# 04 - Modularisieren von C Code ![](./modularisieren_von_c_code.JPG) ___ ## 1. Übersicht In diesem Praktikum üben Sie modulare Programmierung indem Sie ein Java Programm (bestehend aus drei Java Files) in ein entsprechendes C Programm aus drei Modulen (aus je einem Header- und Implementations- File) übersetzen. Sie passen das Makefile so an, dass die entsprechenden Module mit kompiliert werden. In der zweiten Aufgabe erstellen Sie Makefile Regeln für die drei Schritte von den C Source Files zur graphischen Darstellung der Abhängigkeiten. ![](./uebersicht.png) Im Anhang ist eine Übersicht über die verwendeten File Formate gegeben. ## 2. Lernziele In diesem Praktikum lernen Sie die Handgriffe um ein Programm zu modularisieren, d.h. in mehrere Module aufzuteilen. * Sie wissen, dass ein Modul aus einem C-File und einem passenden H-File besteht. * Sie können Header Files korrekt strukturieren. * Sie deklarieren im Header-File die öffentlichen Typen und Funktionen eines Moduls. * Sie wissen wie **Include Guards** anzuwenden sind. * Sie können Module im `Makefile` zur Kompilation hinzufügen. * Sie können `Makefile` Regeln schreiben. Die Bewertung dieses Praktikums ist am Ende angegeben. Erweitern Sie die vorgegebenen Code Gerüste, welche im `git` Repository `snp-lab-code` verfügbar sind. ## 3. Aufgabe 1: Modularisieren Das zu ergänzende Programm dep2dot hat folgende Funktionalität: Ergänzen Sie in **`modularize/src`** den Code in **`triangle.c`**, **`read.h`**, **`read.c`**, **`rectang.h`** und **`rectang.c`** so dass die Tests erfolgreich durchlaufen. Die C Implementation soll dieselbe Funktionalität haben wie die gegebenen Java Files. Lehnen Sie sich so nahe wie möglich an die Java Files an. 1. In den Header-Files implementieren Sie den Include-Guard und deklarieren Sie die öffentlichen Funktionen und gegebenenfalls **`#define`**. 2. In den Implementations-Files implementieren Sie die Funktionen. Die drei Java Files liegen in **`modularize/java`**. ### Tipps * Implementieren Sie die Symbole welche vollständig in Grossbuchstaben geschrieben sind als **`#define`**. * **`EOF`** kommt schon aus **`stdio.h`** und sollte deshalb nicht mehr definiert werden. * Jene **`#define`** welche von andern Modulen verwendet werden kommen ins Header-File, die andern ins Implementations-File. * Ein Grossteil des Java Codes aus den Methoden Bodies kann eins-zu-eins in C übernommen werden. Listen Sie auf welche Unterschiede es gibt:
JavaC
```Java byte ```
```Java boolean ```
```Java true ```
```Java false ```
```Java System.out.print(…) ```
```Java System.out.println(…) ```
```Java System.in.read() ```
```Java byte[] buffer = new byte[BUFFERSIZE]; ```
```Java public class rectang { public boolean Rectangular(…) { … } } ```
```Java public class read { public int getInt(...) throws java.io.IOException { ... } } ```
```Java class triangle { public static void main(String[] args) throws java.io.IOException { ... } } ```
```Java read ReadInt = new read(); ... word = ReadInt.getInt(MAX_NUMBER); ```
```Java rectang Rect = new rectang(); ... if (Rect.Rectangular(a, b, c) == true) { ... } ```
``` System.out.println( "-> Dreieck " + a + "-" + b + "-" + c + " ist rechtwinklig"); ```
## 4. Aufgabe 2: Makefile Regeln Die folgenden drei Schritte erstellen von einem C Source File eine graphische Darstellung der Abhängigkeiten: 1. `gcc ... -H .. file.c ... 2> file.dep` (Regeln im Makefile bereits vorhanden) 2. `dep2dot file.c file.dot` (in dieser Aufgabe zu erstellen) 3. `dot -Tpng file.dot >file.png` (in dieser Aufgabe zu erstellen) Sie sollen für die Compiler-ähnlichen Programme `dep2dot` und `dot` Makefile Regeln schreiben. ![](./uebersicht.png) Das Programm `dep2dot` hat folgende Funktionalität: 1. Es liest von `stdin` die vom Compiler generierten Abhängigkeits-Daten in Form des `dep` Formates ein. 2. Das erste und einzige Command Line Argument gibt das File an für welches die von `stdin` gelesenen Abhängigkeiten gelten. 3. Auf `stdout` werden die Abhängigkeiten von `stdin` übersetzt als `dot`-File Format ausgegeben. Das Programm `dot` hat folgende Funktionalität: 1. Es liest die textuelle Beschreibung eines Graphen aus der übergebenen Datei (erstes Argument) ein. 2. Auf `stdout` wird die grafische Darstellung der Beschreibung der Eingabe-Datei im `png`-File Format ausgegeben. Das `dep`-Format und das `dot`-Format sind im Anhang beschrieben. Sie können die Funktionalität des Programms `dep2dot` kennen lernen, indem Sie folgende Zeilen auf der Bash Shell ausführen. Das `dep.input` File ist Teil der automatisierten Test Suite im Verzeichnis `tests`: ```bash bin/dep2dot dir/file dep.dot dot -Tpng dep.dot >dep.png firefox dep.png ``` Als Resultat sollte Firefox folgende Graphik darstellen: ![](./dep_dot.png) Definieren Sie im `Makefile` Regeln, welche die einzelnen Schritte von den Source Files zu den `png` Files ausführen. Prüfen Sie schliesslich die Umsetzung Aufgabe mittels `make dep-clean dep && firefox src/*.png.` ### 4.1 Neue Regeln hinzufügen Führen Sie im `Makefile` an den angegebenen Stellen folgende Ergänzungen durch * definieren Sie eine Variable `DEPFILES` deren Inhalt die Liste alle Einträge der Variable `SOURCES` ist, wobei bei allen die Endung `.c` durch die Endung `.c.png` ersetzt ist * fügen Sie zum `Pseudo-Target .PHONEY` das Target `dep` dazu – dies besagt, dass das später folgenden Target `dep` nicht ein File repräsentiert (ohne dieses Setting würde make gegebenenfalls nach einem File mit Namen `dep` suchen um zu entscheiden ob es inkrementell gebildet werden muss) * schreiben Sie das Target `dep` gemäss der Beschreibung im Makefile * schreiben Sie die Suffix Regel für die Übersetzung von `.png <- .dot` gemäss Vorgabe im `Makefile` (als Inspiration, siehe auch die `%.c.dep: %.c` Suffix Regel weiter unten im `Makefile`) – erklären Sie was die Regel macht * schreiben Sie die Suffix Regel für die Übersetzung von` .dot <- .dep` gemäss Vorgabe im `Makefile` – erklären Sie was die Regel macht Die Umsetzung der obigen Änderungen sind erfolgreich, wenn Sie folgende Shell Command Line erfolgreich ausführen können und in Firefox die Abhängigkeiten der C-Files von den Include Files dargestellt wird. `make dep-clean dep && firefox src/*.png.` ### 4.2 Resultate analysieren und erklären * Analysieren Sie die in der vorherigen Aufgabe erstellten grafischen Darstellungen. * Erklären Sie was dargestellt wird und stellen Sie den Bezug zum zugehörigen C-Code her. ## 5. Bewertung Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden. | Aufgabe | Kriterium | Punkte | | :-- | :-- | :-- | | 1 | Sie können das funktionierende Programm inklusive funktionierende Tests demonstrieren und erklären. | | | 1 | Module einbinden, Header Files schreiben | 2 | | 2 | Sie können das funktionierende Makefile demonstrieren und erklären. | | | 2 | Neue Regeln hinzufügen | 2 | ## 6. Anhang ### 6.1 Verwendete zusätzliche Sprach Elemente
**Sprach Element** **Beschreibung**
```C fprintf(stderr, "v=%d", v) ``` Formatierte Ausgabe auf den Standard Error Stream. Siehe ***man 3 stderr*** und ***man 3 fprintf***.
### 6.2 Verarbeitung und verwendete File Formate Das Programm in diesem Praktikum ist Teil für die graphische Darstellung von `#include` File Abhängigkeit von C Files. Den ersten Schritt für die Darstellung der `#include` File Abhängigkeiten bietet der Compiler. Der Compiler kann mittels der `-H` Command Line Option auf `stderr` ein Text File generieren, welches die tatsächlich verwendeten Header Files auflistet. Zusätzlich wird im Resultat die Verschachtelungstiefe der Includes angegeben. Im zweiten Schritt übersetzt das Programm (`dep2dot`) dieses Praktikums solche Dependency Files (`dep`) in eine Text Repräsentation der Abhängigkeiten (`dot`) welche in graphische Darstel-lung (`png`) übersetzt werden kann. Als Tool zur Übersetzung der `dot` Files in das `png` Format dient das `dot` Tool. Dieses Tool muss gegebenenfalls installiert werden: ```sudo apt install graphviz``` Die `png` Files können dann z.B. in der Programm Dokumentation integriert werden (Darstellung zu Test Zwecken z.B. mittels `firefox file.png`). #### 6.2.1 dep File Siehe: `man gcc` ```bash -H Print the name of each header file used, in addition to other normal activities. Each name is indented to show how deep in the #include stack it is. [...] ``` Das File wird auf `stderr` ausgegeben. **Beispiel File** (für Abhängigkeiten des `main.c` Files des `dep2dot` Programms) ```bash . /usr/include/stdio.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h ... /usr/include/features.h .... /usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h ..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h ..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/long-double.h .... /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h ..... /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h .. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h ... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h ... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/typesizes.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/__FILE.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/FILE.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libio.h ... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/_G_config.h .... /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h .... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/__mbstate_t.h ... /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stdarg.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdio_lim.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/sys_errlist.h . /usr/include/stdlib.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h .. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/floatn.h ... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/floatn-common.h .... /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/long-double.h .. /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdlib-float.h . src/error.h .. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h . src/data.h .. /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include/stddef.h . src/output.h Multiple include guards may be useful for: /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/stdlib-float.h /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/sys_errlist.h /usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/typesizes.h /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h /usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h ``` #### 6.2.2 dot File **Graphviz** ist ein mächtiges Tool-Set welches Graphen, definiert in einem `dot`-Text File, automatisch anordnet und in `png`, `gif` und andere Formate übersetzt. Siehe die offizielle Web-Page [https://www.graphviz.org/](https://www.graphviz.org/). Es gibt als Teil dieses Tool-Sets verschiedene Übersetzer. Der hier verwendete ist der Basis-übersetzer: `dot`. Das `dot`-File Format kennt viele Möglichkeiten die Knoten und Kanten eines Graphen und deren Anordnung anzugeben. Der Vorteil eines solchen Tool-Sets ist, dass man den Inhalt (den Graphen) einfach definieren kann und sich nicht um das komplexe Problem der ansprechenden Visualisierung kümmern muss. **Beispiel File** (`dot -Tpng sample.dot > sample.png`) ```C digraph G { node [shape=box] A [label="a.c"]; B [label="a.h"]; C [label="b.h"]; subgraph cluster_c0 { label="main"; color=black; A; } subgraph cluster_c1 { label="others"; style=filled; color=lightgrey; { B; C; rank=same; } } A -> B; A -> C; B -> C; } ``` ![](./dsp_dot.png) #### 6.2.3 png File Das `png` Format ist ein verlustfrei komprimiertes Raster Graphik Format. Es wird oft in Web Pages verwendet. ___ Version: 22.02.2022