Ullenboom C programmieren

Das umfassende Handbuch
1. Auflage 2026
ISBN: 978-3-367-11643-0
Verlag: Rheinwerk
Format: PDF
Kopierschutz: 0 - No protection

E-Book, Deutsch, 1238 Seiten

Modernes C-Wissen von Anfang an

An der Programmiersprache C kommt man auch heute nicht vorbei: Sie ist die Lingua Franca der Systemprogrammierung . In diesem Handbuch lernen Sie C von Anfang an, egal, welchen Wissensstand Sie schon mitbringen. Anhand von Best Practices und vielen Übungen begleitet Sie der erfahrene Autor Christian Ullenboom durch Variablen, Datentypen und Funktionen bis hin zu Continuous Integration und Leistungsanalyse. Sowohl Einsteiger in C als auch professionelle Anwender kommen hier auf ihre Kosten. Der ideale Weg zu fundierten und umfassenden Kenntnissen in C!

• Moderne C-Programmierung für die professionelle Praxis
• Inkl. Sprachgrundlagen, Speicherverwaltung, Leistungsanalyse, Continuous Integration u. v. m.
• Ideal für Studium und Beruf, mit Best Practices, Aufgaben und Lösungen

Aus dem Inhalt:

• Variablen, Datentypen und Typsicherheit
• Operatoren und Ausdrücke
• Kontrollstrukturen
• Funktionen
• Arrays
• Zeiger
• Speicherverwaltung
• Zeichen, Zeichenketten und Textverarbeitung
• Nebenläufigkeit und Parallelität
• Profiler und Optimierung
• Testen und Qualitätssicherheit

Autoren/Hrsg.

Ullenboom, Christian

Inhaltsverzeichnis

  Materialien zum Buch ... 31

  Vorwort ... 33

  1.  Die Philosophie von C ... 41

       1.1 ... Was ist C, und was ist es nicht? ... 41

       1.2 ... Der C-Standard ... 44

       1.3 ... Die Bedeutung von C heute ... 52

       1.4 ... Rückblick und Ausblick ... 55

  2.  Werkzeugkette und das erste C-Programm ... 57

       2.1 ... Minimales Beispiel main.c ... 57

       2.2 ... Compiler im Alltag: GCC und Clang ... 60

       2.3 ... C-Programm auf der Kommandozeile kompilieren und ausführen ... 68

       2.4 ... Präprozessor, Compiler und Linker ... 73

       2.5 ... Editoren, IDEs ... 74

       2.6 ... Debugger und Laufzeitanalyse ... 80

       2.7 ... Dokumentation zu C-Funktionen finden ... 82

       2.8 ... Aufgabe ... 82

       2.9 ... Rückblick und Ausblick ... 83

  3.  Syntax und Struktur von C-Programmen ... 85

       3.1 ... Vom Quelltext zum Programm ... 85

       3.2 ... Lexikalische Grundlagen ... 86

       3.3 ... Lesbarkeit und Stil ... 90

       3.4 ... Grammatik und Programmbausteine ... 91

       3.5 ... Rückblick und Ausblick ... 93

  4.  Variablen, Datentypen und Typsicherheit ... 95

       4.1 ... Konstanten und String-Literale: feste Angaben im Quelltext ... 95

       4.2 ... Werte mit der Funktion zur formatierten Ausgabe printf() ausgeben ... 97

       4.3 ... Grundtypen ... 99

       4.4 ... Variablen ... 100

       4.5 ... Konstante Werte ... 112

       4.6 ... Ganzzahlen (int, short, long, long long) ... 117

       4.7 ... Gleitkommatypen (float, double, long double) ... 120

       4.8 ... Zeichentyp (char) ... 123

       4.9 ... Wahrheitswerte (bool) ... 128

       4.10 ... Der Nicht-Wertetyp (void) ... 129

       4.11 ... Vorzeichenbehaftete und vorzeichenlose Ganzzahlen ... 130

       4.12 ... Zahlendarstellungen und Schreibweisen ... 140

       4.13 ... Typkategorien und Grundbegriffe ... 145

       4.14 ... Rückblick und Ausblick ... 145

  5.  Operatoren und Ausdrücke ... 147

       5.1 ... Primäre Ausdrücke ... 148

       5.2 ... Zuweisungsoperatoren ... 149

       5.3 ... Arithmetische Operatoren (+, -, *, /, %) ... 152

       5.4 ... Kurzschreibweisen für Zuweisungen und Änderungen ... 157

       5.5 ... Vergleichsoperatoren ... 160

       5.6 ... Logische Operatoren (!, &&, ||) ... 165

       5.7 ... Typumwandlungen (Conversions) und ihre Regeln ... 174

       5.8 ... Kommaoperator, Vorrang, Assoziativität und Auswertungsreihenfolge ... 181

       5.9 ... Mathematisches aus den Standard-Bibliotheken ... 186

       5.10 ... Rückblick und Ausblick ... 188

  6.  Kontrollstrukturen ... 189

       6.1 ... Bedingte Anweisungen (Fallunterscheidungen: if, else) ... 189

       6.2 ... Bedingungsoperator (?:) ... 201

       6.3 ... switch-Anweisung ... 205

       6.4 ... while-Schleife ... 216

       6.5 ... do-while-Schleife ... 222

       6.6 ... for-Schleife ... 225

       6.7 ... Schleifen mit break und continue steuern ... 231

       6.8 ... Best Practices, Tipps und Fehlerquellen bei Schleifen ... 239

       6.9 ... Programmsprünge (goto) ... 246

       6.10 ... Rückblick und Ausblick ... 253

  7.  Funktionen ... 255

       7.1 ... Warum Funktionen? ... 255

       7.2 ... Funktionsgrundlagen: Definition, Deklaration und Aufruf ... 257

       7.3 ... Parameterübergabe ... 263

       7.4 ... Funktionen mit return verlassen ... 267

       7.5 ... Funktionen mit Rückgabewerten ... 267

       7.6 ... Überladen von Funktionen in C? ... 270

       7.7 ... Rekursive Funktionen ... 272

       7.8 ... Variadische Funktionen (variable Argumentlisten) ... 276

       7.9 ... Inline-Funktionen ... 280

       7.10 ... Attribute ... 282

       7.11 ... Fehlerbehandlung in Funktionen ... 287

       7.12 ... Rückblick und Ausblick ... 298

  8.  Scope, Linkage, Storage Duration und Modularisierung ... 299

       8.1 ... Scope, Linkage und Storage Duration von Variablen und Funktionen ... 300

       8.2 ... Storage Classes im Überblick ... 312

       8.3 ... Header-Dateien und Modularisierung ... 321

       8.4 ... Strukturierung größerer C-Anwendungen ... 344

       8.5 ... Rückblick und Ausblick ... 347

  9.  Der C-Präprozessor ... 349

       9.1 ... Historische Entwicklung und Motivation ... 349

       9.2 ... Makros definieren: #define ... 356

       9.3 ... Bedingte Kompilierung ... 388

       9.4 ... Vordefinierte Makros ... 394

       9.5 ... Compilerabhängige Erweiterungen ... 399

       9.6 ... Rückblick und Ausblick ... 405

10.  Benutzerdefinierte und erweiterte Datentypen ... 407

       10.1 ... Typ-Alias definieren (typedef) ... 407

       10.2 ... Ganzzahltypen aus

       10.3 ... Typen aus

       10.4 ... Optionale Gleitkomma-Datentypen ... 425

       10.5 ... Größen, Grenzen und Eigenschaften der Typen ... 434

       10.6 ... Rückblick und Ausblick ... 438

11.  Komplexe Datentypen ... 439

       11.1 ... Aufzählungen (enum) ... 439

       11.2 ... Strukturen (struct) ... 457

       11.3 ... Unions (union) ... 484

       11.4 ... Rückblick und Ausblick ... 511

12.  Arrays ... 513

       12.1 ... Einführung und Motivation für Arrays ... 513

       12.2 ... Deklaration von Arrays ... 513

       12.3 ... Zugriff auf Array-Elemente ... 519

       12.4 ... Initialisierung von Arrays ... 523

       12.5 ... Arrays bei der Parameterübergabe und Rückgabe von Funktionen ... 540

       12.6 ... Aufgaben ... 550

       12.7 ... Mehrdimensionale Arrays ... 554

       12.8 ... Einbinden externer Inhalte ... 576

       12.9 ... Rückblick und Ausblick ... 578

13.  Zeiger ... 579

       13.1 ... Datenzeiger und Adressen ... 579

       13.2 ... Der Null-Pointer nullptr ... 599

       13.3 ... Zeiger und const: Unveränderlichkeit deklarieren ... 602

       13.4 ... Zeiger in Funktionen ... 607

       13.5 ... Void-Zeiger: typenloses Zeigerwerkzeug ... 620

       13.6 ... Zeigerbeziehungen und -operationen ... 626

       13.7 ... Array-Decay und Zeigerarithmetik ... 634

       13.8 ... Zugriff auf Strukturen über Zeiger ... 652

       13.9 ... Arrays von Zeigern ... 661

       13.10 ... Mehrstufige Indirektion mit Zeigern auf Zeigern ... 671

       13.11 ... Kommandozeilenargumente als Array von Zeigern ... 685

       13.12 ... Funktionszeiger ... 688

       13.13 ... Rückblick und Ausblick ... 718

14.  Speicherverwaltung und Fehlersicherheit ... 721

       14.1 ... Einführung in die dynamische Speicherverwaltung ... 721

       14.2 ... Grundlegende Allokationsfunktionen und Anwendungen ... 723

       14.3 ... Arbeiten mit Speicherbereichen ... 757

       14.4 ... Flexible Array-Mitglieder (FAM) ... 771

       14.5 ... Speicherlebenszyklen und Ownership-Modelle ... 773

       14.6 ... Typische Speicherfehler und ihre Vermeidung ... 781

       14.7 ... Fragmentierung und Out-of-Memory-Handling ... 804

       14.8 ... Alignment und Padding ... 804

       14.9 ... Debugging und Analyse von Speicherfehlern ... 807

       14.10 ... Allokatoren ... 816

       14.11 ... Rückblick und Ausblick ... 828

15.  Metaprogrammierung ... 831

       15.1 ... Das Problem: generischer Code ohne zusätzlichen Laufzeitaufwand ... 831

       15.2 ... Präprozessor-Metaprogrammierung ... 833

       15.3 ... Compilerbasierte Metaprogrammierung ... 837

       15.4 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 862

16.  Zeichen, Zeichenketten und Textverarbeitung ... 865

       16.1 ... Historische Grundlagen der Textrepräsentation ... 865

       16.2 ... Von einzelnen Zeichen zu Zeichenketten ... 867

       16.3 ... Moderne Textrepräsentation ... 874

       16.4 ... Moderne Texttypen und Literale ... 877

       16.5 ... Moderne String-Repräsentationen ... 884

       16.6 ... Memory-Management-Techniken ... 889

       16.7 ... Dynamische Strings ... 893

       16.8 ... Locale: Einfluss auf Zeichen- und String-Funktionen ... 898

       16.9 ... Formatierte Ausgabe in Strings ... 902

       16.10 ... Parsing und Konvertierung ... 916

       16.11 ... Klassische Charakterklassifikation (is*() und weitere) ... 926

       16.12 ... Unicode in C23 ... 927

       16.13 ... Standard-Stringfunktionen für nullterminierte Zeichenketten ... 931

       16.14 ... Vergleiche und Hashing ... 944

       16.15 ... Testing, Fuzzing und Verifikation von C-String-Code ... 951

       16.16 ... Aufgabe ... 951

       16.17 ... Rückblick und Ausblick ... 956

17.  Ein-/Ausgabe (I/O) ... 957

       17.1 ... Grundlagen von Streams ... 957

       17.2 ... Dateien öffnen und schließen ... 958

       17.3 ... Textdateien schreiben und lesen ... 960

       17.4 ... Standardstreams ... 962

       17.5 ... Rohdaten verarbeiten ... 964

       17.6 ... Position im Stream steuern (fseek(), ftell() usw.) ... 972

       17.7 ... Fehler erkennen und behandeln (ferror(), feof(), clearerr()) ... 975

       17.8 ... Puffer und Streameigenschaften steuern ... 976

       17.9 ... Dateien löschen und umbenennen ... 979

       17.10 ... Temporäre Dateien ... 980

       17.11 ... Plattform- und POSIX-Erweiterungen ... 982

       17.12 ... POSIX-Erweiterungen rund um Datei- und Verzeichnis-I/O ... 983

       17.13 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 987

18.  Bitoperationen ... 989

       18.1 ... Bit- und Schiebeoperatoren ... 990

       18.2 ... Bitmasken, Flags und typische Muster ... 996

       18.3 ... Standardisierte Bitfunktionen (

       18.4 ... Ganzzahlen mit fester Bitbreite (_BitInt) ... 1008

       18.5 ... Bitfelder ... 1012

       18.6 ... Rückblick und Ausblick ... 1019

19.  Numerik und Mathematik ... 1021

       19.1 ... Sichere Arithmetik (

       19.2 ... Besondere Gleitkommazahlen ... 1025

       19.3 ... Konvertierungen zwischen Ganz- und Gleitkommazahlen ... 1032

       19.4 ... Mathematische Funktionen (

       19.5 ... Floating-Point-Umgebung und Rundungsmodi (

       19.6 ... Generische Mathematik (

       19.7 ... Zufallsfunktionen in C ... 1047

       19.8 ... Komplexe Zahlen ... 1049

       19.9 ... Rückblick und Ausblick ... 1051

20.  Weitere Teile der C-Standardbibliothek ... 1053

       20.1 ... Standard Utilities Header (

       20.2 ... Signale (

       20.3 ... Nichtlokale Sprünge (

       20.4 ... Zeit und Datum (

       20.5 ... Rückblick und Ausblick ... 1082

21.  Nebenläufigkeit und Parallelität ... 1083

       21.1 ... Einführung in Nebenläufigkeit ... 1083

       21.2 ... Thread-Lebenszyklus: Erstellen, Ausführen, Beenden ... 1090

       21.3 ... Das C-Memory-Modell und atomare Operationen ... 1106

       21.4 ... Fortgeschrittene Konzepte kurz vorgestellt ... 1111

       21.5 ... Alternativen zu

       21.6 ... Rückblick und Ausblick ... 1116

22.  Standardbibliothek, Implementierungen und Erweiterungen ... 1119

       22.1 ... Implementierungen der Standardbibliothek ... 1119

       22.2 ... POSIX ... 1121

       22.3 ... Plattformunabhängige Bibliotheken ... 1127

       22.4 ... Plattformabstrahierende Bibliotheken ... 1128

       22.5 ... Plattformspezifische APIs jenseits von C und POSIX ... 1130

       22.6 ... Compiler- und Implementierungserweiterungen ... 1132

       22.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 1133

23.  Build und Auslieferung ... 1135

       23.1 ... Make ... 1136

       23.2 ... Projektstruktur in C ... 1144

       23.3 ... CMake ... 1147

       23.4 ... Cross-Compiler ... 1149

       23.5 ... Packaging und Distribution ... 1151

       23.6 ... Continuous Integration ... 1152

       23.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 1154

24.  Testen und Qualitätssicherung ... 1155

       24.1 ... Compiler-Warnungen ... 1155

       24.2 ... Statische Analyse ... 1156

       24.3 ... Code-Formatter ... 1158

       24.4 ... Tests ... 1159

       24.5 ... Code-Coverage ... 1161

       24.6 ... Fuzzing ... 1162

       24.7 ... Review-Prozesse ... 1163

       24.8 ... Dokumentation ... 1164

       24.9 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 1166

25.  Profiler und Optimierung ... 1167

       25.1 ... Compiler-Optimierungen ... 1167

       25.2 ... Grundlagen und Kennzahlen der Leistungsanalyse ... 1172

       25.3 ... Werkzeuge ... 1176

       25.4 ... Benchmarking und Reproduzierbarkeit ... 1180

       25.5 ... Optimierungstechniken im Code ... 1184

       25.6 ... Methodik: systematisches Vorgehen bei Leistungsproblemen ... 1191

       25.7 ... Rückblick und Ausblick ... 1193

26.  Nachwort: der »C-Weg« -- Philosophie und Kernprinzipien ... 1195

  Anhang ... 1199

  A.  Standard-Header ... 1201

  B.  Die 8 kostbaren Übersetzungsphasen ... 1205

  C.  Operatorpräzedenz ... 1211

  D.  Konvertierungsspezifikationen sowie PRI- und SCN-Makros ... 1213

  Index ... 1229

Über Autor(innen)

Ullenboom, Christian
Christian Ullenboom, Dipl.-Informatiker, ist seit Jahrzehnten in der Welt der C-Programmierung zu Hause, ein erfahrener Fachbuchautor und seit 1997 Trainer und Berater für objektorientierte Analyse und Design. Seit Jahren teilt er sein Wissen mit unzähligen Besuchern seiner Website, wo er Fragen beantwortet, Inhalte bereitstellt und diskutiert. Christian Ullenboom bietet auch Rheinwerk Seminare zu Java und Spring an.