C von A bis Z

Vorwort . . . 25
1. Einstieg in C . . . 27

1. 1 . . . Übersicht zu C . . . 27
1. 2 . . . Der ANSI-C-Standard . . . 29
1. 3 . . . Der POSIX-Standard . . . 32
1. 4 . . . Vor- und Nachteile der Programmiersprache C . . . 33
1. 5 . . . C in diesem Buch . . . 34
1. 6 . . . Was benötigen Sie für C? . . . 35
1. 7 . . . Welcher Compiler und welches Betriebssystem? . . . 37
1. 8 . . . Unterschiede zwischen Windows und Linux . . . 38
1. 9 . . . Eine Programmierumgebung einrichten am Beispiel von Pelles C 8. 00 für Windows . . . 38
1. 10 . . . Eine Programmierumgebung einrichten - Nano/GCC für Linux . . . 47

2. Eine günstige Programmierplattform - der Raspberry Pi . . . 49

2. 1 . . . Was genau ist der Raspberry Pi? . . . 50
2. 2 . . . Installation eines Linux-Betriebssystems am Beispiel von Raspberry Pi OS . . . 54
2. 3 . . . Die Konfiguration des Raspberry Pi im Detail . . . 63
2. 4 . . . Das Tool raspi-config . . . 63

3. Das erste Programm . . . 69

3. 1 . . . Was leistet der Editor? . . . 70
3. 2 . . . Was leistet der Compiler? . . . 70
3. 3 . . . Was sind Include-Dateien, und wozu benötigt man sie? . . . 71
3. 4 . . . Das erste Programm - die Ausgabe eines Textes in der Konsole . . . 71
3. 5 . . . Das Hallo-Welt-Programm im Detail . . . 72
3. 6 . . . Wie kompiliert man ein Programm und führt es anschließend aus? . . . 75

4. Grundlagen . . . 77

4. 1 . . . Symbole . . . 77
4. 2 . . . Zeichensätze . . . 84
4. 3 . . . Strings . . . 89
4. 4 . . . Das Einführungsbeispiel mit Strings . . . 90

5. Basisdatentypen . . . 91

5. 1 . . . Was ist ein Byte, und wie werden Zahlen in C gespeichert? . . . 91
5. 2 . . . Was ist eine Variable, und was ist ein Variablentyp? . . . 92
5. 3 . . . Was ist ein Operand? . . . 93
5. 4 . . . Was ist ein Parameter? . . . 93
5. 5 . . . Wie speichert ein Prozessor Variablen, Parameter und Operanden? . . . 93
5. 6 . . . Was sind Speicheradressen, und warum sind sie wichtig für C? . . . 93
5. 7 . . . Deklaration und Definition von Variablen . . . 94
5. 8 . . . Array-Datentypen (Datenfelder) . . . 96
5. 9 . . . Standard-Datentypen . . . 96
5. 10 . . . Ganzzahlige Typen mit vorgegebener Breite - < stdint. h> . . . 103
5. 11 . . . Die Gleitpunkttypen »float« und »double« . . . 107
5. 12 . . . Komplexe Gleitpunkttypen - < complex. h> . . . 115
5. 13 . . . Der Datentyp »char«, Standardgröße 1 Byte . . . 117
5. 14 . . . Nationale contra internationale Zeichensätze . . . 123
5. 15 . . . Boolesche Werte - < stdbool. h> . . . 127
5. 16 . . . Der Unterschied zwischen vorzeichenlosen und vorzeichenbehafteten Zahlen . . . 128
5. 17 . . . Limits für Ganzzahl- und Gleitpunktdatentypen . . . 130
5. 18 . . . Der Typ »void« . . . 134
5. 19 . . . Numerische Konstanten . . . 134
5. 20 . . . Umwandlungsvorgaben für formatierte Ein-/Ausgabe . . . 136

6. Formatierte Ein-/Ausgabe mit »scanf()« und »printf()« . . . 145

6. 1 . . . Formatierte Eingabe mit »scanf()« . . . 145
6. 2 . . . Formatierte Ausgabe mit »printf()« . . . 155

7. Operatoren . . . 159

7. 1 . . . Was sind Operatoren, und wozu benötigt man sie in C? . . . 159
7. 2 . . . Arithmetische Operatoren . . . 160
7. 3 . . . Erweiterte Darstellung arithmetischer Operatoren . . . 164
7. 4 . . . Inkrement- und Dekrement-Operatoren . . . 165
7. 5 . . . Bit-Operatoren . . . 167
7. 6 . . . Makros für logische Operatoren und Bit-Operatoren - < iso646. h> . . . 175
7. 7 . . . Der »sizeof«-Operator . . . 176

8. Typumwandlung . . . 179

8. 1 . . . Automatische implizite Datentypumwandlung durch den CCompiler . . . 179
8. 2 . . . Wozu benötigt man das benutzerdefinierte explizite Typecasting? . . . 184
8. 3 . . . Explizite Datentypumwandlung mit Typecasting an Beispielen . . . 184

9. Kontrollstrukturen . . . 187

9. 1 . . . Verzweigungen mit der »if«-Bedingung . . . 188
9. 2 . . . Die Verzweigung mit »else if« . . . 192
9. 3 . . . Die Verzweigung mit »else« . . . 194
9. 4 . . . Der ! -Operator (logischer NOT-Operator) . . . 198
9. 5 . . . Logisches UND (& &) - logisches ODER (||) . . . 200
9. 6 . . . Der Bedingungsoperator »? :« . . . 203
9. 7 . . . Fallunterscheidung: die »switch«-Verzweigung . . . 205
9. 8 . . . Die »while«-Schleife . . . 210
9. 9 . . . Die »do while«-Schleife . . . 214
9. 10 . . . Die »for«-Schleife . . . 219
9. 11 . . . Kontrollierter Ausstieg aus Schleifen mit »break« . . . 227
9. 12 . . . Direkte Sprünge mit »goto« . . . 229
9. 13 . . . Einige Anmerkungen zum Notationsstil, ehe Sie weiterlesen . . . 229
9. 14 . . . Einige Anmerkungen zu einem guten Programmierstil . . . 230

10. Funktionen . . . 233

10. 1 . . . Was sind Funktionen? . . . 233
10. 2 . . . Wozu dienen Funktionen? . . . 234
10. 3 . . . Definition von Funktionen . . . 234
10. 4 . . . Funktionsaufruf . . . 235
10. 5 . . . Funktionsdeklaration . . . 237
10. 6 . . . Lokale Variablen . . . 239
10. 7 . . . Globale Variablen . . . 241
10. 8 . . . Statische Variablen . . . 243
10. 9 . . . Schlüsselwörter für Variablen - Speicherklassen . . . 244
10. 10 . . . Typ-Qualifizierer . . . 245
10. 11 . . . Geltungsbereich von Variablen . . . 246
10. 12 . . . Speicherklassen-Spezifizierer für Funktionen . . . 248
10. 13 . . . Datenaustausch zwischen Funktionen . . . 249
10. 14 . . . Wertübergabe an Funktionen (Call-by-Value) . . . 250
10. 15 . . . Der Rückgabewert von Funktionen . . . 254
10. 16 . . . Die Hauptfunktion »main()« . . . 256
10. 17 . . . Was bedeutet der Rückgabewert beim Beenden eines Programms? . . . 258
10. 18 . . . Funktionen der Laufzeitbibliothek . . . 262
10. 19 . . . Getrenntes Kompilieren von Quelldateien . . . 263
10. 20 . . . Rekursive Funktionen (Rekursion) . . . 265
10. 21 . . . »inline«-Funktionen . . . 278

11. Präprozessor-Direktiven . . . 281

11. 1 . . . Mit »#include« Dateien einbinden . . . 282
11. 2 . . . Wichtige vordefinierte Headerdateien für C . . . 283
11. 3 . . . Makros und Konstanten - »#define« . . . 285
11. 4 . . . Bedingte Kompilierung mit »#ifdef« . . . 294
11. 5 . . . Vordefinierte Präprozessor-Direktiven (ANSI C) . . . 300
11. 6 . . . Einen Makroparameter durch einen String ersetzen . . . 302
11. 7 . . . »#undef« - Makronamen wieder aufheben . . . 304
11. 8 . . . Fehlermeldungen ausgeben mit »#error« . . . 304
11. 9 . . . »#pragma« (gilt nur für Windows) . . . 306

12. Arrays . . . 307

12. 1 . . . Arrays deklarieren . . . 308
12. 2 . . . Initialisierung und Zugriff auf Arrays . . . 309
12. 3 . . . Arrays vergleichen . . . 316
12. 4 . . . Anzahl der Elemente eines Arrays ermitteln . . . 318
12. 5 . . . Übergabe von Arrays an Funktionen . . . 319
12. 6 . . . Arrays aus Funktionen zurückgeben . . . 322
12. 7 . . . Programmbeispiel zu Arrays . . . 323
12. 8 . . . Array-Werte über die Tastatur einlesen . . . 327
12. 9 . . . Mehrdimensionale Arrays . . . 328
12. 10 . . . Arrays in eine Tabellenkalkulation einlesen (CSV-Dateien) . . . 343
12. 11 . . . Strings/Zeichenketten (»char«-Array) . . . 345
12. 12 . . . Einlesen von Strings . . . 352
12. 13 . . . Die Standard-Bibliothek < string. h> . . . 355

13. Zeiger (Pointer) . . . 369

13. 1 . . . Der Unterschied zwischen einer normalen Variablen und einem Zeiger . . . 369
13. 2 . . . Zeiger deklarieren . . . 370
13. 3 . . . Zeiger initialisieren . . . 371
13. 4 . . . Zeigerarithmetik . . . 384
13. 5 . . . Zeiger, die auf andere Zeiger verweisen . . . 385
13. 6 . . . Typensicherung bei der Dereferenzierung . . . 388
13. 7 . . . Zeiger als Funktionsparameter (Call-by-Reference) . . . 389
13. 8 . . . Array und Zeiger . . . 396
13. 9 . . . Zeiger auf Strings . . . 403
13. 10 . . . Zeiger auf Zeiger und Stringtabellen . . . 405
13. 11 . . . Zeiger auf Funktionen . . . 415
13. 12 . . . void-Zeiger . . . 420
13. 13 . . . Äquivalenz zwischen Zeigern und Arrays . . . 424
13. 14 . . . Der »restrict«-Zeiger . . . 426

14. Kommandozeilenargumente . . . 429

14. 1 . . . Argumente an die Hauptfunktion übergeben . . . 430
14. 2 . . . Argumente aus der Kommandozeile auswerten . . . 435

15. Dynamische Speicherverwaltung . . . 441

15. 1 . . . Das Speicherkonzept . . . 442
15. 2 . . . Speicherallokation mit »malloc()« . . . 444
15. 3 . . . Das NULL-Mysterium . . . 447
15. 4 . . . Speicherreservierung und ihre Probleme . . . 451
15. 5 . . . »free()« - Speicher wieder freigeben . . . 452
15. 6 . . . Dynamische Arrays . . . 460
15. 7 . . . Speicher dynamisch reservieren mit »realloc()« und »calloc()« . . . 464
15. 8 . . . Speicher vom Stack anfordern mit »alloca()« (nicht ANSI C) . . . 468
15. 9 . . . Ergänzende Anmerkungen zu »free()« . . . 468
15. 10 . . . Zweidimensionale dynamische Arrays . . . 469
15. 11 . . . Was muss man tun, wenn die Speicherallokation fehlschlägt? . . . 472

16. Strukturen . . . 479

16. 1 . . . Benutzerdefinierte Typendefinitionen mit »typedef« . . . 479
16. 2 . . . Was ist ein strukturierter Datentyp, und wozu benötigt man ihn in C? . . . 479
16. 3 . . . Strukturen mit »typedef struct« deklarieren . . . 480
16. 4 . . . Initialisierung und Zugriff auf Strukturen . . . 482
16. 5 . . . Strukturen als Wertübergabe an eine Funktion benutzen . . . 491
16. 6 . . . Strukturen als Rückgabewert einer Funktion benutzen . . . 493
16. 7 . . . Strukturen miteinander vergleichen . . . 495
16. 8 . . . Arrays von Strukturen erstellen . . . 497
16. 9 . . . Strukturen in Strukturen (Nested Structures) . . . 504
16. 10 . . . Weitere spezielle Datentypen . . . 514
16. 11 . . . Attribute von Strukturen verändern . . . 524
16. 12 . . . Bitfelder . . . 528
16. 13 . . . Das »offsetof«-Makro . . . 535

17. Ein-/Ausgabe-Funktionen . . . 537

17. 1 . . . Was ist eine Datei aus Sicht der Programmiersprache C? . . . 537
17. 2 . . . Formatierte und unformatierte Ein-/Ausgabe . . . 538
17. 3 . . . Höhere Ein-/Ausgabe-Funktionen mit < stdio. h> . . . 538
17. 4 . . . Streams (Ein-/Ausgabe-Datenströme) . . . 566
17. 5 . . . Spezielle Ein-/Ausgabe-Funktionen für Streams . . . 595
17. 6 . . . Low-Level-Datei-I/O-Funktionen (nicht ANSI C) . . . 641

18. Attribute von Dateien und das Arbeiten mit Verzeichnissen (nicht ANSI C) . . . 673

18. 1 . . . Die Attribute einer Datei mit »stat()« ermitteln . . . 673
18. 2 . . . Prüfen des Zugriffsrechts mit »access()« . . . 691
18. 3 . . . Verzeichnisfunktionen . . . 693

19. Arbeiten mit variabel langen Argumentlisten - < stdarg. h> . . . 705

19. 1 . . . Was ist eine Ellipse, und wie werden mit ihr Parameter übergeben? . . . 705
19. 2 . . . Wie kann man mit < stdarg. h> die Parameterliste abfragen? . . . 706
19. 3 . . . Makros in < stdarg. h> - »va_list«, »va_arg«, »va_start« und »va_end« . . . 706
19. 4 . . . Die Argumentliste am Anfang oder Ende kennzeichnen . . . 707
19. 5 . . . »vprintf()«, »vsprintf()«, »vfsprintf()« und »vsnsprintf()« . . . 712
19. 6 . . . Variadic Makros - __VA_ARGS__ . . . 716

20. Zeitroutinen . . . 721

20. 1 . . . Die Headerdatei < time. h> . . . 721
20. 2 . . . Laufzeitmessung (Profiling) . . . 734
20. 3 . . . Besonderheiten beim Raspberry Pi . . . 735

21. Weitere Headerdateien und ihre Funktionen (ANSI C) . . . 737

21. 1 . . . Testmöglichkeiten und Fehlersuche - < assert. h> . . . 738
21. 2 . . . Zeichenklassifizierung und Umwandlung - < ctype. h> . . . 739
21. 3 . . . Mathematische Funktionen - < math. h> , < tgmath. h> und < complex. h> . . . 744
21. 4 . . . Einige nützliche Funktionen in < stdlib. h> . . . 758
21. 5 . . . Länderspezifische Eigenheiten - < locale. h> . . . 778
21. 6 . . . Nichtlokale Sprünge - < setjmp. h> . . . 782
21. 7 . . . Einige nützliche Funktionen in < signal. h> . . . 786
21. 8 . . . Die »mem. . . «-Funktionen zur Speichermanipulation - < string. h> . . . 791

22. Dynamische Datenstrukturen . . . 797

22. 1 . . . Lineare Listen (einfach verkettete Listen) . . . 797
22. 2 . . . Doppelt verkettete Listen . . . 832
22. 3 . . . Stacks nach dem LIFO-(Last-in-first-out-)Prinzip . . . 849
22. 4 . . . Queues nach dem FIFO-Prinzip . . . 870
22. 5 . . . Dynamisches Array mit flexiblen Elementen . . . 879

23. Algorithmen . . . 881

23. 1 . . . Was sind Algorithmen? . . . 881
23. 2 . . . Einige einfache Beispiele für Algorithmen . . . 883
23. 3 . . . Kryptografische Algorithmen . . . 969

24. MySQL und C . . . 1027

24. 1 . . . Aufbau eines Datenbanksystems . . . 1027
24. 2 . . . MySQL installieren . . . 1033
24. 3 . . . Crashkurs SQL . . . 1037
24. 4 . . . Die MySQL-C-API . . . 1052
24. 5 . . . MySQL und C mit CGI . . . 1083
24. 6 . . . Funktionsübersicht . . . 1101
24. 7 . . . Datentypenübersicht der C-API . . . 1105
24. 8 . . . Weiterführende Literatur zu Datenbanken . . . 1105

25. Netzwerkprogrammierung und Cross-Plattform-Entwicklung . . . 1107

25. 1 . . . Begriffe zur Netzwerktechnik . . . 1107
25. 2 . . . Was sind Sockets und wie legt man sie in C an? . . . 1114
25. 3 . . . Headerdateien für die Netzwerkprogrammierung . . . 1115
25. 4 . . . Das Client-Server-Prinzip . . . 1118
25. 5 . . . Erstellen einer Client-Anwendung . . . 1120
25. 6 . . . Erstellen einer Server-Anwendung . . . 1130
25. 7 . . . Ein einfacher TCP-Echo-Server . . . 1135
25. 8 . . . Cross-Plattform-Development . . . 1143
25. 9 . . . Weitere Anmerkungen zur Netzwerkprogrammierung und Literaturempfehlungen . . . 1166

26. Paralleles Rechnen . . . 1173

26. 1 . . . Was ist Multitasking und wie wird es realisiert? . . . 1173
26. 2 . . . Braucht man spezielle Prozessoren für Multitasking? . . . 1174
26. 3 . . . Braucht man spezielle Multitasking-Betriebssysteme? . . . 1177
26. 4 . . . Programmiertechniken der Parallelisierung . . . 1177
26. 5 . . . Vom Prozess zum Thread . . . 1179
26. 6 . . . Mit POSIX-Threads programmieren . . . 1182

27. Sicheres Programmieren . . . 1193

27. 1 . . . Buffer Overflow (Speicherüberlauf) . . . 1194
27. 2 . . . Warum sind Buffer Overflows kritisch für die Sicherheit? . . . 1195
27. 3 . . . Wie man Buffer Overflows vermeidet . . . 1202
27. 4 . . . Gegenmaßnahmen zum Buffer Overflow, wenn das Programm fertig ist . . . 1205
27. 5 . . . Stack Overflow (Stapelüberlauf) . . . 1210
27. 6 . . . Was verursacht Stack Overflows? . . . 1210
27. 7 . . . Warum ist ein Stapelüberlauf kritisch für die Sicherheit? . . . 1210
27. 8 . . . Wie man Stack Overflows verhindert . . . 1211
27. 9 . . . Memory Leaks (Speicherlecks) . . . 1212
27. 10 . . . Bibliotheken und Tools zu Memory Leaks . . . 1216
27. 11 . . . Tipps zu Sicherheitsproblemen . . . 1217

28. Wie geht' s jetzt weiter? . . . 1219

28. 1 . . . GUI-Programmierung - grafische Oberflächen . . . 1220
28. 2 . . . Grafikprogrammierung unter Windows . . . 1223

Anhang . . . 1241

A . . . Operatoren . . . 1241

Index . . . 1247