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Hier sind einige empfohlene +> Standards: +> `-Wall -Wextra -Werror -O2 -std=c99 -pedantic` +> +> Da gewisse Optionen (inbesondere der C-Standard) sehr stark vom Projekt +> abhängen, lohnt es sich, wenn die unterschiedlichen Optionen genauer +> angeschaut werden. Eine Übersicht über die Compiler-Optionen findet man unter +> [diesem](https://stackoverflow.com/questions/3375697/useful-gcc-flags-for-c) Stackoverflow-Beitrag. +> +> Für weitere Informationen, was diese und weitere Optionen genau machen, +> sollte die Man-Page des C-Compilers aufgerufen werden (z.B. `man 1 gcc`). +> Alternativ kann auch online nach den unterschiedlichen Optionen gesucht werden. + +```c +// einzeilige Kommentare starten mit // - nur in C99 und später vorhanden. + +/* +mehrzeilige Kommentare sehen so aus. Diese funktionieren auch in C89 +*/ + +/* +mehrzeilige Kommentare können nicht verschachtelt werden /* Sei Vorsichtig! */ // Kommentar endet auf dieser Linie ... +*/ // ... nicht bei dieser! + +// Konstanten: #define <keyword> +// Konstanten werden laut der Konvention immer in GROSSBUCHSTABEN geschrieben +#define DAYS_IN_YEAR 365 + +// Konstanten können auch als Aufzählungskonstanten (Enums) definiert werden. +// Alle Anweisungen müssen mit einem Semikolon beendet werden. +enum days {SUN = 1, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT}; +// MON wird automatisch zu 2, TUE zu 3 etc. + +// Importiere Header-Dateien mit #include +#include <stdlib.h> +#include <stdio.h> +#include <string.h> + +// Dateien, welche zwischen <spitzen Klammern> stehen, sind Header-Dateien aus +// der C-Standard-Bibliothek. +// Für deine eigenen Header müssen Anführungszeichen verwendet werden, z.B.: +// #include "mein_header.h" + +// Funktionssignaturen werden entweder vorher in einer .h-Datei deklariert oder +// am Anfang der .c-Datei. +void function_1(); +int funkcion_2(void); + +// Es muss ein Funktionsprototyp deklariert werden vor der `main()` Funktion, +// wenn die Funktion nach der `main()` Funktion gebraucht wird. +int add_two_ints(int x1, int x2); // Funktionsprototyp +// Auch wenn der Ausdrck `int add_two_ints(int, int)` auch valid wäre, +// ist es empfohlen, dass man die Namen der Argumente hinschreibt für eine +// einfachere Analyse. + +// Der Einstiegspunkt deines Programms ist eine Funktion mit dem Namen main und +// einem Integer als Rückgabewert. +int main(void) { + // dein Programm +} + +// Die Kommandozeilenargumente, welche gebraucht werden, damit dein Programm +// läuft, werden als Argumente der `main`-Funktion mitgegeben. +// argc (argument counter) steht für die Anzahl von Argumenten. +// Der Programmname ist das erste Argument. +// argv (argument vector) ist ein Array von Zeichenarrays, welche die +// Argumente beinhaltet. +// argv[0] = Name des Programms +// argv[1] = erstes Argument usw. +int main (int argc, char** argv) { + // Ausgabe mit Hilfe von printf (print formatted) + // %d ist ein Integer. + // \n steht für eine neue Zeile + printf("%d\n",0); // => Gibt 0 aus. + + //////////////////////////////////////////////// + // Operatoren + //////////////////////////////////////////////// + + // Kurzschreibweise für mehrere Deklarationen + int i1 = 1, i2 = 2; + flaot f1 = 1.0, f2 = 2.0; + + int b,c; + b = c = 0; + + // Arithmetik ist unkompliziert + 1 + 2; // => 3 + 2 - 1; // => 1 + 2 * 1; // => 2 + 1 / 2; // 0 (0.5, aber abgeschnitten, da es int sind.) + + // Man muss mindestens ein Integer zu einen float konvertieren, damit man als + // Resultat eine Gleitkommazahl erhält. + (float)1 / 2; // => 0.5f + 1 / (double)2; // => 0.5 // das gleiche mit dem Typ `double` + 1.0 / 2.0; // => 0.5, plus oder minus Epsilon + // Gleitkommazahlen und deren Berechnungen sind nicht exakt. + + // Es gibt auch die Möglichkeit, Modulo zu rechnen + 11 % 3; // => 2 + + // Vergleichsoperatoren sind vielleicht schon bekannt, aber in C gibt es + // keinen Boolean-Typ. In C verwenden wir `int`. (Oder _Bool oder bool in C99) + // 0 ist falsch, alles andere ist wahr (Die Vergleichsoperatoren ergeben + // immer 1 oder 0. + 3 == 2; // => 0 (falsch) + 3 != 2; // => 1 (wahr) + 3 > 2; // => 1 + 3 < 2; // => 0 + 2 <= 2; // => 1 + 2 >= 2; // => 1 + + // C ist nicht Python - Vergleiche können nicht einfach verkettet werden. + // Warnung: die folgende Zeile wird kompilieren, aber es bedeutet `(0 < a) < 2`. + // Dieser Ausdruck ist immer wahr, weil (0 < a) kann entweder 1 oder 0 sein. + // In diesem Falle ist es 1, weil (0 < 1). + int zwischen_0_und_2 = 0 < a < 2; + // Benutze stattdessen folgende Schreibweise: + int zwischen_0_und_2 = 0 < a && a < 2; + + // Logik funktioniert auch mit ints + !3; // => 0 (logisches Nicht) + !0; // => 1 + 1 && 1; // => 1 (logisches Und) + 0 && 1; // => 0 + 0 || 1; // => 1 (logisches Oder) + 0 || 0; // => 0 + + // Bedingter ternärer Ausdruck ( ? : ) + int e = 5; + int f = 10; + int z; + z = ( e > f ) ? e : f; // => // => 10 "wenn e > f ist, gib e zurück, sonst f." + + // Inkrementierungs- und Dekrementierungsoperatoren + int j = 0; + int s = j++; // gib j zurück und erhöhe danach j. (s = 0, j = 1) + s = ++j; // erhöhe zuerst j und gib dann j zurück (s = 2, j = 2) + // das gleiche gilt für j-- und --j + + // Bitweise Operatoren + ~0x0F; // => 0xFFFFFFF0 (Bitweise Negation, "Einer-Komplement", + // Beispielresultat für 32-Bit int) + 0x0F & 0xF0; // => 0x00 (Bitweises UND) + 0x0F | 0xF0; // => 0xFF (Bitweises ODER) + 0x04 ^ 0x0F; // => 0x0B (Bitweises XOR) + 0x01 << 1; // => 0x02 (Bitweises Linksverschiebung (left shift) (um 1)) + 0x02 >> 1; // => 0x01 (Bitweises Rechtsverschiebung (right shift) (um 1)) + + // Sei vorsichtig beim Shift mit vorzeichenbehafteten Integern + // folgende Ausdrücke sind nicht definiert: + // - Verschiebung in das Vorzeichenbit (int a = 1 << 31) + // - Linksshift einer negativen Zahl (int a = -1 << 2) + // - Shift um einen Offset, welcher >= die Breite des linken Ausdrucks ist. + // int a = 1 << 32; // undefiniertes Verhalten, wenn int 32-Bit ist. + + + //////////////////////////////////////////////// + // Typen + //////////////////////////////////////////////// + + // Compiler, welche nicht C99-kompatibel sind, verlangen, dass sämtliche + // Variablen zu Beginn des Blocks deklariert werden. + // C99-Konforme Compiler erlauben die Variablendeklaration an dem Punkt, an + // welchem die Variable verwendet wird. + // Wir deklarieren die Variablen dynamisch im Code um die Lesbarkeit im + // Tutorial zu verbessern. + + // integer sind normalerweise 4 Bytes groß + int x_int = 0; + + // shorts sind normalerweise 2 Bytes groß + short x_short = 0; + + // chars sind garantiert 1 Byte groß + char x_char = 0; + char y_char = 'y'; // Charakterliterale werden mit '' gekennzeichnet. + + // longs sind oft 4 bis 8 Bytes groß. long long sind garantiert mindestens + // 8 Bytes groß. + long x_long = 0; + long long x_long_long = 0; + + // floats sind normalerweise 32-Bit Gleitkommazahlen + float x_float = 0.0f; // 'f'-Suffix beschreibt eine Gleitkommazahl. + + // doubles sind normalerweise 64-Bit Gleitkommazahlen + double x_double = 0.0; // echte Zahlen ohne Suffix sind vom Typ double + + // integer-Typen können vorzeichenlos (unsigned) sein + // (größer oder kleiner als 0) + unsigned short ux_short; + unsigned int ux_int; + unsigned long long ux_long_long; + + // Zeichen innerhalb von einfachen Anführungszeichen sind Integers im + // Maschinenzeichensatz + '0'; // => 48 im ASCII-Zeichensatz + 'A'; // => 65 im ASCII-Zeichensatz + + // sizeof(T) gibt die Größe einer Variablen des Typen T in Bytes zurück. + // sizeof(obj) ergibt die Größe des Ausdrucks (Variable, Literal usw.) + + printf("%zu\n", sizeof(int)); // => 4 (auf den Rechnern mit einem 4-Byte-Wort) + + // Wenn das Argument des `sizeof`-Operator ein Ausdruck ist, dann wird das + // Argument nicht ausgewertet (außer Arrays mit variabler Länge) + // Der Wert, der in diesem Fall zurückgegeben wird, ist eine Konstante zur + // Kompillierzeit. + + int a = 1; + //size_t ist ein vorzeichenloser Integer Typ mit mindestens 2 Byte um die + // Größe eines Objekts zu repräsentieren. + size_t size = sizeof(a++); // a++ wird nicht ausgewertet + printf("sizeof(a++) = %zu, wobei a=%d ist\n", size, a); + // Gibt "sizeof(a++) = 4, wobei a=1 ist" aus (mit einer 32-Bit-Architektur) + + // Arrays müssen mit einer Größe initialisiert werden. + char my_char_array[20]; // Dieses Array beinhaltet 1 * 20 = 20 Bytes + int my_int_array[20]; // Dieses Array beinhaltet 4 * 20 = 80 Bytes. + // unter der Voraussetzung eines 4-Byte-Worts. + + // Ein Array kann auf diese Weise mit 0 initialisiert werden. + char my_array[20] = {0}; + // Hierbei ist der Teil "{0}" der "Array Initialisierer". + // Beachte, dass die Länge des Arrays nicht explizit definiert werden muss, + // wenn er auf derselben Linie initialisiert wird. + // Folgende Deklaration ist gleichwertig: + char my_array[] = {0}; + // Allerdings muss die Länge des Arrays dann zur Laufzeit ausgewertet werden: + size_t my_array_size = sizeof(my_array) / sizeof(my_array[0]); + // WARNUNG: Wenn dieser Ansatz gewählt wird, muss man sicherstellen, dass die + // Größe des Arrays ermittelt werden *bevor* dieser einer Funktion als + // Argument weitergegeben wird (siehe Diskussion weiter unten), weil Arrays + // einer Funktion nur als Zeiger übergeben werden. => Das obere Statement + // würde innerhalb einer Funktion ein falsches Resultat liefern. + + // Das Indexieren eines Arrays funktioniert wie in anderen Sprache - resp. + // in anderen Sprachen funktioniert es gleich wie in C. + my_array[0]; // => 0 + + // Arrays sind veränderbar; es ist nur Arbeitsspeicher! + my_array[1] = 2; + printf("%d\n", my_array[1]); // => 2 + + // In C99 (und als optionales Feature in C11) können Arrays mit variabler + // Länge deklariert werden. Die Größe eines solchen Array muss eine Konstante + // zur Kompilierzeit sein. + printf("Geben Sie die Arraygröße an: "); //Frag den Benutzer nach + // der Arraygröße + int array_size; + fcsanf(stdin, "%d", &array_size); + int var_length_array[array_size]; // deklariere Array mit variabler Länge + printf("sizeof array =%zu\n", sizeof var_length_array); + + // Zum Beispiel: + // > Geben Sie die Arraygröße an: 10 + // > sizeof array = 40 + + // Strings sind lediglich Arrays von `chars`, welche mit einem Null-Byte + // (0x00) beendet werden. In Strings wird das Nullbyte durch das Zeichen \0 + // repräsentiert. Wir müssen das Null-Byte nicht angeben in String-Literalen; + // der Compiler fügt es am Ende des Array automatisch hinzu. + char a_string[20] = "Das ist ein String"; + printf("%s\n", a_string); // %s formattiert einen String + + printf("%d\n", a_string[18]); // => 0 + // Hier ist das Byte #19 0 (wie auch Byte #20) + + // Wenn wir Zeichen zwischen einfachen Anführungszeichen haben, ist es ein + // Zeichenliteral vom Typ int und *nicht* char. (aus historischen Gründen) + int cha = 'a'; // Ok + char chb = 'a'; // auch ok (implizite Umwandlung von int zu char) + + // Mehrdimensionale Arrays: + int multi_array[2][5] = { + {1,2,3,4,5}, + {6,7,8,9,0} + }; + // Auf Elemente zugreifen: + int array_int = multi_array[0][2]; // => 3 + + //////////////////////////////////////////////// + // Kontrollstrukturen + //////////////////////////////////////////////// + if (0) { + printf("Ich werde nie ausgeführt."); + } + else if (0) { + printf("Ich werde auch nie ausgeführt."); + } + else { + printf("Ich gebe etwas aus."); + } + + // While-Schleifen existieren auch + int ii = 0; + while (ii < 10) { // JEDER Wert unter zehn ist wahr + printf("%d, " ii++); //i++ inkrementiert ii NACHDEM der Wert gebraucht + // wurde. + } // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, " + + printf("\n"); + + int kk = 0; + do { + printf("%d, ", kk); + } while(++kk < 10); //++kk inkrementiert kk BEVOR der Wert gebraucht wurde. + // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, " + + printf("\n"); + + // In C gibt es auch for-Schleifen + int jj; + for (jj = 0; jj < 10; jj++) { + printf("%d, ", jj); + } // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, " + + printf("\n"); + + // **Merke** + // Schleifen und Funktionen müssen einen Rumpf haben. Wenn kein Rumpf gebraucht + // wird, kann folgendes gemacht werden: + int i; + for (i = 0; i <= 5; i++) { + ; // Semikolon wird als Rumpf behandelt (Null-Anweisung) + } + // Alternativ kann auch folgendes geschrieben werden: + for (i = 0; i <= 5; i++); + + // Verzweigungen mit mehreren Möglichkeiten: `switch()` + switch (a) { + case 0: // Labels müssen integrale *konstante* Ausdrücke sein (z.B. Enums) + printf("Hey, 'a' ist gleich 0!\n"); + break; //Wenn du kein break einsetzt, so geht der Kontrollfluss + // durch die Labels + case 1: + printf("Huh, 'a' ist gleich 1!\n"); + break; + // Sei vorsichtig - wenn man das `break` vergisst, werden alle + // Anweisungen ausgeführt bis das nächste `break` erscheint. + case 3: + case 4: + printf("Schau mal ... 'a' ist entweder 3 oder 4.\n"); + break; + default: + // wenn der Ausdruck `a` auf kein Label zutrifft. + fputs("Fehler!\n", stderr); + exit(-1); + break; + } + + //////////////////////////////////////////////// + // Typenumwandlung + //////////////////////////////////////////////// + + // Jeder Wert in C hat einen bestimmten Typen, aber es ist möglich, ein + // Wert in einen anderen Typ umzuwandeln (mit einigen Einschränkungen). + + int x_hex = 0x01; // Es ist möglich, Variablen Hexadezimalwerten zuzuweisen. + + // Bei der Umwandlung zwischen Typen wird versucht, den numerischen Wert + // beizubehalten. + printf("%d\n", x_hex); // => 1 + printf("%d\n", (short) x_hex); // => 1 + printf("%d\n", (char) x_hex); // => 1 + + // Typen werden überlaufen (overflow) ohne jegliche Warnung + printf("%d\n", (unsigned char) 257); // => 1 (Max char=255 wenn char 8 Bit ist) + + // Um den maximalen Wert eines `char`, `signed char` oder `unsigned char` + // herauszufinden, können die Makros `CHAR_MAX`, `SCHAR_MAX` und `UCHAR_MAX` + // aus der Header-Datei `<limits.h>` verwendet werden. + + // Integer-Typen können zu Gleitkommazahlen und umgekehrt umgewandelt werden. + printf("%f\n", (double) 100); // %f formattiert immer zu einem `double`... + printf("%f\n", (flaot) 100); // ... auch mit einem `float` + printf("%d\n", (char)100.0); + + //////////////////////////////////////////////// + // Zeiger (aka Pointer) + //////////////////////////////////////////////// + + // In diesem Tutorial wird das deutsche Wort Zeiger nicht verwendet, da es + // bei einer weiteren Recherche einfacher ist, wenn man von Pointern ausgeht. + // Außerdem ist der Begriff Pointer auch im deutschen Sprachgebrauch zu finden. + + // Ein Pointer ist eine Variable, welche deklariert wurde, um eine Speicher- + // adresse zu speichern. Die Deklaration eines Pointers wird auch zeigen, + // auf welche Art von Daten der Pointer zeigt. Man kann die Speicheradresse + // von Variablen abrufen und dann mit diesen herumspielen. + + int x = 0; + printf("%p\n", (void *)&x); // verwende & um die Adresse der Variable + // zu erhalten + // %p formattiert einen Objektpointer des Typen void*) + // => Gibt eine Adresse im Speicher aus + + // Pointer starten mit einem * zu Beginn der Deklaration. + int *px, not_a_pointer; // px ist ein Pointer zu einem int. + px = &x; // Speichert die Adresse von x in px + printf("%p\n", (void *)px); // => Gibt eine Adresse im Speicher aus + printf("%zu, %zu\n", sizeof(px), sizeof(not_a_pointer)); + // Gibt auf einem typischen 64-Bit-System folgendes aus: "8, 4" + + // Um den Wert einer Adresse, auf welche ein Pointer zeigt, herauszufinden, + // muss man vor die Variable ein * setzen, um sie zu dereferenzieren. + // Notiz: Ja, es kann verwirrend sein, dass '*' sowohl für das Deklarieren + // als auch das Derefenzieren verwendet werden kann. + printf("%d\n", *px); // => 0, der Wert von x + + // Man kann den Wert, auf welchen ein Pointer zeigt, auch verändern. + // Man muss die Dereferenzierung in Klammern setzen, weil ++ eine höhere + // Priorität als * hat. + (*px)++; // Inkrementiere den Wert, auf welchen px zeigt, um 1 + printf("%d\n", *px); // => 1 + printf("%d\n", x); // => 1 + + // Arrays sind eine gute Möglichekit, einen zusammenhängenden Block von + // Speicher zu allozieren. + int x_array[20]; // deklariert einen Array der Größe 20 (Größe kann + // nicht geändert werden.) + int xx; + for (xx =0; xx < 20; xx++) { + x_array[xx] 20 -xx; + } // Initialisiere x_array zu 20, 19, 18, ... 2, 1 + + // Deklariere ein Pointer des Typs int und initalisiere ihn, um auf `x_array` + // zu zeigen. + int *x_ptr = x_array; + // x_ptr zeigt jetzt auf den ersten Wert innerhalb des Arrays (int 20) + // Das funktioniert, weil Arrays oft zu Pointern reduziert werden, welche + // auf das erste Element zeigen. + // Zum Beispiel: Wenn ein Array einer Funktion mitgegeben wird oder einem + // Pointer zugewiesen wird, wird es zu einem Pointer reduziert (implizites Casting) + // Ausnahme: Wenn das Array das Argument des Operators `&` ist. + int arr[10]; + int (*ptr_to_arr)[10] = &arr; //`&arr` ist nicht vom Typ `int *`! + // Es ist vom Typem "Pointer auf Array" (aus zehn `int`s) + // oder wenn das Array ein Stringliteral ist, welches gebraucht wird um ein + // `char`-Array zu initialisieren. + char other_arr[] = "foobarbazquirk"; + // oder wenn es das Argument des `sizeof` oder `alignof` Operators ist. + int third_array[10]; + int *ptr = third_array; // gleich wie: `int *ptr = &arr[0]` + printf("%zu, %zu\n", sizeof(third_array), sizeof(ptr)); + // Gibt wahrscheinlich "40, 4" oder "40, 8" aus + + // Pointer werden basierend auf dem Typ in- und dekrementiert + // Dies wird Pointer-Arithmetik genannt. + printf("%d\n", *(x_ptr + 1)); // => 19 + printf("%d\n", x_array[1]); // => 19 + + // Man kann zusammenhängende Speicherblöcke auch mit der Funktion `malloc` + // aus der Standardbibliothek dynamisch allozieren. Der Funktion `malloc` + // muss ein Argument des Typs `size_t` übergeben werden, welches bestimmt, + // wie viele Bytes alloziert werden sollen. (Normalerweise geschieht dies + // aus dem Heap - dies kann auf eingebetteten Systemen unterschiedlichen sein. + // Der C Standard sagt nichts darüber.) + int *my_ptr = malloc(sizeof(*my_ptr) * 20); + for (xx = 0; xx < 20; xx++) { + *(my_ptr + xx) = 20 -xx; //my_ptr[xx] = 20-xx + } // initialisiere Speicher zu 20, 19, 18, 17, ... 2, 1 (als `int`) + + // Sei vorsichtig beim Übergeben von Benutzerdefinierten Werten an `malloc`. + // Wenn du sicher sein willst, kannst du die Funktion `calloc` nutzen, welche + // (nicht wie `malloc`) auch den Speicher nullt. + int *my_other_ptr = calloc(20, sizeof(int)); + + // Merke, dass es in C keinen Standard-Weg gibt, um die Länge eines dynamisch + // allozierten Arrays zu bestimmen. Auf Grund dessen sollte eine Variable + // erstellt werden, welche sich die Anzahl der Elemente im Array merkt, wenn + // die Arrays mehrmals im Programm gebraucht werden. + // Weitere Informationen stehen im Abschnitt Funktionen. + size_t size = 10; + int *my_array = calloc(size, sizeof(int)); + // Füge dem Array ein Element hinzu + size++; + my_array = realloc(my_array, sizeof(int) *size); + if (my_array == NULL) { + // Denke daran, realloc-Fehler zu prüfen + return + } + my_array[10] = 5; + + // Das Dereferenzieren von nicht alloziertem Speicher führt zu einem + // Undefinierten Verhalten. + printf("%d\n", *(my_ptr + 21)); // Gibt irgendwas aus. + // Das Programm kann auch abstürzen + + // Nachdem du fertig mit einem Block bist, welcher `malloc` verwendet hat, + // muss der Speicher befreit werden. Ansonsten kann dieser Speicherbereich + // niemand nutzen bis dein Programm beendet wird. + // Dies wird auch als "Speicherleck" (engl: memory leak) bezeichnet. + free(my_ptr); + + // Obwohl Strings normalerweise als Pointer-to-Char (Pointer zum ersten + // Zeichen des Arrays) repräsentiert werden, sind Strings Arrays aus `char`s. + // Es ist eine gute Praxis, `const char *` zu verwenden, wenn man ein + // String-Literal referenziert, da String-Literale nicht modifiziert werden + // sollten (z.B. "foo"[0] = 'a' ist ILLEGAL) + const char *my_str = "Das ist mein eigener String"; + printf("%c\n", *my_str); // => D + + // Dies ist nicht der Fall, wenn der String ein Array (möglicherweise mit + // einem String-Literal initialisiert) ist, welcher im beschreibbaren Speicher + // bleibt, wie zum Beispiel in: + char foo[] = "foo"; + foo[0] = 'a'; // Dies ist legal, foo enthält jetzt "aoo" + + function_1(); +} // Ende der `main`-Funktion + +//////////////////////////////////////////////// +// Funktionen +//////////////////////////////////////////////// + +// Syntax einer Funktionsdeklaration +// <rueckgabe_wert> <funktions_name>(<args>) + +int add_two_ints(int x1, int x2) { + return x1 + x2; // verwendet return, um einen Wert zurückzugeben +} + +/* +Funktionen werden auf Grund des Wertes aufgerufen (call-by-value). Wenn eine +Funktion aufgerufen wird, sind die Argumente Kopien der ursprünglichen Werte +(ausgenommen Arrays). Alles, was man innerhalb einer Funktion mit den Werten +macht, hat keinen Einfluss auf die Originalwerte als die Funktion aufgerufen +wurde. + +Verwende Pointer, um den Originalinhalt zu bearbeiten. + +Beispiel: +*/ + +// Eine `void`-Funktion gibt keinen Wert zurück +void str_reverse(char *str_in) { + char tmp; + size_t ii = 0; + size_t size = strlen(str_in); + // `strlen()` ist ein Teil der C Standard-Bibliothek. + // Merke: Die Länge, welche von `strlen` zurückgegeben wird, ist ohne den + // Null-Byte Terminator. + for (ii = 0; i < size /2; ii++) { // in C99 kann man `ii` hier deklarieren. + tmp = str_in[ii]; + str_in[ii] = str_in[size - ii - 1]; //#ii'tes Zeichen vom Ende her + str_in[size - ii- 1] = tmp; + } +} +// Merke: Die `string.h`-Headerdatei muss inkludiert werden, bevor `strlen()` +// verwendet werden kann. + +/* +char c[] = "Das ist ein Test"; +str_reverse(c); +printf("%s\n", c), => "tseT nie tsi saD" +*/ + +// Weil wir lediglich eine Variable zurückgeben können, kann zum Ändern mehrerer +// Variablen das Konzept call-by-reference verwendet werden. +void swap_two_numbers(int *a, int *b) { + int temp = *a; + *a = *b; + *b = temp; +} +int first = 10; +int seconde = 20; +printf("Erste Zahl: %d\n Zweite Zahl: %d\n", first, second); +swap_two_numbers(&first, &second); +printf("Erste Zahl: %d\n Zweite Zahl: %d\n", first, second); +// Werte sind vertauscht. + +/* +Wenn man Arrays betrachtet, so werden diese immer als Pointer übergeben. Auch +wenn die Arrays statisch alloziert werden (wie zum Beispiel `arr[10]`), werden +diese als Pointer zum ersten Element des Arrays übergeben. +Auch hier soll noch einmal erwähnt werden, dass es keinen Standard gibt, wie die +Größe eines dynamischen Arrays herausgefunden werden kann. +*/ +// Die Größe des Arrays muss unbedingt mitgegeben werden. +// Sonst hat die Funktion keine Ahnung wie groß das Array ist. +void print_int_arrray(int *arr, size_t size) { + int i; + for (i = 0; i < size; i++) { + printf("arr[%d] ist %d\n", i, arr[i]); + } +} + +int my_array[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; +int size = 10; +print_int_array(my_array, size); +// Wird folgendes ausgeben: "arr[0] ist 1" usw. + +// Wenn man auf externe Variable (außerhalb der Funktion) referenziert, sollte +// man das Schlüsselwort `extern` verwenden. +int i = 0; +void test_function() { + extern int i; // i braucht nun die externe Variable i +} + +// Das Schlüsselwort `static` macht, dass eine Variable außerhalb der Kompilier- +// einheit nicht zugreifbar ist. (Auf den meisten Systemen ist eine Kompiliereinheit +// eine `.c`-Datei.) Das Schlüsselwort `static` kann sowohl bei globalen +// (zur Kompiliereinheit gehörende) Variablen, Funktionen und Funktionslokale +// Variablen angewendet werden. +// Wenn man `static` bei lokalen Variablen verwendet, so ist diese Variable global +// erreichbar und behält dessen Wert über Funktionsaufrufe hinweg, aber sie ist +// nur innerhalb der deklarierten Funktion verfügbar. Außerdem werden statische +// Variablen mit 0 initialisiert, wenn sie nicht mit einem anderen Startwert +// initialisiert werden. +// Es ist auch möglich, Funktionen als statisch zu deklarieren, damit diese +// `private` sind. Privat heißt, dass sie nur in diesem Kontekt sichtbar sind. + + +//////////////////////////////////////////////// +// Benutzerdefinierte Typen und Strukturen (Structs) +//////////////////////////////////////////////// + +// `typedef`s können verwendet werden, um Typenaliase zu erstellen. +typedef int my_type; +my_type my_type_var = 0; + +// Structs sind lediglich Sammlungen von Daten, die Inhalte werden +// (in der Reihenfolge wie sie geschrieben wurden) sequentiell alloziert. +struct rectangle { + int width; + int height; +}; + +// Allgemein ist es nicht so, dass folgender Ausdruck wahr ist. +// sizeof(struct rectangle) == sizeof(int) + sizeof(int) +// Dies ist so, weil potentiell ein Padding zwischen den Struktur-Inhalten +// möglich ist). (siehe [1, Englisch]) + +void function_1() { + struct rectangle my_rectangle; + + // Greife auf Struct-Inhalte mit `.` zu. + my_rectangle.width = 10; + my_rectangle.height = 20; + + // Du kannst Pointer zu Structs deklarieren. + struct rectangle *my_rectangle_ptr = &my_rectangle; + + // Verwende Dereferenzierung, um Struct-Inhalte zu bearbeiten + (*my_rectangle_ptr).width = 30; + + //Noch besser: Verwende die Kurzschreibweise ->, um die Lesbarkeit zu + // verbessern. + my_rectangle_ptr->height = 10; // Gleich wie: (*my_rectangle_ptr).height = 10; +} + +// Aus Bequemlichkeitsgründen ist es möglich einem `struct` ein `typedef` hinzuzufügen. +typedef struct rectangle rect; + +int area(rect r) { + return r.width * r.height; +} + +// Wenn du große Structs hast, kannst du diese mit dem Pointer kopieren, +// damit große Kopiervorgänge vermieden werden. +int area_ptr(const rect *r) { + return r->width * r->height; +} + +//////////////////////////////////////////////// +// Funktionspointer +//////////////////////////////////////////////// + +/* +Zur Laufzeit sind Funktionen in einer Speicheradresse gespeichert. +Funktionspointer sind wie normale Pointer (es wird einfach eine Speicheradresse +gespeichert). Funktionspointer können verwendet werden, um Funktionen und +Handler (oder Callback-Funktionen) direkt aufzurufen. +Wie auch immer, die Syntax kann zu Beginn verwirrend wirken. + +Zum Beispiel: Verwende str_reverse von einem Pointer +*/ +void str_reverse_through_pointer(char *str_in) { + // Definiere eine Funktionspointer-Variable, welche f genannt wird. + void (*f)(char *); // Signatur sollte genau der Funktion entsprechen. + f = &str_reverse; // weise die Adresse der wirklichen Funktion zu + // (zur Laufzeit bestimmt) + // `f = str_reverse;` würde auch funktionieren, da Funktionen zu Pointern + // reduziert werden (ähnlich wie Arrays) + (*f)(str_in); // Die Funktion einfach mit dem Pointer aufrufen + // f(str_in); // Dies ist eine weitere gültige Alternative um eine Funktion + // auzurufen. +} + +/* +Solange die Signaturen der Funktionen übereinstimmen, kann man sämtliche Funktionen +demselben Pointer zuweisen. Funktionspointer sind auf Grund der Einfacheit und +Leserlichkeit normalerweise wie folgt `typedef`d +*/ +typedef void (*my_fnp_type)(char *); +// Danach werden diese genutzt, um die wirkliche Pointervariable zu deklarieren. +// .. +// my_fnp_type f; + +// Spezialzeichen +// Im folgenden sin die englischen Begriffe jeweils in Klammern geschrieben, +// da diese Begriffe auch im deutschten Sprachgebrauch verwendet werden. +'\a'; // Alarmzeichen (alert (bell) character) +'\n'; // Zeichen für neue Linie (newline character) +'\t'; // Tab (tab character (left justifies text)) +'\v'; // Vertikaler Tab (vertical tab) +'\f'; // Neue Seite (new page (form feed)) +'\r'; // Wagenrücklauf (carriage return) +'\b'; // Backspace-Zeichen (backspace character) +'\0'; // Null-Byte (NULL character). In C wird dieses Zeichen normalerweise am +// Ende eines Strings gesetzt. +// Beispiel: Hallo\n\0. "\0" wird per Konvention verwendet, um das Ende +// eines Strings zu kennzeichnen. +'\\'; // Backslash (backslash) +'\?'; // Fragezeichen (question mark) +'\''; // einfaches Anführungszeichen (single quote) +'\"'; // doppeltes Anführungszeichen (double quote) +'\xhh'; // Hexadezimale Zahl (hexadecimal number.) Beispiel: + // '\xb' = Zeichen für vertikalen Tab +'\0oo'; // Oktalzahl (octal number). Beispiel \013 = Zeichen für vertikalen Tab + +//Ausgabeformatierung +"%d"; // Integer +"%3d"; // Integer mit einer minimalen Länge von drei Zeichen. +"%s"; // String +"%f"; // Gleitkommazahl (float) +"%ld"; // genauere Gleitkommazahl (long) +"%3.2f"; // Mindestens drei Zeichen vor und drei nach dem Komma. +"%7.4s"; // (Kann auch mit Strings gemacht werden) +"%c"; // einzelnes Zeichen (char) +"%p"; // Pointer. Merke: man muss den Pointer zu void umwandeln, + // bevor `printf` funktioniert. +"%x"; // Hexadezimal +"%o"; // Oktalzahl +"%%"; // Gibt % aus + +//////////////////////////////////////////////// +// Reihenfolge der Auswertung von Operatoren +//////////////////////////////////////////////// + +//-------------------------------------------------------// +// Operatoren | Assoziativität // +//-------------------------------------------------------// +// () [] -> . | linksassoziativ // +// ! ~ ++ -- + = *(type)sizeof | rechtsassoziativ // +// * / % | linksassoziativ // +// + - | linksassoziativ // +// << >> | linksassoziativ // +// < <= > >= | linksassoziativ // +// == != | linksassoziativ // +// & | linksassoziativ // +// ^ | linksassoziativ // +// | | linksassoziativ // +// && | linksassoziativ // +// || | linksassoziativ // +// ?: | rechtsassoziativ // +// = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= | rechtsassoziativ // +// , | linksassoziativ // +//-------------------------------------------------------// + + +//////////////////////////////////////////////// +// Header-Dateien +//////////////////////////////////////////////// + +/* +Header-Dateien sind ein wichtiger Teil von C, da sie eine Verbindung zwischen +unterschiedlichen C-Quelldateien herstellen. Außerdem vereinfachen Header-Dateien +den Code und Definitionen, da diese in separaten Dateien geschrieben werden können. + +Header-Dateien sind von der Syntax her ähnlich zu C-Quelldateien, allerdings haben +die Header-Dateien die Dateiendung `.h`. Header-Dateien können im Quellcode mit +der `#include`-Anweisung eingebunden werden z.B. `#include "beispiel.h". Die +vorherige Anweisung geht davon aus, dass sich die Header-Datei im selben Ordner +befindet wie die C-Quelldatei. +*/ + +// Eine sichere Möglichkeit, einen Header mehrere Male zu definieren bietet, das +// folgende Statement. Die mehrfache Definition geschieht, wenn Kreisabhängigkeiten +// bestehen. +#ifndef EXAMPLE_H /* Wenn EXAMPLE_H noch nicht definiert wurde */ +#define EXAMPLE_H /* definiere das Makro EXAMPLE_H */ + +// Es könenn weitere Header innerhalb eines Headers eingebunden werden, was dazu +// führt, dass diese bereits in anderen Dateien eingebunden wurden. So kann eine +// Header-Datei in mehreren Dateien eingebunden werden. zum Beispiel: +#include <string.h> + +// Wie in den Quelldateien können auch in den Header-Dateien Makros definiert +// werden und in anderen Dateien verwendet werden, welche diesen Header einbinden. +#define EXAMPLE_NAME "Dennis Ritchie" + +// Funktionsmakros können auch definiert werden. +#define ADD(a, b) ((a) + (b)) + +// Beachte die Klammern, welche um die Argumente geschrieben wurden - diese sind +// wichtig, damit sichergestellt werden kann, dass a und b nicht unerwartet +// erweitert werden. Zum Beispiel: `MUL (x,y) (x * y)`; Bei der Verwendung von +// `MUL(1 + 2, 3)` würde dies wie folgt erweitert werden: `(1 + 2 * 3)`, was zu +// einem falschen Resultat führt. + +// Strukturen und Typendefinitionen können verwendet werden, um die Konsistenz +// zwischen unterschiedlichen Dateien beizubehalten. +typedef struct Node { + int value; + struct Node *next; +}Node; + +// Dies kann auch mit Aufzählungen gemacht werden. +enum traffic_light_state {GREEN, YELLOW, RED}; + +// Funktionsprototypen könenn auch in Header-Dateien definiert werden, um die +// Funktion in unterschiedlichen Dateien zu verwenden, aber dies wird als schlechte +// Praxis angesehen. Definitionen sollten in einer C-Datei erstellt werden. +Node create_linked_list(int *value, int length); + +// Außer den oben genannten Elementen, sollten weitere Definitionen in einer +// C-Datei gemacht werden. Übermäßige Includes und Definitionen sollten auch +// nicht einer Header-Datei gemacht werden. Stattdessen wird es empfohlen, diese +// in eine separate Header-Datei oder in eine C-Quelldatei zu schreiben. + +#endif /* Ende der Präprozessordirektive */ +``` +## Weiterführende Literatur + +Das Beste wird es sein, wenn man sich ein Exemplar des Buches +["The C Programming Language"](https://de.wikipedia.org/wiki/The_C_Programming_Language) besorgt. +Dieses Buch gilt als **das** Buch über die Programmiersprache C und wurde +von Dennis Ritchie, dem Erfinder der Programmiersprache C, und Brian Kernighan +geschrieben. +Sei vorsichtig, da dieses Buch mittlerweile schon etwas älter ist und gewisse +Unkorrektheiten (d.h. Ideen, welche nicht mehr als gut empfunden werden.) oder +mittlerweile geänderte Praktiken enthält. [Hinweis: Das Buch wurde auf Englisch +geschrieben, es gibt aber auch eine Übersetzung davon] + +Eine weitere gute Ressource ist [Learn C The Hard Way](http://learncodethehardway.org/c/). +[Englisch] + +Solltest du Fragen zu C haben, so lies die FAQ [compl.lang.c Frequently Asked Questions](http://c-faq.com).[Englisch] + +Außerdem ist es wichtig, eine saubere Einrückung zu verwenden. Des weiteren ist +es wichtig, dass der Codestil möglichst konsistent ist. Es ist wichtiger, lesbaren +Code zu schreiben als Code, welcher clever und schnell ist. Es lohnt sich ein +Blick auf den [Codestil des Linuxkernel](https://www.kernel.org/doc/Documentation/process/coding-style.rst) zu werfen. [Englisch] + +[1] [Why isn't sizeof for a struct equal to the sum of sizeof of each member?](http://stackoverflow.com/questions/119123/why-isnt-sizeof-for-a-struct-equal-to-the-sum-of-sizeof-of-each-member) |