Programmieren mit C: Ansi Standard

271 Pages·1992·8.33 MB·German

by  Dipl.-Math. Martin Lowes

Martin Lowes/Augustin Paulik
Programmieren mit C
Programmieren
mit C
- Ansi Standard -
Von Martin Lowes
und Prof. Dr. rer. nat. Augustin Paulik
Universität Göttingen
2., durchgesehene Auflage
EI3
B. G. Teubner Stuttgart 1992
Dipl-Math. Martin Lowes
Studium der Mathematik und Physik an der Universität Göttingen, dort seit 1975 als
wiss. Angestellter mit der Durchführung von Programmierkursen beauftragt.
Prof. Dr. rer. nat. Augustin Paulik
Studium der Mathematik und Physik an der TU München und der Universität Brati
slava (Pressburg). 1971 wiss. Mitarbeiter am Institut für Numerische und Ange
wandte Mathematik der Unversität Göttingen. 1985/1986 Gastprofessor für Techno
mathematik an der TU Berlin. Seit 1986 Professor für Angewandte Mathematik und
Informatik an der Universität Göttingen.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Lowes, Martin:
Programmieren mit C : Ansi Standard / von Martin Lowes und
Augustin Paulik. - 2., durchges. Auf!. - Stuttgart : Teubner,
1992
ISBN 978-3-519-12286-9 ISBN 978-3-322-91891-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-91891-8
NE: Paulik, Augustin:
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwer
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des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen,
Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in
elektronischen Systemen.
© B. G. Teubner Stuttgart 1990
Vorwort
Die Programmiersprache C wurde Anfang der siebziger Jahre (1972) von Dennis M. Rit
chie in den Bell Laboratories entwickelt, im Zusammenhang mit der Implementation des
Betriebssystems UNIX auf der Rechenanlage DEC PDP-ll. Viele wichtige, in C ver
wirklichte Ideen entstammen allerdings der Sprache B, die von Ken Thompson (1970)
für das erste UNIX-System auf der DEC PDP-7 geschrieben wurde, die wiederum ihren
Ursprung in der von Martin Richards entwickelten Sprache BCPL (1967) hat. Fast das
gesamte Betriebssystem UNIX ist in C geschrieben.
Mittlerweile wird C nicht nur unter UNIX, sondern auch unter anderen Betriebssystemen
eingesetzt. Der Grund für die zunehmende Beliebtheit von C sind Portabilität, d.h. die
Lauffähigkeit der Programme ohne Änderungen auf den verschiedensten Rechnern, und
breite Anwendungsmöglichkeiten, die wiederum die Folge von mehreren Faktoren sind:
• C besitzt moderne, hochsprachliche Steuerstrukturen, wie etwa die Sprachen Ada,
P,L/l und Pascal.
• In C kann man Bits, Bytes und Zeichenketten manipulieren, wie mit einem Assem
. bIer, aber auch Zeig~ und strukturierte Datentypen verwenden.
• C ist vom Umfang her eine kleine, leicht erlernbare Sprache (32 Schlüsselwörter,
Basic über 150!).
• C ermöglicht weitgehend redundanz-freien Quellcode, d.h. C-Programme sind deut
lich kürzer als Programme in anderen Sprachen.
Dieses alles sind Forderungen, die man an eine Sprache stellt, in der Betriebssysteme,
Compiler oder professionelle Anwenderprogramme geschrieben werden sollen. Daher wird
C auch als "die Sprache der Programmierer" bezeichnet.
Seit der ersten Implementation der Sprache Anfang der siebziger Jahre sind viele Sprach
dialekte entstanden. Die meisten Compilerbauer orientierten sich an der Sprachbeschrei
bung in "The C Programming Language" von Brian W. Kernighan und Dennis M. Ritchie
aus dem Jahre 1977. Diese Sprachbeschreibung war aber weder vollständig noch exakt.
An den Stellen, an denen den Implementatoren diese Sprachbeschreibung als erweite
rungswürdig erschien, insbesondere bei der Standardbibliothek, gingen sie ihren eigenen
Weg, was der Portabilität der Programme keineswegs zuträglich war.
Um dieser Entwicklung gegenzusteuern und weiteren Implementatoren eine einheitliche
Sprachbeschreibung, einschließlich einer einheitlichen Standardbibliothek, in die Hand zu
geben, wurde vom American National Standards Institute (ANSI) 1983 ein technisches
Komitee (X3Jll) gegründet, in dem über 50 Vertreter von C-Benutzergruppen aus allen
Bereichen (Entwicklung industrieller und wissenschaftlicher Hard-und Software, Anwen
dungsprogrammierung, Ausbildung) über einen Standard für die Sprache C diskutierten.
Das Ergebnis, "ANSI-C" oder "Standard-C", wurde im Dezember 1989 vom ANSI als
Standard veröffentlicht.
Für den Programmierer bedeutet das: In ANSI-C geschriebene Programme sind auf allen
Systemen unverändert lauffähig, die den ANSI-Standard verwenden. Zusätzliche Vor
aussetzung ist, daß die Programme keine speziellen Hardware-Eigenschaften nutzen; der
6
Standard definiert dafür eine Vielzahl benannter Konstanten, die einen Rechner charakte
risieren. Eine ANSI-C-Sprachimplementation darf über den Standard hinaus über weitere
Sprachelemente und eine erweiterte Bibliothek verfügen, deren Verwendung allerdings die
Portabilität der Programme einschränkt.
In diesem Buch wird ANSI-C beschrieben. Die vollständig angegebenen Beispiele wurden
sämtlich, die in Ausschnitten angegebenen Beispiele teilweise auf IBM-kompatiblen PC
mit Microsoft-C (Version 5) und Turbo-C getestet. Beide Compiler entsprechen bereits
dem ANSI-Standard.
Herrn Dr. P. Spuhler und dem Verlag B. G. Teubner gilt unser Dank für die verständnis
volle Zusammenarbeit, durch die dieses Buch erst möglich wurde.
Göttingen, im August 1990
Martin Lowes
Augustin Paulik
Vorwort zur zweiten Auflage
Für die zweite Auflage wurden eine Reihe von Schreibfehlern korrigiert und einige kleinere
Korrekturen vorgenommen. Wir danken all denen, die uns die entsprechenden Hinweise
gaben.
Göttingen, im Dezember 1991
Martin Lowes
Augustin Paulik
Inhaltsverzeichnis
Kapitell Einführung 13
1.1 Aufbau von C-Programmen 13
1.2 Ein erstes C-Programm .. 15
1.3 Verarbeitung numerischer Daten . 17
1.4 Lesen bis zum Ende. . . 21
1.5 Speicherung von Werten 23
1.6 Strukturierung des Programms 26
1.7 Die Darstellung von Programmen 29
Kapitel 2 Numerische Datentypen und Ausdrücke 33
2.1 Definitionen . . 33
2.2 Standardtypen 33
2.3 Konstanten .. 36
2.3.1 Ganzza.hlige Konstanten 36
2.3.2 Gleitkommakonstanten . 37
2.3.3 Zeichenkonstanten ... 38
2.3.4 Aufzählungskonstanten . 39
2.3.5 Stringkonstanten .... 40
2.4 Deklaration von Variablen, Anfangswerte . 40
2.5 Arithmetische Operatoren .. 41
2.5.1 Die Grundrechenarten 42
2.5.2 "mixed mode" . . . . . 43
2.5.3 Kompliziertere Ausdrücke 44
2.5.4 Die Vorzeichenoperatoren 45
2.5.5 Operatoren gleicher Präzedenz . 46
2.5.6 Explizite Typumwandlung . . . 47
2.6 Zuweisungsoperatoren ......... 47
2.7 Inkrementierung und Dekrementierung 50
2.8 Nebeneffekte ...... 51
2.9 Konstante Ausdrücke. 53
2.10 Overflow und Underflow 54
8 Inhaltsverzeichnis
Kapitel 3 Anweisungen 55
3.1 Ausdruckanweisungen . 55
3.2 Zusammengesetzte Anweisungen . 56
3.3 Leere Anweisungen . 56
3.4 Logische Ausdrücke. 57
3.5 Schleifen....... 59
3.5.1 while-und do-Anweisung . 59
3.5.2 for-Anweisung....... 60
3.5.3 break und continue, Endl08schleifen . 62
3.6 Auswahl von Alternativen 65
3.6.1 if-Anweisung ... 65
3.6.2 Geschachtelte if-Anweisungen 65
3.6.3 Bedingte Ausdrücke 68
3.6.4 swi tch-Anweisung 69
3.7 Sprunge . . . . '.' . . . . 72
Kapitel 4 Funktionen und Programmstruktur 74
4.1 Funktionen ............. . 74
4.1.1 Vereinbarung von Funktionen 74
4.1.2 Beispiel .. 76
77
4.1.3 Prototypen
4.1.4 Parameter und Argumente. 78
4.2 Die Struktur des Programms . . . . 80
4.2.1 Gültigkeitsbereiche von Namen 80
4.2.2 Lokale und globale Größen . 82
4.2.3 Das Attribut extern 85
4.3 Verfügbarkeit von Variablen 86
4.3.1 Automatische und statische Variablen. 86
4.3.2 Interne Variablen 87
4.4 Rekursion . . . . . . . . 88
4.5 Synchronisationspunkte . 93
Kapitel 5 Felder und Zeiger 94
5.1 Felder ..... 94
'5.2 Adressrechnung 96
5.3 Zeiger ..... 97
Inhal tsverzeichnis 9
5.4 Zeigerarithmetik 100
5.5 Felder a.ls Parameter von Funktionen · 104
5.6 Strings.......... · 106
5.7 Explizite Anfangswerte . · 108
5.8 Das Attribut eonst . · 110
5.9 Zeiger auf Zeiger .. · 112
5.10 Zeiger a.ls Funktionswerte · 114
5.11 Dynamische Speicherzuordnung 117
5.12 Zeiger auf Funktionen ..... 120
Kapitel 6 Strukturen und Zeiger 123
6.1 Strukturen ............ . 123
6.2 Geschachtelte strukturierte Typen. 126
6.3 Zeiger auf Strukturen. 129
6.4 Verkettete Listen ... · 132
6.5 Partielle und vollständige Deklaration. · 135
6.6 Mehr über verkettete Listen · 136
6.7 (Binäre) Bä.ume ..... . · 139
Kapitel 7 Der Präprozessor 143
7.1 Format der Direktiven .. 143
7.2 Zugriff auf (andere) Dateien 144
7.3 Macros ohne Parameter 145
7.4 Macros mit Parametern 146
7.5 Bedingte Compilation . 147
7.6 Weitere Direktiven .. · 149
Kapitel 8 Die Standard bibliothek 151
8.1 Übersicht ............ . · 151
8.2 Elementare Typen «stddef. h» 152
8.3 Testhilfen «assert .h» ..... 153
8.4 Klassifizierung von Zeichen «etype. h» 153
8.5 Fehlernummern «errno .h» ...... . 155
8.6 Interne Datenformate «limits. h> und <float .h» . 156
8.7 Länderspezifische Darstellungen und Zeichen «loeale .h» . · 157
8.8 Mathematische Funktionen «math. h» . . . . . . . . . . . . · 158
10 Inhaltsverzeichnis
8.9 Sprünge zwischen Funktionen «setjmp.h» ..... . · . 161
8.10 Behandlung von Signalen «signal.h» ........ . · . 161
8.11 Funktionen mit variabler Argumentzahl «stdarg.h». · . 163
8.12 Diverse Hilfsroutinen «stdlib.h» · . 166
8.12.1 Umwandlung von Strings .. · . 166
8.12.2 Pseudo-Zufallszahlen .... · . 168
8.12.3 Dynamische Speicherverwaltung . · 168
8.12.4 Beendigung eines Programms .. · 169
8.12.5 Kommunikation mit dem Betriebssystem . · 170
8.12.6 Sortieren und Suchen .. · 170
8.12.7 Ganzzahlige Arithmetik · 173
8.12.8 Verarbeitung erweiterter Zeichensä.tze .. • . 173
8.13 Stringverarbeitung «string.h» ....... . · 174
8.13.1 Kopieren von Strings (und anderen Objekten) . · 174
8.13.2 Konkatenation von Strings . · 176
8.13.3 Vergleiche von Strings · 176
8.13.4 Suchfunktionen ... · 177
8.13.5 Längenbestimmung . · 179
8.13.6 Füllen von Speicherbereichen · 179
8.13.7 Umsetzung von Fehlernummern · 179
8.14 Termine und Zeiten «time .h» · 179
8.14.1 Darstellungsformate · 180
8.14.2 Maschinenzeiten ... · 180
8.14.3 Umcodierung von Zeiten · 181
8.14.4 Umwandlung in Klarschrift . · 183
8.14.5 Zeitdifferenzen · 184
Kapitel 9 Ein-/ Ausgabe 185
9.1 Grundlagen ..... . · 185
9.1.1 Dateien und Dateien · 185
9.1.2 Textdateien und Binärdateien · 185
9.1.3 Lesen oder Schreiben? .. · 187
9.1.4 Gepufferte Ein-/ Ausgabe · 187
9.1.5 Positionierung ...... . · 188
9.1.6 Der Typ FILE, die Standarddateien . · 188
Inhaltsverzeichnis 11
9.2 Zuordnung von Dateien. · 189
9.2.1 Permanente Dateien .. 189
9.2.2 Temporäre Dateien . .. 192
9.3 Verwaltung der Dateipuffer . · 193
9.4 Formatierte Eingabe ... . · 195
9.5 Formatierte Ausgabe ... . · 199
9.6 Ein-/ Ausgabe von Zeichen(folgen) .203
9.6.1 Lesen eines einzelnen Zeichens. .203
9.6.2 Lesen von Strings . . . . . . . . .204
9.6.3 Mehrfaches Lesen von Zeichen . .204
9.6.4 Schreiben eines einzelnen Zeichens. .205
9.6.5 Schreiben von Strings . .206
9.7 Binäre Ein-/Ausgabe .... .206
9.8 Positionierung von Dateien. .207
9.9 Behandlung von Fehlern .. .208
9.10 Verwaltung von Betriebssystem-Dateien .209
Kapitel 10 Was es. sonst noch gibt 210
10.1 Weitere Datenattribute ..... · 210
10.1.1 Das Attribut register. · 210
10.1.2 Das Attribut volatile . .210
10.1.3 Das Attribut typedef .210
10.2 Verbunde .... ... .212
10.3 Verarbeitung von Bits · 213
10.3.1 Bitoperatoren · 213
10.3.2 Bitfelder . . . · 216
10.4 Der Komma-Operator · 217
Anhang A Der Zeichensatz von C 219
Anhang B Schlüsselwörter 221
Anhang C Operator-Übersicht 222
Anhang D Formatierung 223
D.1 Formatierung der Eingabe .223
D.2 Formatierung der Ausgabe .224