Praxis der C-Programmierung für UNIX, DOS und MS-Windows 3.1/95/NT

278 Pages·1997·3.41 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Dankert (auth.)

Informatik & Praxis
Jürgen Dankert
Praxis der C-Programmierung
Informatik & Praxis
Herausgegeben von
Prof. Dr. Helmut Eirund, Fachhochschule Harz
Prof. Dr. Herbert Kopp, Fachhochschule Regensburg
Prof. Dr. Axel Viereck, Hochschule Bremen
Anwendungsorientiertes Informatik-Wissen ist heute in vielen Arbeits
zusammenhängen nötig, um in konkreten Problemstellungen Lösungs
ansätze erarbeiten und umsetzen zu können. In den Ausbildungsgän
gen an Universitäten und vor allem an Fachhochschulen wurde dieser
Entwicklung durch eine Integration von Informatik-Inhalten in sozial-,
wirtschafts- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge und durch
Bildung neuer Studiengänge - z. B. Wirtschaftsinformatik, Ingenieur
informatik oder Medieninformatik - Rechnung getragen.
Die Bände der Reihe wenden sich insbesondere an die Studierenden
in diesen Studiengängen, aber auch an Studierende der Informatik,
und stellen Informatik-Themen didaktisch durchdacht, anschaulich
und ohne zu großen "Theorie-Ballast" vor.
Die Bände der Reihe richten sich aber gleichermaßen an den Praktiker
im Betrieb und sollen ihn in die Lage versetzen, sich selbständig in ein
in seinem Arbeitszusammenhang relevantes Informatik-Thema einzuar
beiten, grundlegende Konzepte zu verstehen, geeignete Methoden an
zuwenden und Werkzeuge einzusetzen, um eine seiner Problemstel
lung angemessene Lösung zu erreichen.
Praxis der
C-Programmierung
für UNIX, DOS und MS-Windows 3.1/95/NT
Von Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Dankert
Fachhochschule Hamburg
m
B. G. Teubner Stuttgart 1997
Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Dankert
Geboren 1941, von 1961 bis 1966 Studium des Maschinenbaus an der Techni
schen Hochschule Magdeburg, 1971 Promotion zum Dr.-Ing., 1979 Habilitation.
Von 1984 bis 1987 Mitarbeiter in der Firma Hewlett-Packard in Böblingen, von
1987 bis 1990 Professor für Technische Mechanik an der Fachhochschule Frank
furt/Main, seit 1990 Professor für Mathematik und Informatik an der Fachhoch
schule Hamburg.
Alle in diesem Buch erwähnten Firmen-und Produktnamen wie Borland, DOS, IBM, Java, Li
nux, Microsoft, MS-Visual-C, Turbo-C, UNIX, Windows 3.1, Windows 95, Windows NT u. a.
sind gesetzlich geschOtzt, ohne daß im einzelnen darauf hingewiesen wird.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Dankert, Jürgen:
Praxis der C-Programmierung für UNIX, DOS und MS-Windows 3.1,
95, NT / von JOrgen Dankert. - Stuttgart : Teubner, 1997
(Informatik & Praxis)
ISBN 978-3-519-02994-6 ISBN 978-3-322-94773-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-94773-4
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschOtzt. Jede Verwertung
außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verla
ges unzulässig und strafbar. Das gilt besonders fOr Vervielfältigungen, Übersetzungen,
Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen
© B. G. Teubner Stuttgart 1997
Vorwort
Nur wenige höhere Programmiersprachen haben es geschafft, über mehrere Jahrzehnte
erfolgreich zu sein. Die Sprache C gehört zweifelsfrei dazu und ist im Gegensatz zu anderen
Sprachen, die eine vergleichbar lange Zeit überleben konnten, gerade in den letzten Jahren
immer beliebter geworden. Und weil sie in der dominierenden objektorientierten Sprache C++
komplett enthalten ist, kann man ihr wohl ein noch langes Leben prophezeien (allerdings
gelten in der Informatik Voraussagen schon dann als "Langzeit-Prognose", wenn sie einen
Zeitraum von fünf Jahren umfassen).
C-Programmierung gilt als schwierig. Ich kann aus eigener Erfahrung in der Lehre bestätigen,
daß der Anfänger tatsächlich mehr Schwierigkeiten als mit anderen Programmiersprachen hat.
Aber nach einer gewissen "Durststrecke" zahlen sich die Mühen aus. Wenn die Anfangs
Schwierigkeiten überwunden sind, können nach vergleichsweise kurzer Zeit schon anspruchs
vollere Probleme gelöst werden. Das setzt allerdings voraus, daß auch die Konzepte dafür
gelehrt werden, denn es nützt wenig, sich durch die Problematik der "Pointer" und der
"rekursiven Strukturen" hindurchzuquälen, wenn man nicht auch mit den verketteten Listen
und den binären Bäumen die Datenstrukturen und dazu die rekursive Programmiertechnik
behandelt, die diese Konzepte intensiv benutzen.
Schließlich ist der Erfolg beim Erlernen einer Programmiersprache weitgehend auch vom
Spaß abhängig, den man bei aller Mühe unbedingt haben sollte. Das schönste Ergebnis, ein
funktionierendes Programm aus eigener Fertigung, sollte sich allerdings möglichst auch "so
schön" präsentieren, wie es die professionell erzeugte Software tut. Dazu sind Kenntnisse der
Windows-Programmierung heute unerläßlich.
Das vorliegende Buch ist aus Skripten entstanden, die ich meinen Studenten als Begleitmate
rial für Vorlesung und Praktika zur Verfügung stelle. Das darin verfolgte Prinzip, nicht streng
themengebunden vorzugehen, sondern an Programm-Beispielen nach und nach alle wichtigen
Probleme abzuhandeln, hat sich auch für das Selbststudium bewährt. Um dem Leser eine
Hilfe bei der Kontrolle seiner Lern-Fortschritte zu geben, werden jeweils am Ende der
Kapitel 3 bzw. 8 "Zwischenbilanzen" gezogen, die gegebenenfalls zum "Zurückblättern"
auffordern sollen. Für die gezielte Suche nach speziellen Themen ist das Sachverzeichnis
manchmal hilfreicher als das Inhaltsverzeichnis, es ist deshalb besonders umfangreich.
Viele Informationen werden über die Kommentare der Beispiel-Programme vermittelt, die im
Buch abgedruckt sind und unbedingt vom Lernenden "mit dem Computer nachempfunden"
werden sollten. Sie brauchen nicht abgetippt zu werden, sie sind über die im Abschnitt 1.3
angegebene Internet-Adresse verfügbar (oder über den auf Seite 268 beschriebenen Weg zu
beziehen). Dort findet man auch die Lösungen zu den Aufgaben, allerdings nur als ausführ
bare Programme, mit denen man sich das Ziel der eigenen Bemühungen ansehen kann.
Das Programmieren kann man nur erlernen, indem man programmiert. Das vorliegende Buch,
die Beispiel-Programme und die ausführbaren Programme für die Aufgaben werden von mir
als "Tutorial" bezeichnet, was andeuten soll, daß es nur Hilfen für eigene Bemühungen sein
können. Um möglichst keine Einstiegshürden aufzubauen, habe ich bewußt auf spezielle
6 Vorwort
Hilfsmittel zur Sprachbeschreibung verzichtet. Es werden weder eine "Metasprache" noch
Syntax-Diagramme benutzt, die Erfahrungen in der Lehre haben mich sogar ermutigt, manche
Programm-Konstruktionen zunächst nur eingeschränkt zu erläutern (zugunsten der Ver
ständlichkeit), um erst später dem fortgeschrittenen Leser die gesamte Information darüber
zuzumuten.
Ganz konsequent verwende ich das Gemisch aus deutschen und englischen Worten, mit dem
sich die Gemeinde der Computer-Benutzer verständigt. Ob es für den nicht-programmieren
den "User" (da weiß man wenigstens, wer gemeint ist) hilfreich war, als die "Ctrl-Taste" zur
"Strg-Taste" wurde, weiß ich nicht (merkwürdigerweise ist die "Escape-Taste" verschont
geblieben, "Flucht", "Seitensprung", schöne deutsche Worte gäbe es schon). Für den Pro
grammierer ist die "Eindeutschung" selten eine Hilfe gewesen. Schließlich kann ich nicht
wissen, ob Sie unter MS-Windows 3.1 eine "Datei mit dem Datei-Manager in ein Verzeichnis
bringen" oder mit MS-Windows 95 eine "Datei mit dem Explorer in einen Ordner ver
schieben". In beiden Fällen finden Sie beim Arbeiten mit MS-Visual-C++ die Datei als "File
in einem Directory" wieder, in der Version 1.5 in der "Visual workbench", ab Version 4.0 im
"Developer studio". Dieses Beispiel bezog sich auf die Produkte einer einzigen Firma, andere
Hersteller sind durchaus auch phantasievoll. Der Schreiber dieser Zeilen hat unter ver
schiedenen Betriebssystemen Dateien "gelöscht" und "entfernt", hat den gleichen Effekt mit
"erase", "deI" (delete) und "rm" (remove) erzielt, neuerdings "kann man mit der Entf-Taste
Dateien in den Papierkorb verschieben" (Tip an die Hersteller der nächsten Version:
"Entsorgen" gab es noch nicht). Es bleibt eigentlich nur die Flucht nach vorn, es wird
konsequent "denglisch" gesprochen.
Die Programme der Kapitel Ibis 7 basieren auf der ANS I-Norm der Sprache C (müßten von
allen Compilern, die der Norm entsprechen, übersetzt werden können), in Kapitel 8 werden
Besonderheiten unterschiedlicher Betriebssysteme und Compiler behandelt. Die ab Kapitel 9
vorgestellte Windows-Programmierung zielt auf das Arbeiten mit Windows 3.1, Windows 95
und Windows NT. Alle Programme wurden mit verschiedenen Compilern getestet. Für
Hinweise auf Probleme bei Verwendung spezieller Compiler und Entwicklungsumgebungen
bin ich dankbar. Bitte schicken Sie eine "e-mail" (gibt es dafür eigentlich ein brauchbares
deutsches Wort?). Sollte ein Problem von allgemeinem Interesse sein, werde ich einen
Hinweis über die Internet-Adresse, die im Abschnitt 1.3 angegeben ist, veröffentlichen.
Bedanken möchte ich mich bei Herrn Prof. Kopp von der FH Regensburg für fachliche
Hinweise und Herrn Dr. Spuhler, der das Erscheinen des Buchs im Teubner-Verlag er
möglichte, und natürlich bei meiner Frau Helga, die das höchst undankbare Geschäft des
Korrekturlesens übernommen hat. Natürlich hat sie auch für mein leibliches Wohl gesorgt
und mir allerhand störende Dinge vom Hals gehalten (diejenigen, die es trotzdem geschafft
haben, mich zu stören, lesen dieses Buch ohnehin nicht, deshalb bleiben sie ungenannt).
Jesteburg, März 1997 J ürgen Dankert
e-mail: [email protected]
oder CompuServe 100430,3712
(aus dem Internet:
[email protected]
Inhalt
1 Betriebssysteme, Programmiersprachen 11
1.1 Betriebssysteme 12
1.2 Programmiersprachen 13
1.3 Empfehlungen für "Einsteiger" , "Umsteiger" , "Fortgeschrittene" 15
2 Hilfsmittel für die C-Programmierung 16
2.1 Compiler, Linker, Standard-Libraries 16
2.2 Editoren 17
2.3 Manuals, Lehrbücher 18
2.4 Benötigt man einen "Debugger"? 19
3 Grundlagen der Programmiersprache C 20
3.1 Wie lernt man eine Programmiersprache? 20
3.2 Vom Problem zum Programm 20
3.3 Das kleinste C-Programm "minimain.c" 21
3.4 C-Historie: Das "Hello, World"-Programm "hllworld.c" 22
3.5 Arithmetik und "for-Schleife": Programm "hptokw01.c" 25
3.6 Einige Grenzwerte der Implementation: Programm "limits.c" 30
3.7 Bedingte Anweisung und "Casting": Programm "reihe01.c" 31
3.8 Zeitmessung mit clock 0: Programm "reihe02.c" 36
3.9 Standardfunktionen und "while-Schleife": Programm "valtab01.c" 38
3.10 Definition und Aufruf einer Funktion: Programm "valtab02.c" 42
3.11 Erster Kontakt mit Pointern: Programm "valtab03.c" 45
3.12 Formatgesteuerte Eingabe mit scanf: Programm "valtab04.c" 49
3.13 Stabilisierung der Eingabe: Programm "valtab05.c" 53
3.14 String-Konstanten als Funktionsargumente: Programm "valtab06.c" 56
3.15 Arrays und Strings: Programme "string1.c" und "syscall.c" 58
3.16 Zwischenbilanz 63
4 Arbeiten mit Libraries 72
4.1 Erzeugen einer Library 73
4.2 Einbinden einer persönlichen Library: Programm "valtab07.c" 76
4.3 Libraries mit Funktionen, die voneinander abhängig sind 78
4.4 Einbinden von Funktionen aus fremden Libraries 79
4.4.1 Ein mathematischer Parser für die "valtab"-Programme 81
4.4.2 Einbau von Parser-Librarv-Funktionen: Programm "valtab08.c" 83
8 Inhalt
5 Fortgeschrittene Programmiertechniken 88
5.1 Noch einmal: Strings und Pointer 88
5.2 Pointer-Arithmetik 97
5.3 Mehrdimensionale Arrays, Pointer-Arrays 101
5.4 Kommandozeilen-Argumente 105
6 File-Operationen und Speicherplatzverwaltung 107
6.1 Öffnen und Schließen eines Files, Zeichen lesen mit fgetc 107
6.2 Lesen und Schreiben mit fgetc und fputc, temporäre Files 110
6.3 Lesen mit fgets, formatiertes Lesen mit fscanf 114
6.4 Speicherplatz dynamisch allokieren 118
6.5 Speicherplatzverwaltung 123
6.5.1 Speicherklassen auto und static innerhalb von Funktionen 123
6.5.2 Externe Variablen 125
6.5.3 Sichtbarkeit von Variablen 126
6.5.4 Was man sonst noch zu diesem Thema wissen sollte 127
7 Strukturen, verkettete Listen 129
7.1 Definition von Strukturen, Zugriff auf die Komponenten 129
7.2 Strukturen in Strukturen, Pointer auf Strukturen 133
7.3 Rekursive Strukturen, verkettete Listen 135
7.4 Sortieren mit verketteten Listen: Programm femfile4.c 140
7.5 "Unions" und "Enumerations" 147
7.5.1 "Unions" 147
7.5.2 Aufzählungstyp enum 148
8 Rekursionen, Baumstrukturen, Dateisysteme 150
8.1 Baumstrukturen 151
8.2 Die Dateisysteme unter UNIX und DOS 153
8.3 Eine UNIX-Besonderheit: Links auf Files und Directories 154
8.4 File-Informationen über die Files eines Directories 155
8.4.1 UNIX-Version (GNU-C) 156
8.4.2 DOS-Version ("16-Bit-Welt") 163
8.4.3 Version für das "DOS-Fenster der 32-Bit-Welt" 166
8.4.4 Pflege der privaten Library 167
8.5 Erster rekursiver Funktionsaufruf, Scannen eines Directory-Trees 167
8.6 Selektives Listen der Files eines Directory-Trees: Programm "lst.c" 169
8.7 Sortieren mit einem binären Baum: Programm "lstsort.c" 172
8.8 Zwischenbilanz 178
9 Grundlagen der Windows-Programmierung 182
9.1 Das Windows-Konzept 183
9.2 Botschaften (Nachrichten, "Messages") 184
9.3 Das kleinste Windows-Programm "miniwin.c" 185
9.4 Windows-SkeleU-Programm "winskel.c" 194
Inhalt 9
9.5 Text- und Graphik-Ausgabe, der "Device context" 196
9.5.1 Die Botschaft WM_PAINT, Programm "Hello, Winworld" 196
9.5.2 "Gefüllte Flächen", die GDI-Objekte "Pen" und "Brush" 200
9.5.3 Zeichnen mit MoveToEx und LineTo, Programm "rosette1.c" 205
9.6 Maus-Botschaften, Programm "mouse1.c" 208
9.7 Textausgabe mit TextOut, die Funktion GetSystemMetrics 211
9.8 Fehlersuche in Windows-Programmen 214
10 Ressourcen 218
10.1 Menü und Message-Box, Programm "menu1.c" 218
10.2 Stringtable und Dialog-Box, Programm "dialog1.c" 222
10.2.1 Modale und nicht-modale Dialoge 222
10.2.2 Definition einer Dialog-Box, Ressourcen-Datei "dialog 1. rc " 223
10.2.3 Quelltext des Programms "dialog1.c" 225
10.3 Dialog-Funktion, Dialog-Box, Ressourcen-Editor 232
10.3.1 Ressourcen-Datei "hpkwin01.rc" 233
10.3.2 Programm "hpkwin01.c" 234
10.3.3 Erzeugen eines Dialog-Prototyps mit einem Ressourcen-Editor 239
10.4 Icon und Cursor 241
10.4.1 Erzeugen von Icons und Cursorformen 241
10.4.2 Ressourcen-Datei mit Icon, Cursor, Stringtable und Menü 243
10.4.3 Programm "cursor1.c" 244
11 C vertiefen oder C++ lernen? 252
11.1 Empfehlungen für die Vertiefung der C-Kenntnisse 252
11.2 Empfehlungen für das Lernen von C++ 254
Anhang A Ein Blick in die Speicherzellen 255
Al Stellenwertsysteme 255
A2 Darstellung von Integer-Werten im Rechner 257
A3 Darstellung von float- und double-Werten im Rechner
Anhang B "Stack" und "Heap" 264
BI Der Stack 264
B2 Der Heap 267
Literatur 268
Sachverzeichnis 269
Begriffe mit identischer Bedeutung
Die Sprachvermischung ist ohnehin nicht zu
verhindern (siehe nebenstehende Abbildung mit
MS-Visual-C++ 1.5 unter MS-Windows 3.11), es
sei denn, man installiert nur englischsprachliche
Programmversionen und liest nur entsprechende
Bücher. Nachfolgend werden deshalb (alphabe
tisch geordnet) besonders wichtige Begriffe
zusammengestellt, die mit gleicher Bedeutung
verwendet werden (nicht alle Varianten werden
in diesem Buch benutzt, tauchen aber in Menüs
der Entwicklungsumgebungen, Warnungen und
Fehlermeldungen der Compiler usw. ständig
auf). Ungeklärt bleibt: Schreibt man in einem
deutschen Satz "der oder das Makro", "die oder
"Denglisch" ("Verschieben", "Close", ... ) in
das Directory" (Plural: "Directories", und der
einem "Popup-Menü" (und das ist gar eine
Genitiv?), "der oder das File" (diese Liste, eingedeutschte englisch-französische Wort
deren Varianten aus aktuellen Fachbüchern kombination)
stammen, ließe sich beliebig fortsetzen)?
abbrechen = cancel
allokieren (allozieren) (Speicherplatz) zuweisen
Anchor pointer = Anker = Roo! pointer
Botschaft = Message = Nachricht
Button Schalttläche
Character = Zeichen
Character font Zeichensatz
dose schließen
Compiler Übersetzer
Ctrl-Taste = Strg-Taste
Datei File
Directory = Ordner Verzeichnis
Directory tree = Verzeichnisbaum
Etikett (einer Struktur) = Structure tag
Fenster = Window
Floating-Point-Number Gleitkommazahl
Macro = Makro
Linker = (Programm-)V erbinder
open = öffnen
Pen Zeichenstift
Pointer Zeiger
Shift -Taste Umschalt-Taste
String = Zeichen kette