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Typenbezeichnung oder eine Typenbeschreibung ist. Die Konvention,
alle verwendeten Bezeichnungen am Anfang eines Programms zu
vereinbaren, hat zudem den großen Vorteil, daß ein Compiler bei
jeder im Programm vorkommenden Bezeichnung prüfen kann, ob sie
überhaupt vereinbart ist. Im negativen Fall, der z. B. durch
Schreibfehler verursacht wird, kann der Compiler durch eine
entsprechende Fehlermeldung auf den Lapsus aufmerksam machen. Die
zusätzliche Redundanz wird also wiederum zur Erhöhung der
Programmiersicherheit ausgenutzt. Wie werden Datentypen in einem
Programm eingeführt, und welche Wertbereiche können durch
Computer zweckmäßig dargestellt werden? Vorerst sei bemerkt,
daß es üblich ist, Datentypen in verschiedene Arten
einzuteilen. Das wesentliche Merkmal eines Typs ist die Struktur
seiner Werte. Ist ein Wert unstrukturiert, also nicht in einzelne
Komponenten zerlegbar, so wird er - und damit auch sein Typ - als
skalar bezeichnet. Ist er dagegen in einzelne Komponenten
zerlegbar, nennt man ihn strukturiert.
Konstante
Konstante sind Datenwerte, die direkt in der Anweisungsfolge
eines Programms eingetragen werden können (Standardbezeichnung,
z. B. Zahlen). Als Konstante bezeichnet man üblicherweise auch
Namen für Datenwerte (frei wählbare Bezeichnung). Durch die
Vereinbarung von Konstanten-Namen wird ein ganz bestimmter
Datenwert mit einem Namen versehen und ist über diesen Namen
jederzeit zugreifbar. Der Wert einer Konstanten kann nicht
geändert werden. Konstante dienen der Übersichtlichkeit und
Lesbarkeit von Programmen; z. B.:
Pi = 3,1415
Maximum = 10000
Autor = "Johann Wolfgang von Goethe"
Bei der Programmiersprache C findet man zwei Varianten der
Konstantenvereinbarungen:
const float Pi = 3.1415
#define Pi 3.1415
Die erste Form entspricht dem aktuellen ANSI-Standard und ist
zu bevorzugen. Die zweite Variante ist älter und definiert
eigentlich nur ein Makro. Vor der eigentlichen Übersetzung wird
im gesamten Text die Zeichenkette "Pi" durch
"3.1415" ersetzt.
Variablen
Anstelle der behandelten Datengrößen werden im Programm
Namen eingesetzt, die als variable Größen oder kurz als
"Variablen" bezeichnet werden. Jede Variable besitzt
also einen Namen und einen Wert. Sie stellt somit einen
"Behälter" für ihren Wert dar. Der Compiler
reserviert entsprechend dem Typ eine bestimmte Menge
Speicherplatz für den "Behälter". Die Variable kann
als Benennung von einem oder mehreren Speicherworten aufgefaßt
werden.
In C gibt es zwei verschiedene Arten von Vereinbarungen, Definitionen und
Deklarationen.Der Begriff der Vereinbarung umfasst sowohl die Definition als
auch die Deklaration.
Definitionen
- legen die Art der Variablen fest:
- den Typ,
- die Speicherklasse,
- Typ-Attribute (type qualifier) wie const und volatile fest
- sorgen gleichzeitig für die Reservierung des Speicherplatzes.
Deklarationen legen nur die Art der Variablen bzw. die
Schnittstelle der Funktionen, d. h. die Funktionsköpfe, fest.
Während Definitionen von Variablen und Funktionen dazu
dienen, Datenobjekte bzw. Funktionen im Speicher anzulegen,
machen Deklarationen Datenobjekte bzw. Funktionen bekannt,
die in anderen Übersetzungseinheiten definiert werden oder in
derselben Übersetzungseinheit erst nach ihrer Verwendung
definiert werden.
Eine Deklaration umfasst stets den Namen eines Objektes und
seinen Typ. Damit weiß der Compiler, mit welchem Typ er einen
Namen verbinden muß. Kurz ausgedrückt:
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Definition = Deklaration + Reservierung des Speicherplatzes
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Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable ist eine
fundamentale Operation in Computerprogrammen. Eine Variable zeigt
eine Verhaltensweise, die einer Wandtafel ähnlich ist: Sie kann
jederzeit gelesen werden (sie liefert den Wert) andererseits
ausgewischt und überschrieben werden. In fast allen höheren
Programmiersprachen müssen Variablen vor ihrer Verwendung
deklariert werden - so auch in C. Es wird dabei der Typ der
Variablen (siehe unten: Datentypen) und ein Bezeichner angegeben.
Z. B.:
int Anzahl, Summe, I, J;
float DM_Betrag;
Die Zuweisung eines Wertes an eine Variable wird im
allgemeinen durch das Operatorzeichen = bezeichnet (zur
Unterscheidung vom Gleichheitszeichen verwenden manche
Programmiersprachen auch einen Linkspfeil oder ":="):
Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Wertzuweisung und
Gleichung im mathematischen Sinn. So würde die mathematische
Gleichung
X = X + 1
wenig Sinn machen (es gibt nämlich keine Lösung), in einer
Programmiersprache bedeutet der Ausdruck jedoch "Addiere 1
zum Wert von X und speichere das Ergebnis wieder in X" oder
kürzer "Erhöhe X um 1". Noch ein Beispiel:
In C ist eine Wertzuweisung auch bei der Definition erlaubt.
Es handelt sich um ein sehr sinnvolles Feature, denn eine
Variable besitzt nach der Deklaration noch keinen definierten
Wert. Nicht initialisierte Variablen (d. h. Variablen ohne
Anfangswert) sind oft die Ursache von Programmfehlern. Beispiel:
int I = 0, Anzahl = 111;
float X = 0.0;
Merke: Steht die Variable auf der rechten Seite einer
Zuweisung, bezeichnet sie ihren Inhalt. Steht die Variable auf
der linken Seite einer Zuweisung bezeichnet Sie einen Behälter.
Ausdrücke
Ein Ausdruck (engl. Expression) ist eine Formel (eine
Rechenregel), die stets einen (Resultat-)Wert liefert. Der
Ausdruck besteht aus Operanden (Konstante, Variablen und
Funktionen) und Operatoren. Operatoren werden üblicherweise
eingeteilt in
- monadische Operatoren = einstellige Operatoren
(z. B.
Vorzeichen +/- vor Zahlen, NOT-Operator vor Binärwerten)
- dyadische Operatoren = zweistellige Operatoren
(z. B. die
Operatoren der Grundrechenarten ( + - * / ), AND, OR bei
Binärwerten)
Sofern Ausdrücke mit mehr als einem Operator vorkommen, ist
die Reihenfolge ihrer Ausführung eindeutig festzulegen. Dies
kann durch drei Möglichkeiten erfolgen:
- Reihenfolge der Aufschreibung von links nach rechts
- allgemeine Vorrangregeln (beim Rechnen "Punkt vor
Strich")
- Klammerung um die einzelnen Operanden
Die Hierarchie nimmt in der oben aufgeführten Liste von oben
nach unten zu, d. h. Klammern binden stärker als Vorrangregeln
und diese stärker als die Reihenfolge. Der Begriff
"Ausdruck" beschränkt sich nicht auf arithmetische
Ausdrücke (z. B. a * y + b), es gibt auch logische oder
mengentheoretische Ausdrücke oder Ausdrücke, die Zeichen,
Zeichenfolgen oder Speicheradressen zum Ergebnis haben.
Ausdrücke und Anweisungen
Anweisungen und Ausdrücke sind nicht das Gleiche. Sie unterscheiden
sich durch den Rückgabewert:
- Ausdrücke haben immer einen Rückgabewert. Sie können damit
Teil eines größeren Ausdrucks sein.
- Anweisungen können keinen Rückgabewert haben. Sie können
damit nicht Teil eines größeren Ausdrucks sein.
Was ist aber nun genau der Rückgabewert? Das soll anhand des Ausdrucks
13 + 16.5 erklärt werden. Durch die Anwendung des Additionsoperators
+ auf seine Operanden 13 und 16.5 ist der Rückgabewert
des Ausdrucks eindeutig festgelegt. Aus den Typen der Operanden ergibt sich auch
der Typ des Rückgabewertes. Werden wie in diesem Beispiel unterschiedliche
Datentypen in einem Ausdruck verwendet, führt der Compiler
eine sogenannte implizite Typumwandlung nach vorgegebenen Regeln durch. Als erstes
prüft der Compiler die Typen der Operanden. Der eine Operand ist vom Typ int,
der andere vom Typ float. Damit ist eine Addition zunächst nicht
möglich. Es muß zuerst vom Compiler eine für den Programmierer
unsichtbare sogenannte implizite Typumwandlung der Zahl 13 in den Typ float
(also zu 13.0) durchgeführt werden. Erst dann ist die Addition möglich.
Der Rückgabewert der Addition ist die Zahl 19.5 vom Typ float.
Jeder Rückgabewert hat also auch einen Typ.
In C gibt es
- Selektionsanweisungen,
- Iterationsanweisungen,
- Sprungananweisungen und
- Ausdrucksanweisungen.
Die ersten drei Anweisungen werden im Kapitel 2 ausführlich behandelt, auf die
letze Form wird hier eingegangen.In C kann man durch Anhängen eines Semikolons
an einen Ausdruck erreichen, daß dieser zu einer Anweisung wird. Man spricht
dann von einer sogenannten "Ausdrucksanweisung". In einer solchen Ausdrucksanweisung
wird der Rückgabewert eines Ausdruckes nicht verwendet. Lediglich wenn Seiteneffekte
zum Tragen kommen, ist eine Ausdrucksanweisung sinnvoll. Dazu ein Beispiel:
int i = 0; /* Zuweisung eines Anfangswertes an die Variable */
5 * 5; /* zulaessig, aber nicht besonders sinnvoll */
/* Der Rueckgabewert von 5 * 5 wird nicht verwendet */
i++; /* Sinnvoll - i wird um 1 erhoeht (siehe spaeter) */
Generell gilt:
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In C kann jeder Ausdruck eine Anweisung werden und einen Rückgabewert haben.
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Bezeichner
Wie haben gesehen, daß man Konstante und Variablen mit frei
wählbaren Bezeichnungen (Namen) versehen kann. Daneben gibt es
in jeder Programmiersprache noch Bezeichner für Unterprogramme
(Prozeduren und Funktionen, siehe später) und sogenannte Standardbezeichner,
welche die Schlüsselworte (reserved Words) der
Programmiersprache und vordefinierte Unterprogramme
(Standardfunktionen, Standardprozeduren) benennen und die in der
Regel nicht anderweit verwendet werden dürfen.
L-Werte und R-Werte
Ausdrücke habe eine unterschiedliche Bedeutung, je nachdem, ob sie links oder
rechts vom Zuweisungsoperator stehen. Wie schon erwähnt steht beim Ausdruck
a = b die rechte Seite für einen Wert, während der Ausdruck auf
der linken Seite die Stelle angibt, an der der Wert zu speichern ist. Wenn wir das
Beispiel noch etwas modifizieren, wird der Unterschied noch deutlicher:
a = a + 5*c
Beim Namen a ist rechts vom Zuweisungsoperator der Wert gemeint, der in der
Speicherzelle a gespeichert ist, und links ist die Adresse der Speicherzelle
a gemeint, in der der Wert des Gesamtausdrucks auf der rechten Seite
gespeichert werden soll. Aus dieser Stellung links oder rechts des Zuweisungsoperators
wurden auch die Begriffe L-Wert und R-Wert abgeleitet.
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Ein Ausdruck stellt einen L-Wert ("lvalue" oder "left value") dar, wenn er sich
auf ein Speicherobjekt bezieht. Ein solcher Ausdruck kann links und rechts des
Zuweisungsoperators stehen.
Ein Ausdruck, der keinen L-Wert darstellt, stellt einen R-Wert ("rvalue" oder
"right value") dar. Er darf nur rechts des Zuweisungsoperators stehen. Einem
R-Wert kann man also nichts zuweisen.
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Es gilt:
- Ein Ausdruck, der einen L-Wert darstellt, darf auch rechts vom Zuweisungsoperator
stehen. In diesem Fall wird dessen Namen bzw. Adresse benötigt, um an der
entsprechenden Speicherstelle den Wert der Variablen abzuholen. Dieser Wert wird dann
zugewiesen.
- Links des Zuweisungsoperators muss immer ein L-Wert stehen, da man den Namen bzw.
die Adresse einer Variablen braucht, um an der entsprechenden Speicherstelle den
zugewiesenen Wert abzulegen.
- Weiter wird zwischen modifizierbarem und nicht modifizierbarem L-Wert
unterschieden. Ein nicht modifizierbarer L-Wert ist z.B. eine Konstante oder der Name
eines Arrays. Dem Namen entspricht zwar eine Adresse. Diese ist jedoch konstant und
kann nicht modifiziert werden. Auf der linken Seite einer Zuweisung darf also nur ein
modifizierbarer L-Wert stehen.
- Bestimmte Operatoren können nur auf L-Werte angewandt werden. So kann man
den Inkrementoperator ++ oder den Adressoperator & nur auf L-Werte anwenden.
5++ ist falsch, i++ ist korrekt (sofern i eine Variable ist).
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