Kreisfläche und Umfang in C

Einführung

In diesem Lab werden wir ein C-Programm erstellen, das die Fläche und den Umfang eines Kreises berechnet. Dieses einfache Programm demonstriert mehrere grundlegende Programmierkonzepte, darunter die Variablendeklaration, die Verarbeitung von Benutzereingaben, mathematische Berechnungen und die Anzeige formatierter Ausgaben.

Wir werden die folgenden mathematischen Formeln verwenden:

• Fläche eines Kreises = π × Radius²
• Umfang eines Kreises = 2 × π × Radius

Am Ende dieses Labs haben Sie ein vollständiges C-Programm geschrieben, das Benutzereingaben entgegennimmt und mithilfe dieser Formeln Berechnungen durchführt.

Skills Graph

Erstellen der Programmdatei und der Grundstruktur

Beginnen wir damit, unsere C-Programmdatei zu erstellen und die Grundstruktur aufzubauen. Wir werden eine Datei namens circle.c im Verzeichnis ~/project/circle_program erstellen.

1. Navigieren Sie zum Projektverzeichnis:

   cd ~/project/circle_program

2. Erstellen Sie eine neue Datei namens circle.c mit dem WebIDE-Editor. Klicken Sie auf das Menü "File" oben im WebIDE und wählen Sie dann "New File". Alternativ können Sie mit der rechten Maustaste im Dateiexplorer-Panel klicken und "New File" auswählen.

3. Benennen Sie die Datei circle.c und speichern Sie sie im Verzeichnis ~/project/circle_program.

4. Fügen wir nun die Grundstruktur unseres C-Programms zur Datei hinzu:

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // We will add our code here
   
       return 0;
   }

In obigem Code:

• #include <stdio.h> ist eine Präprozessordirektive, die dem Compiler sagt, die Standard-Eingabe/Ausgabe-Bibliothek (Standard Input/Output library) einzubinden, die Funktionen wie printf() und scanf() bereitstellt.
• int main() definiert die Hauptfunktion (main function), die der Einstiegspunkt jedes C-Programms ist.
• Die geschweiften Klammern { } markieren den Anfang und das Ende des Körpers der Hauptfunktion.
• return 0; gibt an, dass das Programm erfolgreich ausgeführt wurde.

5. Speichern Sie die Datei, indem Sie Strg+S drücken oder das Menü "File" verwenden und "Save" auswählen.

Deklarieren von Variablen und Konstanten

Nachdem wir nun die Grundstruktur unseres Programms haben, fügen wir die Variablen und Konstanten hinzu, die wir für unsere Berechnungen benötigen.

1. Öffnen Sie die Datei circle.c im Editor (falls sie noch nicht geöffnet ist).

2. Wir benötigen mehrere Variablen:

   • Eine Variable, um den Radius des Kreises zu speichern
   • Eine Konstante, um den Wert von π (Pi) zu speichern
   • Variablen, um die berechnete Fläche und den berechneten Umfang zu speichern

3. Aktualisieren Sie Ihren Code wie folgt:

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // Declare variables and constants
       float radius;         // to store the radius of the circle
       const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
       float area;           // to store the calculated area
       float circumference;  // to store the calculated circumference
   
       return 0;
   }

Lassen Sie uns die Variablendeklarationen verstehen:

• float radius; - Wir verwenden den Datentyp float, da der Radius eine Dezimalzahl sein kann.
• const float PI = 3.14159; - Wir definieren PI als Konstante, da sich sein Wert während der Programmausführung nicht ändern sollte. Das Schlüsselwort const sorgt dafür.
• float area; und float circumference; - Diese Variablen werden die Ergebnisse unserer Berechnungen speichern, die möglicherweise Dezimalzahlen sind.

In der C-Programmierung deklarieren wir normalerweise alle Variablen am Anfang einer Funktion. Diese Praxis macht das Programm besser organisiert und leichter verständlich.

4. Speichern Sie Ihre Datei (Strg+S).

Abrufen der Benutzereingabe

Jetzt fügen wir Code hinzu, um den Benutzer nach dem Radius des Kreises zu fragen und seine Eingabe zu lesen.

1. Öffnen Sie die Datei circle.c im Editor (falls sie noch nicht geöffnet ist).

2. Fügen Sie den Code hinzu, um den Benutzer zu auffordern und seine Eingabe zu lesen:

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // Declare variables and constants
       float radius;         // to store the radius of the circle
       const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
       float area;           // to store the calculated area
       float circumference;  // to store the calculated circumference
   
       // Prompt user for radius
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // Read the radius value from user input
       scanf("%f", &radius);
   
       // Validate input (optional but good practice)
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // Exit with error code
       }
   
       return 0;
   }

Lassen Sie uns verstehen, was wir hinzugefügt haben:

• printf("Please enter the radius of the circle: "); - Dies zeigt eine Nachricht an, die den Benutzer auffordert, den Radius einzugeben.
• scanf("%f", &radius); - Dies liest einen Fließkommawert von der Benutzereingabe und speichert ihn in der Variablen radius.
  • %f ist ein Format-Spezifizierer (format specifier) für Fließkommazahlen.
  • &radius übergibt die Speicheradresse der Variablen radius, damit scanf() ihren Wert ändern kann.
• Wir haben eine einfache Validierungsprüfung hinzugefügt, um sicherzustellen, dass der Radius positiv ist, da ein Kreis keinen Radius von Null oder negativ haben kann.

Die Funktion scanf() wird verwendet, um formatierte Eingabe von der Standard-Eingabe (Tastatur) zu lesen. Es ist wichtig, den richtigen Format-Spezifizierer zu verwenden (%f für Fließkommazahlen) und die Adresse der Variablen mit dem &-Operator zu übergeben.

3. Speichern Sie Ihre Datei (Strg+S).

Berechnen der Fläche und des Umfangs

Nachdem wir nun den Radius haben, können wir die Fläche und den Umfang des Kreises mithilfe unserer Formeln berechnen.

1. Öffnen Sie die Datei circle.c im Editor (falls sie noch nicht geöffnet ist).

2. Fügen Sie den Berechnungscode hinzu:

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // Declare variables and constants
       float radius;         // to store the radius of the circle
       const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
       float area;           // to store the calculated area
       float circumference;  // to store the calculated circumference
   
       // Prompt user for radius
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // Read the radius value from user input
       scanf("%f", &radius);
   
       // Validate input
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // Exit with error code
       }
   
       // Calculate the area of the circle
       area = PI * radius * radius;
   
       // Calculate the circumference of the circle
       circumference = 2 * PI * radius;
   
       return 0;
   }

Lassen Sie uns die Berechnungen verstehen:

• area = PI * radius * radius; - Dies berechnet die Fläche mithilfe der Formel π × r², wobei r der Radius ist.
• circumference = 2 * PI * radius; - Dies berechnet den Umfang mithilfe der Formel 2 × π × r.

In C ist der Multiplikationsoperator *. Um r² zu berechnen, multiplizieren wir einfach den Radius mit sich selbst (radius * radius). Für komplexere mathematische Operationen würden wir Funktionen aus der math.h-Bibliothek verwenden, aber unsere Berechnungen sind einfach genug, um ohne sie auszukommen.

3. Speichern Sie Ihre Datei (Strg+S).

Anzeigen der Ergebnisse und Testen des Programms

Lassen Sie uns unser Programm vervollständigen, indem wir Code hinzufügen, um die Ergebnisse anzuzeigen, und es dann kompilieren und ausführen, um zu überprüfen, ob es korrekt funktioniert.

1. Öffnen Sie die Datei circle.c im Editor (falls sie noch nicht geöffnet ist).

2. Fügen Sie den Code hinzu, um die Ergebnisse anzuzeigen:

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // Declare variables and constants
       float radius;         // to store the radius of the circle
       const float PI = 3.14159; // the mathematical constant π (pi)
       float area;           // to store the calculated area
       float circumference;  // to store the calculated circumference
   
       // Prompt user for radius
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // Read the radius value from user input
       scanf("%f", &radius);
   
       // Validate input
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // Exit with error code
       }
   
       // Calculate the area of the circle
       area = PI * radius * radius;
   
       // Calculate the circumference of the circle
       circumference = 2 * PI * radius;
   
       // Display the results
       printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius);
       printf("Area: %.2f square units\n", area);
       printf("Circumference: %.2f units\n", circumference);
   
       return 0;
   }

Lassen Sie uns den Ausgabecode verstehen:

• printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius); - Dies zeigt den Radius mit 2 Dezimalstellen an.
• printf("Area: %.2f square units\n", area); - Dies zeigt die berechnete Fläche mit 2 Dezimalstellen an.
• printf("Circumference: %.2f units\n", circumference); - Dies zeigt den berechneten Umfang mit 2 Dezimalstellen an.

Der Format-Spezifizierer %.2f sagt printf(), dass Fließkommazahlen mit 2 Dezimalstellen angezeigt werden sollen, was die Ausgabe lesbarer macht.

3. Speichern Sie Ihre Datei (Strg+S).

4. Jetzt lassen Sie uns das Programm kompilieren. Navigieren Sie im Terminal zu Ihrem Projektverzeichnis und verwenden Sie den gcc-Compiler:

   cd ~/project/circle_program
   gcc circle.c -o circle

Die Option -o circle sagt dem Compiler, eine ausführbare Datei mit dem Namen circle zu erstellen.

5. Wenn die Kompilierung erfolgreich ist, können Sie Ihr Programm ausführen mit:

   ./circle

6. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, geben Sie einen Radiuswert ein (z. B. 5) und drücken Sie die Eingabetaste. Sie sollten eine Ausgabe ähnlich der folgenden sehen:

   Please enter the radius of the circle: 5
   
   Results for a circle with radius 5.00 units:
   Area: 78.54 square units
   Circumference: 31.42 units

7. Versuchen Sie, das Programm erneut mit verschiedenen Radiuswerten auszuführen, um zu bestätigen, dass es korrekt funktioniert.

Herzlichen Glückwunsch! Sie haben erfolgreich ein C-Programm erstellt, das die Fläche und den Umfang eines Kreises basierend auf der Benutzereingabe berechnet und anzeigt.

Zusammenfassung

In diesem Lab haben Sie erfolgreich ein C-Programm erstellt, das:

1. Den Benutzer auffordert, den Radius eines Kreises einzugeben
2. Die Eingabe des Benutzers liest und validiert
3. Die Fläche des Kreises mithilfe der Formel π × r² berechnet
4. Den Umfang des Kreises mithilfe der Formel 2 × π × r berechnet
5. Die berechneten Ergebnisse in einem geeigneten Format anzeigt

Auf dem Weg dorthin haben Sie mehrere wichtige Konzepte der C-Programmierung gelernt:

• Einbinden von Header-Dateien mit #include
• Definieren und Verwenden von Variablen und Konstanten
• Lesen der Benutzereingabe mit scanf()
• Durchführen von mathematischen Berechnungen
• Anzeigen von formatierten Ausgaben mit printf()
• Kompilieren und Ausführen eines C-Programms

Diese grundlegenden Fähigkeiten bilden die Bausteine für komplexere C-Programme. Sie können nun auf diesem Wissen aufbauen, um anspruchsvollere Anwendungen zu erstellen, die Benutzerinteraktion und mathematische Berechnungen beinhalten.