Inhaltsverzeichnis

Vorwort
Inhalt
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 #include – Anweisung	26
3.7.2 Die #define – Anweisung	27
3.7.3 Makros	27
3.7.4 Vordeﬁnierte Präprozessorkonstanten	29
3.7.5 Die #if – 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
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 zirkularen 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
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 für 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 Fläche eines Kreises	64
6.8.2 Lösen 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 Formatierungsmöglichkeiten	71
7.1.7 Probleme mit printf	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 Fläche eines Kreises	76
7.4.2 Fehlersuche	76
8 Ausdrücke	77
8.1 Allgemeines	77
8.2 Reihenfolge der Auswertung	78
8.2.1 Prioritäten	78
8.2.2 Assoziativitäten	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 Abkürzungen	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 Der Operator ,	94
8.3.5 Der Operator ? :	95
8.4 Abstände	95
8.5 Beispiele	96
8.5.1 Teilbarkeit einer Zahl	96
8.5.2 Übungen zu logischen Ausdrücken	96
8.5.3 Berechnung der Signum-Funktion	97
8.5.4 Berechnung des Schaltjahres	97
9 Selektionen	99
9.1 Die if – Anweisung	99
9.2 Die switch – Anweisung	103
9.3 Beispiele	104
9.3.1 Lösen quadratischer Gleichungen	104
9.3.2 Berechnung der Einkommensteuer	105
9.3.3 Ein Menü	107
9.3.4 Osterregel nach Gauß	107
10 Iterationen	109
10.1 Die for - Anweisung	109
10.2 Die while - Anweisung	111
10.3 Die do - while - Anweisung	112
10.4 Besonderheiten der for - Anweisung	113
10.4.1 Weglassen von Ausdrücken	113
10.4.2 Mehrere Zähler	115
10.5 Die break - Anweisung	115
10.6 Die continue - Anweisung	116
10.7 Schachteln von Schleifen	117
10.8 Beispiele	118
10.8.1 Ein Kalender	118
10.8.2 Der Euklidische Algorithmus	121
10.8.3 Die ASCII-Tabelle	122
10.8.4 Gerade und ungerade Zahlen	123
10.8.5 Der Weihnachtsbaum	123
10.8.6 Ein Menü	127
10.8.7 Ein Zahlenratespiel	128
11 Funktionen	131
11.1 Deﬁnition einer Funktion	131
11.1.1 Namen von Funktionen	131
11.1.2 Parameter	132
11.1.3 Rückgabewerte	133
11.1.4 Der Rückgabewert der Funktion main	134
11.1.5 Ablauf eines Funktionsaufrufes	135
11.2 Deklaration einer Funktion	137
11.2.1 Externe Funktionen	140
11.2.2 Statische Funktionen	140
11.3 Beispiele	140
11.3.1 Leeren des Eingabepuffers	140
11.3.2 Kalender für ein Jahr	141
11.3.3 Einfacher Taschenrechner	148
12 Speicherklassen	151
12.1 Lokale Variablen	151
12.1.1 Die Blockstruktur von C	151
12.1.2 Variablen der Speicherklasse auto	153
12.1.3 Variablen der Speicherklasse register	153
12.1.4 Variablen der Speicherklasse static	154
12.2 Globale Variablen	154
12.2.1 Variablen der Speicherklasse extern	155
12.2.2 Variablen der Speicherklasse static	156
12.3 Übersicht über alle Speicherklassen in C	156
13 Felder	159
13.1 Eindimensionale Felder	159
13.2 Mehrdimensionale Felder	161
13.3 Initialisierung von Feldern	163
13.4 Konstante Felder	165
13.5 Felder als Parameter	165
13.6 Einfache Sortierverfahren	166
13.6.1 Minimum-Suche	166
13.6.2 Bubble Sort	168
13.7 Einfache Suchverfahren	169
13.7.1 Sequenzielles Suchen	169
13.7.2 Binäres Suchen	170
13.8 Beispiele	171
13.8.1 Multiplikation von Matrizen	171
13.8.2 Berechnung der Einkommensteuer – verbesserte Variante	173
13.8.3 Kopieren von Feldern	174
14 Zeiger	175
14.1 Allgemeines	175
14.2 Zeiger als Parameter	179
14.3 Die „Dualität“ von Zeigern und Feldern	180
14.4 Zeigerarithmetik	182
14.5 Komplexere Fälle: Felder von Zeigern, Zeiger auf Zeiger	183
14.6 Konstante Zeiger	187
14.7 Zeiger auf Funktionen	188
14.7.1 Adressen von Funktionen	188
14.7.2 Deﬁnition	188
14.7.3 Verwendung	189
14.7.4 Typdeﬁnitionen mit typedef	190
14.8 Beispiele	191
14.8.1 Inkrement-Funktion	191
14.8.2 Lösen quadratischer Gleichungen – verbesserte Variante	192
15 Zeichenketten	195
15.1 Literale	195
15.2 Zeichenketten in C	196
15.3 Datentyp	197
15.4 Initialisierung von Zeichenketten	198
15.5 Elementare Funktionen für Zeichenketten	199
15.6 Felder von Zeigern auf Zeichenketten	201
15.7 Argumente der Funktion main	203
15.8 Beispiele	204
15.8.1 Vorzeitiges Ende einer Zeichenkette	204
15.8.2 Die Funktion strcpy	204
15.8.3 Die Funktion strlen	206
15.8.4 Die Funktion strcmp	206
15.8.5 Die Funktion atol	207
15.8.6 Kalender für ein Jahr – verbesserte Variante	208
15.8.7 Sortieren von Zeichenketten	209
15.8.8 Einfaches Verschlüsseln nach Julius Cäsar	210
16 Abgeleitete Datentypen	211
16.1 Richtlinien	211
16.2 Strukturen	212
16.2.1 Einfache Strukturen	213
16.2.2 Funktionen und Strukturen	216
16.2.3 Zeiger auf Strukturen	217
16.2.4 Felder von Strukturen	218
16.2.5 Bitfelder	221
16.3 Aufzählungen	222
16.4 Variante Strukturen	224
16.5 Rekursive Strukturen	228
16.6 Deklaration von abgeleiteten Datentypen	228
16.7 Typdeﬁnition mit typedef	230
16.8 Beispiele	231
16.8.1 Ein Menü	231
16.8.2 Eine Adressverwaltung	233
17 Dateien	239
17.1 Datenströme	239
17.2 Öffnen und Schließen von Datenströmen	240
17.3 Ein- und Ausgabe	243
17.4 Beispiele	245
17.4.1 Kopieren von Dateien	245
17.4.2 Ausgeben von Dateien	246
17.4.3 Eine Adressverwaltung – verbesserte Variante	246
18 Rekursive Funktionen	253
18.1 Rekursive Algorithmen	253
18.2 Rekursive Funktionen in C	254
18.3 Beispiele	256
18.3.1 Binäres Suchen	256
18.3.2 Quicksort	257
19 Datenstrukturen	261
19.1 Datenstrukturen und abstrakte Datenstrukturen	261
19.2 Listen	262
19.2.1 Eigenschaften und Terminologie	262
19.2.2 Methoden und Implementierung	263
19.2.2.1 Einfügen eines neuen Elementes	265
19.2.2.2 Entfernen eines Elementes	267
19.2.3 Weitere Arten von Listen	269
19.3 Stapel und Schlangen	270
19.3.1 Stapel	270
19.3.2 Schlangen	271
19.3.3 Zirkularpuffer	271
19.4 Baum-Strukturen	272
19.4.1 Eigenschaften und Terminologie	272
19.4.2 Binäre Bäume	274
19.4.3 Binäre Suchbäume	276
19.4.4 Methoden	277
19.4.4.1 Traversieren von Bäumen	277
19.4.4.2 Suchen eines Elementes in einem binären Suchbaum	278
19.4.4.3 Einfügen eines neuen Elementes in einen binären Suchbaum	279
19.4.4.4 Löschen eines Elementes in einem binären Suchbaum	279
19.5 Heap-Strukturen	283
19.5.1 Eigenschaften	283
19.5.2 Methoden	284
19.5.2.1 Die Methode UpHeap	284
19.5.2.2 Die Methode DownHeap	285
19.5.2.3 Entfernen von Elementen	286
19.5.2.4 Aufbau eines Heaps durch Einfügen von Elementen	287
19.5.2.5 Aufbau eines Heaps in einem Feld	287
19.5.2.6 Sortieren mit Heaps	287
19.6 Hash-Strukturen	289
19.6.1 Hash-Funktion	293
19.6.2 Getrennte Verkettung	294
19.6.3 Eigenschaften	296
19.7 Vergleich der Datenstrukturen	296
20 Dynamischer Speicher	299
20.1 Aufgaben der Speicherverwaltung	299
20.2 Anfordern von Speicher	300
20.3 Verändern der Größe von Speicherblöcken	303
20.4 Freigeben von Speicher	304
20.5 Typische Fehler	304
20.5.1 Kein Speicher mehr frei	305
20.5.2 Freigabe mit einer falschen Adresse	305
20.5.3 Freigabe eines bereits freigegebenen Speichers	305
20.5.4 Freigabe eines Feldes	306
20.5.5 Freigabe einer Variable	306
20.5.6 Freigabe eines nicht initialisierten Zeigers	306
20.5.7 Zugriff auf einen ungültigen Speicher	306
20.5.8 Zugriff auf bereits freigegebenen Speicher	307
20.5.9 Zugriff mit falschen Indizes	307
20.5.10 Zugriff auf nicht initialisierten Speicher	307
20.5.11 Verlust des Speichers durch Überschreiben des Zeigers	308
20.5.12 Verlust des Speichers durch Verlust des Zeigers	308
20.5.13 Verlust des Speichers durch Rücksprung	309
20.5.14 Verlust des Speichers bei Rückgabe	309
20.5.15 Zu große Speicherblöcke	310
21 Numerik	311
21.1 Fehlerarten	311
21.1.1 Modellfehler	311
21.1.2 Datenfehler	311
21.1.3 Verfahrensfehler	312
21.1.4 Rundungsfehler	312
21.2 Mathematische Grundbegriffe	312
21.2.1 Relativer Fehler	313
21.2.2 Kondition	313
21.3 Sehr kleine und sehr große Zahlen	315
21.3.1 Ganze Zahlen	315
21.3.2 Punktzahlen	315
21.3.3 Summation von Punktzahlen	316
21.4 Auslöschung	318
22 Fehlerbehandlung	319
22.1 Behandlung von Fehlern im Programm	322
22.1.1 Fehlercodes	322
22.1.2 Fehlerweitergabe	324
22.2 Fehlerbehandlung mit Funktionen der Standard-Bibliothek	325
22.2.1 Die Fehlervariable errno	325
22.2.2 Fehlerausgabe	326
22.2.3 Programmende mit exit	327
22.2.4 Die Funktion atexit	327
22.2.5 Die Funktion assert	327
22.3 Signalbehandlung	328
22.3.1 Deﬁnition von Signalbehandlungsfunktionen	329
22.3.2 Abbruch mit abort	330
23 Ein exemplarisches Software-Projekt	331
23.1 Die Speziﬁkation	331
23.2 Präzisierung der Speziﬁkation	332
23.3 Bibliotheken	333
23.3.1 Wahl der Bibliothek	334
23.3.2 Verwendung von Bibliotheken	334
23.4 Realisierungsmöglichkeiten	335
23.4.1 Ansatz mit rekursiven Funktionen	336
23.4.2 Der Syntaxbaum	337
23.4.3 Der Auswertungsstapel	338
23.5 Entwurf	339
23.5.1 Beschreibung der Funktionen	339
23.5.2 Fehlerbehandlung	340
23.6 Implementierung des virtuellen Taschenrechners für den Textmodus	340
23.6.1 Das Modul main.o	341
23.6.2 Das Modul berechnung.o	343
23.6.3 Das Modul stapel.o	346
23.6.4 Das Modul eingabe.o	349
23.6.5 Die graﬁsche Benutzeroberﬂäche	351
Literaturverzeichnis	353