C unter UNIX: Eine grundlegende Einführung für Programmierer Unter Berücksichtigung des ANSI-Standards

511 Pages·1992·26.64 MB·German

by  Klaus Kannemann M. Sc. (auth.)

Klaus Kannemann, M. Sc.
C unter UNIX
P rog rammierbücher
~-- für den anspruchsvollen Leser
Microsoft C-Programmierhandbuch
Ein Microsoft PressNieweg-Buch von K. Jamsa
Grafikprogrammierung mit C
Ein Microsoft PressNieweg-Buch von K. Jamsa
Die Microsoft Programmer's Workbench
Arbeiten mit dem Microsoft C/C++ PDS 7.0
von Thomas Kregeloh
Das Vieweg Buch zu Borland C++ 3.0
von Axel Kotulla
Objektorientiert mit Turbo C++
von Martin Aupperle
Das Vieweg-Buch zu C++ Version 3
von F. Bause und W. Tölle
UNIX- Das Betriebssystem und die Shells
Eine grundlegende Einführung
von K. Kannemann, M. Sc.
C unter UNIX
Eine grundlegende Einführung für Programmierer
Unter Berücksichtigung des ANS I-Standards
von K. Kannemann, M. Sc.
Referenzhandbuch Standard C
Für den ANSI-und ISO-Standard
Ein Microsoft PressNieweg-Buch
von P.J. Plauger und J. Brodie
Verteilte Systeme unter UNIX
von W . Brecht
Die Vieweg C++ Toolbox
von M. Rebentisch
Vieweg --------------------
Klaus Kannemann, M. Sc.
C
unter UNIX
Eine grundlegende Einführung
für Programmierer
Unter Berücksichtigung des ANS I-Standards
IJ
Vleweg
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufuahme
Kannemann, Klaus:
C unter UNIX : eine grundlegende Einfiihrung rur
Programmierer; unter Berücksichtigung des ANSI-Standards /
Klaus Kannemann. -Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1992
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1992
Softcover reprint ofthe hardcover I st edition 1992
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ISBN-13: 978-3-322-83056-2 e-ISBN-13: 978-3-322-83055-5
DOI: 10.1007/978-3-322-83055-5
v
Vorwort
Das Buch richtet sich einerseits an Programmierer und System-Analytiker,
die bisher hauptsächlich mit herkömmlichen Hochsprachen wie COBOL
und FORTRAN befaßt waren und sich nun auf den Übergang zur Program
miersprache C unter UNIX vorbereiten wollen. Andererseits sollen aber
auch Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler, darunter Chemiker,
Physiker, Mathematiker und Statistiker, angesprochen werden, die aus
persönlichem Interesse oder beruflicher Notwendigkeit einen intellektuell
angemessenen Einstieg in das Programmieren suchen, ohne dabei das
Risiko eingehen zu wollen, kostbare Zeit und Energien an obskure oder
potentiell obsolete Programmiersprachen oder -systeme zu verwenden.
Erfahrene C-Programmierer aus der PC-Welt mögen zahlreiche Einzel
heiten und gewisse Aspekte der C-Programmierung unter UNIX von
Interesse finden. Die Darstellung der C-Sprache erfolgt selbstverständlich
unter gründlicher Berücksichtigung des ANSI-Standards.
In der Tat ist die Beherrschung der Programmiersprache C unter dem
Betriebssystem UNIX eine sehr sichere und zukunftsträchtige Anlage des
beträchtlichen persönlichen Einsatzes an Zeit und Anstrengung, den der
Einstieg in die Materie fordert. C und UNIX vervollständigen, ja poten
zieren sich gegenseitig zu einer Technologie-Plattform, deren Anwen
dungsmöglichkeiten alles Herkömmliche übertreffen und deren Aktualität,
Omnipräsenz und Beständigkeit weit in das nächste Millenium gesichen
sind. Zu diesen, im wesentlichen techno-pragmatischen Beweggründen
mag sich noch die intellektuelle Herausforderung gesellen, an dieser
rasanten Entwicklung doch irgendwie teilnehmen zu können, dabei zu sein,
nicht abseits stehen zu bleiben.
Zwei Vorgaben liegen diesem Buch zugrunde. Erstens sollte dem Leser ein
intellektuell angemessener Einstieg durch mitdenkendes Lesen und
nachdenkendes Verstehen ermöglicht werden, anstelle ihn zum Nachahmen
von mehr oder weniger künstlichen und langatmigen Programmvorlagen
einzuladen, die zumeist doch nur an der realen Praxis vorbeigehen. Die
Programmbeispiele in diesem Buch sind dementsprechend kurz gehalten,
um die Aufmerksamkeit des Lesers an das Wesentliche zu fesseln.
Zweitens sollte die C-Sprache das zentrale Thema darstellen, und nicht als
Substrat für andere Theorien, Dogmen oder sonstige weitreichende
Ambitionen dienen. Diesem disziplinarischen Vorsatz liegt die mechani
stische und formale Betrachtungsweise des applied systems engineering
zugrunde. dessen Konzepte und Begriffskategorien sich durch subjektbe
zogene Sachlichkeit und Präzision auszeichnen.
VI Vorwort
Damit entstand zugleich die Aufgabe der Umsetzung dieser Konzepte und
Begriffskategorien in eine kohärente und in sich konsistente sprachliche
Darstellung. Die damit verbundene techno-literarische Herausforderung
wurde dabei gewissermaßen zur Inspiration.
Das vorliegende Buch stellt das Kondensat vieler Erfahrungsjahre in der C
Programmierung unter UNIX dar, von denen der rein persönliche Anteil
des Autors jedoch nur einen Bruchteil ausmachen kann. Den Hauptanteil
stellt der Erfahrungsschatz, den der Autor als Prüfer und Revisor von zahl
losen C-Programmen sammeln und integrieren konnte. In der nostalgi
schen Erinnerung an jene, von dieser dankbaren Aufgabe erfüllten Jahre,
verbleiben alle jene Programmierer, die in den vielen joint code readings
freimütig Rede und Antwort standen, warum man dies eben so, und jenes
genau anders gemacht habe. Die daraus resultierenden Erkenntnisse und
Schlußfolgerungen hinsichtlich der intellektuellen Bewältigung von
Programmiersprachen und der dabei entstehenden sprachlichen Kommuni
kationsprobleme haben dieses Buch denn auch geprägt.
Mit Hingabe und Ausdauer waren auch diesmal wieder dabei: Frau A.
Kumbartzky, Textgestaltung und -überprüfung sowie Erstellung der
Sachverzeichnisse; Frank Kannemann, Auswahl und Vertiefung von
Beispielen sowie die Verifikation technischer Einzelheiten; Thomas
Kannemann, thematische Aufgliederung. Ihnen gilt mein besonderer Dank.
Vanier, Canada
August 1992 K. K.
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Vorbereitung ............................................................ 1
1.1 Grundlegende Betrachtungen .......................................................... 1
1.2.1 Programmierung ............................................................................ 2
1.1.2 Betriebssysteme und Benutzerprogramme .................................... 3
1.1.3 Kategorien von Programmiersprachen .......................................... 4
1.2 Die Programmiersprache C ............................................................. 8
1.3 Hinweise zur Dokumentation ........................................................ 12
1.4 Formale Schreibweise der C-Syntax ............................................. 15
2 Die C-Programmierumgebung. ........................................................ 17
2.1 Die UNIX-Shells ........................................................................... 17
2.2 Quelldateien .................................................................................. 19
2.3 Befehle und Anweisungen zur Arbeitsumgebung ......................... 21
2.4 Quellkode-Verarbeitung ................................................................ 26
2.4.1 Quellkode-Formatierung ............................................................. 27
2.4.2 Erzeugung von Querverweisen .................................................... 28
2.4.3 Darstellung von Aufrufverschachtelungen .................................. 29
2.4.4 Weitere Hilfseinrichtungen ......................................................... 30
2.5 Verwaltung von Quelldateien. ....................................................... 36
3 Quellkode-Aufbereitung .................................................................. 42
3.1 Der C-Präprozessor ....................................................................... 43
3.2 Lexikalische Aufbereitung ............................................................ 45
3.2.1 Kommentare ................................................................................ 45
3.2.2 Zeilenfortsetzung ......................................................................... 46
3.2.3 Die ANSI-Trigraph-Folgen ......................................................... 47
3.2.4 Die ANSI-Makros ....................................................................... 48
3.2.5 Lexikalische Substititonsregeln ................................................... 48
3.3 Aufbereitungsanweisungen ........................................................... 49
3.4 Symbolische Substitutionen .......................................................... 51
3.5 Makro-Definitionen ....................................................................... 54
3.6 Bedingte Inklusion von Kode-Segmenten ..................................... 60
3.7 Einbinden von Zusatzdateien ........................................................ 66
VIII Grundlagen der C-Programmierung unter UNIX
4 Die C-Prograrnmstruktur ................................................................. 69
4.1 Die lexikalische Ebene .................................................................. 70
4.2 Die syntaktischen Elemente .......................................................... 71
4.2.1 Schlüsselworte ............................................................................. 71
4.2.2 Bezeichner ................................................................................... 72
4.2.3 Generische Konstante .................................................................. 73
4.2.4 Operatoren und Begrenzer ........................................................... 81
4.2.5 Kommentare ................................................................................ 81
4.3 Ausdrücke ...................................................................................... 82
4.4 Einfache Statements ...................................................................... 84
4.5 Struktur-Einheiten höherer Ordnung ............................................. 86
4.5.1 Block-Statements ......................................................................... 86
4.5.2 Funktionsblöcke .......................................................................... 88
4.5.3 Quellkode-Module ....................................................................... 89
5 Datenobjekte .................................................................................... 90
5.1 Definitionen und Deklarationen .................................................... 92
5.2 Speicherklassen ............................................................................. 95
5.2.1 Der Geltungsbereich von Bezeichnern ........................................ 96
5.2.2 Vorbelegung und Beständigkeit .................................................. 99
5.2.3 Register-Variable ....................................................................... 103
5.3 Die primitiven Objekttypen ......................................................... 105
5.3.1 Die Integral-Typen .................................................................... 106
5.3.2 Die Gleitpunkt-Typen ................................................................ 112
5.3.3 Enumerierte Nominalvariable ................................................... 117
5.3.4 ANS 1-Typen .............................................................................. 119
5.4 Zeiger ......................................................................................... 120
5.4.1 Primäre Zeiger ........................................................................... 121
5.4.2 Zeiger höherer Ordnung ............................................................ 125
5.5 Homogene Aggregate .................................................................. 126
5.5.1 Singletone und Skalare .............................................................. 126
5.5.2 Arrays ........................................................................................ 127
5.5.3 Arrays und Zeiger ...................................................................... 137
5.6 Heterogene Aggregate ................................................................. 149
5.6.1 Strukturen .................................................................................. 149
5.6.2 Überlagerungen ......................................................................... 173
5.7 Typungsvereinbarungen .............................................................. 181
Inhaltsverzeichnis IX
5.8 Dynamische Speicherverwaltung ................................................ 185
5.8.1 Anlegen von Speicherbereichen ................................................ 186
5.8.2 Modifizieren und Freisetzen ...................................................... 189
5.8.3 Unterschiede zum traditionellen Standard. ................................ 191
6 Die Auswertung von Ausdrücken. ................................................. 192
6.1 Primitive Operationen ................................................................. 192
6.1.1 Primitive Operatoren ................................................................. 193
6.1.2 Die Auswertung primitiver Operationen ................................... 196
6.2 Typung und Anung von Ausdrücken .......................................... 199
6.2.1 L-Werte und R-Werte ................................................................ 199
6.2.2 Artungsanpassung ...................................................................... 200
6.2.3 Typungsanpassung .................................................................... 203
6.3 Objektbezogene Postfix- und Präfix-Operationen ...................... 204
6.3.1 Postfix-Ausdrücke ..................................................................... 204
6.3.2 Inkrementation und Dekrementation in situ .............................. 209
6.4 Arithmetische Operationen ......................................................... 213
6.4.1 Multiplikative Arithmetik .......................................................... 216
6.4.2 Additive Arithmetik. .................................................................. 218
6.5 Bit-bezogene Operationen ........................................................... 220
6.5.1 Die unären Bit-Operatoren ........................................................ 220
6.5.2 Die binären Bit-Operatoren ....................................................... 222
6.6 Logische Operationen ................................................................. 226
6.6.1 Relationale Operationen ............................................................ 227
6.6.2 Bool'sche Operationen .............................................................. 229
6.7 Zuweisungsausdrücke ................................................................. 232
6.7.1 Unmittelbare Wertzuweisungen ................................................ 232
6.7.2 Dyadische Zuweisungsoperatoren ............................................. 234
6.8 Bedingte und geriChtete Auswertung .......................................... 235
6.8.1 Bedingte Auswertung ................................................................ 235
6.8.2 Gerichtete Ausdrucksfolgen ...................................................... 237
6.9 Zeigerausdrücke .......................................................................... 239
6.9.1 Zeiger-Arithmetik ...................................................................... 239
6.9.2 Anwendung auf Arrays .............................................................. 241
6.9.3 Die Aufteilung von Speicherbereichen ..................................... 246
x
Grundlagen der C-Programmierung unter UNIX
7 Prozeßbezogene Ablaufsteuerung ................................................. 249
7.1 Synchrone Ablaufsteuerung ........................................................ 251
7.1.1 Bedingungsfreie Ablaufsteuerung ............................................. 251
7.1.2 Bedingungsgebundene Ablaufsteuerung ................................... 258
7 .1.3 G~richtete Ablaufsteuerung ....................................................... 271
7.2 Asynchrone Ablaufsteuerung ...................................................... 285
7.2.1 Ereignisse und Signale .............................................................. 286
7.2.2 Aktionsfunktionen ..................................................................... 293
7.2.3 Signalerzeugung in Prozessen ................................................... 304
7 .2.4 Kernel-Signale ........................................................................... 310
8 Funktionen in C ............................................................................. 314
8.1 Benutzerprogrammierte Funktionen ........................................... 316
8.1.1 Die Funktionsdeklaration .......................................................... 317
8.1.2 Die Funktionsdefinition ............................................................ 321
8.1.3 Argumente und Rückgabewerte ................................................ 327
8.1.4 Funktionszeiger ......................................................................... 343
8.1.5 Das Hauptprogramm ................................................................. 348
8.2 System-und Bibliotheksfunktionen ............................................ 354
8.2.1 Systemfunktionen ...................................................................... 355
8.2.2 Bibliotheksfunktionen ............................................................... 359
8.3 Die Verwaltung von Funktionen ................................................. 362
8.3.1 Kompilieren und Linken. ........................................................... 362
8.3.2 Objektmodule ............................................................................ 366
8.3.3 Link-Bibliotheken. ..................................................................... 369
9 Eingabe und Ausgabe .................................................................... 373
9.1 EtA-Objekte ................................................................................ 375
9.2 Objektzugriff und -verwaltung .................................................... 376
9.3 Unmittelbare, maschinennahe Byte-EtA ..................................... 385
9.3.1 Der grundlegende sequentielle Ansatz ...................................... 388
9.3.2 Objekt-orientierte Eingabe und Ausgabe .................................. 393
9.3.3 Höhere Zugriffsmethoden ......................................................... 396
9.3.4 Datenströme auf der Shell-Ebene .............................................. 403
9.3.5 Datenkanäle ............................................................................... 409
9.4 Mittelbare, gepufferte EtA .......................................................... 416
9.4.1 Byte-und objekt-orientierte E/A ............................................... 419
9.4.2 Steuer-und Hilfsfunktionen ...................................................... 424
9.4.3 Zeichen-und Zeichenketten-E/A .............................................. 429
9.4.4 Formatierte Eingabe und Ausgabe ............................................ 434