C-Tutorial

Ein kurzer Einblick in die Programmiersprache C

Allgemeines

C wurde 1971 als Gundlage für das Betriebssystem UNIX in den USA entwickelt (UNIX ist zu über 90% in C geschrieben). 1978 wurde von Brian Kernighan und Dennis Ritchie eine eindeutige Sprachedefinition entwickelt. C ist mittlerweile von ANSI und ISO standardisiert. Heutzutage ist C (und ihr Nachfolger C++) die dominierende Programmiersprache. Sehr viele Anwendungen sind in C geschrieben. Leider ist C jedoch nicht einfach zu lernen, daher eignet es sich nur bedingt für Anfänger. Mit etwas Übung kann man damit jedoch sehr effiziente Programme schreiben.

C ist sehr eng an Assembler angelehnt, aber trotzdem Hardware-unabhängig. Das bedeutet, Sie können maschinennahe Programme sehr leicht (aber nicht ganz ohne Aufwand) auf ein anderes System portieren. Sie benötigen dazu lediglich einen anderen Compiler, und Inline-Assembler Anweisungen (Assembleranweisungen innerhalb eines C-Programmes) müssen der neuen Hardware (Prozessor) angepasst werden.

Geschichte

1971

C wird entwickelt

1978

Kernighan und Ritchie definieren die Sprache.

1983

ANSI und ISO standardisieren C.

1992

Bjarne Stroustrup enwickelt die Nachfolgesprache C++.

Aufbau eines C-Programmes

Ein einfaches C-Programm könnte folgendermassen aussehen. Das Programm tut eigentlich nichts, aber das Beispiel zeigt den prinzipiellen Aufbau.

#include <stdio.h>

int Zahl1;
char Zeichen1;

int main (void)
{
   int zahl2;

   /* Anweisungen */
   return 0;
}

Die Beschreibung (die Erklärungen folgen):

#include <...>

Die Include-Direktive sagt dem Compiler, welche Header-Dateien er einbinden soll. In den Header-Dateien und den dazugehörigen Bibliotheken stehen Funktionen und Datentypen, die nicht im Compiler selbst implementiert sind, etwa komplexe Ausgabefunktionen wie "printf", die weiter unten erklärt wird. Durch den Include kann man solche Funktionen nutzen. Elementare Dinge hingegen, wie die mathematischen Operatoren +,-,*, etc. sind im Compiler selbst eingebaut.

int Zahl1;

Diese Zeile definiert eine Variable vom Typ int. Diese Variable ist im ganzen Programm gültig, sie ist global. Jede Deklaration/Anweisung in C wird mit einem Strichpunkt (Semikolon ;) abgeschlossen und dadurch von der nächsten Deklaration/Anweisung getrennt.

char Zeichen1;

Hier geschieht das selbe, nur wird diesmal eine Variable des Types char definiert.

int main (void)

definiert ein Unterprogramm mit dem Namen main, das keine Parameter hat (void) und eine ganze Zahl (int) zurückliefert. "main" ist das Hauptprogramm in C, wo mit der Ausführung nach dem Programmstart begonnen wird.

{

Die linke geschwungenen Klammer beginnt den Rumpf (auch "body" genannt) der main-Funktion. Danach folgen Variablendefinitionen, Kommentare und Anweisungen von main.

int zahl2;

Innerhalb von "main" wird die lokale Variable zahl2 definiert.

/* Anweisungen */

Das ist ein Kommentar in C. Hier kann man Anmerkungen zum Code hinschreiben oder Codestücke "auskommentieren", um sie zu deaktivieren. Der Kommentar beginnt mit /* und wird beendet mit einem */. Er kann mehrere Zeilen überspannen. Je nach C-Compiler werden auch einzeilige Kommentare mit // akzeptiert, die nur bis zum nächsten Zeilenende reichen. Sie gehören jedoch nicht zum standard ANSI-C. Die Leerzeile nach dem Kommentar wird nicht weiter berücksichtige, sie kann zur Untergliederung des Codes zur besseren Lesbarkeit eingefügt werden.

return 0;

Gibt den Wert 0 zurück und beendet das Programm. Vor dem return können natürlich noch C-Anweisungen stehen, die aber erst weiter unten erklärt werden.

}

Die schliessende geschwungenen Klammer beendet den Rumpf des Hauptprogramms.

Das Hauptprogramm main

Die erste Funktion, die nach dem Programmstart ausgeführt wird, ist immer die Funktion mit dem Namen "main". Diese ist sozusagen das Hauptprogramm.

Der main-Funktion können beim PC Parameter übergeben werden. Dies sind die sogenannten Kommandozeilenparameter, die beim Aufruf eines Programmes hinter dem Dateinamen stehen. Zudem wird auch ein int-Wert als Ergebnis zurückgeliefert. Beim Microcontroller ist main das Startprogramm, das nach dem RESET aufgerufen wird. Hier gibt es dann also keine Funktionsparameter. Ein Rückgabewert ist auch nicht sinnvoll, so daß main oft als oft auch als </tt>void</tt>-Funktion (ohne Rückgabewert) definiert wird. Um Compilerfehler/Warnungen zu vermeiden, muss der Compiler dann aber mit speziellen Einstellungen gestartet werden, denn C-Standard ist, daß main einen Wert zurückliefert.

/* void Definition von main ist nur beim Controller üblich
 * spezielle Compilereinstellungen sind nötig, damit bei dieser Definition von main
 * kein Fehler/Warnung erzeugt wird. 
 */
void main(void)
{
   ...
}

Was das bedeutet, lernen Sie in einem späteren Kapitel. Wichtig ist nur: ohne main ist kein Programm komplett, es lässt sich dann auch nicht ausführen.

Blöcke

Im vorigen Abschnitt haben Sie bereits die geschwungenen Klammern { und } kennen gelernt. Doch was bedeuten Sie? Einem Pascal-Kenner ist das schnell erklärt: { entspricht BEGIN, } entspricht END. Wenn ihnen auch das unbekannt ist, dann hilft Ihnen hoffentlich die folgende Erklärung. Programme sind in Abschnitte unterteilt. Da gibt es zum einen das Hauptprogramm und die jeweiligen Unterprogramme, aber auch Schleifen und bedingte Anweisungen. Jedes dieser Beispiele stellt ein eigenständiges Stück Code dar. Daher müssen Sie es auch als solches kennzeichnen. Dies geschieht mit { und }. { bedeutet so viel wie "Block Anfang" und } bedeutet "Block Ende":

int main (void)
{    /* der Block "main" beginnt */
   int zahl;
   
   {   /* ein Block beginnt */
       /* hier können Deklarationen und stehen Anweisungen stehen */
   }   /* der Block endet */
   
   return 0;
}    /* "main" endet */

Bemerkung: Der "namenlose" Block ist eigentlich unnötig. In den folgenden Kapiteln lernen Sie jedoch bessere Beispiele kennen!

Datentypen

Elementare Datentypen

Der Datentyp einer Variable gibt an, welche Werte eine Variable enthalten kann, und welcher Art diese Daten sind. So ist es zum Beispiel möglich, in eine Variable vom Typ int Zahlen zwischen ca. -32000 und +32000 einzutragen. In einer char-Variable können Sie alle möglichen ASCII-Zeichen speichern (alles, was Sie mit der Tastatur erzeugen können).

Achtung

Da C plattformabhängig ist, hängt die Größe eines Datentypes zum Teil von der genutzten Hardware (z.B. 8, 16 oder 32 Bit Controller) und dem Compiler ab!

int, char, short, long (ganze Zahlen)

In Variable dieses Types können Sie ganze Zahlen abspeichern, also z.B. 1, -2, 100, 12345. Jeden dieser Typen gibt es in zwei Ausprägungen: als "signed", also als vorzeichenbehafteten Typ, und als "unsigned", also ohne Vorzeichen, d.h. das Vorzeichen wird als 0 oder +1 genommen.

Vorzeichenbehaftete Ganzzahl-Typen werden intern im n-1-Komplement dargestellt, das Vorzeichen selbst findet sich also im höchstwertigen Bit. Werden zur Speicherung b Bits verwendet, dann recht der Wertebereich von -2^b-1 bis zu 2^b-1-1.

Bei Ganzzahl-Typen ohne Vorzeichen reicht der Wertebereich von 0 bis zu 2^b-1, wenn der Typ b Bits breit ist.

Größe (Bit)	Typ	Vorzeichen	Grenzen des Wertebereichs
8	char	signed unsigned	-128 0	127 255
16	short	signed unsigned	-32.768 0	32.767 65.535
32	long	signed unsigned	-2.147.483.648 0	2.147.483.647 4.294.967.295
64	long long	signed unsigned	-9.223.372.036.854.775.808 0	9.223.372.036.854.775.807 18.446.744.073.709.551.615
8, 16, 32, 64	int	signed unsigned	plattform-/compilerabhängig	plattform-/compilerabhängig

char (Zeichen)

In einer char-Variable können Sie 8-Bit-Werte speichern. Dieser Datentyp wird oft für ASCII-Zeichen genutzt, denn für den Computer ist es egal, ob sich eine Zahl oder ein Zeichen in der Variablen befindet. Er speichert alles in Form von Binärzahlen.

Dabei darf man eines nicht vergessen: Es macht einen großen Unterschied, ob man in einer char-Variablen das Zeichen '1' (ASCII-Zeichen Nr. 49) abspeichert, oder die Zahl 1 (das entspricht ASCII-Zeichen Nr. 1, also irgendeinem Sonderzeichen). Man kann zwar mit beiden rechnen, aber '1' * 2 ergibt nicht '2', sondern 'b' (ASCII-Zeichen Nr. 98)!

Boolean (Logische Variablen)

In der Sprache C gibt es keinen Datentyp für boolsche Werte "wahr" bzw. "TRUE" oder "falsch" bzw. "FALSE". Statt dessen wird der Datentyp int dafür verwendet. Hat die jeweilige Variable den Wert 0, so ist sie FALSE, sonst (ungleich 0) ist sie TRUE.

Hinweis

In Zukunft werden ich oft 1 als Synonym für "ungleich 0" verwenden. Bitte beachten Sie jedoch, das eine Variable, die TRUE ist, nicht unbedingt den Wert 1 haben muß. Sie muß lediglich ungleich 0 sein!

float, double (Gleitkommazahlen)

In einer Gleitkomma-Variable können Kommazahlen gespeichert werden, z.B. 3.141592654. float reicht für die meisten Kommazahlen. Werden jedoch noch höhere Genauigkeiten benötigt, kommt der Datentyp double zum Einsatz.

Vorsicht

bei PIC (microchip) ist die innere Darstellung dieser Zahlen anders als bei den meisten anderen Compilern, beim binären Senden z.B. zum PC muß dann konvertiert werden! Bei avr-gcc finden die Rechnungen intern mit float statt, auch wenn ein Typ als double deklariert ist.

void

Dies ist ein spezieller Typ, der soviel bedeutet wie "nicht vorhanden". Eine Funktion, die keinen Rückgabewert zurückliefert, definiert als Rückgabetyp void, und kennzeichnet damit, daß sie eben nichts zurückliefert. Objekte vom Typ void können nicht angelegt werden.

Zusammengesetzte Datentypen

Felder

Oft muß man sehr viele Werte gleichzeitig abspeichern und betrachten, die alle der selben Aufgabe dienen. Man schreibt z.B. ein Programm, das 10 Zahlen einlesen und anschließend wieder ausgeben soll. Man könnte das natürlich mit 10 einzelnen Variablen bewerkstelligen, aber es ist sinnvoller, dabei Felder, sogenannte Arrays, zu verwenden.

In einem Array werden mehrere Variablen gleichen Typs zusammengefasst und hintereinander im Speicher abgelegt. So kann man viele tausend Variablen anlegen mit nur einer Zeile Code. Doch es gibt noch größere Vorteile: Sie können das Array mit einer Schleife ganz einfach nach Werten durchsuchen. Stellen Sie sich vor, Sie müssten mit 100 verschiedenen Variablen Zahl_001 bis Zahl_100 arbeiten! Ein ihnen bereits bekanntes Beispiel für ein Array ist ein String. Ein String ist nichts anderes als ein Array des Datentypes char.

Syntax: Datentyp Variablenname[Anzahl]

Der Name muß natürlich ein gültiger Bezeichner sein, als Datentyp kann jeder Typ genommen werden. In der eckigen Klammer wird die Anzahl der Elemente bekanntgegeben. Ein mit [3] definiertes Array hat Platz für 3 Variablen. Da der Index immer bei 0 beginnt, greift man also mit [0], [1] und [2] auf den jeweilige Inhalt zu. Um auf eine der im Array enthaltenen Variablen zugreifen zu können, müssen Sie den Variablennamen und in eckigen Klammern den Index (die "Nummer") der Variablen angeben. Diese Variable verhält sich dann wie eine ganz normale Variable des jeweiligen Datentypes.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int i;
  int zahlen[10];  /* zahlen[0] bis zahlen[9] !!! */

  for (i=0; i<10; i++)
  {
    printf ("Bitte Zahl %d eingeben: ", i);
    scanf  ("%d", & zahlen[i]);
    printf ("\n");
  }
  printf ("Super!\n");
  
  for (i=0; i<10; i++) 
     printf ("Zahl %d ist: %d\n", i, zahlen[i]);
     
  return 0;

Bemerkungen: Zuerst wird ein 10 int-Variablen großes Array angelegt. In dieses wird nun der Reihe nach 10 Zahlen eingelesen. Anschließend werden alle 10 Zahlen ausgegeben.

Merke: Wenn Sie einen ungültigen Index angeben (einen, der in der Deklaration nicht enthalten war) können je nach Compiler und Einstellung undefinierbare Dinge passieren, da dadurch andere Variableninhalte oder Programmcode überschrieben wird. Im schlimmsten Fall könnte sogar der Computer/Controller abstürzen. Also achten Sie darauf, daß Sie keine ungültigen Werte als Index angeben!

Mehrdimensionale Felder

Manchmal benötigen mehr als nur ein eindimensionales Array, wie Sie es bisher kennengelernt haben. Auch dies ist kein Problem. In der Deklaration geben Sie einfach mehrere eckige Klammern hintereinander an. Aber Vorsicht: der Speicherplatz ist begrenzt, ein "char feld[1024][1024]" hat die Speicherplatzgrenzen vermutlich bereits weit überschritten, und der Compiler wird einen (bei gewissen Einstellung auch keinen) Fehler liefern. Beim Zugriff auf mehrdimensionale Felder müssen auch mehrere Indizes angeben werden:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int x,y;
  int feld[3][5];
 
  for (x=0; x<3; x++) 
  {
     for (y=0; y<5; y++)
     {
       printf ("Feldwert x: %d,  y: %d ", x, y);
       scanf  ("%d", & feld[x][y]);
       printf ("\n");
     }
  }

  for(x=0; x<3; x++) 
     for (y=0; y<5; y++) 
        printf ("Wert: feld[%d][%d] = %d\n", x, y, feld[x][y]);

  return 0;
}

Erklärung:

Zuerst wird ein 3 mal 5 int-Array angelegt. Dann werden die Werte eingegeben: zuerst feld[0][0], dann feld[0][1], usw. bis feld[2][4]. Zum Schluß werden alle Werte noch einmal ausgegeben.

Strings (Zeichenketten)

Bei einem String handelt es sich um ein Array, das aus einzelnen Zeichen gebildet wird. Die Ausgabe auf dem Bildschirm funktioniert am einfachsten mittels Strings.

Die Definition eines Strings erfolgt also genauso wie bei Arrays:

char string[21];

Nun haben Sie eine String, in dem Sie 21 Zeichen speichern können. Ganz richtig ist das jedoch nicht. C arbeitet mit "null-terminierten Strings". Das beudeutet, dass die Länge des Strings nicht abgespeichert wird, sondern das Zeichen mit dem ASCII-Wert 0 das Stringende kennzeichnet. Daher auch die Bezeichnung "null terminiert".

Das letzte Zeichen eines Strings muß daher immer das ASCII-Zeichen Nr. 0 sein. Ist es das nicht, hat der String kein definiertes Ende, und wenn Sie versuchen, ihn durch eine Standard-Funktion auszugeben zu lassen, könnte es eine Weile dauern, bis sich im Speicher zufällig irgendwo eine 0 befindet. Es stehen ihnen daher bei dem Beispiel nur 20 Zeichen zur Verfügung.

Strukturen

In C können Sie sogenannte "Strukturen" definieren. Dabei handelt es sich um eine Zusammenfassung von mehreren Datentypen zu einem größeren. Im Unterschied zu Feldern können in Strukturen jedoch unterschiedliche Datentypen gespeichert werden:

struct Person {
  char vname[20], nname[20];
  char telnr[15];
  int alter;
};

Erklärung: "struct Person {" leitet die Definition der Struktur mit dem Namen "Person" ein. Dann werden 4 Variablen angelege: 3 Strings und ein int. mit } wird die Definition abgeschlossen. Sie haben damit einen Datentyp erstellt. Um eine Variable dieses Typs struct Person anzulegen, geben Sie einfach

struct Person Variablenname;

an.

Zum Zugriff auf eine Komponente der Struktur gibt man den Namen der Struktur-Variablen an (im folgenden Beispiel also hubert), einen Punkt und danach den Bezeichner der Komponente:

  struct Person hubert;

  hubert.alter = 32;

Zeiger

Jede Variable steht an einer genau definierten Stelle im Speicher. Diese Stelle kann man in Erfahrung bringen. Wie man das macht und was das überhaupt für Vorteile bringt, erfahren Sie in diesem Abschnitt. Ein Zeiger ist im Variable, in der eine Adresse gespeichert ist. Diese stellet eine bestimmte Position im Arbeitsspeicher dar. Hier sehen Sie, wie man einen Zeiger definiert und mit ihm arbeitet:

#include <stdio.h>

int main (void)
{
  int zahl;
  int *zeiger;
 
  zeiger = &zahl;
  *zeiger = 12;
  
  printf ("%d = %d", zahl, *zeiger);
  
  return 0;

Erklärung: Um einen Zeiger anzulegen, gibt man folgendes an: Datentyp, dann einen Stern (*), anschliessend den Namen (und einen Strichpunkt). Um einen Zeiger auf eine bestimmte Zahl "zeigen" zu lassen, muß man dem Zeiger die Adresse einer Variablen zuordnen. Das funktioniert mittels des Adress-Operators & (zeiger = &zahl). Jetzt möchten Sie der Speicherstelle, deren Adresse der Zeiger enthält, einen Wert zuweisen. Dazu verwendet man den "Inhalts-Operators" * (*zeiger = 12). Genauso können Sie mit dem Inhaltsoperator Werte abfragen und an printf (und jedes andere Unterprogramm) übergeben.

Variablen

Eine Variable ist ein Synonym (=anderer Name) für eine Speicherstelle in einem Computer. Einfacher gesagt, eine Variable bietet Raum, um Daten wie Zahlen oder Zeichen zu speichern und wieder zu lesen.

Variablennamen

Ein Variablenname kann zusammengesetzt werden aus den Buchstaben A bis Z und a bis z, den Ziffern 0 bis 9, sowie dem Sonderzeichen "Unterstrich" (underscore) _. Dabei darf an erster Stelle keine Ziffer stehen. Die Bezeichner hallo, HALLO, Hallo, HALL0, _123 und _HALLO sind also alle gültige und unterschiedliche Variablennamen.

Teilweise erlauben C-Compiler auch die Verwendung des Dollar-Zeichens $ in Variablennaben.

Anlegen von Variablen

Um eine Variable verwenden zu können, muss sie zuerst vereinbart ("erzeugt") werden. Dies wird auch als "Definition der Variablen" bezeichnet und geht so: Schreiben Sie zuerst den Datentyp, dann den Namen der Variablen. Zum Schluß kommt noch der Strichpunkt, wie nach jeder C-Anweisung oder Deklaration. Und nicht vergessen: C unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung!

int Zahl1, Zahl2;
char Zeichen;

int main (void)
{
  float gleitZahl;
  /* Anweisungen */

  return 0;
}

Erklärung

In einer Zeile können auch mehrere Variablen gleichen Types vereinbart werden, wenn man ein Komma dazwischen setzt. Variablen können in jedem Block vereinbart werden. Siehe Gültigkeitsbereich.

Zuweisungen

Man kann einer vereinbarten Variable Werte zuweisen. Dazu schreibt man zuerst den Variablennamen, ein Gleichheitszeichen "=" und anschliessend den zuzuweisenden Ausdruck.

int main (void)
{
  int zahl1, zahl2 = 12;
  char zeichen1 = 'A';

  zahl1 = 52;
  zeichen1 = zeichen1 + 1; 

  return 0;
}

Zuerst werden drei Variablen angelegt (zahl1, zahl2, zeichen1).

zahl2

wird gleich bei der Vereinbarung der Wert 12 zugewiesen.

zahl1 = 52

Hier wird der Variablen zahl1 der Wert 52 zugewiesen.

zeichen1

wird um 1 erhöht. Da in der Variablen 'A' gespeichert ist, gibt sich ihr neuer Wert aus 'A' + 1. Weil 'A' dem Wert 65 entspricht, ist 'A' + 1 gleich 66, was dem Wert für 'B' entspricht.

Zuweisungen bei float

Das funktioniert genau wie bei normale Zuweisungen. Nachkommastellen werden durch einen Punkt abgegrenzt:

floatVariable = 3.14;

Zusätzlich kann eine Zehnerpotenz angegeben werden:

floatVariable2 = -1.234E-6;

Dadurch wird der erst Wert mit 10^-6 multipliziert, der Wert der Variablen ist also

[math]-1{,}234\cdot10^{-6} = -0.000001234[/math].

Zuweisungen bei logischen Variablen

Wie bereits erwähnt, besitzt C keinen logischen Datentyp. Es müssen also int und char dafür genutzt werden. Die Zuweisung entpricht der Standard-Zuweisung. Wird der Wert 0 zugewiesen, dann ist die Variable FALSE, ansonsten ist Sie TRUE.

intVariable = !0;   // entspricht TRUE
intVariable = 0;    // entspricht FALSE

Vergleich von Variablen

Sie können Variablen miteinander vergleichen. Das geschieht mit einem der folgenden Zeichen mit den normalen mathematischen Regeln:

Operator	Bedeutung
==	ist gleich
!=	ist nicht gleich
<	ist kleiner
<=	ist kleiner oder gleich
>	ist größer
>=	ist größer oder gleich

Als Ergebnis bekommen Sie einen logischen Ausdruck in Form einer int-Zahl.

intVariable = zahl1 <= zahl2;

das komplette Beispiel zeigt es deutlicher:

  int i;
  int z1, z2;

  z1 = 5;
  z2 = 100;
  i = z1 <= z1  /* Ein Vergleich. Die int-Variable i wird wahr, da z1 kleiner als z2 */

  printf ("Ergebnis: %d\n", i);

Die Variable i ist ungleich 0 ("wahr"), wenn z1 kleiner oder gleich z2 ist. Ist z1 jedoch größer als z2, dann ist i gleich 0 ("unwahr").

Konstanten

Konstanten können als Variable angesehen werden, die nicht beschrieben, sondern nur gelesen werden können. Ein typisches Beispiel dafür ist die Zahl [math]\pi[/math] (rund 3,141592654). Niemand würde in der realen Welt versuchen, ihr einen anderen Wert zuzuweisen. Würde man [math]\pi[/math] jedoch wie eine normale Variable anlegen, wäre dies ohne weiteres möglich. Um dies zu verhindern, gibt es dafür ein Schlüsselwort in C:

const datentyp name = value;  /* Zuweisung bei der Defininition der Variablen */

Wichtig dabei ist, dass man Konstanten nur bei der Vereinbarung einen Wert zuweisen kann. Da Konstanten gewöhnlich im gesamten Programm, zumindest einer Quelldatei genutzt werden, definiert man diese allerdings gewöhnlich außerhalb des main-Blockes entweder am Anfang eines Programmes, oder in einer sogenannten Header-Datei, die per #include eingebunden wird.

const float PI = 3.141592;  /* Zuweisung bei der Defininition der Variablen */

Gültigkeitsbereich

In C können mehrere Variablen den gleichen Namen haben, solange eindeutig ist, welche in welchen Block gültig ist. Dabei gelten folgende Regeln:

Lokale Variablen

sind Variablen, die innerhalb eines Blockes definiert werden. Jede Variable ist nur in dem Block gültig, in dem Sie vereinbart wurde, sowie in allen darin enthaltenen Blöcken, es sei denn, in einem Unter-Block wird eine Variable gleichen Namens definiert. Dann bezieht sich in diesem Unter-Block der Bezeichner auf die im Unter-Block angelegte Variable.

Globale Variablen

werden ausserhalb jedes Blockes definiert und gelten ab der Stelle, an der sie deklariert werden, siehe auch Deklaration und Definition. Wird jedoch in einem Block eine Variable gleichen Namens angelegt, gilt ab hier bis zum Ende des Blocks nicht mehr die globale Variable, sondern die im Block deklarierte. Das Spiel kann man weiterspielen: wird in einem Unter-Block wieder eine namensgleiche Variable angelegt, gilt diese in dem Unterblock.

Speicherklassen

Jede Variable in C gehört zu einer bestimmten Speicherklasse

auto

Lokale Variablen sind in aller Regal sogenannte automatische Variablen. Das bedeutet, sie werden automatisch angelegt, wenn ein Block bzw. eine Funktion betreten wird und danach wieder entfernt. Das Schlüsselwort "auto" wird praktisch nie hingeschrieben, denn lokale Variablen ohne die ausdrückliche Angabe einer Speicherklasse, sind automatisch automatische Variablen.

extern

Eine externes Symbol ist im ganzen Programm bekannt bzw. in dem Block, in der die Deklaration steht. In unterschiedlichen Blöcken stehende Deklarationen beziehen sich auf das gleiche Symbol! Obgleich das Datum global zugreifbar ist, ist der Gültigkeitsbereich auf den deklarierenden Block begrenzt bzw. auf das deklarierende Quell-Modul, sofern das Symbol ausserhalb jedes Blocks des Moduls deklariert wird. Siehe auch Deklaration und Definition.

static

Die Variable ist im Block gültig bzw. im Quell-Modul (also in der C-Datei, in der die angelegt wurde), wenn sie nicht innerhalb eines Blockes angelegt wurde. Statische Variablen werden nicht in Registern oder im Frame der Funktion angelegt, sondern im selben Speicherbereich, in dem auch die globalen Variablen liegen; Konstanten evtl. auch im Flash. Eine lokale Variable, die als static angelegt wird, "überlebt" also das Verlassen des Blocks und hat beim neuerlichen Betreten des Blockes ihren bisherigen Wert. In unterschiedlichen Blöcken angelegte lokale statische Variablen beziehen sich auf unterschiedliche Speicherstellen, genau wie bei lokalen Variablen auch.

register

Durch diese Speicherklasse wird eine Variable – falls möglich – als Registervariable angelegt, also in einem Maschinenregister des Computer/Controllers gehalten. Dadurch kann auf solche Variablen besonders schnell zugegriffen werden. Dieses Schlüsselwort ist bei modernen Compilern weitgehend überflüssig, da die entsprechenden Optimierungen selbständig vorgenommen werden, wenn ausreichend Register vorhanden sind. Auch globale Variablen können als Register angelegt werden, davon ist dem Anfänger aber dringend abzuraten, weil leicht schwerauffindbare Fehler und Abstürze auftreten, wenn man nicht genau weiss, welche Implikationen in einer solchen Definition stecken!

volatile

Dies ist das genaue Gegenteil von register und bewirkt, dass die Variable auf keinen Fall in einem Register zwischengespeichert werden darf, sondern immer aus dem RAM gelesen und ins RAM geschrieben werden soll. volatile müssen alle globalen Variablen markiert werden, die in Interrupt-Handlern verwendet werden.

Ausdrücke

Eine Variable oder eine Konstante in C stellen einfache Ausdrücke dar. Diese elementaren Ausdrücke können durch Operatoren miteinander verknüpft werden und so zu neuen, komplexeren Ausdrücken zusammen gesetzt werden.

Einfache Beispiele für Ausdrücke sind also z.B.:

1
a
'a'
1 + a
a == 1

Auch Funktionen können einen Wert zurückliefern und in Ausdrücken weiter benutzt werden. In den folgenden Abschnitten wird gezeigt, welche Operatoren in C vorhanden sind, und wei man damit neue Ausdrücke aufbauen kann.

Lvalues

Ein LValue in C ist ein Ausdruck, dem ein anderer Ausdruck zugewiesen werden kann. das 'L' leitet sich ab von 'left' bwz. 'links' und das 'value' bedeutet Wert. Eine Variable ist so ein LValue, der etwas zugewiesen werden kann:

a = 1;

Hingegen ist a+1 kein LValue, denn eine Zuweisung wie

a+1 = 2;

erzeugt einen Compilerfehler, der etwas lautet könnte "illegal lvalue in assignment": "ungültiger Wert in Zuweisung"

Logische (boolsche) Operatoren

Ausdruck	Beschreibung
a && b	wahr, wenn a wahr und b wahr
a || b	wahr, wenn a wahr oder b wahr
a == b	gleich
a != b	ungleich
a <= b	kleiner oder gleich
a < b	kleiner als
a >= b	glösser oder gleich
a > b	grösser als
!a	wahr, wenn a nicht wahr und vice versa

Eine interessante Eigenheit der Operatoren && und || ist, dass sie die Auswertung abbrechen, wenn das Ergebnis bereits feststeht. Die Ausdrücke werden dabei immer von links nach rechts ausgewertet.

Beispiel:

 (x > 5) || datei_auf_festplatte_gefunden("hallo.txt") /* gut */
 datei_auf_festplatte_gefunden("hallo.txt") || (x > 5) /* nicht so gut */

datei_auf_festplatte_gefunden ist fiktiv und steht für eine Funktion, die eine aufwändige Operation durchführt. Beide Zeilen ergeben wahr wenn die Variable x einen Wert größer 5 hat oder es eine Datei namens hallo.txt auf der Festplatte gibt.

Wo ist also der Unterschied?
In der ersten Zeile wird geprüft, ob x größer als 5 ist und wenn das der Fall ist, dann wird nicht mehr geprüft, ob hallo.txt auf der Festplatte existiert. In der zweiten Zeile wird immer geprüft, ob hallo.txt auf der Festplatte existiert und erst, wenn sie nicht gefunden wird, wird die Variable x ausgewertet.

Arithmetische Operatoren

Ausdruck	Beschreibung
a + b	Summe (Addition)
a - b	Differenz (Subtraktion)
a * b	Produkt (Multiplikation)
a / b	Quotient (Division, evtl. mit Rest)
a % b	Rest bei Division (Modulo)
-a	Vorzeichenumkehr (Zweierkomplement)

Bit-Operatoren

Ausdruck	Beschreibung
a & b	bitweise und (and)
a | b	bitweise oder (or)
a ^ b	bitweise exclusiv-oder (xor, exor)
~a	jedes Bit in a invertieren (not, Einerkomplement)

Index-Operator bei Arrays

Ausdruck	Beschreibung
a[b]	das (b+1)ste Element des Feldes a

Folgendes gilt es bei der Verwendung des Indexoperators zu beachten:

1. a muss ein Feld oder Zeiger sein
2. b muss ein Integer sein oder ein Datentyp, der sich in einen int umwandeln läßt (z.B. char)
3. Es wird nicht geprüft, ob der Index b im Feld a gültig ist!
4. Der erste Index eines Feldes ist immer 0. Daher (b+1)stes Element in der Beschreibung

Komponenten-Auswahl bei Structs und Unions

Ausdruck	Beschreibung
a.b	Element b der Struktur oder des Unions a

Adress-Operator und Dereferenzierung

Ausdruck	Beschreibung
&a	Speicheradresse der Variablen a
*a	Wert, der an der Adresse a steht
a->b	Wert des Elements b der Struktur, deren Adresse in a steht

Der Adressoperator & kann auf Variablen angewendet werden und gibt die Startadresse der Variablen im Speicher zurück.

Handelt es sich bei einer Variable um einen Zeiger, so enthält sie eine Speicheradresse. Um an den Wert zu gelangen, der an dieser Adresse steht, wird der Operator * vorangestellt.

Beispiel:

  int x = 5;    /* x ist eine Integervariable und hat den Wert 5 */

  /* z ist ein Zeiger auf eine Integervariable und enthält somit
     die Speicheradresse einer Integervariablen
  */
  int *z;       

  /* Verwendung des Adressoperators... */
  z = &x;       /* weise z die Speicheradresse von x zu */

  /* Verwendung der Dereferenzierung */
  /* erhöhe den Wert, der bei Adresse z steht um eins */
  *z = *z + 1;

  /* da z auf x zeigt, hat auch x jetzt den Wert 6 */

Da in C häufig Zeiger auf Strukturen verwendet werden, ist für den Zugriff auf ein Element eine abkürzende Schreibweise möglich:

Statt

 (*strukturZeiger).element

kann geschrieben werden

 strukturZeiger->element

Beide Schreibweisen sind absolut gleichbedeutend, die Klammern bei der ersteren sind notwendig.

Achtung!

Bei der Dereferenzierung durch * findet keine Prüfung statt, ob der Zeiger auch auf eine gültige Speicheradresse verweist. Folgendes Codestück führt zum Absturz oder zu einer Änderung irgendeiner Speicherstelle:

   int *z; /* z ist ein Zeiger auf einen Integer */

   /* An dieser Stelle ist z immer noch keine Speicheradresse zugewiesen.
      z enthält irgendeine(!) Adresse
   */

   /* "Erhöhe einen Integer irgendwo im Speicher um 1" -> CRASH */
   *z = *z + 1;

Viele C-Compiler (z.B. gcc) erzeugen in der Standardeinstellung für das obige Codestück keine Warnung!

Cast-Operator

Der Cast Operator dient dazu, den Datentyp eines Wertes zu ändern. Dafür wird einfach der neue Datentyp in Klammern vor den Wert geschrieben.

Um zum Beispiel aus einem Float ein Integer zu machen:

var  = (int) 5.60;

Dabei wird der Wert aber auch gerundet, und es findet somit ein Informationsverlust statt.

Ein weiteres Beispiel ist das Umwandeln einer ganzen Zahl in eine Adresse:

int * addr;
addr = (int*) 0x1234;

Damit ist addr ein Zeiger auf einen int an Adresse 0x1234.

Achtung!

Der Cast-Operator selbst führt keine Konvertierung durch, sondern unterdrückt nur die Compilerwarnungen oder -fehler, die bei einer "verdächtigen" Umwandlung passieren. Er kann also nicht benutzt werden, um einen Text in eine Zahl oder umgekehrt zu wandeln:

  #include <stdio.h>
  int main(int argc, char ** argv)
  {
        char text[] = "5.6";
        int zahl = (int)text;

        printf("%d\n", zahl);

        return 0;
  }

Ausgegeben wird weder 5 noch 6 sondern die Speicheradresse, an der der Text "5.6" beginnt. Der Cast-Operator unterdrückt nur die Warnung, die auf den Fehler hinweisen will.

Komma Operator

Mit einem , können mehrere Ausdrücke nacheinander ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt von links nach rechts.

Solche Konstrukte sieht man manchmal in Abfragen wie

FILE  *file;
if (file = fopen ("foo.exe", "r"), file != NULL)

was erst an file einen Wert zuweist und den if-Block nur betritt, wenn file nicht der Nullpointer ist.

Zuweisungen und Operatoren mit Nebeneffekt

Bedingte Zuweisung

lvalue = (bediungung) ? if-ausdruck : else-ausdruck;

Blöcke

Selbst Blöcke haben in C einen Wert, der in einer Berechnung verwendet werden kann. Der Wert eines Blockes ist der Wert der letzten Anweisung des Blocks. Der Block muss un runden Klammern stehen:

int sum;
sum = ({
   int i, s = 0;
   for (i=1; i<= 100; i++)
      s += i;
   s;
   });

Ein weiteres Beispiel ist das Makro PSTR von avr-gcc, das einen String ins Flash legt und die Adresse zurückliefert, was nur in einer Instruktion nicht machbar wäre:

#define PSTR(s)                         \
  ({                                    \ 
      static char __c[] PROGMEM = (s);  \
      __c;                              \
  })

Kontrollanweisungen

Boolsche Logik

Boolean-Variablen können miteinander verknüpft werden. Dies geschieht mit den boolschen Operatoren && ( logisches "und"), || (logisches "oder") und ! (logisches "nicht") (es gibt noch weitere, auf die hier nicht eingegangen wird).

b1= b2 && b3;

Der Wert von b1 ist dann 1 (TRUE), wenn b2 und ("AND") b3 1 (TRUE) sind. Ist eine der beiden (oder auch beide) 0 (FALSE), dann ist b1 ebenfalls 0 (FALSE).

b1= b2 || b3;

Der Wert von b1 ist dann TRUE, wenn b2 oder ("OR") b3 TRUE ist. Ist also einer (oder beide) TRUE, dann ist auch b1 TRUE, sind beide FALSE, ist auch b1 FALSE.

b1= !b2;

Der Wert von b1 ist dann TRUE, wenn der von b2 FALSE ist. Die NOT Verknüpfung "dreht den logischen Wert der Variablen um".

if-Anweisung

Syntax: IF (Bedingung) Anweisung; Mit Hilfe der IF Anweisung kann man Codeteile (Blöcke) ausführen lassen, wenn die dazugehörige Bedingung erfüllt (TRUE) ist. Im Flussdiagramm sieht eine If-Anweisung folgendermassen aus:

Und in C schreibt man:

if (Bedingung)        // WENN
{                     // DANN
       Anweisung1;
}
else
{                     // SONST
       Anweisung2;
}

Wenn die Bedingung wahr ist wird Anweisung1 ausgeführt. Anschliessend wird aus der If-Bedingung herausgesprungen. Anweisung2 wird also nicht ausgeführt.

Ist die Bedingung unwahr wird gleich zu Anweisung2 gesprungen, diese ausgeführt, und anschliessend wird die If-Bedingung beendet.

Achtung!

Ein häufiger Fehler ist statt if(a == 23) etwas wie if(a = 23) zu schreiben. Hier wird allerdings nicht geprüft ob die Variable a gleich 23 ist, sondern der Variable a wird der Wert 23 zugewiesen, und das ist eine wahre Aussage. Anschliessend wird demzufolge der "DANN"-Teil ausgeführt.

Die Syntax hierbei ist allerdings korrekt, der Compiler wird also keinen Fehler ausspucken. Somit ist dieser kleine Fehler sehr schwer zu finden. Abhilfe schafft die Schreibweise if(23 == a). Wenn man dort anstatt des Vergleichsoperator '==' den Zuweisungsoperator '=' verwendet spuckt der Compiler sehr wohl einen Fehler aus.

Ein weiterer häufiger Fehler ist das schreiben von if(Bedingung); Richtig müsste es heissen "if(Bedingung)" Das fehlerhafte Semikolon im ersten Fall interpretiert der Compiler bereits als Anweisung. Auch hier liegt kein Syntaxfehler vor und der Compiler schweigt. Hier also ebenfalls besser zweimal hinschauen.

Schleifen

Um Anweisungen mehrmals hintereinander auszuführen, benötigt man Schleifen. Diese führen Anweisungen aus, bis oder solange Bedingungen erfüllt sind.
Wichtig ist also, ob die Bedingung vor oder nach den Schleifen-Anweisungen geprüft wird.

while-Schleife

Syntax: while (Bedingung) { Anweisung; }

Die WHILE-Schleife wird solange durchlaufen, wie die Bedingung erfüllt (TRUE) ist. Die Schleife wird also unter Umständen garnicht durchlaufen. Bei mehreren Anweisungen benötigen man einen Block!

Zahl1=0;
while (Zahl1<3)
{
   Zahl1=Zahl1+1;
   Zahl2=Zahl2*2;
}

In diesem Beispiel wird die Schleife 3 mal durchlaufen. Zu Beginn des 4. Durchlaufes ist die Bedingung FALSE (Zahl1 ist dann nicht mehr kleiner, sondern gleich 3!), also wird mit dem Befehl nach der Schleife fortgesetzt.

do-while-Schleife

Syntax: do { Anweisung; }while (Bedingung);

Die DO WHILE-Schleife wird auf jeden Fall einmal durchlaufen und dann solange wiederholt, wie die Bedingung erfüllt ist. Das ist dann sinnvoll, wenn der Vergleichswert für die Bedingung erst im Anweisungsblock gesetzt wird

unsigned char bData;
do {
    bData = getch();   // Tastatureingabe (s.u.) 
}while (bData != 13);

Die Schleife wird durchlaufen und wiederholt, solange etwas anderes als 13 (<ENTER>) eingegeben wird.

for-Schleife

Syntax: for (Zuweisung;Bedingung;Inkrement) { Anweisung; }

Die FOR-Schleife ist eine spezielle WHILE-Variante für die Formulierung von Zählschleifen. Die angegebene Variable wird am Anfang auf einen Wert gesetzt. Danach wird sie nach jedem Durchlauf verändert (meist um 1 erhöht). Hat sie einen bestimmten Wert erreicht, wird die Schleife beendet. Innerhalb des Anweisungsblockes können Sie auf die Variable zugreifen, d.h. Sie können sie auch verändern. Das ist jedoch nicht ratsam. Wollen Sie mehrere Anweisungen ausführen, benötigen Sie eine Block

Die gesammte Schleife wird solange durchgeführt, wie die Bedingung TRUE ist (d.h. Sie brauchen garnicht die Zählvariable abfragen, Sie können hier auch jede andere Variable auswerten). Inkrement letztendlich wird nach jedem Schleifendurchlauf ausgeführt. Hier kann man z.B. den Zähler erhöhen.

Die Theorie ist schwer, die Praxis nicht so sehr...

int Zaehler;
for (Zaehler = 1; Zaehler <= 10; Zaehler++) 
{
   Zahl2 = Zahl2 + Zaehler;
}

Das Äquivalent als "WHILE"

int Zaehler;
     Zaehler = 1;                      // Anfangswerte
     while (Zaehler <= 10)             // Bedingung
     {
        Zahl2 = Zahl2 + Zaehler;
        Zaehler++;                    // Inkrement
     }

In diesem Beispiel wird Zahl2 in jedem Schleifendurchlauf um die Zählvariable Zaehler erhöht. Da Zaehler nacheinander die Werte von 1 bis 10 hat, ist in Zahl2 nach der Schleife die Summe der Zahlen 1 bis 10 gespeichert.

Erklärung: Zaehler=1 bedeutet, dass der Variablen Zaehler vor dem 1. Schleifendurchlauf der Wert 1 zugewiesen wird. Zaehler<=10 ist die Schleifenbedingung; ist sie FALSE, wird die Schleife beendet. Zaehler++ bedeutet, dass Zaehler nach jedem Durchlauf um 1 erhöht wird.

Ein- und Ausgabe

Bildschirm-Ausgabe

Bisher war das Tutorial trotz aller Beispiele reine Theorie. Sie konnten zwar Programme schreiben, aber die Funktion nicht testen. Hier lernen Sie nun, wie Sie etwas am Bildschirm ausgeben.

Die dazu notwendige Funktione heisst printf (das 'f' ist kein Fehler!). Diese Anweisung gibt die ihr übergebenen Parameter auf das Standard-AUsgabegerät aus, in der Regel also auf den Bildschirm. Sie kann beliebig viele Parameter übernehmen. Es müssen jedoch Standard-Datentypen (z.B. int, </tt>char</tt>, double...) sein!

#include <stdio.h>

int main (void)
{
    int zahl1 = 12;
    char zeichen1 = 'A';
    
    printf ("Das ist Text, und er wird als solcher ausgegeben. \n");
    printf ("Der Wert der Variablen 'zahl1' ist: %d \n", zahl1);
    printf ("Der Wert der Variablen 'zeichen1' ist: %c \n", zeichen1);
    printf ("Der Wert der Variablen 'zeichen1' ist: %d \n", zeichen1);
    
    return 0;
}

Der erste printf-Befehl gibt Text aus. Das Zeichen am Ende (\n) bedeutet "New Line", es bewegt den Cursor an den Anfang der nächsten Zeile.

Der zweite printf-Befehl gibt auch Text aus, am Ende befindet sich wieder das \n, um einen Zeilenvorschub zu erreichen. Das %d wird vom Compiler durch den ersten Parameter ersetzt, der nach dem Text angegeben wird. In diesem Fall wird %d also durch den Wert der Variablen zahl1 ersetzt. Das d im %d bedeutet "Dezimalzahl", der Computer gibt also eine ganze Zahl aus.

In der dritten Ausgabe wird ein Zeichen ausgegeben. Diesmal bedeutet %c "char" (Zeichen). Es wird also %c durch ein A ersetzt, denn die Variable zeichen1 wird als Character interpretiert.

Die letzte Ausgabe interpretiert den Inhalt von zeichen1 als Zahl, und gibt dager den ASCII-Wert von A, also 65 aus. Das ist ein typisches Beispiel für das mögliche unterschiedliche Interpretieren einer Variablen!

Tastatur-Eingabe

Um ein "gscheites" Programm schreiben zu können, muß man wissen, wie der Benutzer über die Tastatur Befehle eingeben kann. Die dafür notwendigen Funktionen stelle ich in diesem Kapitel vor. Die wichtigste Funktion ist scanf. Er liest Daten von der Tastatur. Die Syntax entspricht derer von printf:

int  zahl1;
char zeichen1;

printf ("Bitte geben Sie eine Zahl ein: ");
scanf  ("%d", &zahl1);
printf ("Geben Sie einen Zeichen ein: ");
scanf  ("%c", &zeichen1);

Das Programm gibt eine Eingabeaufforderung aus. Dann erwartet es vom Benutzer, daß er eine Zahl eingibt, die mit [ENTER] bestätigt wird. Dieser Wert wird in zahl1 abgespeichert. Danach erfolgt wiederum eine Aufforderung zur Eingabe, diesmal eines einzelnen Zeichens. Dieses kann man nun eingeben und ebenfalls mit [ENTER] bestätigen.

Macht man keine dem Datentyp der erwarteten Variable entsprechende Eingabe, dann bricht das Programm mit einer Fehlermeldung ab (wenn man z.B. "1_T2" eingibt, wenn eine Zahl erwartet wird)!

Das & vor den Parametern ist notwendig. Warum, das erfahren Sie im Kapitel "Unterprogramme". Für die Profis eine Kurz-Erklärung: Das Unterprogramm scanf bekommt zwar einen Wert übergeben, kann aber keinen zurückliefern ("call by value"). Daher wird kein Wert, sondern ein Zeiger auf eine Variable übergeben. Mit dem & Zeichen bekommen Sie die Adresse einer Variablen ("call by reference").

Allgemeines zu Unterprogrammen

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen eine Code-Folge, die mehrmals im Programm vorkommt, z.B. eine mathematische Formel. Anstatt dieses Codestück mehrmals zu schreiben (was Zeit beim Erstellen und Speicherplatz im ausführbaren Programm kostet), können Sie den Abschnitt in ein sogenanntes "Unterprogramm" schreiben. Dieses Unterprogramm können Sie dann von jeder Stelle ihre Hauptprogrammes aus aufrufen. Anders als in anderen Programmiersprachen gibt es in C keine generelle Unterscheidung zwischen Funktionen und Prozeduren. Trotzdem möchte ich kurz darauf eingehen:

Funktionen

Syntax: Rückgabe-Typ Name(Parameterliste);

Funktionen sind Unterprogramme, die am Ende der Ausführung einen Wert zurückliefern, wie z.B. getch. Paradebeispiele für die Anwendung einer Funktion sind jedoch mathematische Formeln:

#include <stdio.h>

int hoch2 (int param1)
{
  int zahl;
  zahl = param1 * param1;
  return zahl;
}

int main (void)
{
  int zahl1, ergebnis;
  
  printf ("Bitte Zahl eingeben: ");
  scanf  ("%d",&zahl1);
  
  ergebnis = hoch2 (zahl1);
  
  printf ("%d hoch 2 = %d\n",zahl1, ergebnis);
  printf ("5 hoch 2 = %d\n", hoch2(5));
  
  return 0;
}

Bemerkungen zum Programm: Ein Unterprogramm kann an jeder beliebigen Stelle innerhalb eines Programmes stehen, aber nur außerhalb von Blöcken. Siehe auch Prototypen. Geschachtelte-Unterprogramme sind in Standard-C nicht möglich. In der Deklaration der Funktion kommt zuerst der Rückgabe-Datentyp. Jede Funktion liefert einen Wert zurück, dieser Datentyp gibt den Typ der Variablen an. Danach folgt der Name der Funktion (case-sensitiv!). Dann kommt in Klammern die Parameter-Liste. Dabei handelt es sich um eine Liste von Parametern, die jeweils durch Typ und Name angegeben werden und mittels Komma voneinander getrennt werden. Im Block der Funktion können lokale Variablen definiert werden und alle Anweisungen ausgeführt werden. Am Ende der Funktion muß diese ordnungsgemäß beendet werden. Dies geschieht mittels der Anweisung return und dem Rückgabewert. Um eine Funktion aufzurufen (aus einem anderen Unterprogramm oder main), geben Sie folgendes an

variable = Funktion (Parameter);
Bei Variable muß es sich jedoch nicht unbedingt um eine von Ihnen deklarierte Variable handeln. Es kann z.B. auch der Parameter für ein weiteres Unterprogramm sein (wie im Beispiel, letzte Zeile). 

Die Einrückungen der Anweisungen innerhalb der Funktion nach rechts ist nicht notwendig, sie dient jedoch der Übersicht und ist sehr empfehlenswert.

Prozedur

Syntax: void Name (Parameterliste)

Eine Prozedur ist nichts anderes als eine Funktion mit dem speziellen Rückgabetyp void, der kennzeichnet, daß die Funktion keinen Wert zurückliefert. Sie ist daher prinzipiell gleich aufgebaut wie eine Funktion, bis auf die folgenden Unterschiede:

Als Rückgabe-Datentyp wird void angegeben. Einer Variablen kann daher nicht der Rückgabewert einer void-Funktion zugewiesen werden, da diese garkeinen Rückgabewert liefert.

#include <stdio.h>

void ausgeben (int param1)
{
  printf ("Der Wert der Variablen ist: %d\n", param1);
}

int main(void)
{
   int zahl1 = 4;
   
   ausgeben (23);
   ausgeben (zahl1);
   
   return 0;
}

Bemerkungen zum Programm: Durch den Befehl "ausgeben(23)" wird die Prozedur "ausgeben" mit dem Parameter 23 aufgerufen. param1 hat also den Wert 23. Die einzige Anweisung innerhalb der Prozedur ist printf, was nun ausgeführt wird. Der zweite Aufruf von ausgeben erfolgt mit dem Parameter zahl1, also wird param1 der Wert 4 zugewiesen. Dieser wird nun wieder mittels printf ausgeben.

Unterprogramme ohne Parameter Das ist ihnen sicherlich schon aufgefallen: Viele Unterprogramme, haben statt einer Parameterliste nur void stehen. Das void bedeutet "die Funktion erhält keine Parameter". "void main (void)" bedeutet also: "Erstelle ein Unterprogramm Namens main, das keinen Rückgabewert und keine Parameter hat".

Merke: Auch wenn eine Funktion keine Parameter hat, müssen Sie beim Aufruf trotzdem die Klammern angeben. Beispiel für eine parameterlose Funktion foo:

foo();

Prototypen

Wie oben erwähnt, kann ein Unterprogramm an jeder beliebigen Stelle im Programm stehen. Damit ist jedoch eine Bedingung verknüpft: Das Unterprogramm muß in der Datei oberhalb des ersten Aufrufes definiert worden sein. Wenn Sie ein Unterprogramm in Zeile 10 zum ersten mal aufrufen, müssen Sie die Deklaration davor erledigt haben. Verstanden? Um dies zu erreichen, gibt es zwei Möglichkeiten:

Entweder Sie schreiben alle Unterprogramme vor main in die Datei. Dies muß jedoch wiederum so geschehen, dass Funktionen zum Zeitpunkt ihres Aufrufes bereits bekannt sind! Wo dies nicht möglich ist (z.B. sich gegenseitig aufrufende Unterprogramme), oder wenn Sie das stört, müssen Sie Prototypen verwenden. Wie definiert man nun Prototypen? Sie kopieren einfach die erste Zeile des Unterprogrammes (z.B. "void ausgeben (int zahl)"), fügen einen Strichpunkt ;an und fügen es an einer geeigneten Stelle ein (so, dass alle Aufrufe später in der Datei kommen). Solche Definitionen stehen gewöhnlich am Anfang der Quelldatei oder in einer Header-Datei, die eingebunden wird.

#include <stdio.h>

void ausgeben (int zahl);  /* Der Prototyp */

int main (void)
{
   ausgeben (12);
   
   return 0;
}

void ausgeben (int zahl)   /* Die eigentliche Prozedur */
{
  printf ("Ausgabe: %d\n", zahl);
}

Parameterübergabe

Alle Werte, die an Prozeduren und Funktionen übergeben werden, werden grundsätzlich kopiert. Das hat folgende Auswirkungen:

1. Änderungen an einem Parameter in einer Funktion erscheinen nicht beim Aufrufer!
2. Möchte man, dass eine Funktion einen Wert trotzdem dauerhaft ändern soll, so muss die Adresse des Wertes via Zeiger übergeben werden.
3. Werden Strukturen übergeben, so wird von ihnen eine Kopie erstellt, was bei großen Strukturen viel Zeit und Arbeitsspeicher kostet. Deshalb wird häufig nur die Adresse von Strukturen übergeben, da die Adresse viel schneller und platzsparender als die Struktur selbst kopiert werden kann.

Beispiele:

void erhoehe (int x)
{
   x = x + 1;
}

int main (void)
{
   int a = 0;
   erhoehe(a);
   /* a ist immer noch 0 */
   
   return 0;
}

Beim Aufruf von erhoehe wird eine Kopie des Wertes von a (im Beispiel also 0) erstellt und der Prozedur als Parameter x übergeben. Dass dann die Prozedur erhoehe die Kopie verändert, hat keine Auswirkung auf das Original a im Hauptprogramm.

void erhoehe (int *x)
{
   /* erhöhe den Wert an der Adresse x um eins */
   *x = *x + 1;
}

int main(void)
{
   int a = 0;
   erhoehe (&a);
   /* a ist jetzt 1 */
   
   return 0;
}

Jetzt wird im Hauptprogramm mittels Adress-Operator & die Speicheradresse von a bestimmt. Dann wird eine Kopie der Adresse an das Unterprogramm erhoehe übergeben. Jetzt kennt das Unterprogramm die Adresse des Originals a und kann direkt mit dem Operator * auf den Wert an dieser Adresse zugreifen.

Besonderheit bei Feldern

Bei der Übergabe von Feldern gibt es eine Besonderheit. Schreibt man nämlich den Namen eines Feldes, so ist das nichts anderes als die Speicheradresse des ersten Elements. Bei der Übergabe eines Feldes wird also eine Kopie der Startadresse übergeben. Somit kann das Unterprogramm auf den Originaldaten arbeiten und diese verändern.

Beispiel:

void erhoehe (int x[])
{
   x[0] = x[0] + 1;
   x[1] = x[1] + 3;
   x[2] = x[2] + 5;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int a[] = {10, 20, 30};
  
  erhoehe (a);
  /* a hat jetzt folgenden Inhalt: 11, 23, 35 */
  
  return 0;
}

Dass die Übergabe einer Adresse erfolgt, sieht man an folgendem Beispiel, das von der Funktionsweise absolut identisch mit dem vorhergehenden ist:

/* Bei Parametern gibt es keinen Unterschied zwischen Zeiger und Feld */
   void erhoehe (int *x)
{
   x[0] = x[0] + 1;
   x[1] = x[1] + 3;
   x[2] = x[2] + 5;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int a[] = {10, 20, 30};
  
  erhoehe (a);

  /* a hat jetzt folgenden Inhalt: 11, 23, 35 */
}

Die Länge des Feldes wird nicht automatisch übergeben. Dafür ist ggf. ein zusätzlicher Parameter notwendig.

Besondere Datentypen

strcpy

Bei vielen Compilern können sie einem String nicht direkt einen Wert (Text) zuweisen. Dazu müssen Sie dann die Prozedur strcpy() benutzen. Diese erwartet als ersten Parameter den Namen einer String-Variablen (ohne eckige Klammern) und als zweiten Parameter den eines (anderen) Strings. Letzterer kann auch ein in doppelten Hochkommas (") eingeschlossener Text sein. Die Funktion fügt am Ende automatisch ein 0-Zeichen ein. Um diese Funktion nutzen zu können, müssen Sie die Datei string.h includieren!

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main (void)
{
  char stri1[21], eingabe[21];

  strcpy (stri1, "hallo");

  printf ("Der 1. String: %s\n", stri1);
  printf ("Bitte geben Sie maximal 20 Zeichen ein: ");
  scanf  ("%s", eingabe);
  strcpy (stri1, eingabe);
  printf ("\n%s = %s", stri1, eingabe);
  
  return 0;
}

Hinweis: Da ein String, wie jedes Feld, eigentlich ein Zeiger ist, brauchen Sie kein & bei scanf angeben!

Erklärung: Es werden zwei gleich große Strings definiert: stri1 und eingabe, mit je 20 "nutzbaren" Zeichen. In stri1 wird die Zeichenkette "hallo" hineinkopiert. Das 0-Zeichen am Ende wird automatisch angefügt. Der String wird ausgegeben. Als neues "Sonderzeichen" kommt %s ins Spiel. Es hat die gleiche Aufgabe wie %d oder %c, nur für Strings. Sie werden gebeten, eine String einzugeben. Dieser String wird danach in die Variable stri1 kopiert. Beide Strings, die ja nun die gleiche Zeichenkette enthalten, werden ausgegeben.

strlen

Die Funktion strlen, die als Parameter eine String-Variable erwartet, liefert die Länge diese Strings zurück. Sie werden jetzt vermutlich sagen: "Das ist doch klar, wie lang der String ist. Ich habe es ja bei der Deklaratin angegeben". Das stimmt schon, aber denken Sie noch einmal an die null-terminierten Strings. Das 0-Zeichen steht am Ende des Strings (am Ende der gültigen Zeichenfolge), aber nicht unbedingt am Ende des reservierten Speicherplatzes. Haben Sie eine Variable "char Variable[21];", und ihr den Wert "hallo" zugewiesen, dann steht das null-Zeichen in Variable[5]. Der "gültige" String ist also 5 Zeichen (0-4) lang. Und genau das (5) würde strlen zurück liefern.

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main (void)
{
  char stri[21];
  
  strcpy (stri, "hallo");
  printf ("Der String ist %d Zeichen lang", strlen (stri));
}

Diese Funktion wird vor allem gebraucht, wenn Sie direkt auf den String zugreifen, mittels stri[0], stri[1], etc.

Zeiger als Parameter

Wenn Sie ein Unterprogramm aufrufen, können Sie diesem Parameter übergeben, aber keine Werte zurückgekommen (außer den Funktionswert bei Funktionen). Dies hat einen guten Grund: beim Aufruf werden nicht die aufgerufenen Parameter benutzt, sondern es werden deren Werte in neue Variablen kopiert. Diese Variablen werden am Ende des Unterprogrammes "zerstört", ohne ihre Werte an die aufrufenden Parameter zu übergeben. Jede Veränderung eines Parameters hat daher keine Auswirkung auf den Parameter. Doch was ist, wenn Sie Parameter in Unterprogrammen verändern möchten? Ganz einfach, Sie verwenden Zeiger. Der Computer legt dann immer noch Kopien an. In dieser Kopie steht aber kein Wert, sondern die Adresse einer Varaiblen. Und auf diese können Sie dann zugreifen. Denken Sie nur an scanf - da übergeben Sie ja auch die Adresse einer Variablen ("&Variable").

#include <stdio.h>

void erhoehe (int *zeiger)
{
  *zeiger = *zeiger+1;
}

int main (void)
{
  int zahl;
  
  printf ("Zahl eingeben: ");
  scanf  ("%d", &zahl);
  erhoehe (&zahl);
  printf ("\nDie erhoehte Zahl lautet: %d\n", zahl);
  
  return 0;
}

Parameter von main

Das Unterprogramm "main" kann, wie jede andere Funktion, Parameter besitzen. Doch keine selbst gewählten, sondern nur bestimmte. Doch warum braucht main Parameter? Denken Sie einmal an alle Betriebssystembefehle: "dir *.exe", "copy *.* a:" oder "ls -la". All diese Befehle sind aus zwei Teilen aufgebaut: Befehl und Parameter. Und genau diese Parameter können Sie mit den main-Parametern abfragen.

int main (int argc, char *argv[], char* environ[])

Bei "argc" handelt es sich um eine normale int-Variable (engl. "argument count", "Parameter-Zähler"). In ihr steht die Anzahl der übergebenen Parameter. Die Parameter selbst folgen im zweiten Argument, das als Array von Strings übergeben wird. Das dritte Argument ist ein Array mit den Umgebungsvariablen. Seine Länge wird nicht explizit übergeben; nach dem letzten Element steht ein Null-String, also ein String der Länge 0. In dieser Array befindet sich auch der Inhalt der Umgebungsvariablen PATH, die den Suchpfad für ausführbare Programme enthält.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main (int argc, char *argv[], char * environ[])
{
  int i;

  printf ("Es wurden %d Parameter angegeben", argc);

  for (i=0; i < argc; i++) 
     printf ("Parameter %d: %s\n", i, argv[i]);

  for (i = 0; environ[i] != NULL; ++i) 
     printf ("environ[%d] = %s\n", i, environ[i]);
}

Erklärung

Bei der ersten Ausgabe wird ausgegeben, wie viele Parameter insgesammt angegeben wurden. Dabei gibt immer mindestens einen Parameter, nämlich argc[0]. Dort steht der Name der aufgerufenen Datei selbst. Außerdem ist das letzte gültige Feldelement – wie in C üblich – das Element <tt>argv[argc-1]. In der for-Schleife werden alle Parameter, inklusive ihrer Nummer, ausgegeben. Experimentieren Sie mit den Parametern, um das System zu vertehen!

Autoren

• Plasma
• Bernd

Quellen:

• Kernighan und Ritchie - Buch
• Christian Wirth , C Tutorial
• Prof. Dr. J. Dankert Ausführungen

Siehe auch

• avr-gcc
• Compiler
• WinAVR
• Fallstricke bei der C-Programmierung

Weblinks

• C-Tutorial Uni Bayreuth
• Skripte zum Selbststudium: C, C++, Java, etc
• Einführung in ANSI-C