Table Of ContentXpert.press
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Die Reihe Xpert.pressdes Springer-Verlags
vermittelt Professionals in den Bereichen
Betriebs- und Informationssysteme,Software
Engineering und Programmiersprachen aktuell
und kompetent relevantes Fachwissen über
Technologien und Produkte zur Entwicklung
und Anwendung moderner Informations-
technologien.
Klaus Schmaranz
Softwareentwicklung
in C
Mit 14 Abbildungen und CD-ROM
123
Dr. Klaus Schmaranz
Technische UniversWit Graz
IICM
Inffeldgasse 16c
8010 Graz, Osterreich
E-mail: [email protected]
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Schmaranz, Klaus: Softwareentwicklung in C / Klaus Schmaranz. -
Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Tokio:
Springer, 2002
(Xpert.press)
ISBN 3-540-41958-6
0101 deutsche buecherei
ISSN 1439-5428
Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com
ISBN 978-3-642-62627-2 ISBN 978-3-642-56372-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-56372-0
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2002
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2002
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2002
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Einbandgestaltung: KiinkelLopka Werbeagentur
Satz: Satzaufbereitung durch Autor
Gedruckt auf saurefreiem Papier SPIN: 10834809 30/3142XO -5 4 3 2 1 0
Zielpublikum dieses Buches
ImPrinzipl¨asstsichdasZielpublikumdiesesBuchseinfachbeschreiben: Das
Buch ist geschrieben fu¨r alle, die gerne die Programmiersprache C lernen
wollen.
Aber vielleicht ist es doch nicht ganz so einfach, denn da bleibt immer
noch die Frage nach dem vorausgesetzten Vorwissen... Gerade C ist eine
Programmiersprache,diemanv¨olligenNeueinsteigernu¨blicherweisenichtals
ersteSpracheempfehlen kann. Aber genau mitdieser Traditionbrichtdieses
Buch,ohnedabeidieandereLeserschichtderEntwickleraußerAchtzulassen,
die bereits Erfahrung mit anderen Programmiersprachen hat.
Das Manuskript dieses Buchs wurde bereits in einer sehr fru¨hen Phase an
drei Gruppen von “Versuchskaninchen” ausprobiert:
• Softwareentwickler, die zum Teil viel Erfahrung mit der Programmierung
in C hatten.
• Softwareentwickler, die Erfahrung mit anderen Programmiersprachen hat-
ten und C lernen wollten.
• Absolute Anf¨anger in der Softwareentwicklung, die noch keine Erfahrun-
gen mit irgendwelchen Programmiersprachen hatten und C als ihre erste
Programmiersprache lernen wollten.
DasFeedbackvonallendreiGruppenwarsehrpositiv. Auff¨alligwarendabei
vorallemzweiDinge: EinerseitsmerktendiebereitsC-erfahrenenEntwickler
positivan,dassauchfu¨rsienochinteressanteInformationindiesemBuchzu
findenwar. Andererseits¨außertensichdieabsolutenNeueinsteigersehrposi-
tiv dazu, dass durchgehend alles Notwendige sehr verst¨andlich erkl¨art wird.
Natu¨rlich wurden auch von allen drei Gruppen Verbesserungsvorschl¨age ge-
macht, die allesamt Eingang in dieses Buch gefunden haben.
Nach diesen Betrachtungen l¨asst sich also das Zielpublikum endgu¨ltig
definieren: Dieses Buch ist geschrieben fu¨r alle, die gerne die Pro-
grammiersprache C lernen wollen, egal welche Erfahrung sie schon
mitbringen.
Vorwort des Autors
DieProgrammierspracheCundseinobjektorientiertesPendantC++geh¨oren
seitlangemzudenmeistverwendetenProgrammiersprachenu¨berhaupt. Bei-
de Sprachen sind gleich beliebt wegen ihrer Flexibilit¨at, zugleich aber auch
beru¨chtigt fu¨r ihre Stolpersteine. Vor allem Pointer geh¨oren zu den umstrit-
tenstenKonstrukteninderSoftwareentwicklung,dabeifalscherVerwendung
dieschwerwiegendstenFehlerpassierenk¨onnen. C-Programmiererwerdenoft
auch scherzhaft Pointer-People genannt, da die meisten von ihnen beinahe
verliebt in die so umstrittenen Pointer sind.
So umstritten C und C++ fu¨r gewisse Konstrukte sind, sie sind aus der
heutigen Welt der Softwareentwicklung einfach nicht wegzudenken. Es gibt
kaum eine andere Sprache, die so flexibel ist, und mit der man sowohl auf
tiefster Maschinenebene als auch bei der L¨osung von h¨ochst abstrakten Pro-
blemstellungen derartig elegant arbeiten kann – sofern man genau weiß, was
mantut. Nichtumsonstsindz.B.praktischalleheuteverwendetenBetriebs-
systeme in C geschrieben!
Wie bei jeder anderen Programmiersprache auch, so ist es beim Erlernen
von Cnichtgenug, sich einfach SyntaxundSemantikimSchnellverfahrenzu
Gemu¨tezufu¨hren,manmussauchwirklichbegreifen,washinterdenKulissen
passiert. Mangelt es an diesem Wissen, so ist man am besten Weg dazu,
dieselben Fehler zu begehen, die bereits von unz¨ahligen anderen Entwicklern
begangen wurden und die C zum Teil stark in Verruf gebracht haben.
Ich geh¨ore selbst noch zu den Entwicklern, die viele Dinge u¨ber C auf die
“harte Tour”, durch unz¨ahlige Programmabstu¨rze, erfahren mussten. Erst
im Lauf der Zeit und durch Gespr¨ache mit vielen erfahrenen C-Entwicklern
habe ich begonnen wirklich zu begreifen, was hinter den Kulissen passiert.
Leider hat sich seit der Zeit vor 16 Jahren, in der ich die ersten Schritte
in C unternommen habe, bis heute an der Literatur zum Thema C nichts
Entscheidendesge¨andert. Esgibt einigeBu¨cher, diesich mit Cbesch¨aftigen,
dochdiesegehengeradebeidenentscheidendenDingennichtaufdasWarum
ein. EsgibtvieleandereBu¨cher,diesichmitdenunz¨ahligenFunktionsbiblio-
thekenzuCbesch¨aftigen, dochauchdiesegehennichtgenauaufdieSprache
selbst ein.
Ich habe versucht, die Erfahrungen meiner eigenen Fehler, sowie die an-
derer in dieses Buch einzubringen. Vor allem habe ich versucht, immer auf
VIII Vorwort des Autors
das Warum hinter gewissen Problemen einzugehen. Auf diese Art hoffe ich,
dass den Lesern dieses Buchs einige unliebsame Erlebnisse erspart bleiben
werden.
Ein weiteres Grundproblem vieler Softwareentwickler, fru¨her wie heute,
ist, dass sie oft nicht strukturiert genug an eine Probleml¨osung herangehen.
Sehr oft wird die wichtige Designphase in der Entwicklung ganz weggelassen
oder wird ober߬achlich abgehandelt, sodass das Resultat aus dieser Phase
nicht sehr hilfreich ist. In vielen F¨allen ist dies zwar auch die Schuld der
Entwickler selber, aber h¨aufiger ist der große Zeitdruck, dem die Entwickler
heutzutage ausgesetzt sind, dafu¨r verantwortlich. Die Entwicklungszyklen
neuer Softwareprodukte sind bereits so kurz, dass eine saubere Entwicklung
im Prinzip nicht mehr m¨oglich ist. Und entsprechend fehlerhaft sind die
Produkte dann ja auch...
Das Problem mit dem Zeitdruck kann ich leider allein nicht ¨andern, aber
vielleicht wird dieses Problem irgendwann in der Zukunft von innen heraus
zu l¨osen sein, indem sich kritische Softwareentwickler st¨arker gegen unreali-
stische Terminstellungen wehren.
Auch wenn manche Leser das Folgende als polemisch betrachten m¨ogen,
so m¨ochte ich doch einen Ausspruch von Bjarne Stroustrup, dem Vater von
C++,zitieren. DiesesZitatsolltewirklichzumNachdenkenanregen,dennes
charakterisiert die Situation in manchen Bereichen der Softwareentwicklung
leider nur allzu genau:
Solange ein Mindestmaß an Sinn vorhanden ist, machen die mei-
sten Menschen alles, wozu sie aufgefordert werden. Insbesondere
gilt im Kontext eines Programmier-Projekts, dass, wenn bestimm-
te Vorgehensweisen erwartet und andere bestraft werden, nur sehr
außergew¨ohnlicheProgrammiererundDesignerihreKarriereaufs
Spielsetzen, umdaszutun, wassieselbstfu¨rrichtighalten, wenn
sie damit in Konflikt mit dem Management oder dem Amtsschim-
mel geraten, oder Gleichgu¨ltigkeit erwarten mu¨ssen.
Eine Organisation, die ihre Programmierer wie Schwachsinnige
behandelt, wird bald nur noch Programmierer haben, die willens
und f¨ahig sind, sich wie Schwachsinnige zu verhalten.
Das Problem der strukturierten Herangehensweise an die Entwicklung habe
ich versucht in diesem Buch so stark wie m¨oglich in den Vordergrund zu
ru¨cken. Die Aufgabenstellungen in der heutigen Softwareentwicklung sind
nun einmal so komplex, dass man mit einem Quick-Hack nicht mehr sehr
weit kommt! Bewusst wurde fu¨r das Buch der Titel Softwareentwicklung in
C gew¨ahlt, und nicht z.B. “Programmieren in C”, da zu einer sinnvollen
Softwareentwicklung sehr viel mehr geh¨ort, als einfach nur mit einer Pro-
grammiersprache umgehen zu k¨onnen.
So sehr ich auch versucht habe, wichtige Aspekte der Entwicklung in
dieses Buch einfließen zu lassen, so sehr m¨ochte ich auch die Leser davor
Vorwort des Autors IX
warnen, dem Irrglauben zu erliegen, in diesem Buch alles zu erfahren, was
es u¨ber Softwareentwicklung zu wissen gibt! Es werden nur einige von vie-
len m¨oglichen Wegen vorgezeigt, und es werden auch nur einige von vielen
m¨oglichenAspektenherausgegriffen. ZumBeispielwirdeinesderwichtigsten
und umfangreichsten Themen u¨berhaupt, n¨amlich das Testen von Software,
praktisch gar nicht behandelt, da dies den Rahmen gesprengt h¨atte.
Nicht verschweigen m¨ochte ich, dass dieses Buch eigentlich mehr oder
weniger “passiert” ist. Eigentlich wollte ich urspru¨nglich nur ein Skriptum
fu¨r eine Grundvorlesung an der Technischen Universit¨at Graz schreiben, die
ich halte. Aber im Lauf des Schreibens und durch die Ermunterung vieler
Studierender,dieGefallenandemSkriptumgefundenhaben, reiftedannder
Entschluss,allesvollst¨andigzuu¨berarbeitenundinBuchformzubringen. In
der Phase des U¨berarbeitens allerdings blieb kein Stein auf dem anderen –
aber das ist eine andere Geschichte :-)
Klaus Schmaranz Graz im Juli 2001
Danksagung
AnderEntstehungdiesesBuchswarendirektundindirektsehrvielePersonen
beteiligt. Eine Reihung nach der Wichtigkeit m¨ochte ich nicht vornehmen,
denn jede einzelne Person hat ihren Teil zum Gelingen beigetragen. W¨are
derBeitragauchnureinereinzigenPersonandersausgefallenodervollst¨andig
weggefallen, dann wu¨rde das Buch anders aussehen oder w¨are u¨berhaupt nie
zustande gekommen.
In diesem Sinne ist es mir ein besonderes Anliegen, die nachstehend an-
gefu¨hrten Personen alle als gleich wichtig anzusehen, egal ob sie nun zu Be-
ginnoderamEndedieserDanksagungerw¨ahntsind. Wennesm¨oglich w¨are,
alle an dieselbe Stelle zu setzen, dann h¨atte ich das gerne getan :-)
Jetzt aber wirklich... Mein Dank gilt Hermann Maurer, der nicht nur
die Idee fu¨r dieses Buch gut geheißen hat, sondern auch den Kontakt zum
Verlag geknu¨pft hat. Hermann Engesser war mein direkter Ansprechpartner
beim Verlag und als solcher immer schnell entschlossen und ¨außerst koope-
rativ. Karl Blu¨mlinger, Dieter Freismuth, Harald Krottmaier und Christof
Dallermassldurchk¨ammtendasManuskriptaufFehlerundUngereimtheiten,
Ulla Nidetzky brachte als ehrenamtliche Lektorin einige stilistische Meister-
werke in lesbare Form. Monika Tragner, Daniela Wyss und Renate Pistrich
waren als Zuh¨orerinnen fu¨r mich da, wenn ich wieder mal knapp daran war,
nach durchtippten N¨achten meine Nerven wegzuwerfen. Meine Eltern, ins-
besondere meine Mutter, waren leider auch mehr als nur einmal Opfer von
Buch-bedingterschlechterLaune,hattenaberimmeraufmunterndeWortefu¨r
michu¨brig. EinweiteresDankesch¨ongehtanHeinzEndthaller,denWirtdes
Mayk¨afer inGraz(=Stammlokaleinigerhierangefu¨hrterPersonen),derauch
nachSperrstundeimmernocheinGetr¨ankfu¨rmichu¨brighatte,wennichmit
X Vorwort des Autors
bildschirmgetru¨btem Auge auftauchte. Last, but not least, geht auch mein
besonderer Dank an die Studierenden der TU-Graz, die im Wintersemester
2000/2001meineGrundvorlesungausProgrammieren besuchthaben und an
die Tutoren, die bei der Durchfu¨hrung dieser Vorlesung geholfen haben und
die mich dazu u¨berredet haben, dieses Buch u¨berhaupt zu schreiben.
Die meisten Personen, die hier angefu¨hrt sind, wu¨rden Mehrfachnennun-
gen verdienen, z.B. alle aus dem Dinopolis-Entwicklungsteam, die Verst¨and-
nishatten, dassich w¨ahrend desSchreibensnicht so vielZeit fu¨r dieLeitung
und die Mitarbeit im Team und im Projekt hatte, wie es eigentlich notwen-
dig und angebracht gewesen w¨are. Damit wu¨rde sich die Danksagung alleine
schon u¨ber viele Seiten erstrecken. Aus diesem Grund m¨ochte ich es an die-
ser Stelle dabei belassen, nochmals zu erw¨ahnen, dass ich wirklich froh und
dankbar bin, so viel Hilfe und Verst¨andnis von so vielen Seiten gehabt zu
haben!
Inhaltsverzeichnis
1. Ziel und Inhalt dieses Buchs .............................. 1
1.1 Zum Inhalt ............................................ 1
1.2 Motivation ............................................ 3
1.3 Feedback .............................................. 5
1.4 Die beiliegende CD-ROM................................ 5
2. Begriffskl¨arung ........................................... 7
2.1 Syntax und Semantik ................................... 7
2.2 Programmiersprachen ................................... 9
2.2.1 Klassifikation nach Hardwaren¨ahe .................. 9
2.2.2 Klassifikationh¨ohererProgrammiersprachennachKon-
zepten .......................................... 10
2.3 Vorschriften und Arten der Abarbeitung................... 13
2.4 Werkzeuge und Zwischenschritte bei der Programmerstellung 15
2.4.1 Interpreter ...................................... 16
2.5 Testen ................................................ 18
2.6 Software-Design ........................................ 19
2.7 Verschiedenes .......................................... 21
3. Erste Schritte in C ....................................... 23
3.1 Hello World – das erste Beispiel .......................... 24
4. Datentypen und Variablen................................ 29
5. Operatoren ............................................... 41
5.1 Klammerung von Ausdru¨cken ............................ 41
5.2 Arithmetische Operatoren ............................... 41
5.2.1 Bin¨are arithmetische Operatoren ................... 41
5.2.2 Un¨are arithmetische Operatoren.................... 42
5.3 Logische - und Vergleichsoperatoren ...................... 44
5.4 Bitoperatoren.......................................... 46
5.4.1 Setzen von Einzelbits ............................. 49
5.4.2 L¨oschen von Einzelbits............................ 50
5.4.3 Pru¨fen von Einzelbits ............................. 50
