Kurt Nørmark ©
Institut for Datalogi, Aalborg Universitet

Sammendrag Næste lektion Stikord Referencer Indhold

Dette er første lektion af slides til kurset 'Programmering i C' på den teknisk-naturvidenskabelige basisuddannelse ved Aalborg Universitet. Vi starter med nogle slides i kategorien 'Kursusintroduktion' som beskriver praktiske forhold. Det faglige indhold i denne lektion er koncentreret om udtryk, operatorer, assignment operatorerne, samt udskrivning og indlæsning.

Formål At give de studerende et kendskab til datalogiske grundbegreber og principper i en så almen form, at det kan understøtte problemløsning ved hjælp af datamater under anvendelse af imperative programmeringssprog. Målet med kurset er at give de studerende en teoretisk og praktisk viden, som kan understøtte den videre anvendelse af programmering. Specifikt er målene med kurset at give de studerende: En grundlæggende programmeringsfærdighed, en forståelse af datalogiske grundbegreber knyttet til data, kontrol, algoritmer, abstraktion, struktur og korrekthed. Indhold Algoritmebegrebet. Grundlæggende programmeringsbegreber: Data og kontrolstrukturer. Abstraktion: Procedurer og funktioner. Introduktion til dataabstraktion.

Motivation Slide Indhold Stikord Referencer

Hvorfor skal du interessere dig for programmering?

Den der kan programmere kan bruge computeren til generel problemløsning Hvis du ikke kan programmere er du afhængig af andres programmer 'Almen dannelse' for højtuddannede Det er vigtigt for alle tek-nat uddannede at kende til grundbegreberne i programmering Det er fornuftigt at tilegne sig 'programmeringshåndværket' tidligt i studiet

De fleste i dette lokale kommer til at bruge tusinder af timer ved en computer under studiet og gennem et langt arbejdsliv Derfor er det vigtigt at have kontrol over maskinen - Den ultimative kontrol er at kunne programmere

Programmeringssprog Slide Indhold Stikord Referencer

Hvorfor programmering i sproget C?

Krav og forventninger fra forskellige fagområder Et programmeringssprog der kan bruges til noget praktisk En naturlig progression i forhold til tidlig undervisning i funktionsprogrammering funktionsprogrammering imperativ programmering objekt-orienteret programmering

C er ikke et 'universitets sprog', og det har ikke 'pædagogiske rødder' ligesom f.eks. Pascal

C Historik Slide Indhold Stikord Referencer

C blev udviklet af Dennis Ritchie i 1972 på AT&T Bell Labs i USA

Udviklet fra et tidligere (nu uddødt sprog) kaldet B, som igen stammer fra sproget BCPL C hører historisk sammen med operativsystemet UNIX "C is terse, low-level and permissive" Udbredt sprog til systemprogrammering De fleste store programpakker på både Windows og Unix er skrevet i C

Henvisning Foldoc: C

Lærebogen Slide Indhold Stikord Referencer

C by Dissection - the essentials of C Programming, fourth edition, af Kelley og Pohl

Karakteristik af lærebogen: Orienteret mod håndværket - en praktisk bog Relativ kort og kontant Adskiller sig fra en typisk CS1 bog, som de fleste vil møde næste på semester Forklarer bogens programmer meget grundigt og systematisk

Den akademiske dimension vil blive understreget i forelæsningerne

Dissekering Slide Indhold Stikord Referencer

"Skære noget i mindre stykker for at undersøge det videnskabeligt. Analysere i mindste detalje."

Figur. A photo of dissection of the human body

Henvisning Web page from which the photo is taken

Lærebogens ressourcer Slide Indhold Stikord Referencer

Lærebogen indeholder dele, som rækker ud over det stof, som bliver pensum på kurset

Appendix A. En beskrivelse af standard C biblioteket Appendix B. En beskrivelse af C's præprocessor Appendix C. En beskrivelse af operatorer der tilgår enkelte bits Appendix D. En beskrivelse af forskellen mellem ANSI C og traditionel C Appendix E. ASCII tegntabel Appendix F. Operator prioritets og associeringstabel Kapitel 14. C programmeringsværktøjer Kapitel 15. Overgangen til C++

Eksamensopgave og eksamen Slide Indhold Stikord Referencer

Eksamen er baseret på en opgave, som udvikles de sidste to kursusgange

Eksamensopgaven: Løses i halvgrupper de sidste to kursusgange, hvor al tid bruges på dette Halvgrupperne formes ved at kursusholder/sekretariatet deler en projektgruppe i 2 dele Opgaven formuleres i god tid inden 9. kursusgang Mundtlig eksamen i halvgruppen: Besvarelsen af eksamensopgaven er udgangspunktet for den mundtlige eksamen Efter en kort demo stilles individuelle spørgsmål om programmet, som gradvist bevæger sig over i det generelle pensum Både programmet, de studerendes evne til at diskutere programmet og den generelle viden om pensum evalueres Individuel vurdering, bestået/ikke bestået En evt. omprøve er individuel med mulighed for genaflevering af eksamensopgaven

Et 'hello world' program er et typisk første program, som viser hvor let eller svært det er at skrive en tekst ud på skærmen fra programmet

Program: Hello World.

/* // The traditional first program in honor of // Dennis Ritchie, who invented C while // at Bell Labs in 1972. */ #include <stdio.h> int main(void) { printf("Hello, world!\n"); return 0; }

Programbeskrivelse og programudførelse Slide Indhold Stikord Referencer

Ordet 'program' bruges ofte i tvetydigt for både programbeskrivelsen og programudførelsen

Programbeskrivelse: Kildeprogrammet (engelsk: source program) En statisk tekst eller struktur, som skabes af programmøren Oversættes til en lavniveau beskrivelse, som kan fortolkes af computeren Programudførelse: Det kørende program (engelsk: program execution) En dynamisk process som defineres og begrænses af programbeskrivelsen Mange begreber, som knytter sig til programudførelsen, har et direkte modstykke i programbeskrivelsen

Variable er pladser i lageret, hvis værdier kan ændres ved udførelse af assignment kommandoer. Alle variable skal erklæres før brug.

Begrebet variabel: En variabel er en navngiven plads i computerens arbejdslager, som kan indeholde en værdi af en bestemt type.
Begrebet assignment: Et assignment er en kommando, som ændrer værdien af en variabel.

Syntax:

type variable1, variabel2..., variablen; variablei = expression;

Program: Et simplet program med variable og assignments.

#include <stdio.h> int main(void) { int course, classes, students, average_pr_class; course = 1; classes = 3; students = 301; average_pr_class = students / classes; printf("There are %d students pr. class\n", average_pr_class); return 0; }

Program: En variation af programmet.

#include <stdio.h> int main(void) { int course = 1, classes = 3, students = 301, average_pr_class; average_pr_class = students / classes; printf("There are %d students pr. class\n", average_pr_class); return 0; }

Initialisering Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Enhver variabel bør eksplicit tildeles en startværdi i programmet

Begrebet initialisering: Ved initialisering forstås tilskrivning af en startværdi til en variabel

Program: Et program med en uinitialiseret variabel.

#include <stdio.h> int main(void) { int course, classes, students, average_pr_class; course = 1; /* classes uninitialized */ students = 301; average_pr_class = students / classes; printf("There are %d students pr. class\n", average_pr_class); printf("course: %d, classes: %d, students: %d\n", course, classes, students); return 0; }

Program: Program output.

There are 0 students pr. class course: 1, classes: 1107341000, students: 301

Hvis man undlader at initialisere variable risikerer man at der opstår tilfældige fejl, når man kører programmet

Assignments af formen i = i + 1 Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Der er ofte behov for at tælle en variabel op eller ned. Dermed optræder variablen både på venstre og højre side af assignmentsymbolet

Antag at i har værdien 7 Beregning af i = i + 1 Udtrykket i + 1 på venstre side af assignmentsymbolet beregnes til 8 Værdien af variablen i ændres fra 7 til 8

Program: Et program med forskellige optællinger og nedtællinger. annotation

#include <stdio.h> int main(void) { int i = 3, j = 7, k = 9; i = i + 1; j = j - i; k = k * j; printf("i: %d, j: %d, k: %d\n", i, j, k); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

i: 4, j: 3, k: 27

Et første blik på datatyper i C Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

C understøtter forskellige fundamentale datatyper

Tabel.

Konkrete typer Eksempler på værdier Heltal int short long 10 5 111L Reelle tal double float long double 10.5 5.5F 111.75L Tegn char 'A' 'a' Tekststrenge char * "Computer" "C"

Henvisning Oversigt over typer fra 5. lektion

Program: Illustration af konkrete typer i et C program.

#include <stdio.h> int main(void) { int i = 10; short j = 5; long k = 111L; double x = 10.5; float y = 5.5F; long double z = 111.75L; char c = 'A'; char d = 'a'; char *s = "Computer", *t = "C"; return 0; }

Foruden de forskellige typer af tal understøtter C også heltal i oktal og hexadecimal notation (eksempelvis 0123 og 0x1bc ).

Udtryk er sammen med kommandoer de vigtigste 'byggesten' i ethvert program

Begrebet udtryk: Et udtryk er et programfragment der beregnes med henblik på returnering af en værdi, som tilhører en bestemt type. Et udtryk opbygges typisk af operatorer og operander.

Antag at værdien af x er 14 og y er 3:

Tabel. Forskellige udtryk med udtrykkenes typer og værdier.

Udtryk Type Værdi 7 Heltal 7 x Heltal 14 x + 6 Heltal 20 x / 3 Heltal 4 x % 3 Heltal 2 x <= y Boolean false x + y * 3 >= y % x - 5 Boolean true

Beregning af sammensatte udtryk Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Problemstilling: Hvordan fortolkes udtryk som er sammensat af adskillige operatorer og operander?

Indsæt parenteser som bestemmer beregningsrækkefølgen x + y * 3 >= y % x - 5 (x + (y * 3)) >= ((y % x) - 5) Benyt regler som definerer hvilke deludtryk (operander) der beregnes før andre Multiplikation, division og modulus beregnes før addition og subtraktion Addition og subtraktion beregnes før sammenligning

C prioriterer operatorer i 15 forskellige niveauer. Men det er også muligt - og ofte nødvendigt - at sætte parenteser omkring deludtryk

Prioritering af operatorer Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

En simplificeret operator prioriterings tabel med de mest anvendte operatorer. Udtryk som bruger operatorer fra et højt niveau beregnes før udtryk med operatorer fra et lavere niveau.

Tabel. En operatorprioriteringstabel for udvalgte operatorer.

Niveau Operatorer 14 +unary      -unary 13 *      /      % 12 +      - 10 <      <=      >      >= 9 ==      != 5 && 4 ||

Associering af operatorer Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Problemstilling: Prioriteringstabellen fortæller ikke hvordan vi beregner udtryk med operatorer fra samme niveau

10 - 1 - 9 / 3 / 2 Operator prioriteringen fortæller at divisionerne foretages før subtraktionerne Associeringsreglerne fortæller at der sættes parenteser fra venstre mod højre ((10 - 1) - ((9 / 3) / 2)) Resultatet er 8

Program: Et C program med udtrykket 10 - 1 - 9 / 3 / 2.

#include <stdio.h> int main(void) { int res1, res2, res3; res1 = 10 - 1 - 9 / 3 / 2; res2 = ((10 - 1) - ((9 / 3) / 2)); /* left to right associativity */ res3 = (10 - (1 - (9 / (3 / 2)))); /* right to left associativity */ printf("res1 = %d, res2 = %d, res3 = %d\n", res1, res2, res3); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

res1 = 8, res2 = 8, res3 = 18

De fleste operatorer i C associerer fra venstre mod højre

Operator tabel for C Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Tabel. Den fulde operator prioriteringstabel for C.

Niveau Operatorer Associativitet 16 ()      []      ->      .      ++postfix      --postfix left to right 15 ++prefix      --prefix      !      ~      sizeof(type)      +unary      -unary      &unary,prefix      *unary,prefix right to left 14 (type name) Cast right to left 13 *      /      % left to right 12 +      - left to right 11 <<      >> left to right 10 <      <=      >      >= left to right 9 ==      != left to right 8 & left to right 7 ^ left to right 6 | left to right 5 && left to right 4 || left to right 3 ?: right to left 2 =      +=      -=      *=      /=      >>=      <<=      &=      ^=      |= right to left 1 , left to right

C by Dissection side 611

Udtryk i C er urene i forhold til vores hidtidige forklaring af udtryk Årsagen er at et assigment opfattes som et udtryk i C

Antag at i har værdien 7 Programfragmentet a = i + 5 er et udtryk i C Udtrykket beregnes som a = (i + 5) Operatoren + har højere prioritet end operatoren = Som en sideeffekt ved beregningen af udtrykket tildeles variablen a værdien 12 Værdien af udtrykket a = i + 5 er 'højresidens værdi', altså 12.

Program: Brug og misbrug af assignments i udtryk.

#include <stdio.h> int main(void) { int a, b, c, d; a = b = c = d = 7; /* a = (b = (c = (d = 7))) */ printf("a: %d, b: %d, c: %d, d: %d\n", a,b,c,d); a = (b = 2) + (c = 3) - (d = 1); printf("a: %d, b: %d, c: %d, d: %d\n", a,b,c,d); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

a: 7, b: 7, c: 7, d: 7 a: 4, b: 2, c: 3, d: 1

Assignment operatorerne har meget lav prioritering, hvilket indebærer at tildelningen af variablen altid sker efter beregningen af 'højresiden'. Assignment operatorerne associerer fra højre mod venstre.

Increment og decrement operatorerne Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

C understøtter særlige operatorer til optælling og nedtælling af variable. Man kan også bruge ordinære assignments ala i = i + 1 og i = i - 1 til dette.

Antag at variablen i har værdien 7 Prefix formen: ++i Tæller først variablen i op fra 7 til 8 Returnerer dernæst værdien 8 som resultat af udtrykket Postfix formen: i++ Returnerer først værdien 7 som resultatet af udtrykket Tæller dernæst variablen i op fra 7 til 8

Eksempel: increment og decrement operatorerne Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Vi viser her et illustrativ eksempel på increment og decrement operatorer

Program: Illustration af increment og decrement operatorerne.

#include <stdio.h> int main(void) { int i = 3, j = 4, k = 5; int res1, res2, res3; i++; j--; ++k; /* i is 4, j is 3, k is 6 */ printf("i: %d, j: %d, k: %d\n", i,j,k); res1 = --i; res2 = j++; res3 = --k; printf("res1: %d, res2: %d, res3: %d\n", res1, res2, res3); printf("i: %d, j: %d, k: %d\n", i,j,k); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

i: 4, j: 3, k: 6 res1: 3, res2: 3, res3: 5 i: 3, j: 4, k: 5

Sondringen mellem prefix og postfix relaterer sig til tidspunktet for op/nedtælling af variablen relativ til fastlæggelsen af returværdien. Hvis man bruger increment- og decrementoperatorerne som kommandoer, er det ligegyldigt om der anvendes prefix eller postfix form.

Andre assignment operatorer Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

C understøtter akkumulerende assignment operatorer for +, -, *, / and flere andre binære operatorer

Syntax:

variable op= expressions

Syntax:

variable = variable op (expression)

Program: Et program med forskellige optællinger og nedtællinger - modsvarer tidligere vist program.

#include <stdio.h> int main(void) { int i = 3, j = 7, k = 9; i += 1; /* i = i + 1; */ j -= i; /* j = j - i; */ k *= j; /* k = k * j; */ printf("i: %d, j: %d, k: %d\n", i, j, k); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

i: 4, j: 3, k: 27

Henvisninger Tidligere slide med akkumulerende assignments Operatorer, prioriteter og associeringer

Kommandoen printf kan udskrive data af forskellige fundamentale typer. Formateringen af output styres af en kontrolstreng, som altid er første parameter.

Program: Udskrivning af variable af forskellige typer med printf.

#include <stdio.h> int main(void) { int i = 10; short j = 5; long k = 111L; printf("i: %d, j: %3hd, k: %10.5ld\n", i, j, k); double x = 10.5; float y = 5.5F; long double z = 111.75L; printf("x: %f, y: %5.2f, z: %Le\n", x, y, z); char c = 'A'; char d = 'a'; printf("c: %c, d: %d\n", c, d); char *s = "Computer", *t = "C"; printf("s: %s,\nt: %s\n", s, t); return 0; }

Program: Output fra ovenstående program.

i: 10, j: 5, k: 00111 x: 10.500000, y: 5.50, z: 1.117500e+02 c: A, d: 97 s: Computer, t: C

Henvisninger Tidligere slide med et første kig på typer Mere detaljeret beskrivelse af printf

Egenskaber af printf kommandoen: Indlejring af formaterede parametre i en fast tekst. Én til én korrespondance mellem konverteringstegn og parametre efter kontrolstrengen. Mulighed for at bestemme antal tegn i output, antal cifre før og efter 'komma', venstre/højrestilling, og output talsystem. Antallet af udlæste tegn returneres

Indlæsning med scanf Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Kommandoen scanf fortolker tegn med henblik på indlæsning af værdier af de fundamentale datatyper Fortolkning og styring af input sker med en kontrolstreng, analogt til kontrolstrengen i printf.

Program: Indlæsning og summering af tal.

/* Sums are computed. */ #include <stdio.h> int main(void) { int cnt = 0; float sum = 0.0, x; printf("The sum of your numbers will be computed\n\n"); printf("Input some numbers: "); while (scanf("%f", &x) == 1) { cnt = cnt + 1; sum = sum + x; } printf("\n%s%5d\n%s%12f\n\n", "Count:", cnt, " Sum:", sum); return 0; }

Henvisning Mere detaljeret beskrivelse af scanf

Egenskaber af scanf kommando: De indlæste data indlæses i angivne lageraddresser Antallet af gennemførte indlæsninger/konverteringer returneres

Et input output eksempel Slide Indhold Stikord Referencer Lærebog

Program: Et program der beregner arealet af en cirkel.

#include <stdio.h> #define PI 3.141592653589793 int main(void) { double radius; printf("\n%s\n\n%s", "This program computes the area of a circle.", "Input the radius: "); scanf("%lf", &radius); printf("\n%s\n%s%.2f%s%.2f%s%.2f\n%s%.5f\n\n", "Area = PI * radius * radius", " = ", PI, " * ", radius, " * ", radius, " = ", PI * radius * radius ); return 0; }

Program: Samme program med farvede fremhævninger af kontrolstreng og parametre til printf.

#include <stdio.h> #define PI 3.141592653589793 int main(void) { double radius; printf("\n%s\n\n%s", "This program computes the area of a circle.", "Input the radius: "); scanf("%lf", &radius); printf("\n%s\n%s%.2f%s%.2f%s%.2f\n%s%.5f\n\n", "Area = PI * radius * radius", " = ", PI, " * ", radius, " * ", radius, " = ", PI * radius * radius ); return 0; }

Program: Input til og output fra programmet.

This program computes the area of a circle. Input the radius: 5.3 Area = PI * radius * radius = 3.14 * 5.30 * 5.30 = 88.24734

En huskeliste med praktiske detaljer

Øvelser i grupperum Grupperne er listet på kursushjemmesiden Sig straks til hvis vi har glemt en gruppe, eller hvis gruppeangivelsen er forkert Sæt en seddel på døren hvis I løser opgaver i et andet rum Papirkurv uden for døren betyder hjælp Opgaveløsninger Ved hver øvelsesgang frigives der links til opgaveløsninger kl. 11.00 Pensum Fastlægges i starten af uge 16, jf. kursuskalenderen. CD med Windows software relevant for C programmering Omdeles ved første kursusgang - én pr. gruppe Hjemmeside og slides Lektionssiderne færdiggøres en uge før forelæsning og øvelser Slides til alle lektioner foreligger ved kursusstart, men vil blive revideret tæt på selve lektionen Det er muligt at se alle slides på én side. Der findes en sammenskrevet udgave af undervisningsmaterialet, i HTML såvel som PDF

Tidsenheder Slide Indhold Stikord Referencer

Opgave 12 og 13 (side 37 og 38) handler om at udregne timer, minutter og sekunder fra et antal sekunder Find det ufærdige program på nettet via kursets hjemmeside (exer_12.c).

Aspekter af opgaven Opg 12: Udformning af en passende printf kommando som udskriver fast tekst og nogle heltal Opg 13: Videre udregning timer og minutantal mellem 0 og 59 Algoritmisk problem: Hvilke beregninger skal foretages (i hvilken rækkefølge). Brug af modulus operatoren % Meget gerne brug af symbolske konstanter ala SECONDS_PER_MINUTES og SECONDS_PER_HOUR

Programformatering Slide Indhold Stikord Referencer

Opgave 15 side 72 handler om konventionerne for programformatering

Aspekter: Opgaveformuleringen giver et dårligt formateret program: '08_terrible.c'. Kør programmet som det er. Forhold jer til de anbefalede konventioner for programopstilling og indrykning Vælg bedre navne til variable Kør programmet igen

Læs side 25 om 'Style'!

Power of 2 Slide Indhold Stikord Referencer

Opgave 10 side 71 handler om forskellen mellem prefix og postfix increment udtryk (++i kontra i++) i programmet øverst side 58

Aspekter: Tænk først problemstillingen igennem Afprøv det eksisterende program: 02_pow_of_2.c Forudsig forandringen ved at ændre prefix increment til postfix increment Find ud af om forudsigelsen er rigtig ved at køre det ændrede program

Cirkelopgave Slide Indhold Stikord Referencer

Opgave på 'ugesedlen' som beder jer finde ud om et givet punkt er inden i en cirkel med en bestemt radius

Aspekter: Generel, simpel programmering, herunder input og output Får behov for en if kontrolstruktur (dækkes næste gang, se evt. side 85). Får behov for sammenligning af to tal med < eller <= (se evt. side 78). Vær bevidst om god programopstilling og god kommentering

Kapitel 1: Introduktion til programmering i C
Kursets hjemmeside     Forfatteren's hjemmeside     Om frembringelsen af disse sider     Forrige lektion (top)     Næste lektion (top)     Forrige lektion (bund)     Næste lektion (bund)     
Genereret: 7. Juli 2010, 15:09:42