Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2018

Betriebssysteme Kurze Einführung in C oder Was man von C wissen muss 8-)
Hochschule Fulda – FB AI Sommersemester 2018 Peter Klingebiel, HS Fulda, FB AI

Der Alles-Markierer von Pia Valentin (AI - Digitale Medien – Danke an Pia für das Foto) 1. Platz im Fotowettbewerb „Zeig mir wie Du lernst“, HS Fulda 2014 Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Programmieren in C Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Java – C 1 Java ist objektorientiert
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Java – C 2 Objekte kapseln Daten (Attribute) und Operationen auf den Daten (Methoden) Attribute = Daten in C Methoden = Funktionen in C Objekte kommunizieren durch Senden und Emfangen von Nachrichten Objekte entstehen durch Instantiierung einer Objektklasse Java aus C abgeleitet Daher einige Ähnlichkeiten von Java und C Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Java – C 3 C ist eine imperative strukturierte Sprache
Daten werden durch die Mühle von Funk-tionen geschickt, um dann zu einem Resultat (Ergebnisdaten) zu kommen Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Java – C 4 Beispiel Java: public class HelloWorld { public static void main(String args[]) { // Ausgabe Hello World! System.out.println("Hello World!"); } } Beispiel C: int main(int argc, char *argv[]) { printf("Hello World!\n"); return(0); } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Woher kommt C? Dennis Ritchie entwickelt bei den Bell Laboratorien C für die Programmierung des neuen UNIX-Betriebssystems 1973 Implementierung von UNIX in C Vorläufer: B (1969/70) und BCPL (1960er Jahre) 1978 Ritchie/Kernighan: „The C Programming Language“ (dt. „Programmieren in C“) 1989 Norm ANSI X Programming Language C 1990 ISO Standard C90 1995 erweiterter ISO Standard C95 1999 ISO/IEC 9899:1999 Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Einsatzgebiete von C CAD-, CAE-, Simulationssysteme
Text- und Grafikverarbeitungssysteme Mathematik-, Numerische Systeme Betriebssysteme (Unix, Linux, ...) Systemprogramme (Unix, Linux, Windows, ...) Sprachinterpreter, -compiler (GNU C++, CC) Netz-, Webdienste (Apache Webserver, ...) Steuerungs-, Regelungssysteme Microcontrollerprogramme Aber auch: Mathlab  C-Code Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Wie wird ein C-Programm ausgeführt? 1
Ausführung direkt auf dem Prozessor z.B. Temperaturregelung in Kühltruhe z.B. Arduino-Sketch Programm in ROM, EPROM o.ä. gespeichert alle Funktionalitäten müssen im Programm in Maschinencode vorhanden sein Ausführung auf einem Betriebssystem Hardware ist durch das BS gekapselt Starten/Beenden des Programms über das BS Unterstützung durch BS bzw. BS-Funktionen, z.B. IO, Dateien, Timer, Signale, Threads usw. Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Wie wird ein C-Programm ausgeführt? 2
Betriebssystem Mikrocontroller Anwendungsprogramm Funktionsbibliotheken Systemcalls / Systemaufrufe Hardware / Prozessor Anwendungsprogramm (incl. aller Funktionen) Hardware / Prozessor Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Wie ist ein C-Programm aufgebaut?
Beispiel hallo.c /* * hallo.c */ #include <stdio.h> int main(void) { char *text = "Hallo, Welt! "; printf("%s\n", text); return(0); } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Grafik von Prof. Dr. U. Werner, ET

C-Preprozessor 1 C-Preprozessor bearbeitet C-Quelltexte vor dem eigentlichen Compilerlauf  rein textueller Eingriff in den Quelltext CPP hat eigene Syntax # leitet CPP-Anweisungen ein CPP-Anweisungen nicht mit ; terminiert! Wichtige Direktiven von CPP: #include – Dateien einfügen #define – Makros definieren #if / #ifdef – Bedingte Compilierung Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

C-Preprozessor 2 #include – fügt den Inhalt anderer Dateien (sog. Headerfiles) in den Quelltext ein Includedateien enthalten i.w. Deklarationen von Funktionen (prototypes) Deklarationen von Datentypen Deklarationen von externen/globalen Variablen Definitionen von Konstanten (const) Definitionen von Konstanten als CPP-Makro Definitionen von CPP-Makros Bedingte Compilierung Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

C-Preprozessor 3 #define – definiert ein Makro  Textersatz #define makroname #define makroname ersatztext #undef makroname Beispiele: #define UNIX - Makro UNIX definiert, z.B. zur Verwendung bei bedingter Compilierung #define EOF (-1) - Makro EOF wird durch Ersatztext (-1) ersetzt  wie Konstante #undef TEST - Makro TEST nicht definiert Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

C-Preprozessor 4 Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

C-Preprozessor 5 Bedingte Compilierung  Verändern des Quelltextes abhängig von CPP-Makros Syntax #if (expr1) #elif (expr2) #else #endif und #ifdef (symbol) #ifndef (symbol) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Reservierte Worte in C C kennt nur 33 reservierte Worte auto break case char const continue default do double else enum extern float for goto inline if int long register return short signed sizeof static struct switch typedef union unsigned void volatile while Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Anweisung / Ausdruck 1 C kennt keine Anweisungen (statements), sondern nur Ausdrücke (expressions) Ausdruck hat einen Wert (wie in Assembler!) Beispiel: Zuweisung in C int i; i = 4711; Zuweisung kann auch ausgewertet werden: int a, b, c, i, j; a = b = c = 3; if(i = 4711) while(j = 1) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Anweisung / Ausdruck 2 Ausdruck  Gültige Kombination von Konstanten, Variablen, Operatoren, Funktionen Reihenfolge der Auswertung Vorrangregeln der Operatoren legen Reihenfolge der Auswertung implizit fest Klammern ( ) legen Vorrangregeln explizit fest Sind Vorrangregeln nicht eindeutig  Reihenfolge der Auswertung nicht definiert Compiler kann Ausdrücke / Teilausdrücke in effizient auswerten / optimieren Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Typumwandlung in Ausdrücken
Implizite (automatische) Typumwandlung Explizite Typumwandlung durch Type Casting: double x; int i = 3, j = 10; x = (double) i / (double) j; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Datentypen 1 Vordefinierte Grunddatentypen 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 Stellen genau) void ohne Wert (z.B. Zeiger) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Datentypen 2 Type-Modifier spezifizieren Grunddatentypen
short int, long int, long long legen Länge der Ganzzahl maschinenabhängig, 16 Bit, 32 Bit int kann auch fehlen long double Gleitkommazahl, erw. Genauigkeit oft 96 oder 128 Bit, IEEE signed, unsigned char/int mit/ohne Vorzeichen Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Konstanten Konstanten haben einen festgelegten und damit unveränderbaren Wert explizite Definition, z.B. const float pi = 3.141; implizite Definition, z.B. u = 2 * r * 3.141; mittels CPP textuelle implizite Ersetzung #define PI u = 2 * PI * r; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

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 Eigenschaften von Variablen: Datentyp Namen (Bezeichner, Identifier) Lebensdauer / Speicherklasse evtl. initialer Wert Sichtbarkeit (Scope) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Variablen 2 Variablen-Definitionen typ name und evtl. Initialisierung , z.B. double u; short int i, tab = 5; char *hallo = "Hallo, Welt!"; Position im Programm: außerhalb von Funktionen in einem Block, also zwischen { } Wert ist veränderbar (Zuweisung, Operation) Programmstruktur  Lebensdauer / Scope Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Wie speichert C? Programmstart und Aufruf von main()

Zeiger 1 Jede Variable hat einen Speicherort, d.h. eine Adresse im Hauptspeicher Zeiger (Pointer) sind Variable, die auf eine andere Variable verweisen, oder exakter: den Speicherort bzw. die Adresse dieser Variablen als Wert haben Pointerdefinition: int *ip; int i = 5; Adresszuweisung: ip = &i; Zugriff auf Wert: *ip = *ip + *ip; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Zeiger 2 Zuweisung ip = &i;

Funktionsaufruf und Parameter
Parameterübergabe als Werte (call by value), z.B. bei printf() Variable werden als Werte in den Adressraum der Funktion kopiert Parameterübergabe als Adresse (call by reference), z.B. bei scanf() Adressen der Variablen werden in den Adressraum der Funktion kopiert In Funktion sind die Parameter  Zeiger Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Call by value Kopie des Parameters an Funktion

Call by reference Kopie der Adresse an Funktion

Felder 1 ein Feld (array) ist die Zusammenfassung von Daten gleichen Typs in einer Variablen Felder haben eine oder auch mehrere Dimensionen (Vektoren, Matrizen, …) Definition von Feldern: char sbuf[128]; int arr[] = { 1, 8, 7, -1, 2 }; short mat[2][2] = { 11, 12, 21, 22}; mit der Felddefinition wird der benötigte Speicherplatz für die Variable reserviert Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder 2 Zugriff auf Feldelemente mit Index in []: char c; c = sbuf[32]; sbuf[0] = 'A'; die Feldindizierung beginnt immer mit 0! short s, mat[3][3]; s = mat[0][0]; Felder werden elementweise und Zeile für Zeile hintereinander gespeichert es gibt beim Zugriff keinerlei Überprüfungen auf Bereichsgrenzen von Feldern! Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder 3 Feldvariable sind eigentlich Pointer, sie zeigen auf das erste Element im Feld Felder werden mit Adresse an Funktionen übergeben (wie Pointer) Feldindizes sind eigentlich Offsets und geben den Abstand zum Feldanfang an Bsp: ia[3]  *(&ia[0] + 3 * sizeof(int)) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder und Zeiger Felder reservieren bei der Definition den benötigten Speicherplatz Zeiger erhalten den Speicherplatz erst bei der Zuweisung des Objekts, auf das sie zeigen, oder bei dynamischer Speicherallokation Ähnlichkeit von Feldern und Zeigern  mächtige Pointerarithmetik möglich Manchmal ein wenig unverständlich! Pointer essentiell bei Zeichenketten (strings) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Zeichenketten 1 Zeichenketten (strings) sind eine Folge von Einzelzeichen char String ist terminiert mit '\0'  Speicherbedarf: Länge + 1 Byte Beispiel: char *s; char *hallo = "Hallo, Welt!"; String  Pointer auf Feld von Elementen vom Typ char Nullstring  NULL (definiert in stdio.h) Leerstring  char *leerstr = ""; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Zeichenketten 2 Beispiel: char buffer[128]; char *bp = buffer;
Stringpointer bp  erstes Zeichen im Feld buffer  Ähnlichkeit von Feldern und Pointern! Beispiel: String kopieren und ausgeben Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Kommandozeilenparameter
Jedes C-Programm startet mit einer main-Funktion main-Funktion ist vom Typ int und hat drei Parameter: int argc Anzahl von Kommandozeilenparametern char *argv[] Feld von Strings  Kommandozeilenparameter char *envv[] Feld von Strings  Umgebungsparameter Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Aufzählungsdatentyp Aufzählungsdatentyp enum
Für Datentypen mit diskreten konstanten Werten Beispiel: enum color { rot, gruen, blau } c; enum boolean { FALSE, TRUE } b; b = FALSE; c = blau; Darstellung als int beginnend mit 0, wenn nicht explizit angegeben: enum boolean { TRUE=1, FALSE=0 } b; b = TRUE; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Zusammengesetzte Datentypen 1
Zusammenfassung von zusammengehörigen Daten in eigenen Datentyp struct Beispiel: einfaches EA-Gerät mit 8-Bit Steuerregister cr und 16-Bit Datenregister dr: struct { char cr; int dr; } ea1; struct _ea { char cr; int dr; } ea2; Zugriff durch Selektor . if(ea1.cr & 0x01) ea2.dr = 4711; bei Pointern durch Selektor -> if(ea1->cr & 0x01) ea2->dr = 4711; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Beispiel: Datentyp struct circle für Objekt Kreis in einem Zeichenprogramm notwendig  Mittelpunkt (x,y) und Radius r /* Kreis: Typ */ struct circle { int x; /* Mittelpunktkoordinate x */ int y; /* Mittelpunktkoordinate y */ int r; /* Radius */ }; struct circle c; c.x = 100; c.y = 100; c.r = 50; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

union - spezielle Art von struct anderer Name: varianter Rekord Speichern der Elemente in union nicht nacheinander, sondern übereinander union-Elemente teilen sich Speicherplatz sinnvoll bei gleichartigen Objekten, die aber verschiedenen Typs sein können union { /* Union: */ char c; /* char */ short s; /* short */ int i; /* int */ } u; /* teilen sich Platz */ Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

union meist Element in einem struct Typ des Elements in union muss definiert sein  eigenes Typelement im struct Beispiel struct number { /* Struct Zahl */ byte typ; /* Typ union-Element */ union { /* Union: */ byte b; /* byte */ short s; /* short */ int i; /* int */ } u; }; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Typdefinitionen Oft sinnvoll, eigene Typen oder Untertypen zu definieren typedef Beispiel: typedef unsigned char byte; Beispiel: typedef struct _ea { byte cr; int dr; } ea; ea ea1, ea2; eigentlich nur ein neuer Name für den Typ  besser lesbar, bessere Dokumentation! Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Ausdrücke Ausdrücke Definitionen, Zuweisungen, … arithmetische, logische, … Operationen, … bei Zuweisungen zu beachten: gültiger l-value und r-value l-value (left, location) Variable mit Speicherplatz r-value (right, read) auswertbarer Ausdruck Beispiel: int i, j; i = 9 / 3; /* gültiger l-value */ 45 = j; /* ungültiger l-value */ Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Blöcke 1 Zusammenfassung mehrerer Anweisungen Geklammert mit { }
v.a. bei Funktionen, Kontrollstrukturen aber auch lokale Blöcke (Unterblöcke) z.B. zur Definition von lokalen Variablen, insbesondere Hilfsvariablen legt Lebensdauer von Variablen fest legt Sichtbarkeit (Scope) von Variablen fest bei Namensgleichheit ist Variable des innersten Blocks sichtbar Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Blöcke 2 Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Kontrollstrukturen Kontrolle des Programmablaufs abhängig von Ergebnis von Ausdrücken Selektionen / bedingte Anweisungen Einfache Alternative if … else Mehrfache Alternative if … else if … else Fallunterscheidung switch Iterationen / Schleifen Abweisende Schleife while Laufanweisung for Annehmende Schleife do … while Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Selektionen 1 Bedingte Anweisung if Syntax: if (ausdruck) anweisung
Bedingte Anweisung if … else Syntax: if (ausdruck) anweisung else anweisung Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Selektionen 2 Mehrfache Alternative if…else if…else
if (ausdruck_1) anweisung_1 else if(ausdruck_2) anweisung_2 else if(ausdruck_3) anweisung_3 else if (ausdruck_n) anweisung_n else /* kann auch fehlen */ anweisung_else Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Selektionen 3 Mehrfachauswahl oder Fallunterscheidung bei konstanten Alternativen switch switch(ausdruck){ case k1: // k1  Konstante anweisung_1; break; case k2: // k2  Konstante anweisung_2; break; default: anweisung_default; } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Iterationen 1 Abweisende Schleife while, manchmal auch kopfgesteuerte Schleife genannt Syntax while (ausdruck) anweisung Bedingung ausdruck wird vor Ausführung vom Schleifenkörper anweisung geprüft Schleifenkörper wird nur ausgeführt, wenn Bedingung ausdruck wahr ist Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Iterationen 2 Laufanweisung oder abweisende Schleife mit for
Syntax for(ausdruck1; ausdruck2; ausdruck3) anweisung Kann durch while-Schleife ersetzt werden: ausdruck1; while(ausdruck2) { anweisung; ausdruck3; } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Iterationen 3 Nicht-annehmende Schleife do while, machmal auch: fußgesteuerte Schleife Syntax do anweisung while (ausdruck) Bedingung ausdruck wird erst am Ende des Schleifenkörperts geprüft  Schleife wird mindestens einmal durchlaufen Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Iterationen 4 Schleifensteuerung break continue
bricht die Ausführung der aktuellen Schleife bzw. switch-Anweisung ab und verlässt diese continue bricht den aktuellen Schleifendurchlauf ab setzt mit Ausführung des Schleifenkopfes fort Endlosschleife while(1) ... for(;;) ... Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 1 Funktionen sind Programmteile (Blöcke) mit Namen, ggfs. Parametern und ggfs. einem Rückgabewert elementare Bausteine für Programme gliedern umfangreiche Aufgaben in kleinere Komponenten reduzieren Komplexität Wiederverwendung von Komponenten verbergen Details der Implementierung vor anderen Programmteilen (black box) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 2 Funktionsdefinition typ name(parameter) Typ Name
Datentyp, der von Funktion zurückgeliefert wird void  kein Rückgabewert (Prozedur) Name Bezeichner kann beliebig gewählt sein Regeln für Identifier, keine Schlüsselworte Parameter Liste von typ name der Parameter in Klammern keine Parameter: () oder (void) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 3 Body  Block mit {} geklammert
zusätzliche Anweisung return(ausdruck)  Rückkehr aus der Funktion Bei void-Funktion: nur return nach Rückkehr aus Funktion  Programm wird nach Funktionsaufruf fortgesetzt Typ von Ausdruck und Funktion müssen übereinstimmen Klammern bei return können entfallen Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 4 Die Ausdrücke in der Parameterliste werden vor dem Sprung in die Funktion ausgewertet  aktuelle Parameter Anzahl und Typen der Ausdrücke der aktuellen Parameter müssen mit denen der formalen Parameter in der Definition der Funktion übereinstimmen Die Auswertungsreihenfolge der Parameter-ausdrücke ist nicht festgelegt Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 5 Funktionen werden global definiert  keine lokalen Funktionen möglich static beschränkt Funktion auf Modul main() ist normale Funktion, die aber beim Programmstart automatisch aufgerufen wird Rekursion ist möglich: int fak(int n) { if(n == 1) return(1); else return(n * fak(n-1)); } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 6 Funktionen müssen deklariert sein, bevor sie aufgerufen werden können Name, Rückgabetyp und Parametertypen müssen dem Compiler bekannt sein Funktionsdefinition  Funktion ist automatisch deklariert und bekannt sonst Prototype, z.B. in Headerdatei typ name ( liste der parametertypen ); Beispiele: double sin(double); double cos(double x); Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Funktionen 7 Parameterübergabe an Funktionen call by value
aktuelle Parameter werden in Speicherbereich der Funktion kopiert in Funktion: Änderungen nur lokal in Funktion call by reference In C nur über Zeiger realisierbar Adresse der Parameter werden in Funktion kopiert Änderungen an Parametern  Änderungen an den originalen Variablen Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Speicherklassen 1 Funktionen können nur global, d.h. ausserhalb von Blöcken definiert werden Sichtbarkeit global static  Sichtbarkeit im Quelldateikontext Variablen können ausserhalb von Blöcken, d.h. global definiert werden Variablen können innerhalb von Blöcken, d.h. lokal oder automatisch definiert werden Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Speicherklassen 2 auto static extern register
nur innerhalb eines Blocks, Standardklasse Variable existiert / ist sichtbar nur im Block static in Block: Variable erhält ihren Wert sonst: Variable/Funktion nur in C-Quelle sichtbar extern Variable ist in anderer C-Quelle definiert register Variable  CPU-Register, hat keine Adresse! Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Lebensdauer Lebensdauer einer Variablen ist die Zeit, in der diese Variable Speicherplatz belegt lokale / automatische Variable „lebt“, d.h. hat einen Speicherort vom Anfang bis zum Ende des Blocks, in dem sie definiert ist Speicherplatz wird bei Verlassen des Blocks wieder freigegeben  Variable ist ungültig! Zugriff darauf ist dann undefiniert globale oder statische Variable „lebt“ vom Anfang bis zum Ende des Programms Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Sichtbarkeit 1 der Sichtbarkeitsbereich (Scope) einer Variablen  Programmabschnitt, in dem die Variable sichtbar / nutzbar / gültig ist der Scope wird durch den Ort der Definition bzw. Deklaration der Variablen festgelegt innerhalb eines Blocks  sichtbar von der Stelle der Definition bis zum Blockende ausserhalb  sichtbar von Stelle der Definition bzw. Deklaration bis zum Ende der Quelldatei mit static definierte Variablen sind nur im Modul (= C-Quelldatei) sichtbar Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Sichtbarkeit 2 globale Variable müssen ausserhalb von Blöcken definiert sein Variablen aus anderen Modulen (globale Variable) müssen explizit als extern deklariert werden Scope einer Funktion: Bereich auf Ebene des Programms, in der die Funktion nutzbar ist global sollte dann vor Nutzung bekannt sein (Prototype) lokal nur im Modul bei Definition als static Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Module um größere Programmprojekte überschaubar und sicherer zu machen, wird die Aufgabe in kleinere Teilaufgaben (= Module) zerlegt  Reduktion der Komplexität  separates Entwickeln und Testen  Wiederverwendbarkeit von Programmteilen  Erstellen von Programmbibliotheken Abstraktion von Daten und Funktionen Kapselung von Daten Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Bibliotheken in der Programmiersprache C sind nur die notwendigsten Grundfunktionalitäten definiert es fehlen z.B. Funktionen für Ein-/Ausgabe, Funktionen für Dateihandling, Funktionen für Stringhandling, höhere mathematische Funktionen und vieles andere mehr erleichtert die Entwicklung eines C-Compilers leichtere Anpassung / Übertragung auf andere Hardware oder Betriebssystem Viele der o.g. Funktionen sind in der sog. Standardbibliothek definiert! Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Bibliotheken und Module
Projekt: Module und Bibliotheken Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Dynamischer Speicher Oft: Größe von Objekten erst zur Laufzeit bekannt  Bereitstellen des benötigten Speicherplatzes dynamisch (Heapsegment) #include <stdlib.h> Anforderung von Speicher: void *malloc(size_t s) s Bytes allozieren void *calloc(size_t n, size_t s) s * n Bytes allozieren und mit 0 initialisieren return NULL bei Fehler, sonst Pointer auf Speicherbereich Freigabe von alloziertem Speicher void free(void *ptr) Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Dynamische Datenstrukturen
häufig ist die Anzahl der zu speichernden und zu bearbeitenden Daten erst zur Laufzeit des Programms bekannt Felder ungeeignet: müssen zur Compilezeit oder in Blöcken dimensioniert werden  dynamische Datenstrukturen einfach verkettete Listen doppelt verkettete Listen Bäume usw. Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Dynamische Listen 1 Beispiel: einfach verkettete Liste /* Datentyp f. einfach verkettete Liste */ typedef struct _slist { int value; /* Daten */ struct slist *next; /* Nachfolger */ } slist; Beispiel: doppelt verkette Liste /* Datentyp f. doppelt verkettete Liste */ typedef struct _dlist { int value; /* Daten */ struct dlist *prev; /* Vorgaenger */ struct dlist *next; /* Nachfolger */ } dlist; Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Dynamische Listen 2 Objekte der Listentypen werden zur Laufzeit
alloziert slist *insert(slist *llp, int value){ slist *nlp; nlp = (slist *) malloc(sizeof(slist)); besetzt bzw. initialisiert nlp-> value = value; nlp->next = NULL; und in die Liste eingehängt if(llp) llp->next = nlp; return(nlp); } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Dynamische Listen 3 Einfache Liste: Erzeugung 1. Element

Dynamische Listen 4 Einfache Liste: n. Element und Verkettung

Dynamische Listen 5 erstes Element wird oft Wurzel, Anker oder Kopf der Liste genannt Durchlaufen der Liste i.d.R. von der Wurzel der Liste aus slist *root, *slp; for(slp = root; slp; slp = slp->next) printf("%d\n", slp->value); wird das letzte Listenobjekt mit der Wurzel verlinkt  Ringpuffer Sortieren bei Erzeugen der Liste möglich Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder, Zeiger, Listen 1 bekannt: Felder und Zeiger werden in C ganz ähnlich behandelt Wesentlichster Unterschied: Felder sind dimensioniert  ihnen ist ein fester Speicherort zugeordnet  für die zu speichernden Objekte / Feldelemente ist Platz vorhanden Zeiger weisen erst nach Zuweisung oder dyn. Allozierung auf den Speicherort ihrer Objekte Feldvariable  Adresse des 1. Elements Feldindizes  Offset im Feld Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder, Zeiger, Listen 2 Konstante Dimensionierung von Feldern double df[100]; /* Feld mit 100 Elementen */ Variable Dimensionierung von Feldern nur für automatische Feldvariable zulässig void fun(int n) { double df[n]; /* Feld mit n Elementen */ } Grund: Feldgröße muss beim Anlegen / bei Speicherzuweisung des Felds bekannt sein statisch / global  Compilezeit automatisch / lokal  Eintritt in Funktion / Block Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

Felder, Zeiger, Listen 3 variable Dimensionierung von statischen und globalen Feldern häufig benötigt Lösung  dynamische Feldallozierung Beispiel: double-Feld dynamisch duplizieren double *dbldup(double d[], int n) { double *df; int i; df = calloc(n, sizeof(double)); for(i = 0; i < n; i++) df[i] = d[i]; return(df); } Betriebssysteme - Peter Klingebiel - HS Fulda - FB AI

 … und nun: viel Erfolg mit C…

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