Systemprogrammierung - AIN/2
Wintersemester 2024/2025

Übungsaufgabe 1: C Grundtypen

Abgabe bis 24.10.2024

Programmierung

Auf den Seiten 2-15 bis 2-19 der Vorlesungsunterlagen sind 15 Grundtypen aufgezählt.

Schreiben Sie ein C-Programm aufgabe1.c, das zu jedem Grundtyp je eine lokale Variable mit Initialisierung enthält. Zusätzlich soll das Programm eine Zeigerdefinition  char* s = "Hallo";  enthalten. Sie müssen also insgesamt 16 Variablen definieren.

Das Programm soll die Adresse, den Platzbedarf, das Alignment, den Typ, den Namen und den Wert dieser 16 Variablen ausgeben. Pro Variable soll genau eine Zeile mit den genannten sechs Spalten ausgegeben werden, immer mit der Adresse am Zeilenanfang. Das Alignment erhalten Sie per alignof(Typ) (#include <stdalign.h> erforderlich).

Abschließend soll das Programm ausgeben, ob es mit dem C-Datenmodell "ILP32", "LP64" oder "LLP64" arbeitet, oder ob keines der drei Modelle vorliegt:

• man spricht von einem ILP32-Datenmodell, wenn die Typen int (I), long int (L) und char* (P) je 32 Bit belegen
• ein LP64-Datenmodell liegt vor, wenn int 32 Bit belegt und sowohl long int (L) als auch char* (P) je 64 Bit belegen
• ein LLP64-Datenmodell liegt vor, wenn int sowie long int je 32 Bit belegen und sowohl long long int (LL) als auch char* (P) je 64 Bit belegen

Hinweise:
Achten Sie bei den Werten auf die richtigen von C unterstützen printf-Formatangabe. Bei den Formatangaben für Zahlen brauchen Sie eine Kombination aus "length modifier" und "conversion specifier". Ein übersichtliche Darstellung dazu finden Sie unter https://en.cppreference.com/w/c/io/fprintf. Andere Quellen sind das Linux Manual (Kommando  man 3 printf ) oder einschlägige Internetseiten wie https://man7.org/linux/man-pages/index.html (siehe auch die Literaturseite der Vorlesung).
Eine Beschreibung der C-Datenmodelle finden Sie unter https://en.cppreference.com/w/c/language/arithmetic_types.
Die Operatoren sizeof und alignof liefern Werte vom Typ size_t.

Test und Qualitätssicherung

Speichern Sie die Datei ⤵ Makefile in Ihr Arbeitverzeichnis der Aufgabe 1. Achten Sie auf den richtigen Namen Makefile ohne Endung. Falls beim Download eine Endung .txt ergänzt wurde, entfernen Sie diese Endung. Übersetzen und binden Sie dann Ihr Programm mit dem Befehl
Diesen und alle weiteren Befehle abtippen, nicht mit der Maus kopieren, wenn Sie etwas lernen wollen!

    make clean
    make

Das Programm make automatisiert mittels der Beschreibungen in Makefile das Übersetzen und Binden Ihres Programms.
Die Entsprechung dazu bei den Java-Übungen in Programmiertechnik 1 war das Automatisierungswerkzeug ant mit build.xml.

Führen Sie Ihr Programm aus und lassen Sie die Ausgaben auch mal vom sort-Kommando aufsteigend oder absteigend sortieren:

    ./aufgabe1
    ./aufgabe1 | sort
    ./aufgabe1 | sort -r

Betrachten Sie die Ausgaben und beantworten Sie folgende Fragen:

• Sind die Variablen in der Reihenfolge ihrer Definition im Hauptspeicher abgelegt?
• Liegen die Variablen direkt hintereinander oder gibt es Lücken? Falls es Lücken gibt, wo liegen sie? Können Sie sich erklären, warum es eventuell Lücken gibt?
• Wie viel Speicher belegen die Variablen insgesamt, also inklusive eventueller Lücken?

Prüfen Sie, ob das Analysewerkzeug cppcheck Probleme in Ihrem Quellcode meldet.
Versuchen Sie, wenn möglich, die Probleme zu beheben. Welche Problemen lassen sich nicht beheben?

    cppcheck --enable=warning,style --std=c11 aufgabe1.c

    make cppcheck

Die Entsprechung zu cppcheck bei den Java-Übungen in Programmiertechnik 1 war das Analysewerkzeug spotbugs.

Protokoll

Erstellen Sie ein Protokoll Ihres Test-Schritts. Öffnen Sie dazu ein neues Terminal und rufen Sie darin make clean auf und wiederholen Sie alle Kommandos aus dem Test-Schritt.

Markieren Sie die Terminalausgaben abschließend, öffnen Sie einen Texteditor und kopieren Sie die markierten Terminalausgaben in den Editor.
Speichern Sie mit dem Editor die kopierte Konsolenausgabe als Datei protokoll-aufgabe1.txt im gleichen Verzeichnis wie Ihr Programm.
Ergänzen Sie mit dem Texteditor in protokoll-aufgabe1.txt Ihre Antworten auf die Fragen aus dem Test-Schritt.

Verwenden Sie im Windows-Terminal cmd, powershell oder WSL zum Markieren und Kopieren das Menü links oben, darin zuerst Bearbeiten -> Alle auswählen und dann Bearbeiten -> Kopieren, alternativ die Tastenkürzel Strg-A und Enter. Im Git-Bash-Terminal funktioniert es analog mit dem Kontextmenü, das Sie per rechter Maustaste aufrufen können. Das Einfügen im Editor funtioniert per Strg-V oder über Editormenüs.

Abgabe

Führen Sie Ihr Programm und Ihre Protokolldatei vor.
Zeigen Sie das ausgefüllte Teilnahmeprotokoll.

Hinweis:
Der Compiler gcc darf für Ihr Programm keine Fehler oder Warnungen mehr ausgeben.
Ihr Programm muss außerdem ordentlich formatierte sein. Bessern Sie die Formatierung gegebenenfalls mit astyle nach:
  astyle -p -H --style=ansi aufgabe1.c

Freiwillige Zusatzaufgabe (pro Spiegelpunkt 1 Bonuspunkt)

• Erstellen Sie eine Version aufgabe1-int.c Ihres Programms, die Variablen mit den in C99 eingeführten 28 ganzzahligen Typen fester Länge int8_t, int16_t usw. definiert. Initialisieren Sie die Variablen jeweils mit der größten darstellbaren ZahlINT8_MAX, INT16_MAX usw.. Das Programm soll wie im Pflichtteil jeweils Adresse, Platzbedarf, Typ, Name und Wert der 28 Variablen ausgeben. Verwenden Sie für die Ausgabe des Werts die ebenfalls in C99 eingeführten Formatangaben PRId8, PRId16 usw..

  Hinweis: die Typen mit den zugehörigen symbolischen Konstanten und Formatangaben finden Sie unter https://en.cppreference.com/w/c/types/integer

  Übersetzen, binden, prüfen und testen Sie Ihr Programm mit den folgenden Aufrufen:

      make TARGET=aufgabe1-int
      make TARGET=aufgabe1-int cppcheck
      ./aufgabe1-int
  

• Erstellen Sie eine Version aufgabe1-ansi.c Ihres Programms, die sich mit dem Sprachstandard C89 (auch ANSI-C genannt) begnügt. ANSI-C war auch nach der Veröffentlichung von C99 in der Praxis in weitem Gebrauch.

  Variablendefinitionen und Anweisungen dürfen in C89 nicht gemischt werden. Definieren Sie deshalb alle Variablen am Anfang von main gleich nach der öffnenden geschweiften Klammer.

  Die ganzzahlige Datentypen long long int und unsigned long long int sowie den Datentyp bool bzw. _Bool gab es in C89 noch nicht.

  Es gab in C89 auch noch nicht für alle Zahltypen passende printf-Formatangaben. Verwenden Sie deshalb für sizeof-Werte %lu und fügen Sie vor dem zugehörigen Argument eine Typanpassung (unsigned long) ein. Ein-Byte-Zahlen geben Sie einfach mit %d bzw. %u aus. Die Typanpassung des zugehörigen Arguments funktioniert hier automatisch.

  Übersetzen, binden, prüfen und testen Sie Ihr Programm mit den folgenden Aufrufen:

      make STD=c89 TARGET=aufgabe1-ansi
      make STD=c89 TARGET=aufgabe1-ansi cppcheck
      ./aufgabe1-ansi