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c	learnc.c	caminsha https://github.com/caminsha	de-de

Ach, C. Immer noch die Sprache für modernes High-Performance Computing.

C ist wahrscheinlich die niedrigste Programmiersprache, welche die meisten Programmierer je brauchen werden. Die Geschwindigkeit von C ist enorm, allerdings muss man sich stets der maneullen Speicherverwaltung bewusst sein.

Über Compiler Flags

Standardmässig sind gcc und clang ziemlich ruhig bezüglich Warnungen und Fehlern, obwohl dies sehr nützliche Informationen sein können. Es wird empfohlen, strengere Compiler Flags zu verwenden. Hier sind einige empfohlene Standards: -Wall -Wextra -Werror -O2 -std=c99 -pedantic

Für weitere Informationen, was diese und weitere Optionen genau machen, sollte die Man-Page des C-Compilers aufgerufen werden (z.B. man 1 gcc). Alternativ kann auch online nach den unterschiedlichen Optionen gesucht werden.

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mehrzeilige Kommentare können nicht verschaltelt werden /* Sei Vorsichtig! */ // Kommentar endet auf dieser Linie ...
*/ // ... nicht bei dieser!

// Konstanten: #define <keyword>
// Konstanten werden laut der Konvention immer in GROSSBUCHSTABEN geschrieben
#define TAGE_IM_JAHR 365

// Konstanten können auch als Aufzählungskonstanten (Enums) definiert werden.
// Alle Anweisungen müssen mit einem Semikolon beendet werden.
enum tage {SO=1, MO, DI, MI, DO, FR, SA};
// MO wird automatisch zu 2, DI zu 3 etc.

// Importiere Header-Dateien mit #include
#include <stdlib.h>
#include <stio.h>
#include <string.h>

// Dateien, welche zwischen <spitzen Klammern> stehen, sind Header-Dateien aus
// der C-Standard-Bibliothek.
// Für deine eigenen Header müssen Anführungszeichen verwendet werden, z.B.:
// #include "mein_header.h"

// Funktionssignaturen werden entweder vorher in einer .h-Datei deklariert oder
// am Anfang der .c-Datei.
void funktion_1();
int funktion_2(void);

// Es muss ein Funktionsprototyp deklariert werden vor der `main()` Funktion,
// wenn die Funktion nach der `main()` Funktion gebraucht wird.
int addiere_zwei_integer(int x1, int x2); // Funktionsprototyp
// Auch wenn der Ausdrck `int addiere_zwei_integer(int, int)` auch valid wäre, 
// ist es empfohlen, dass man die Namen der Argumente hinschreibt für eine
// einfachere Analyse.

// Der Einstiegspunkt deines Programms ist eine Funktion mit dem Namen main und 
// einem Integer als Rückgabewert.
int main(void){
    // dein Programm
}

// Die Kommandozeilenargumente, welche gebraucht werden, damit dein Programm läuft,
// werden als Argumente der `main`-Funktion mitgegeben.
// argc steht für die Anzahl von Argumenten. - Der Programmname ist das erste Argument.
// argv ist ein Array von Zeichenarrays, welche die Argumente beinhaltet.
// argv[0] = Name des Programms
// argv[1] = erstes Argument usw.
int main (int argc, char** argv){
    // Ausgabe mit Hilfe von printf (print formatted)
    // %d ist ein Integer.
    // \n steht für eine neue Zeile
    printf("%d\n",0); // => Gibt 0 aus.

    ////////////////////////////////////////////////
    // Typen
    ////////////////////////////////////////////////

    // Alle Variable müssen am Anfang des jetzigen Blocks deklariert werden.
    // Wir deklarieren die Variablen dynamisch im Code um die Lesbarkeit im
    // Tutorial zu verbessern.
    // C99-Konforme Compiler erlauben die Variablendeklaration an dem Punkt, an
    // welchem die Variable verwendet wird.

    // integer sind normalerweise 4 Bytes gross
    int x_int = 0;

    // shorts sind normalerweise 2 Bytes gross
    short x_short = 0;

    // chars sind garantiert 1 Byte gross
    char x_char = 0;
    char y_char = 'y'; // Charakterliterale werden mit '' gekennzeichnet.

    // longs sind oft 4 bis 8 Bytes gross. long long sind garantiert mindestens 
    // 8 Bytes gross.
    long x_long = 0;
    long long x_long_long = 0;

    // floats sind normalerweise 32-Bit Gleitkommazahlen
    float x_float = 0.0f; // 'f'-Suffix beschreibt eine Gleitkommazahl.

    // doubles sind normalerweise 64-Bit Gleitkommazahlen
    double x_double = 0.0; // echte Zahlen ohne Suffix sind vom Typ double

    // integer-Typen können vorzeichenlos (unsigned) sein  (grösser oder kleiner als 0)
    unsigned short ux_short;
    unsigned int ux_int;
    unsigned long long ux_long_long;

    // chars innerhalb von einfachen Anführungszeichen sind Integers im
    // Maschinenzeichensatz
    '0'; // => 48 im ASCII-Zeichensatz
    'A'; // => 65 im ASCII-Zeichensatz

    // sizeof(T) gibt die Grösse einer Variablen des Typen T in Bytes zurück.
    // sizeof(obj) ergibt die Grösse des Ausdrucks (Variable, Literal usw.)

    printf("%zu\n", sizeof(int)); // => 4 (auf den meisten Rechnern mit einem 4-Byte-Wort)

    // Wenn das Argument des `sizeof`-Operator ein Ausdruck ist, dann wird das
    // Argument nicht ausgewertet (ausser Arrays mit variabler Länge)
    // Der Wert, der in diesem Fall zurückgegeben wird, ist eine Konstante zur 
    // Kompillierzeit.

    int a = 1;
    //size_t ist ein vorzeichenloser Integer Typ mit mindestens 2 Byte um die 
    // Grösse eines Objekts zu repräsentieren.
    size_t size = sizeof(a++); // a++ wird nicht ausgewertet
    printf("sizeof(a++) = %zu, wobei a=%d ist\n", size, a);
    // Gibt "sizeof(a++) = 4, wobei a=1 ist" aus (mit einer 32-Bit-Architektur)

    // Arrays müssen mit einer Grösse initialisiert werden.
    char mein_char_array[20]; // Dieses Array beinhaltet 1 * 20 = 20 Bytes
    int mein_int_array[20]; // Dieses Array beinhaltet 4 * 20 = 80 Bytes.
    // unter der Voraussetzung eines 4-Byte-Worts.

    // Ein Array kann auf diese Weise mit 0 initialisiert werden.
    char mein_array[20] = {0};
    // Hierbei ist der Teil "{0}" der "Array Initialisierer".
    // Beachte, dass die Länge des Arrays nicht explizit definiert werden muss, 
    // wenn er auf derselben Linie initialisiert wird.
    // Folgende Deklaration ist gleichwertig:
    char mein_array[] = {0};
    // Allerdings muss die Länge des Arrays dann zur Laufzeit ausgewertet werden:
    size_t mein_array_size = sizeof(mein_array) / sizeof(mein_array[0]);
    // WARNUNG: Wenn dieser Ansatz gewählt wird, muss man sicherstellen, dass die
    // Grösse des Arrays ermittelt werden *bevor* dieser einer Funktion als
    // Argument weitergegeben wird (siehe Diskussion weiter unten), weil Arrays
    // einer Funktion nur als Zeiger übergeben werden. => Das obere Statement
    // würde innerhalb einer Funktion ein falsches Resultat liefern.

    // Das Indexieren eines Arrays funktioniert wie in anderen Sprache - resp.
    // in anderen Sprachen funktioniert es gleich wie in C.
    mein_array[0]; // => 0
    
    // Arrays sind veränderbar; es ist nur Arbeitsspeicher!
    mein_array[1] = 2;
    printf("%d\n", mein_array[1]); // => 2

    // In C99 (und als optionales Feature in C11) können Arrays mit variabler
    // Länge deklariert werden. Die Grösse eines solchen Array muss eine Konstante
    // zur Kompilierzeit sein.
    printf("Geben Sie die Arraygrösse an: "); //Frag den Benutzer nach der Arraygrösse
    int array_size;
    fcsanf(stdin, "%d", &array_size);
    int var_length_array[array_size]; // deklariere Array mit variabler Länge
    printf("sizeof array =%zu\n", sizeof var_length_array);

    // Zum Beispiel:
    // > Geben Sie die Arraygrösse an: 10
    // > sizeof array = 40

    // Strings sind lediglich Arrays von `chars`, welche mit einem Null-Byte
    // (0x00) beendet werden. In Strings wird das Nullbyte durch das Zeichen \0
    // repräsentiert. Wir müssen das Null-Byte nicht angeben in String-Literalen;
    // Der Compiler fügt es am Ende des Array automatisch hinzu.
    char ein_string[20] = "Das ist ein String";
    printf("%s\n", ein_string); // %s formattiert einen String

    printf("%d\n", ein_string[18]); // => 0
    // Hier ist das Byte #19 0 (wie auch Byte #20)

    // Wenn wir Zeichen zwischen einfachen Anführungszeichen haben, ist es ein
    // Zeichenliteral vom Typ int und *nicht* char. (aus historischen Gründen)
    int cha = 'a'; // Ok
    char chb = 'a'; // auch ok (implizite Umwandlung von int zu char)

    // Mehrdimensionale Arrays:
    int multi_array[2][5] = {
        {1,2,3,4,5},
        {6,7,8,9,0}
    };
    // Auf Elemente zugreifen:
    int array_int = multi_array[0][2]; // => 3

    ////////////////////////////////////////////////
    // Operatoren
    ////////////////////////////////////////////////
    
    // Kurzschreibweise für mehrere Deklarationen
    int i1 = 1, i2 = 2;
    flaot f1 = 1.0, f2 = 2.0;

    int b,c;
    b = c = 0;

    // Arithmetik ist unkompliziert
    i1 + i2; // => 3
    i2 - i1; // => 1
    i2 * i1; // => 2
    i1 / i2; // 0 (0.5, aber abgeschnitten, da es int sind.

    // Man muss mindestens ein Integer to einen float konvertieren, damit man als
    // Resultat eine Gleitkommazahl erhält.
    (float)i1 / i2; // => 0.5f
    i1 / (double)i2; // => 0.5 // das gleiche mit dem Typ `double`
    f1 / f2; // => 0.5, plus oder minus Epsilon
    // Gleitkommazahlen und deren Berechnungen sind nicht exakt.

    // Es gibt auch die Möglichkeit, Modulo zu rechnen
    11 % 3; // => 2

    // Vergleichsoperatoren sind vielleicht schon bekannt, aber in C gibt es keinen
    // Boolean-Typ. In C verwenden wir `int`. (Oder _Bool oder bool in C99.)
    // 0 ist falsch, alles andere ist wahr (Die Vergleichsoperatoren ergeben
    // immer 1 oder 0.
    3 == 2; // => 0 (falsch)
    3 != 2; // => 1 (wahr)
    3 > 2; // => 1
    3 < 2; // => 0
    2 <= 2; // => 1
    2 >= 2; // => 1

    // C ist nicht Python - Vergleiche können nicht verkettet werden.
    // Warnung: die folgende Zeile wird kompilieren, aber es bedeutet `(0 < a) < 2`.
    // Dieser Ausdruck ist immer wahr, weil (0 < a) kann entweder 1 oder 0 sein.
    // In diesem Falle ist es 1, weil (0 < 1).
    int zwischen_0_und_2 = 0 < a < 2;
    // Benutze stattdessen folgende Schreibweise:
    int zwischen_0_und_2 = 0 < a && a < 2;

    // Logik funktioniert auch mit ints
    !3; // => 0 (logisches Nicht)
    !0; // => 1
    1 && 1; // => 1 (logisches Und)
    0 && 1; // => 0
    0 || 1; // => 1 (logisches Oder)
    0 || 0; // => 0

    // Bedingter ternärer Ausdruck ( ? : )
    int e = 5;
    int f = 10;
    int z;
    z = ( e > f) ? e : f; // => // => 10 "wenn e > f ist, gib e zurück, sonst f."

    // Inkrementierungs- und Dekrementierungsoperatoren
    int j = 0;
    int s = j++; // gib j zurück und erhöhe danach j. (s = 0, j = 1)
    s = ++j; // erhöhe zuerst j und gib dann j zurück (s = 2, j = 2)
    // das gleiche gilt für j-- und --j

    // Bitweise Operatoren
    ~0x0F; // => 0xFFFFFFF0 (Bitweise Negation, "Einer-Komplement", Beispielresultat für 32-Bit int)
    0x0F & 0xF0; // => 0x00 (Bitweises UND)
    0x0F | 0xF0; // => 0xFF (Bitweises ODER)
    0x04 ^ 0x0F; // => 0x0B (Bitweises XOR)
    0x01 << 1; // => 0x02 (Bitweises  Linksshift (left shift) (um 1))
    0x02 >> 1; // => 0x01 (Bitweises Rechtsshift (right shift) (um 1))

    // Sei vorsichtig beim Shift mit vorzeichenbehafteten Integern - folgende Ausdrücke sind nicht definiert:
    // - Verschiebung in das Vorzeichenbit (int a = 1 << 31)
    // - Linksshift einer negativen Zahl (int a = -1 << 2)
    // - Shift um einen Offset, welcher >= die Breite des linken Ausdrucks ist.
    // int a = 1 << 32; // undefiniertes Verhalten, wenn int 32-Bit ist.
    
    ////////////////////////////////////////////////
    // Kontrollstrukturen
    ////////////////////////////////////////////////
    if (0) {
        printf("Ich werde nie ausgeführt.");
    }
    else if (0){
        printf("Ich werde auch nie ausgeführt.");
    }
    else {
        printf("Ich gebe etwas aus.");
    }

    // While-Schleifen existieren auch
    int ii = 0;
    while (ii < 10){ // JEDER Wert unter zehn ist wahr
        printf("%d, " ii++); //i++ inkrementiert ii NACHDEM der Wert gebraucht wurde.
    } // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "

    printf("\n");

    int kk = 0;
    do {
        printf("%d, ", kk);
    } while(++kk < 10); //++kk inkrementiert kk BEVOR der Wert gebraucht wurde.
    // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "

    printf("\n");

    // In C gibt es auch for-Schleifen
    int jj; 
    for (jj = 0; jj < 10; jj++){
        printf("%d, ", jj);
    } // => gibt folgendes aus: "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, "
    
    printf("\n");

    // **Merke**
    // Schleifen und Funktionen müssen einen Body haben. Wenn kein Body gebraucht
    // wird, kann folgendes gemacht werden:
    int i; 
    for (i = 0; i <= 5; i++){
        ; // Semikolon wird als Body behandelt (Null-Anweisung)
    }
    // Alternativ kann auch folgendes geschrieben werden:
    for (i = 0; i <= 5; i++);

    // Verzweigungen mit mehreren Möglichkeiten: `switch()`
    switch (a){
        case 0: //labels müssen integrale *konstante* Ausdrücke sein (z.B. Enums)
            printf("Hey, 'a' ist gleich 0!\n");
            break; //Wenn du kein break einsetzt, so geht der Kontrollfluss durch die Labels
        case 1:
            printf("Huh, 'a' ist gleich 1!\n");
            break;
            // Sei vorsichtig - wenn man das `break` vergisst, werden alle Anweisungen
            // ausgeführt bis das nächste `break` erscheint.
        case 3:
        case 4:
            printf("Schau mal ... 'a' ist entweder 3 oder 4.\n");
            break;
        default:
            // wenn der Ausdruck `a` auf kein Label zutrifft.
            fputs("Fehler!\n", stderr);
            exit(-1);
            break;
    }

    // Verwendung von "goto" in C
    typedef enum { false, true } bool;
    bool desaster = false;
    int i, j; 
    for(i=0; i < 100; ++i){
        for (j=0; j < 100; ++j){
            if ((i + j ) >= 150){
                desaster = true;
            }
            if (desaster){
                goto error;
            }
        }
    }
error:
    printf("Ein Fehler ist aufgetreten bei i = %d & j ? %d\n", i, j);

    ////////////////////////////////////////////////
    // Typenumwandlung
    ////////////////////////////////////////////////

    // Jeder Wert in C hat einen bestimmten Typen, aber es ist möglich, ein 
    // Wert in einen anderen Typ umzuwandeln (mit einigen Einschränkungen).

    int x_hex = 0x01; // Es ist möglich, Variablen Hexadezimalwerten zuzuweisen.

    // Bei der Umwandlung zwischen Typen wird versucht, den numerischen Wert
    // beizubehalten.
    printf("%d\n", x_hex); // => 1
    printf("%d\n", (short) x_hex); // => 1
    printf("%d\n", (char) x_hex); // => 1

    // Typen werden überlaufen (overflow) ohne jegliche Warnung
    printf("%d\n", (unsigned char) 257); // => 1 (Max char = 255 wenn char 8 Bit lang ist)

    // Um den maximalen Wert eines `char`, `signed char` oder `unsigned char` 
    // herauszufinden, können die Makros `CHAR_MAX`, `SCHAR_MAX` und `UCHAR_MAX`
    // aus der Header-Datei `<limits.h>` verwendet werden.

    // Integer-Typen können zu Gleitkommazahlen und umgekehrt umgewandelt werden.
    printf("%f\n", (double) 100); // %f formattiert immer zu einem `double`...
    printf("%f\n", (flaot) 100); // ... auch mit einem `float`
    printf("%d\n", (char)100.0); 

}