluchtzeichen (für Sonderzeichen)\

• Doppelkreuz (Preprozessordirektiven)#

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C-Bausteine 5

• Reservierte Worte / Schlüsselworte

auto break case charconst continue default dodouble else enum externfloat for goto ifint long register returnshort signed sizeof staticstruct switch typedef unionunsigned void volatile while

• C kennt nur 32 reservierte Worte

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C-Bausteine 6

• C-Programme verarbeiten Daten• Konstante Daten

– Werte sind unveränderbar

• Variable Daten– Werte sind im Programmlauf veränderbar

• Daten sind typisiert Datentypen• Datentypen bestimmen

– Darstellung der Werte im Rechner– Wertebereiche der Daten– benötigten Speicherplatz der Daten– zulässige Operationen auf den Daten

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C-Bausteine 7

• Anweisungen– Statement, Ausdruck, "Kommando"– z.B. Variablendefinition int a;– z.B. Zuweisung a = 4711;– z.B. mathematischer Ausdruck a = a * 2;

• Funktionen– Unterprogramme, z.B. main()oder printf()– Kapselung von Funktionalität und internen Daten– Funktionen haben Typ und liefern einen Wert– kann auch ignoriert werden, z.B. bei printf() – Prozeduren = Funktionen ohne Rückgabewert

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C-Bausteine 8

• Vordefinierte Grunddatentypen in C

char Zeichen (ASCII-Kode, 8 Bit)int 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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C-Bausteine 9

• Type-Modifier spezifizieren Grunddatentypen

short int, long int- legen Länge der Ganzzahl fest- maschinenabhängig, 16 Bit, 32 Bit - int kann auch fehlenlong double - Gleitkommazahl, erw. Genauigkeit- oft 128 Bit, IEEEsigned, unsigned - char/int mit/ohne Vorzeichen

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C-Bausteine 10

• Bezeichner (Identifier) sind Namen für Variable, Konstanten, Funktionen, Typen

• Identifier müssen mit einem Buchstaben oder Unterstrich beginnen

• danach können Buchstaben, Unterstriche und Ziffern folgen

• Groß- und Kleinschreibung wird streng unterschieden

• keine Sonderzeichen (z.B. $ oder #)• keine reservierten Worte• Vorsicht bei vordefinierten Funktionsnamen

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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• Attribute von Variablen:

– Datentyp– Namen (Bezeichner, Identifier)– Lebensdauer / Speicherklasse– evtl. initialer Wert– Sichtbarkeit (Scope) im Programm

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Variablen 2

• Variablen-Definitionen, z.B.double u;short int i, tab = 5;char *hallo = "Hallo, Welt!";

• Position im Programm:– außerhalb von Funktionen– am Anfang eines Blocks, also nach {

• Wert ist veränderbar (Zuweisung, Operation)• Programmstruktur Lebensdauer / Scope

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Wie speichert C? 1

• Hauptspeicher

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Wie speichert C? 2

• Beispiel: Zugriff auf Variable

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Wie speichert C? 3

• Vor Programmstart

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Wie speichert C? 4

• Programmstart und Aufruf von main()

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Wie speichert C? 5

• Zuweisung a = 4;

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Wie speichert C? 6

• Zuweisung b = 8;

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Wie speichert C? 7

• Berechnung a * b;

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Wie speichert C? 8

• Zuweisung c = a * b;

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Wie speichert C? 9

• Danach

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Exkurs: Ausgabe 1

• Aufbau eines C-Programms mit Ausgabe

#include <stdio.h>

int main(){

int a, b, c;

a = 4711; b = 13; c = a * b;

printf("c = %d\n", c);return(0);

}

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Exkurs: Ausgabe 2

• Einfache zeichenweise Ausgabe mit putchar(),z.B.: int c = '!'; putchar(c); // Zeichen auf stdout

• Ausgaben zeilenweise mit puts(), z.B.: char *s = "Hallo, Welt!"; puts(s); // String auf stdout

• Formatierte Ausgabe mit printf(),z.B.:i int n = 123; char *s = " Studierende"; printf("%d %s", n, s);

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Exkurs: Ausgabe 3

• Formatierte Ausgabe mit printf()• Aufruf: printf(fmt, arg1, arg2, ...)• printf()hat variable Anzahl Parameter• printf()konvertiert und gibt die Parameter

unter Kontrolle des Formatstrings aus• Der Formatstring fmt ist eine Zeichenkette• Parameter args können auch fehlen• Die Parameter args müssen den Typ haben,

wie er im Formatstring fmt angegeben ist

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Exkurs: Ausgabe 4

• Wichtige Formatzeichen (Platzhalter) für Ausgabewerte im printf()-Formatstring: %c Einzelzeichen char %d Ganzzahl int %ld Ganzzahl long int %f Gleitkommazahl float %lf Gleitkommazahl double %s Zeichenkette char [] / char *

• Beispiel: int n = 123; char *s = "Studierende"; printf("%d %s", n, s);

• Formatstring "%d %s" erfordert 2 Parameter, Typen (int, char *) müssen übereinstimmen!

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Exkurs: Ausgabe 5

• Format erzwingt Anzahl +Typ der Parameter

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Exkurs: Ausgabe 6

• Was passiert, wenn Typ des Platzhalters und Typ des Parameters nicht übereinstimmen?

• Gefährlich! C erfordert Sorgfalt!• Wichtige Sonderzeichen im Formatstring

(und auch als Einzelzeichen) \n Newline, Zeilensprung \t Tabulator \0 EOS - Endezeichen in String \' einfaches Anführungszeichen ' \" doppeltes Anführungszeichen " \% Prozentzeichen % \\ Fluchtzeichen \

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C-Programmierumgebungen 1

• Übersetzung passiert in mehreren Schritten:• C-Quellkode editieren• C-Preprozessor macht reine Textoperationen

C-Compiler übersetzt C-Quelltext in maschinenabhängigen Assemblercode

• Assembler erzeugt noch nicht ausführbaren Maschinencode, sog. Objektcode

• Linker montiert Objektcode und Bibliotheks-funktionen zu ausführbarem Programm

• Debuggen zur Fehlersuche

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C-Programmierumgebungen 2

• Klassischer Weg– Editor– Compiler– Linker – Debugger

• System C-Compiler (z.B. auf Unix/Linux)• TinyC Compiler• MinGW (Minimalist GNU for Windows)• Cygwin• GNU Compiler Collection

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C-Programmierumgebungen 3

• Integrierte Entwicklungsumgebung IDE• fasst Editor, Compiler, Linker, Debugger unter

einer Oberfläche zusammen– Code::Blocks– Netbeans– Eclipse– Microsoft Visual Studio Express– Bloodshed Dev C/C++

• Workflow der Programmentwicklung wird "geschmeidiger"

• Projekte intuitiver formulierbar