1. Course Overview

1.1.    Objectives

On successful completion of this module, the student will be able to:

Understand the concepts of computer programming languages

The benefits of using the C programming language for engineering applications

Design and test computer  programs  using the  main techniques of the ANSI C programming language

An introduction to more advanced C programming techniques

1.2.     Recommended books

Note: It is not necessary to buy any books for this module. However, for background reading, you may wish to refer to “Davies”. There are copies available for loan in the Main Library. Note that this book is not in print. Do not pay the high prices                  sometimes seen on Amazon and other web sites.

“Kernighan and Ritchie” is a reference book which you should refer to if you need more information about the ANSI C standard.

1.3.     Lecture schedule

10 hours lectures. A summary of the lecture content is as follows. Lecture 1 – Introduction to C programming I

Importance and applications of the C programming language

Other common programming languages

Output

Variables

Comments

Data types

Assignment and initialisation

Lecture 2 – Introduction to C programming II

Operators

Input

Preprocessor

Header files

Program style and readability

Libraries

Program compilation and linking

Lecture 3. Loops

Iteration – for loops

The while loop

The do … while loop

Comparison of for, while and do-while loops

Lecture 4. Conditions

Condition statements – the if and ifelse statements

The switch statement

Logical and relational operators

Lecture 5 – Arrays

Introduction to arrays

Declaring arrays

Initializing arrays

Multi-dimensional arrays

Character arrays – strings

Lecture 6 – Functions

Lecture 7 – Files

Lecture 8 – Hardware and embedded systems

Lecture 9 – Pointers and structures

Lecture 10 – Revision

Contacting the lecturer. Dr Pammu writes: Emailing [email protected]> is the preferred method. I will aim to respond to all emails on the same working day or by the following working day. I can also be contacted by phone on 0121-414-4312. I can only read and send emails during University working hours.

You are welcome to visit my office (Gisbert Kapp building). However please note my office is within an ITsecurity zone and it will not always be possible to meet with you immediately.

For longer queries or for additional one-to-one support: please email me and I will try and arrange an appointment for within 2-3 working days.

2. Introduction to Programming Languages

2.1.     Early developments

The earliest computers were programmed by entering machine code. Machine code consists of numbers which are instructions and data which directly instruct                  processors on what to do.

Early computers were programmed using switches and by connecting wires. Later improvements included paper tape and punched card. However, whatever the       method of entering data, machine code is an extremely slow, complex and error   prone method of programming computers.

In the 1960s, this led to the development of high-level languages. These allowed        programmers to write programs which more closely resembled the English language and mathematical algorithms. Early high-level languages included Basic, Algol and Cobol.

In 1972, the development of modern computer systems and networking software       required new programming techniques. In particular, the new Unix operating system could not be developed using the existing high-level languages, and were far too         complex to develop using machine code or assembler.

This led Dennis Ritchie and Brian Kernighan to develop the C programming language, which would enable them to develop the Unix operating system and modern computer applications.

Despite the fact C was introduced over 40 years ago, and that there have been          numerous programming languages developed since then, C remains the single most commonly deployed language in Engineering applications.

We will now look at why this is the case.

2.2.    ANSI C – the most important language for Engineers?

As of 2019, C is the most widely deployed programming language in Engineering applications. Here are the the most common reasons why:

C compilers exist for almost every single microprocessor and operating system ever invented.

C is a programming language which can be programmed very efficiently in its use of memory and processor power. This makes it ideally suited for low-        power applications e.g. sensors, embedded systems, microcontrollers. It is     very commonly used to develop the software for devices such as set-top         boxes, network routers, autonomous controllers, etc.

The same efficient usage of computing resources also makes it ideally suited for high-end supercomputers, where a multiprocessor system may need        millions of processes all running at the same time and communicating with    each other.

Many operating systems (such as Linux, MacOS, Unix and earlier releases of   Windows) are written in C. That means that applications which operate           closely with these operating systems (such as security applications, or device drivers) are also developed in C.

Widely used in

o Control and communication systems

o hardware development / embedded systems

o industrial environments

o bioinformatics

C is used as an interface language by the vendors of many different types of equipment, software, devices and microprocessors.

C provides a good basis for learning C++, Java and C#, which share much of the same syntax. The basic principles of the language also provide a good    basis for learning Matlab.

3. Our first C program

Let’s take a look at our first C program.

A few points to note about this program.

The program starts with the line int main(void) which informs the computer where the program actually starts.

All programs must have exactly one "main" entry point.

void indicates that no arguments are passed to the program from the operating system. int indicates that the program returns an integer back to the operating system. This allows the program to indicate to the operating system that it has run normally and without any errors.

The  “curly  brackets”  {  and  }  signify  the  beginning  and  end  segments  of  the program. These brackets are used in many places in C to mark the beginning and end of a section.

The statement #include is to allow the  use  of the printf statement. “stdio” here is short for “Standard input output”.

The  statement printf(…) is  actually  a function  in  C  which  is  used for  printing variables and text to the screen. The text appearing in double quotes “” are printed without modification. In our example \n means print a new line. Thus our program simple prints the statement:

and the cursor is set to the beginning of the next line.

The statement return 0; simply returns a value of zero back to the operating system. Operating systems  can  interpret  return values  of  programs to  indicate  normal behaviour or some error condition.

A final point to note is that C statements are frequently terminated by a semi-colon

;

4. Variables

In C, variables are used to store values which can be changed during the course of execution  of  the  program.  A  variable  has  a  name  such  as value, sum, total, current_account_balance etc. Note that variable names are case sensitive so Sum and sum are different variable names.

Let’s look at a program incorporating a variable :

Sample program output :

Points to note :

The basic format for declaring a variable is: data-type var1, var2, var3 ….. ;

C  has 4 built-in data-types: character,  integer, floating-point,  double-precision floating point. These are indicated by the C key words char, int, float and double respectively.

In the printf statement, the modifier % is used to display variable values.

In this example, printf(…) contains 2 arguments, the text inside the “” and sum. When the program is executed, the text inside the “” is printed up to the % character.

It then looks at the next argument which is sum, displays its value. Therefore each “%d” is substituted by the value of a variable.

It then continues displaying the rest of the text inside the “”, in this example, a newline character indicated by \n.

The ‘d’ character after the % indicates that the next argument to be displayed is a decimal integer.

‘\t’ here indicates a tab.

Let’s look at a second example using variables:

Sample program output

4.1.    Variable names

Variable names must begin with a character or underscore and may be followed by any combination of characters a-z or A-Z, or the digits 0-9. The following is a list of valid variable names.

Total

exit_flag

sum1

_valid51

total_count_to_date

code6789

In choosing a variable name bear in mind the following:

Meaningful names for variables make programs:

self-documenting

easier to understand

easier to read

Note also that the length of a variable name doesn’t affect the amount of memory used by a program so don’t feel restricted to, say, 8 characters per variable name.