Algorithmen & Datenstrukturen Programmieren 1 von Prof. Jürgen Plate

Überblick der Standard-Bibliotheken

Standard-Includefiles

<assert.h>

Kontrolle von Variablen

<ctype.h>

Einteilung der Zeichen in Gruppen

<errno.h>

Die Fehlervariable errno

<float.h>

Bereichsgrenzen von Gleitkommazahlen

<limits.h>

Bereichsgrenzen von Ganzzahlen

<locale.h>

Konstanten und Funktionen für lokale Gegebenheiten

<math.h>

Mathematische Funktionen

<setjmp.h>

Nichtlokale Sprünge im Programmablauf

<signal.h>

Behandlung externer Ereignisse

<stdarg.h>

Makros zur Verwaltung variabler Argumente (s. o.)

<stddef.h>

Häufig benötigte Konstanten

<stdio.h>

Ein- und Ausgabefunktionen und -makros

<stdlib.h>

Standardfunktionen

<string.h>

String- und Speicherbereichsfunktionen

<time.h>

Funktionen zum Umgang mit Datum und Zeit

Bibliothek stddef.h

NULL

nil-Zeiger, gleichbedeutend mit 0

size_t

Ergebnistyp von sizeof

ptrdiff_t

Ergebnistyp der Differenz zweier Zeiger

wchar_t

Wide character type

Bibliothek errno.h

errno

Globale Variable, wird von vielen Funktionen verwendet, enthält bei Fehler den Fehlercode

Bibliothek stdio.h

Bekannte Funktionen

int putchar(int)

liefert Zeichen oder EOF, kann Makro sein

int getchar(void)

liefert Zeichen oder EOF, kann Makro sein

int printf(const char *format, ...)

int scanf(const char *format, ...)

- Adressen als Argumente

Dateiverwaltung

• Datenstruktur FILE
• FILE *fopen(const char *filename,const char *modus) liefert NULL bei Fehler

  "r"

  Zum Lesen, Datei muß existieren

  "w"

  Zum Schreiben, alter Inhalt wird ggf. gelöscht

  "a"

  Zum Anhängen, alter Inhalt bleibt ggf. erhalten

  "r+"

  Zum Lesen und Schreiben, alter Inhalt bleibt ggf. erhalten, kann überschrieben werden

  "w+"

  Zum Lesen und Schreiben, alter Inhalt wird gelöscht

  "a+"

  Zum Lesen und Anhängen, geschrieben wird immer am Ende

• Zusatzzeichen "b" für Binärdateien
• Zwischen Lesen und Schreiben fflush() oder Positionierungsfunktion nötig
• Maximal FOPEN_MAX Dateien gleichzeitig geöffnet, maximale Dateinamenlänge FILENAME_MAX
• int fclose(FILE *f) liefert 0 oder EOF
• Zu Beginn geöffnete Dateien: FILE *const stdin; und FILE *const stdout; und FILE *const stderr;
• FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream) liefert stream oder NULL
• Verwendung zum Umleiten von stdin, stdout, stderr
• FILE *tmpfile(void) öffnet "w+b" und löscht nach Programmende
• char *tmpnam(char s[L_tmpnam]) liefert einen von bis zu TMP_MAX verschiedenen temporären Dateinamen nach s, s darf NULL sein
• int remove(const char *filename) liefert 0 oder Fehler
• int rename(const char *oldname, const char *newname) liefert 0 oder Fehler
• int fflush(FILE *stream) liefert 0 oder EOF, Stream NULL = alle Dateien
• int setvbuf(FILE *f, char *buf, int mode, size_t size) liefert 0 oder Fehler; setzt Puffermechanismus auf vollständig (mode = _IOFBF), zeilenweise (mode = _IOLBF) oder ungepuffert (mode = _IONBF) und verwendet buf oder bei buf = NULL einen internen Puffer der Länge size
• void setbuf(FILE *f, char *buf) wie (void)setvbuf(f,buf,_IOFBF,BUFSIZ) oder bei buf = NULL ungepuffert

Ein- und Ausgabe in Dateien

• int fprintf(FILE *f, const char *format, ...) wie printf()
• int fscanf(FILE *f, const char *format, ...) wie scanf()
• int sprintf(char *s, const char *format, ...) wie printf()
• int sscanf(char *s, const char *format, ...) wie scanf()
• int putc(int c, FILE *f) und int fputc(int c, FILE *f) wie putchar() (putc() kann Makro sein)
• int getc(FILE *f) und int fgetc(FILE *f) wie getchar() (getc() kann Makro sein)
• int puts(const char *s) und int fputs(const char *s, FILE *f) liefert ok oder EOF (puts() ergänzt Zeilenende)
• char *gets(char *s) liefert s oder bei EoF oder Fehler NULL, liest beliebig viele Zeichen bis Zeilenende nach s, legt statt des \n ein Nullbyte ab
• char *fgets(char *s, int n, FILE *f) liefert s oder bei EoF oder Fehler NULL, liest maximal n-1 Zeichen nach s, hört aber vorzeitig nach \n auf (das noch abgelegt wird), und hängt Nullbyte an
• int ungetc(int c, FILE *f) liefert c oder EOF, stellt ein Zeichen zurück
• size_t fread(void *p, size_t size, size_t count, FILE *f)
• size_t fwrite(void *p, size_t size, size_t count, FILE *f)

Positionierung in Dateien

• int fseek(FILE *f, long offset, int origin) positioniert um offset Zeichen relativ zum Dateianfang (origin = SEEK_SET), zum Dateiende (origin = SEEK_END) oder zur aktuellen Position (origin = SEEK_CUR)
• long ftell(FILE *f) liefert aktuelle Position oder -1L
• void rewind(FILE *f) positioniert am Dateianfang und löscht Fehlerstatus
• int fgetpos(FILE *f, fpos_t *p) liefert 0 oder Fehler, legt Position in *p ab
• int fsetpos(FILE *f, const fpos_t *p) liefert 0 oder Fehler, setzt Position aus *p

Fehlerbehandlung

• Wenn die letzte Standardein-/-ausgabefunktion eine Fehlerbedingung geliefert hat, enthält int errno (definiert in <errno.h>) eine Fehlernummer
• void clearerr(FILE *f) löscht Fehlerstatus
• int feof(FILE *f) liefert Zahl bei EoF oder 0
• int ferror(FILE *f) liefert Zahl bei Fehlerstatus oder 0
• void perror(const char *s) gibt Fehlermeldung aus: printf("%s: %s\n",s,strerror(errno))

Bibliothek ctype.h

• int toupper(int) und int tolower(int)
• Bei is..() muß das einzige Argument EOF oder vom Typ unsigned char sein
• Ergebnis ist ein Wert ungleich 0, wenn das Zeichen zur Gruppe gehört
• Umlaute sind keine Buchstaben
• int isalnum(int) Buchstabe oder Ziffer
• int isalpha(int) Buchstabe
• int iscntrl(int) Steuerzeichen
• int isdigit(int) Dezimale Ziffer
• int isgraph(int) Sichtbares Zeichen ohne Leerzeichen
• int islower(int) Kleinbuchstaben
• int isprint(int) Druckbares Zeichen mit Leerzeichen
• int ispunct(int) Sichtbares Zeichen ohne Leerzeichen, Buchstaben, Ziffern
• int isspace(int) Leerzeichen, \f, \n, \r, \t, \v
• int isupper(int) Großbuchstaben
• int isxdigit(int) Hexadezimale Ziffern

Bibliothek string.h

Stringfunktionen

• char *strcpy(char *ziel, const char *quelle) liefert ziel, kopiert ganzen String incl. Nullbyte
• char *strncpy(char *ziel, const char *quelle, size_t anz) liefert ziel, kopiert maximal anz Zeichen und füllt mit Nullbyte auf, Abschluß mit Nullbyte nicht gewährleistet
• char *strcat(char *ziel, const char *quelle) liefert ziel, hängt ganzen String an
• char *strncat(char *ziel, const char *quelle, size_t anz) liefert ziel, hängt bis zu anz Zeichen vom String plus Nullbyte an
• int strcmp(const char *s1, const char *s2) liefert kleiner/gleich/größer Null, wenn String s1 lexikalisch vor/gleich/hinter s2
• int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t anz) wie strcmp(), wobei die Strings intern auf maximal anz Zeichen abgekürzt werden
• char *strchr(const char *s, char c) liefert Zeiger auf erstes Auftreten von c in s oder NULL
• char *strrchr(const char *s, char c) liefert Zeiger auf letztes Auftreten von c in s oder NULL
• size_t strspn(const char *s, const char *set) liefert Anzahl der Zeichen am Anfang von s, die alle in set vorkommen
• size_t strcspn(const char *s, const char *set) liefert Anzahl der Zeichen am Anfang von s, die alle nicht in set vorkommen
• char *strpbrk(const char *s, const char *set) liefert Zeiger auf erste Position in s, an der ein Zeichen aus set vorkommt
• char *strstr(const char *vergl, const char *such) liefert Zeiger auf erstes Auftreten des Strings such im String vergl
• size_t strlen(const char *s) liefert Länge von s ohne Nullbyte
• char *strerror(int errno) liefert Zeiger auf Fehlertext zur Fehlernummer
• char *strtok(char *s, const char *delims) liefert Zeiger auf das erste bzw. bei s = NULL das nächste Auftreten eines von Zeichen aus delims begrenzten Strings oder NULL, der Delimiter in s hinter diesem Auftreten wird durch ein Nullbyte überschrieben, bei jedem Aufruf können andere delims angegeben werden

Speicherbereichsfunktionen

• void *memcpy(void *ziel, const void *quelle, size_t anz) liefert ziel, kopiert anz bytes
• void *memmove(void *ziel, const void *quelle, size_t anz) kopiert anz Bytes, klappt auch bei überlappenden Bereichen
• int memcmp(const void *m1, const void *m2, size_t anz) wie strncmp(), aber Nullbytes sind kein Ende
• int memchr(const void *m, int c, size_t anz) liefert Zeiger auf erstes Byte c in m oder NULL, falls nicht in den ersten anz Bytes
• void *memset(void *m, int c, size_t anz) liefert m, setzt anz Bytes ab m auf c

Bibliothek limits.h

• CHAR_BIT >= 8 - Anzahl Bits in char
• CHAR_MAX = UCHAR_MAX oder SCHAR_MAX - Maximaler Wert für char
• CHAR_MIN = 0 oder SCHAR_MAX - Minimaler Wert für char
• UCHAR_MAX >= 255 - Maximaler Wert für unsigned char
• SCHAR_MAX >= 127 - Maximaler Wert für signed char
• SCHAR_MIN <= -127 - Minimaler Wert für signed char
• USHRT_MAX >= 65535 - Maximaler Wert für unsigned short
• SHRT_MAX >= 32767 - Maximaler Wert für short
• SHRT_MIN <= -32767 - Minimaler Wert für short
• UINT_MAX >= 65535 - Maximaler Wert für unsigned int
• INT_MAX >= 32767 - Maximaler Wert für int
• INT_MIN <= -32767 - Minimaler Wert für int
• ULONG_MAX >= 4294967295 - Maximaler Wert für unsigned long
• LONG_MAX >= 2147483647 - Maximaler Wert für long
• LONG_MIN <= -2147483647 - Minimaler Wert für long

Bibliothek float.h

• FLT_RADIX >= 2 - Basis der Exponentendarstellung, z. B. 2, 16
• FLT_ROUNDS - Art der Rundung bei Gleitkommaaddition
• FLT_DIG >= 6 - Genauigkeit von float in Dezimalziffern
• FLT_EPS <= 10 hoch -5 - Kleinster Wert mit 1.0 + FLT_EPS > 1.0
• FLT_MANT_DIG - Länge der float-antisse in Basisziffern
• FLT_MAX >= 10 hoch 37 - Maximaler float-Wert
• FLT_MAX_EPS - Maximales n, für das FLT_RADIX hoch n minus 1 als float darstellbar
• FLT_MIN <= 10 hoch -37 - Minimaler float-Wert
• FLT_MIN_EPS - Minimales n, für das 10 hoch n als float normalisiert werden kann
• DBL_DIG >= 10 - Genauigkeit von double in Dezimalziffern
• DBL_EPS <= 10 hoch -9 - Kleinster Wert mit 1.0 + DBL_EPS > 1.0
• DBL_MANT_DIG - Länge der double-antisse in Basisziffern
• DBL_MAX >= 10 hoch 37 - Maximaler double-Wert
• DBL_MAX_EPS - Maximales n, für das DBL_RADIX hoch n minus 1 als double darstellbar
• DBL_MIN <= 10 hoch -37 - Minimaler double-Wert
• DBL_MIN_EPS - Minimales n, für das 10 hoch n als double normalisiert werden kann

Bibliothek stdlib.h

Umwandlung Zeichenkette nach Zahl

• Führende Zwischenräume werden ignoriert
• Danach wird umgewandelt bis zu einem ungültigen Zeichen
• Bei über- oder Unterlauf wird errno = ERANGE und ein spezieller Wert zurückgegeben
• double atof(const char *s) wandelt Zeichenkette in double um (wie strtod(s,NULL))
• int atoi(const char *s) wandelt Zeichenkette in int um (wie (int)strtol(s,NULL,10))
• int atol(const char *s) wandelt Zeichenkette in long um (wie (int)strtol(s,NULL,10))
• double strtod(const char *s,char **dahinter) wandelt Zeichenkette in double um und speichert Zeiger auf ungültiges Zeichen in dahinter; überlaufwert HUGE_VAL vorzeichenrichtig, Unterlaufwert 0
• long strtol(const char *s,char **dahinter,int base) wandelt Zeichenkette in long um und speichert Zeiger auf ungültiges Zeichen in dahinter ab; base darf 2 bis 36 (Ziffern 0 bis Z) oder 0 sein; bei 0 dient 10 oder 8 (bei führender 0) oder 16 (bei führendem 0x oder 0X) als Basis; überlaufwert vorzeichenrichtig LONG_MAX oder LONG_MIN
• unsigned long strtoul(const char *s,char **dahinter,int base) wie strtol, aber Umwandlung in unsigned long und überlaufwert ULONG_MAX

Zufallszahlen

• int rand(void) liefert Zufallszahl von 0 bis RAND_MAX >= 32767
• void srand(unsigned int seed) Setzt neuen Startwert (erster Wert 1)

Speicherverwaltung

• void *calloc(size_t anz,size_t size) liefert Zeiger auf gelöschten Speicher für anz Elemente der Größe size oder NULL
• void *malloc(size_t size) liefert Zeiger auf Speicherbereich der Größe size oder NULL
• void *realloc(void *mem, size_t size) liefert Zeiger auf neuen Speicherbereich mit geänderter Größe size mit dem alten Inhalt von mem, mem wird freigegeben, größere Länge uninitialisiert, kleine Länge abgeschnitten, oder NULL
• void free(void *mem) gibt Speicher wieder frei

Diverses

• void abort(void) bricht Programm brutal ab (wie raise(SIGABRT))
• void exit(int rc) beendet Programm wie return(rc) aus main(), EXIT_SUCCESS=Ok, EXIT_FAILURE=Fehler
• int atexit(void (*f)(void)) liefert 0 oder Fehler, hinterlegt Funktion zur Ausführung am Ende
• int system(const char *cmd) bei s=NULL liefert 0, wenn kein Kommandoprozessor verfügbar, sonst implementierungsabhängig.
• char *getenv(const char *name) liefert Zeiger auf Umgebungsvariable oder NULL
• int abs(int i) liefert Absolutwert
• long labs(long i) liefert Absolutwert
• div_t div(int n,int divisor) liefert struct div_t aus int quot und int rem
• ldiv_t ldiv(long n,long divisor) liefert struct ldiv_t aus long quot und long rem
• void qsort(void *mem,size_t anz,size_t size,int (*cmp)(const void *,% const void *)) sortiert Vektor von anz Elementen der Größe size mit Hilfe der Vergleichsfunktion cmp, die <0 / =0 / >0 liefert
• void *bsearch(const void *key,const void *mem,size_t anz,size_t size,% int (*cmp)(const void *,const void *)) liefert Zeiger auf Element key im aufsteigend sortierten Vektor aus anz Elementen der Größe size mit Hilfe der Vergleichsfunktion cmp, die <0 / =0 / >0 liefert

Bibliothek math.h

Fehlercodes in errno

• EDOM = Illegales Argument (Ergebnis undefiniert)
• ERANGE = Immer bei overflow (Ergebnis ±HUGE_VAL), kann bei underflow (Ergebnis 0)

Funktionen

• double sin(double x) liefert Sinus
• double cos(double x) liefert Cosinus
• double tan(double x) liefert Tangens
• double asin(double x) liefert Arcus Sinus [-1,1] im Bereich [-Pi/2,Pi/2]
• double acos(double x) liefert Arcus Cosinus [-1,1] im Bereich [0,Pi]
• double atan(double x) liefert Arcus Tangens im Bereich ]-Pi/2,Pi/2[
• double atan2(double y,double x) liefert Arcus Tangens (y/x) im Bereich [-Pi,Pi]
• double sinh(double x) liefert Sinus hyperbolicus
• double cosh(double x) liefert Cosinus hyperbolicus
• double tanh(double x) liefert Tangens hyperbolicus
• double exp(double x) liefert e hoch x
• double log(double x) liefert ln(x), x>0
• double log10(double x) liefert lg(x), x>0
• double pow(double x,double y) liefert x hoch y, Fehler wenn x=0 und y<=0 oder x<0 und y nicht ganzzahlig
• double sqrt(double x) liefert Wurzel aus x
• double ceil(double x) liefert kleinste ganze Zahl >= x
• double floor(double x) liefert größte ganze Zahl <= x
• double fabs(double x) liefert |x|
• double ldexp(double x,int n) liefert x mal 2 hoch n
• double frexp(double x,int *n) (Gegenteil zu ldexp) liefert Mantisse in [1/2,1[, Exponent nach *n
• double modf(double x,double *i) liefert Ganzzahliger Teil, Rest nach *i, beides mit Vorzeichen von x
• double fmod(double x,double y) liefert Rest von x/y mit Vorzeichen von x, bei y=0 implementierungsabhängig

Bibliothek assert.h

• void assert(int ausdruck) (Makro) bricht, wenn ausdruck=0, Programm mit Meldung Assertion failed: ausdruck, file filename, line nnn ab
• assert() dient zur Kontrolle der Richtigkeit eines Programms und kann durch Definition von NDEBUG vor #include <assert.h> ausgeschaltet werden

Bibliothek setjmp.h

Nichtlokale Sprünge

• int setjmp(jmp_buf buffer) liefert 0 beim Aufruf und ungleich 0 beim Sprung, definiert Sprungmarke
• int longjmp(jmp_buf buffer, int n) springt zum mit setjmp(buffer) definierten Ort, n ist dann das von 0 verschiedene Ergebnis von setjmp
• Vorsicht: Die Funktion, in der setjmp aufgerufen wurde, muß bei longjmp noch aktiv sein, auto- und register-Variablen ohne volatile in dieser Funktion sind beim Ansprung über longjmp undefiniert
• if(setjmp(buffer)){ ... von longjmp() ... }else{ ... direkt ... } ...

Bibliothek signal.h

Behandlung von Ausnahmebedingungen

• void (*signal(int sig,void (*handler)(int)))(int) setzt neuen handler() für Signaltyp sig und liefert alten handler()
• int raise(int sig) liefert 0 oder Fehler, sendet Signal sig ab

Signaltypen

• SIGABRT anomaler Programmabbruch (z. B. durch abort())
• SIGFPE Arithmetikfehler wie Division durch Null oder Overflow
• SIGILL Illegaler Funktionstext oder Maschinenbefehl
• SIGINT Unterbrechung von Tastatur o. ä.
• SIGSEGV Illegaler Speicherzugriff
• SIGTERM Aufforderung zum Programmende
• u. a.

Handler

• SIG_DFT Der voreingestellte Handler
• SIG_IGN Ignorieren des Signals
• SIG_ERR (Rückgabewert von signal() bei Fehler)
• void (*handler)(int) Eigener Handler, Argument ist Signaltyp
• Beim Ende des Handlers an der Unterbrechungsstelle weitergemacht (wenn nicht exit(), longjmp() o. ä. verwendet wird)

Bibliothek time.h

Kalenderzeittyp time_t

Ortszeit-Struktur struct tm

• int tm_sec Sekunden nach voller Minute (0-61)
• int tm_min Minuten nach voller Stunde (0-59)
• int tm_hour Stunden seit Mitternacht (0-23)
• int tm_mday Tag im Monat (1-31)
• int tm_mon Monat nach Januar (0-11)
• int tm_year Jahr minus 1900
• int tm_wday Wochentag (0-6, 0=Sonntag)
• int tm_yday Tag im Jahr nach 1. Januar (0-365)
• int tm_isdst >0 Sommerzeit, =0 Winterzeit, <0 unbekannt

Funktionen, die die aktuelle Zeit liefern

• clock_t clock(void) liefert Systemticks seit Programmstart oder -1; Sekunden = clock() ÷ CLOCKS_PER_SEC
• time_t time(time_t *zeit) liefert Kalenderzeit oder -1, wenn zeit ungleich NULL auch nach zeit

Funktionen, die mit Zeiten rechnen

• struct tm *localtime(const time_t *zeit) liefert Zeiger auf statische Struktur mit Ortszeit
• struct tm *gmtime(const time_t *zeit) liefert Zeiger auf statische Struktur mit UTC (früher GMT) oder NULL
• double difftime(time_t zeit2,time_t zeit1) liefert Zeitdifferenz in Sekunden
• time_t mktime(struct tm *zeit) wandelt struct tm in time_t um, -1 bei Fehler
• char *asctime(const struct tm *zeit) liefert Statische Zeichenkette in der Form "Mon Dec 31 23:59:59 1990\n"
• char *ctime(const time_t *zeit) liefert asctime(localtime(*zeit))
• size_t strftime(char *s,size_t maxsize,const char *fmt,const struct% tm *werte) legt Uhrzeit werte im Format fmt in Speicherbereich s der Länge maxsize ab, liefert Länge ohne \0 oder 0, wenn es nicht paßt

Formatangaben für strftime

• %a Abgekürzter Name des Wochentags
• %A Voller Name des Wochentags
• %b Abgekürzter Name des Monats
• %B Voller Name des Monats
• %c Lokale Darstellung von Datum und Zeit
• %d Tag im Monat (01-31)
• %H Stunde (00-23)
• %I Stunde (00-11)
• %j Tag im Jahr (001-366)
• %m Monat (01-12)
• %M Minute (00-59)
• %p lokale Form von AM oder PM
• %s Sekunde (00-61)
• %U Woche im Jahr (Sonntag erster Wochentag, 00-53)
• %w Wochentag (0-6, Sonntag=0)
• %W Woche im Jahr (Montag erster Wochentag, 00-53)
• %x Lokale Form des Datums
• %X Lokale Form der Zeit
• %y Jahr zweistellig (00-99)
• %Y Jahr vierstellig (1900-)
• %Z Name der Zeitzone, falls gegeben
• %% Steht für %

Zum Inhaltsverzeichnis

Zum nächsten Abschnitt

Copyright © FH München, FB 04, Prof. Jürgen Plate