Einführung in C: Praktisches Lern- und Arbeitsbuch für Programmieranfänger

309 Pages·2016·12.55 MB·German

by  Doina Logofătu (auth.)

Doina Logofătu
Einführung in C
Praktisches Lern- und Arbeitsbuch
für Programmieranfänger
2. Auflage
Einführung in C
Doina Logofătu
Einführung in C
Praktisches Lern- und Arbeitsbuch
für Programmieranfänger
2., überarbeitete Auflage 2016
Doina Logofa˘tu
Frankfurt am Main
Deutschland
Die erste Auflage des Buches erschien mit dem Titel „Eine praktische Einführung in C – Lern- und
Arbeitsbuch für Programmiereinsteiger“ 2008 bei entwickler.press.
ISBN 978-3-658-12921-7 ISBN 978-3-658-12922-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-658-12922-4
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The more you can dream, the more you can
do.
Michael Korda
Vorwort
Das vorliegende Buch ist als Lern- und Arbeitsbuch der C-Programmierung kon-
zipiert und versetzt Sie in die Lage, eine Vielzahl praktischer Probleme zu lösen.
DastheoretischeGerüstunddieVielfältigkeitdervorgestelltenThemenmachendas
BuchauchfürfortgeschritteneLeserinteressant.IchempfehleesSchülern,Studen-
ten,Programmierern,InformatiklehrernundallenInteressiertenfürdasindividuelle
Studium,alsArbeitsmaterialinderLehreoderalsNachschlagewerk.
Da C Basis für die modernen objektorientierten Sprachen C++, Java und C# und
außerdem flexibel und effizient ist, bin ich der Ansicht, dass sich die Program-
miersprache ausgezeichnet für Einsteiger eignet. Bevor Sie sich mit dem Thema
Objektorientierung befassen, sollten Sie sich algorithmisches, strukturiertes Den-
kenaneignenunddieBasiskonzepte(Algorithmenentwurf,Variablen,Modularität,
Speicherplatzmanipulation) beherrschen. Wenn Sie der Programmierung treu blei-
ben, werden Sie nahezu automatisch zu C++, Java oder C# gelangen, denn diese
SprachenbietenKonzeptewieDatenabstraktionodergenerischeProgrammierung.
Die 100 Probleme, die Sie mit vollständigen Lösungen im Buch finden, sind
unterschiedlich schwer. Zu jeder Problembeschreibung gehört ein repräsentatives
Eingabe- und Ausgabe-Datenset, mit dem Sie Ihre eigene Lösung überprüfen kön-
nen. Danach wird das Problem analysiert, dazu schlage ich eine mögliche Lösung
vor. Und schließlich finden Sie für diese Lösung das komplette C-Programm auf-
gelistet,bevorwiederIhrHirnschmalzbeidenverwandtenAufgabenundÜbungen
gefragt ist. Übungen gibt es auch am Ende jedes Kapitels, insgesamt über 330 im
Buch. Die Programme sind kompakt und vollständig, um eine gute Lesbarkeit zu
gewährleistenunddieC-Sprachezuvertiefen.Siesind,außerdasletzteProgramm
mitFraktalen(Kapitel10),mitderMicrosoftVisualC++2013kompiliertworden,
dieMicrosoftkostenloszurVerfügungstellt.
Entlang der zehn Kapitel lade ich Sie zu einer Reise an, die Sie mit der Sprache C
vertraut macht. Das erste Kapitel startet kurz und bündig mit den Grundelementen
von C und zahlreichen Beispielen. Die nächsten sechs Kapitel (2 bis 7) enthalten
vielegelösteProbleme(einfacheAnweisungen,Zeichenketten,Arrays,Strukturen,
Unionen, Zeiger, Bit-Operationen, Zeitfunktionen, Zufallszahlen), damit Sie sich
mit C und dem Lösungsentwurf für konkrete Aufgabenstellungen anfreunden kön-
nen. In den letzten drei Kapiteln (Kapitel 8 bis 10) befassen wir uns mit schwie-
rigeren Dingen: verketteten Listen, komplexeren Datenstrukturen und ihrer Verar-
vii
viii Vorwort
beitung, Fraktale. Ein Grund dafür ist auch, dass ich mir dadurch erhoffe, Sie mit
diesen interessanten Themen für die Programmierung begeistern zu können. Kapi-
tel 8 behandelt verkettete Strukturen (einfach und doppelt verkettete, kreisförmi-
ge,Hash-Tabellen,Kellerspeicher,Bäume).InKapitel9erstellenwireineumfang-
reiche Anwendung, die verkettete Listen nutzt, um die Wurzel k-ten Grades einer
großenZahlzuberechnen.WirimplementierendabeiallearithmetischenOperatio-
nen für solch große Zahlen. Die Applikation im letzten Kapitel zeichnet fraktale
Strukturen und macht u.a. von Bitoperatoren und graphischen Routinen Gebrauch.
Das Programm ist in Borland-C geschrieben, weil die graphische Bibliothek über-
schaubar und lehrreich ist. Sie können den grafischen Anteil mit einem anderen
ersetzen,umdieFraktalezuzeichnen.
“Einführung in C” enthält viele wichtige Konzepte aus der elementaren Daten-
verarbeitung, wie z. B. Suchen eines Elements, Sortieren, Löschen, Hinzufügen,
Operationen mit Dateien usw. Dazu werden auch verschiedene Datenstrukturen
vorgestellt: Strukturen, Bitfelder, Unionen, Arrays, Zeichenketten, Kellerspeicher,
Hash-Tabellen oder Binärbäume. Die oft verwendeten Zeichenkettenoperationen,
Bit-Operationen und Zeitfunktionen werden in mehreren ausgewählten Problem-
stellungen vorgestellt. Funktionen erstellen wir selbst, um klassische Aufgaben zu
lösen,undwirlernenauch,wiewirbestehendeFunktionenausdenHeader-Dateien
verwenden können (z. B. für Zeichenkettenoperationen, Zeit- und Zufallszahlen-
funktionen,SortierenoderSuchenineinemArray).
Für einen Programmierer ist Mathematik sehr wichtig. Die vielen Übungen und
BeispieleimBuchtragendazubei,mehreregrundlegendeKonzeptederMathema-
tik aufzufrischen, u.a. Teilbarkeit und Primalität natürlicher Zahlen, Rekurrenzen,
Reihen, Berechnung des Wertes π, Fibonacci-Zahlen, vollkommene und befreun-
deteZahlen,OperationenmitPolynomenundMatrizen,GoldbachscheVermutung,
Gleichungen,BrücheundMengen,Geometrie,SiebdesEratosthenes.
Die einzige Möglichkeit, eine Programmiersprache zu beherrschen, ist kontinuier-
liches Üben. Es ist wichtig, immer wieder selbständig verschiedene Aufgaben zu
lösenundProgrammezuentziffern,zuerweitern,damitzu“spielen”.DiesesBuch
bietet Ihnen dazu eine große Anzahl von oft auftretenden und vielschichtigen Pro-
grammieraufgabenan,diemeistendavonsindvollständiggelöstundmitErklärun-
genzurSpracheC,MathematikundAlgorithmikversehen.
AbundzufindenSiealsBelohnungfürIhrenFleißzwischenzweiKapitelnBilder
wie“HofdesKönigspalastesinMadrid”,“WinterlandschaftinSaalbach”,“Wellen-
surferinMünchen”oder“GarteninAlhambra”.
VielVergnügenbeimLesenundspannendesLernen!
FrankfurtamMain,Mai2016 DoinaLogofa˘tu
Danksagung
MeinherzlicherDankgebührtallen,diemeineBücher(“AlgorithmenundProblem-
lösungen mit C++”, “Grundlegende Algorithmen mit Java”, “Eine praktische Ein-
führung in C”) positiv aufgenommen haben. Professoren, Studenten und Program-
mierer, die mir geschrieben haben, haben mich darin bestärkt, neue Buchprojekte,
insbesonderedieses,anzugehenundzuverwirklichen.
MeinbesondererDankgebührtdemSpringerViewegVerlag(insbesonderemeinen
LektorinnenSybilleThelenundSabineKathke).IchbinsehrdankbarfürdieUnter-
stützung, die ich immer erfahren habe, für die professionelle Zusammenarbeit und
fürdieGeduld,mitderaufmeinManuskriptgewartetwurde.
Ichdankeauchallen,diedieFertigstellungdesBuchesermöglichthaben.
FrankfurtamMain,Mai2016 DoinaLogofa˘tu
ix
Inhaltsverzeichnis
1 DieProgrammierspracheCimÜberblick......................... 1
1.1 KurzerhistorischerAbriss ................................... 1
1.2 GrundlegendeKonzepte ..................................... 2
1.2.1 ZeichenvorratvonC.................................. 2
1.2.2 Ausdrücke .......................................... 6
1.2.3 AufbauderC-Programme ............................. 8
1.2.4 Anweisungen ....................................... 10
1.2.5 Standardeingabe/-ausgabe............................. 14
1.2.6 Dateienoperationen .................................. 16
1.2.7 NeueDatentypen:struct,enum,union ................. 18
1.2.8 MehrüberArrays .................................... 21
1.2.9 Zeiger,sizeof,dynamischeSpeicherreservierung ........ 23
1.3 11gelösteProblemeinC .................................... 32
1.3.1 Problem1 .......................................... 32
1.3.2 Problem2 .......................................... 33
1.3.3 Problem3 .......................................... 33
1.3.4 Problem4 .......................................... 35
1.3.5 Problem5 .......................................... 36
1.3.6 Problem6 .......................................... 38
1.3.7 Problem7 .......................................... 39
1.3.8 Problem8 .......................................... 41
1.3.9 Problem9 .......................................... 43
1.3.10 Problem10 ......................................... 43
1.3.11 Problem11 ......................................... 44
1.4 Aufgaben ................................................. 49
2 ElementareOperationen ........................................ 53
2.1 TeilbarkeitdurchSubtraktionen............................... 53
2.2 EuklidischerAlgorithmus.................................... 54
2.3 EinfacherPrimalitätstest..................................... 56
2.4 DerPunktmitdemkürzestenAbstand ......................... 57
xi
xii Inhaltsverzeichnis
2.5 GrößedesSpeicherplatzes ................................... 60
2.6 GoldenerSchnitt ........................................... 61
2.7 PositioneinesPunktesimKreis............................... 63
2.8 DasarithmetischeMittel..................................... 65
2.9 LineareRekurrenz.......................................... 66
2.10 SynonymeFunktionmitatol().............................. 67
2.11 InformationenüberZeichen.................................. 69
2.12 PalindromundQuersumme .................................. 70
2.13 UnendlicheWurzel ......................................... 71
2.14 ReihemitdemWertπ....................................... 72
2.15 DerbedingteAusdruck?:.................................... 78
2.16 BesonderePaare ........................................... 79
2.17 DieFarey-Reihe............................................ 81
2.18 GemeinsameTeiler ......................................... 83
2.19 ZahlenumwandlunginsDezimalsystem ........................ 84
2.20 FormatierungdernatürlichenZahlen .......................... 85
2.21 VollkommeneZahlen ....................................... 86
2.22 BefreundeteZahlen......................................... 87
2.23 SummederdrittenPotenzen ................................. 89
2.24 ASCII-Codes .............................................. 90
2.25 Aufgaben ................................................. 91
3 ArraysundZeiger ............................................. 95
3.1 KleinstesElementeinerFolge ................................ 95
3.2 BubbleSort ............................................... 97
3.3 AbleitungeinesPolynoms ................................... 99
3.4 BestimmungdergrößerenZahlen .............................101
3.5 ProdukteinesPolynomsmit(X-a) ............................102
3.6 ProduktzweierMatrizen ....................................104
3.7 DieGoldbachscheVermutung ................................107
3.8 NachbarnmitDifferenz1....................................109
3.9 LösenvonGleichungenzweitenGrades........................111
3.10 SucheneinesWertesimeindimensionalenArray ................113
3.11 SortierenderSpalteneinerMatrix.............................115
3.12 SymmetrischeElementeinquadratischerMatrix ................117
3.13 ZeigerzumDurchlaufeneinesArrays..........................119
3.14 AdresseninArrays .........................................120
3.15 VertauschenderBytes.......................................121
3.16 ArrayvonFunktionszeigern..................................123
3.17 SattelpunktederMatrix .....................................124
3.18 Aufgaben .................................................126