Programmieren in C:
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| Language: | German |
| Published: |
Wien [u.a.]
Springer
2010
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| Edition: | 3. Aufl. |
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| Physical Description: | XVII, 366 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 9783709103920 |
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| adam_text | Titel: Programmieren in C
Autor: Klima, Robert
Jahr: 2010
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 1
1.1 Was heißt Programmieren?................................. 1
1.2 Algorithmen und Spezifikationen.............................. 2
1.2.1 Problemlösen durch Algorithmen ......................... 2
1.2.2 Spezifikationen................................... 3
1.2.3 Algorithmen.................................... 6
1.2.4 Verifikation von Algorithmen ........................... 6
2 Grafische Darstellungsmittel 9
2.1 Struktogramme....................................... 9
2.2 Datenflussdiagramme.................................... 11
2.3 Programmablaufpläne.................................... 15
3 Die Entwicklungsumgebung 19
3.1 Projekte........................................... 19
3.2 Erstellen eines Projekts................................... 20
3.3 Compiler oder Interpreter?................................. 21
3.4 Übersetzen von Programmen................................ 22
3.5 Compiler-Optionen..................................... 24
3.6 Beheben von Fehlern.................................... 25
3.7 Der Präprozessor...................................... 25
3.7.1 Die finclude- Anweisung........................... 26
3.7.2 Die #def ine-Anweisung............................ 27
3.7.3 Makros....................................... 27
3.7.4 Vbrdefinierte Präprozessorkonstanten....................... 29
3.7.5 Die # i f - Anweisung............................... 30
3.7.6 Die Anweisungen #ifdef und #ifndef.................... 31
4 Erste Schritte 33
4.1 Grundlegendes ....................................... 33
4.2 Was ist C?.......................................... 33
vii
viii Inhaltsverzeichnis
4.3 Geschichte von C...................................... 34
4.4 Warum C?.......................................... 35
4.5 Programmtextdateien.................................... 35
4.5.1 Der Programmtext................................. 35
4.5.2 Die Header-Dateien ................................ 35
4.6 Kommentare......................................... 36
4.7 Die Funktion main..................................... 37
4.8 Hallo Welt.......................................... 38
4.9 Beispiele .......................................... 39
4.9.1 Reklameschrift................................... 39
4.9.2 Leerzeilen...................................... 39
4.9.3 Quelltext temporär ausschneiden.......................... 40
5 Variablen, Konstanten 41
5.1 Eigenschaften von Variablen und Konstanten ....................... 41
5.2 Variablen .......................................... 41
5.2.1 Definition von Variablen.............................. 42
5.2.2 Namen von Variablen................................ 42
5.2.3 Initialisierung von Variablen............................ 43
5.3 Konstanten ......................................... 44
5.4 Arbeiten mit Variablen und Konstanten........................... 44
5.5 Beispiele .......................................... 45
5.5.1 Berechnung der Fläche und des Umfanges eines Rechtecks............ 45
5.5.2 Versuch einer zirkulären Zuweisung........................ 45
5.5.3 Dreieckstausch................................... 45
6 Numerische Datentypen 47
6.1 Ganze Zahlen........................................ 47
6.1.1 Qualifizierer .................................... 47
6.1.2 Literale....................................... 48
6.1.3 Zahlensysteme................................... 48
6.1.3.1 Zweierkomplement........................... 49
6.1.3.2 Zahlensysteme in C........................... 51
6.1.3.3 Umwandlung von Binär-, Oktal-und Hexadezimalzahlen....... 52
6.1.3.4 Umwandlung einer Binärzahl ins Dezimalsystem ........... 52
6.1.3.5 Umwandlung einer Dezimalzahl ins Binärsystem ........... 53
6.1.4 Operatoren..................................... 53
6.2 Punktzahlen......................................... 54
6.2.1 Gleitpunkt-Zahlensysteme in C.......................... 56
Inhaltsverzeichnis ix
6.2.2 Literale....................................... 56
6.2.3 Operatoren..................................... 57
6.2.4 Mathematische Funktionen............................. 57
6.3 Zeichen........................................... 58
6.3.1 Literale....................................... 59
6.3.2 Der ASCII-Code.................................. 59
6.3.3 Operatoren..................................... 61
6.3.4 Funktionen fur Zeichen............................... 61
6.4 Wahrheitswerte....................................... 62
6.5 void............................................ 62
6.6 Typumwandlung ...................................... 62
6.7 sizeof........................................... 64
6.8 Beispiele .......................................... 64
6.8.1 Umfang und Flache eines Kreises......................... 64
6.8.2 Lbsen quadratischer Gleichungen......................... 65
7 Eingabe - Ausgabe 67
7.1 Ausgabefunktionen..................................... 67
7.1.1 Ausgabe einer ganzen Zahl............................. 68
7.1.2 Ausgabe einer Gleitpunkt-Zahl........................... 69
7.1.3 Ausgabe von Adressen............................... 70
7.1.4 Ausgabe eines Zeichens.............................. 70
7.1.5 Ausgabe einer Zeichenkette............................ 71
7.1.6 Weitere Formatierungsmoglichkeiten ....................... 71
7.1.7 Problememit print f............................... 72
7.1.8 Die Platzhalter von printf............................ 72
7.2 Eingabefunktionen ..................................... 72
7.2.1 Eingabe einer ganzen Zahl............................. 73
7.2.2 Eingabe einer Gleitpunkt-Zahl........................... 73
7.2.3 Eingabe eines Zeichens............................... 73
7.2.4 Eingabe einer Zeichenkette............................. 74
7.2.5 Probleme mit scanf................................ 74
7.2.6 Die Platzhalter von scanf............................. 75
7.3 Ein- und Ausgabe von Zeichen............................... 76
7.4 Beispiele .......................................... 76
7.4.1 Umfang und Flache eines Kreises......................... 76
7.4.2 Fehlersuche..................................... 76
x Inhaltsverzeichnis
8 Ausdriicke 77
8.1 Allgemeines......................................... 77
8.2 Reihenfolge der Auswertung................................ 78
8.2.1 Prioritaten...................................... 78
8.2.2 Assoziativitaten................................... 80
8.3 Operatoren ......................................... 81
8.3.1 Arithmetische Operatoren............................. 81
8.3.2 Die Zuweisung................................... 82
8.3.2.1 Inkrement und Dekrement........................ 83
8.3.2.2 Abkiirzungen .............................. 87
8.3.3 Logische Operatoren................................ 87
8.3.3.1 Vergleichsoperatoren .......................... 88
8.3.3.2 Der Operator ............................. 90
8.3.3.3 Der Operator | |............................. 92
8.3.3.4 Der Operator ! ............................. 93
8.3.4 Bit-Operatoren................................... 94
8.3.4.1 Der Operators ............................. 94
8.3.4.2 Der Operator | ............................. 95
8.3.4.3 Der Operator .............................. 95
8.3.4.4 Der Operator ~ ............................. 96
8.3.4.5 Der Operator ............................. 96
8.3.4.6 Der Operator »............................. 97
8.3.5 Der Operator,................................... 98
8.3.6 Der Operator ? : ................................. 99
8.4 Abstande .......................................... 99
8.5 Beispiele .......................................... 100
8.5.1 Teilbarkeit einer Zahl................................ 100
8.5.2 Ubungen zu logischen Ausdriicken......................... 100
8.5.3 Berechnung der Signum-Funktion......................... 102
8.5.4 Berechnung des Schaltjahres............................ 102
9 Selektionen 103
9.1 Die if - Anweisung.................................... 103
9.2 Die switch-Anweisung................................. 107
9.3 Beispiele .......................................... 108
9.3.1 Losen quadratischer Gleichungen......................... 108
9.3.2 Berechnung der Einkommensteuer......................... 109
9.3.3 EinMenii...................................... HI
9.3.4 Osterregel nach GauB................................ 111
Inhaltsverzeichnis xi
10 Iterationen 113
10.1 Die for - Anweisung.................................... 113
10.2 Die while - Anweisung.................................. 115
10.3 Die do - while - Anweisung............................... 116
10.4 Besonderheiten der for - Anweisung........................... 117
10.4.1 Weglassen von Ausdriicken ............................ 117
10.4.2 Mehrere Zahler................................... 119
10.5 Die break - Anweisung.................................. 119
10.6 Die continue - Anweisung................................ 120
10.7 Schachteln von Schleifen.................................. 121
10.8 Beispiele .......................................... 122
10.8.1 EinKalender.................................... 122
10.8.2 Der Euklidische Algorithmus ........................... 125
10.8.3 Die ASCII-Tabelle................................. 126
10.8.4 Gerade und ungerade Zahlen............................ 127
10.8.5 Der Weihnachtsbaum................................ 127
10.8.6 EinMenii...................................... 131
10.8.7 Ein Zahlenratespiel................................. 132
11 Funktionen 135
11.1 Definition einer Funktion.................................. 135
11.1.1 Namen von Funktionen............................... 135
11.1.2 Parameter...................................... 136
11.1.3 RUckgabewerte................................... 137
11.1.4 Der RUckgabewert der Funktion main ...................... 138
11.1.5 Ablauf eines Funktionsaufrufes .......................... 139
11.2 Deklaration einer Funktion................................. 141
11.2.1 Externe Funktionen................................. 144
11.2.2 Statische Funktionen................................ 144
11.3 Beispiele .......................................... 144
11.3.1 Leeren des Eingabepuffers............................. 144
11.3.2 Kalender fur ein Jahr................................ 145
11.3.3 Einfacher Taschenrechner............................. 152
12 Speicherklassen 155
12.1 Lokale Variablen...................................... 155
12.1.1 Die Blockstruktur von C.............................. 155
12.1.2 Variablen der Speicherklasse auto........................ 157
12.1.3 Variablen der Speicherklasse register..................... 157
xii Inhaltsverzeichnis
12.1.4 Variablen der Speicherklasse static....................... 158
12.2 Globale Variablen...................................... 158
12.2.1 Variablen der Speicherklasse extern....................... 159
12.2.2 Variablen der Speicherklasse static....................... 160
12.3 Ubersicht iiber alle Speicherklassen in C.......................... 160
13 Felder 163
13.1 Eindimensionale Felder................................... 163
13.2 Mehrdimensionale Felder.................................. 165
13.3 Initialisierung von Feldern................................. 167
13.4 Konstante Felder...................................... 169
13.5 Felder als Parameter .................................... 169
13.6 Einfache Sortierverfahren.................................. 170
13.6.1 Minimum-Suche.................................. 170
13.6.2 Bubble Sort..................................... 172
13.7 Einfache Suchverfahren................................... 173
13.7.1 Sequenzielles Suchen................................ 173
13.7.2 Binares Suchen................................... 174
13.8 Beispiele .......................................... 175
13.8.1 Multiplikation von Matrizen............................ 175
13.8.2 Berechnung der Einkommensteuer - verbesserte Variante............. 177
13.8.3 Kopieren von Feldern................................ 178
14 Zeiger 179
14.1 Allgemeines......................................... 179
14.2 Zeiger als Parameter .................................... 183
14.3 Die ?Dualitat von Zeigem und Feldern.......................... 184
14.4 Zeigerarithmetik ...................................... 186
14.5 Komplexere Falle: Felder von Zeigern, Zeiger auf Zeiger................. 187
14.6 Konstante Zeiger...................................... 191
14.7 Zeiger auf Funktionen.................................... 192
14.7.1 Adressen von Funktionen ............................. 192
14.7.2 Definition...................................... 192
14.7.3 Verwendung.................................... 193
14.7.4 Typdefinitionen mit typedef........................... 194
14.8 Beispiele .......................................... 195
14.8.1 Inkrement-Funktion ................................ 195
14.8.2 Losen quadratischer Gleichungen - verbesserte Variante............. 196
Inhaltsverzeichnis xiii
15 Zeichenketten 199
15.1 Literale ........................................... 199
15.2 Zeichenketten in C..................................... 200
15.3 Datentyp........................................... 201
15.4 Initialisierung von Zeichenketten.............................. 202
15.5 Elementare Funktionen fur Zeichenketten......................... 203
15.6 Felder von Zeigern auf Zeichenketten ........................... 205
15.7 Argumente der Funktion main............................... 207
15.8 Beispiele .......................................... 208
15.8.1 Vorzeitiges Ende einer Zeichenkette........................ 208
15.8.2 Die Funktion strcpy............................... 208
15.8.3 Die Funktion strlen............................... 210
15.8.4 Die Funktion strcmp............................... 210
15.8.5 Die Funktion atol................................. 211
15.8.6 Kalender fur ein Jahr - verbesserte Variante.................... 212
15.8.7 Sortieren von Zeichenketten............................ 213
15.8.8 Einfaches Verschliisseln nach Julius Casar..................... 214
16 Abgeleitete Datentypen 215
16.1 Richtlinien.......................................... 215
16.2 Strukturen.......................................... 216
16.2.1 Einfache Strukturen ................................ 217
16.2.2 Funktionen und Strukturen............................. 220
16.2.3 Zeiger auf Strukturen................................ 221
16.2.4 Felder von Strukturen ............................... 222
16.2.5 Bitfelder ...................................... 225
16.3 Aufzahlungen........................................ 226
16.4 Variante Strukturen..................................... 228
16.5 Rekursive Strukturen.................................... 232
16.6 Deklaration von abgeleiteten Datentypen.......................... 232
16.7 Typdefinition mit typedef................................ 234
16.8 Beispiele .......................................... 235
16.8.1 Ein Menu...................................... 235
16.8.2 Eine Adressverwaltung............................... 237
xiv Inhaltsverzeichnis
17 Dateien 243
17.1 Datenstrbme......................................... 243
17.2 Offnen und SchlieBen von Datenstromen.......................... 244
17.3 Ein- und Ausgabe...................................... 246
17.4 Beispiele .......................................... 249
17.4.1 Kopieren von Dateien ............................... 249
17.4.2 Ausgeben von Dateien............................... 250
17.4.3 Eine Adressverwaltung - verbesserte Variante................... 250
18 Rekursive Funktionen 257
18.1 Rekursive Algorithmen................................... 257
18.2 Rekursive Funktionen in C................................. 258
18.3 Beispiele .......................................... 260
18.3.1 Binares Suchen................................... 260
18.3.2 Quicksort...................................... 261
19 Datenstrukturen 265
19.1 Datenstrukturen und abstrakte Datenstrukturen ...................... 265
19.2 Listen............................................ 266
19.2.1 Eigenschaften und Terminologie.......................... 266
19.2.2 Methoden und Implementierung.......................... 267
19.2.2.1 Einfugen eines neuen Elementes.................... 269
19.2.2.2 Entfernen eines Elementes ....................... 271
19.2.3 Weitere Arten von Listen.............................. 273
19.3 Stapel und Schlangen.................................... 274
19.3.1 Stapel........................................ 274
19.3.2 Schlangen...................................... 275
19.3.3 Zirkularpuffer.................................... 275
19.4 Baum-Strukturen...................................... 276
19.4.1 Eigenschaften und Terminologie.......................... 276
19.4.2 BinareBaume.................................... 278
19.4.3 Binare Suchbaume................................. 280
19.4.4 Methoden...................................... 281
19.4.4.1 Traversieren von Baumen........................ 281
19.4.4.2 Suchen eines Elementes in einem binaren Suchbaum.......... 282
19.4.4.3 Einfugen eines neuen Elementes in einen binaren Suchbaum ..... 283
19.4.4.4 Lbschen eines Elementes in einem binaren Suchbaum......... 283
19.5 Heap-Strukturen....................................... 287
19.5.1 Eigenschaften.................................... 287
Inhaltsverzeichnis
19.5.2 Methoden...................................... 288
19.5.2.1 Die Methode UpHeap.......................... 288
19.5.2.2 Die Methode DownHeap........................ 289
19.5.2.3 Entfernen von Elementen........................ 290
19.5.2.4 Aufbau eines Heaps durch Einfügen von Elementen.......... 291
19.5.2.5 Aufbau eines Heaps in einem Feld................... 291
19.5.2.6 Sortieren mit Heaps........................... 291
19.6 Hash-Strukturen....................................... 293
19.6.1 Hash-Funktion................................... 297
19.6.2 Getrennte Verkettung................................ 298
19.6.3 Eigenschaften.................................... 300
19.7 Vergleich der Datenstrukturen ............................... 300
20 Dynamischer Speicher 303
20.1 Aufgaben der Speicherverwaltung............................. 303
20.2 Anfordern von Speicher................................... 304
20.3 Verändern der Größe von Speicherblöcken......................... 307
20.4 Freigeben von Speicher................................... 308
20.5 Typische Fehler....................................... 308
20.5.1 Kein Speicher mehr frei .............................. 309
20.5.2 Freigabe mit einer falschen Adresse........................ 309
20.5.3 Freigabe eines bereits freigegebenen Speichers.................. 309
20.5.4 Freigabe eines Feldes................................ 310
20.5.5 Freigabe einer Variable............................... 310
20.5.6 Freigabe eines nicht initialisierten Zeigers..................... 310
20.5.7 Zugriff auf einen ungültigen Speicher....................... 310
20.5.8 Zugriff auf bereits freigegebenen Speicher..................... 311
20.5.9 Zugriff mit falschen Indizes............................ 311
20.5.10 Zugriff auf nicht initialisierten Speicher...................... 311
20.5.11 Verlust des Speichers durch Überschreiben des Zeigers.............. 312
20.5.12 Verlust des Speichers durch Verlust des Zeigers.................. 312
20.5.13 Verlust des Speichers durch Rücksprung...................... 313
20.5.14 Verlust des Speichers bei Rückgabe........................ 313
20.5.15 Zu große Speicherblöcke.............................. 314
21 Numerik 315
21.1 Fehlerarten ......................................... 315
21.1.1 Modeüfehler.................................... 315
21.1.2 Datenfehler..................................... 315
xvi Inhaltsverzeichnis
21.1.3 Verfahrcnsfehler ..................................316
21.1.4 Rundungsfehler...................................316
21.2 Mathematische Grundbegriffe ...............................316
21.2.1 Relativer Fehler...................................317
21.2.2 Kondition......................................317
21.3 Sehr kleine und sehr große Zahlen.............................319
21.3.1 Ganze Zahlen.................................... 319
21.3.2 Punktzahlen..................................... 319
21.3.3 Summation von Punktzahlen............................ 320
21.4 Auslöschung ........................................ 322
22 Fehlerbehandlung 323
22.1 Behandlung von Fehlern im Programm........................... 326
22.1.1 Fehlercodes..................................... 326
22.1.2 Fehlerweitergabe.................................. 328
22.2 Fehlerbehandlung mit Funktionen der Standard-Bibliothek................ 329
22.2.1 Die Fehlervariable errno............................. 329
22.2.2 Fehlerausgabe ................................... 330
22.2.3 Programmende mit exit ............................. 331
22.2.4 Die Funktion atexit............................... 331
22.2.5 Die Funktion assert............................... 331
22.3 Signalbehandlung...................................... 332
22.3.1 Definition von Signalbehandlungsfunktionen................... 333
22.3.2 Abbruch mit abort................................ 334
23 Ein exemplarisches Software-Projekt 335
23.1 Die Spezifikation...................................... 335
23.2 Präzisierung der Spezifikation ............................... 336
23.3 Bibliotheken......................................... 337
23.3.1 Wahl der Bibliothek ................................ 338
23.3.2 Verwendung von Bibliotheken........................... 338
23.4 Realisierungsmöglichkeiten................................. 339
23.4.1 Ansatz mit rekursiven Funktionen......................... 340
23.4.2 Der Syntaxbaum.................................. 341
23.4.3 Der Ausweitungsstapel............................... 342
23.5 Entwurf........................................... 343
23.5.1 Beschreibung der Funktionen ........................... 343
23.5.2 Fehlerbehandlung.................................. 344
Inhaltsverzeichnis xvii
23.6 Implementierung des virtuellen Taschenrechners für den Textmodus........... 344
23.6.1 Das Modul main . o................................ 345
23.6.2 Das Modul berechnung. o........................... 347
23.6.3 Das Modul Stapel, o .............................. 350
23.6.4 Das Modul eingäbe, o.............................. 353
23.6.5 Die grafische Benutzeroberfläche ......................... 355
Literaturverzeichnis 357
Index 359
|
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