Termipankki
  1. A
    1. Abstraktio
    2. Alias
    3. Alustaminen
    4. Ankkatyypitys
    5. Argumentti
    6. Arvo
    7. Asetuslippu
    8. Avainsana
  2. B
    1. Binääriluku
    2. Binääritiedosto
    3. Bitti
    4. Bittinegaatio
    5. Bittioperaatio
  3. C
    1. C-funktio
    2. C-kirjasto
    3. C-muuttuja
  4. E
    1. Ehtolause
    2. Ehtorakenne
    3. Esikääntäjä
    4. Esikääntäjädirektiivi
    5. Esittely
    6. Etumerkitön
  5. H
    1. Heksadesimaali
  6. I
    1. Iteroitava
  7. K
    1. Kirjasto
    2. Kokonaisluku
    3. Kommentti
    4. Komplementti
    5. Konekieli
    6. Koodilohko
    7. Käskykanta
    8. Kääntäjä
  8. L
    1. Lause
    2. Liukuluku
    3. Looginen operaatio
  9. M
    1. Makro
    2. Merkki
    3. Merkkijono
    4. Metodi
    5. Muisti
    6. Muuntumaton
    7. main-funktio
  10. O
    1. Objekti
    2. Ohjausrakenne
    3. Optimointi
    4. Osoitin
    5. Otsikkotiedosto
    6. Otsikkotiedot
  11. P
    1. Paikanpidin
    2. Paluuarvo
    3. Parametri
    4. Poikkeus
    5. Prototyyppi
    6. Python-for
    7. Python-format
    8. Python-funktio
    9. Python-import
    10. Python-konsoli
    11. Python-lista
    12. Python-muuttuja
    13. Python-pääohjelma
    14. Python-tulkki
    15. Pääfunktio
    16. printf
  12. R
    1. Resurssi
  13. S
    1. Staattinen tyypitys
    2. Syntaksi
  14. T
    1. Taulukko
    2. Tavu
    3. Terminaali
    4. Tietorakenne
    5. Tyyppi
    6. Tyyppimuunnos
  15. V
    1. Varoitusviesti
    2. Virheviesti
  16. W
    1. while
Ratkaistu: / tehtävää

Järjestelmäpalvelut ja poikkeukset

Osaamistavoitteet: Laiteohjelmiston tarjoamien järjestelmäpalveluiden käyttö ja poikkeustilanteet ohjelmien suorituksessa.

Laiteohjelmisto

Laiteohjelmisto, PC-maailmassa BIOS (engl. Basic Input Output System) kytkee siis tietokonejärjestelmän osat toimivaksi tietokoneeksi ja tarjoaa käyttöjärjestelmälle ja sovelluksille matalan tason rajapinnan (mm. suojauksia) resurssien käyttöön. Eri BIOS:t yleensä sisältävät käyttäjille näkyvinä osina järjestelmän asennusohjelmiston ja käynnistyksen yhteydessä toteutettavat laitteistotestit. PC-maailmassa BIOS:n oleellinen tehtävä oli tarjota standardoitu integrointiympäristö eri valmistajien eri komponenteille, joka oli oleellinen tekijä alunperin IBM:n kehittämän PC-teknologian voittokululle kotitietokoneiden alkuaikoina.
BIOSn palveluita kutsutaan kahden eri mekanismin kautta: ohjelmallisilla keskeytyksillä konekielestä (engl. trap instructions) tai järjestelmäkutsuilla (systeemikutsu, engl. trap / system call) ohjelmakoodista. Tällöin järjestelmäkutsua käytetään ohjelmassa kuten funktiokutsua,. Usein tarjotaan järjestelmäkutsulle korkeamman tason käsittelijä/kääre (engl. wrapper), joka kutsuu varsinaista BIOS:n järjestelmäkutsua. Esimerkiksi C-kielessä standardikirjasto (unistd.h) tarjoaa järjestelmäkutsut ohjelmien käyttöön. Koska ne ovat alemman tason funktiota, ne vaativat enemmän yksityiskohtia ohjelmoijalta.
Tällainen kerrostus tarvitaan siksi, että järjestelmäkutsulla on laajemmat oikeudet järjestelmän resursseihin (engl. kernel mode), kuin sitä kutsuvalla ohjelmalla (engl. user mode). Esimerkiksi x86-suorittimien arkkitehtuurissa on erilaisia suojaustasoja. Lisäksi joissain prosessoreissa on suojattua käskyjä, joita vain järjestelmäkutsut voivat käyttää. Ennen kutsun suorittamista oikeudet tietenkin tarkistetaan.
Itse laiteohjelmisto on usein lukumuistissa (ROM-muisti, engl. read only memory) oleva pätkä konekielistä koodia, jonne ohjelmakoodista (konekielestä) hypätään hyppykäskyillä kuten aliohjelmiin yleensäkin. Varhaisissa tietokoneissa firmis olikin toteutettu prosessorin kanssa samalle piirikortille integroidulle erilliselle ROM-piirille osaksi ohjelmamuistia.
Palataan järjestelmäkutsujen suoritukseen ihan just..

Poikkeukset

Yleisesti poikkeus on tapahtuma (engl. event), joka tulee suoritettavan ohjelman ulkopuolelta, keskeyttää ohjelman kontrollivuon (engl. control flow) ja johon prosessorin on reagoitava suorittamalla poikkeuksen käsittelijän (engl. exception handler). Jonka jälkeen prosessori palaa suorittamaan keskeytettyä ohjelmaa siitä mihin se jäi. Tapahtuma voi liittyä suoritettavana olevaan käskyyn, esimerkiksi jos yritetään jakaa nollalla. Myös ulkoiset tapahtumat voivat keskeyttää ohjelman suorituksen, esimerkiksi viesti I/O-laitteelta. Suorittimen sisäisesti tapahtuma muuttaa sen tilaa, esim. tilabittejä tai rekisterien arvoja, joita lukemalla nähdään mikä poikkeus tapahtui.
Poikkeuksen käsittely on siis laitteiston ja ohjelmiston yhteistyötä. Laitteisto asettaa tilamuutoksen ja ohjelmisto reagoi siihen. Yleensä käyttöjärjestelmissä on valmiit oletuskäsittelijät poikkeuksille, mutta ohjelmaan voidaan myös valikoidusti laatia omat käsittelijät. Suoritinarkkitehtuureissa on myös ohjelmallisesti asetettavia poikkeuksia, jotka on ohjelmoijan vapaassa käytössä.
Lisäksi poikkeukset tarjoavat keinon sovellusten ja käyttöjärjestelmän väliseen yhteistoimintaan. Sovellukset voivat pyytää alemman tason palveluita, kuten I/O:ta, käyttöjärjestelmältä poikkeuksien avulla. Vastaavasti oheislaitteet viestivät sovelluksen kanssa poikkeusten avulla. Moniajoa tukevasti ohjelman eri tehtävien yhtäaikainen suoritus voidaan toteuttaa ja kontrolloida poikkeusten avulla. Esimerkkinä TI RTOS:n kirjastot Task, Pin, UART, jne..

Poikkeusten käsittely

Poikkeukset identifioidaan niille annetun (0:sta alkavan positiivisen) järjestysnumeron avulla, joiden järjestys määritellään suorittimen hardiksen suunnitteluvaiheessa tai BIOS:ssa käynnistysvaiheessa. Kun poikkeuksten numerokoodit on tunnettu ja standardoitu, mahdollistetaan erilaisten oheislaitteiden joustava liittäminen tietokonejärjestelmään sekä niiden yhdenmukainen käyttö ohjelmakoodista.
Järjestys kuvaa poikkeuksien prioriteettijärjestyksen, jossa pienin numero on korkein prioriteetti. Numeroiden perusteella saadaan poikkeustaulukko (engl. exception table), johon tallennetaan jokaiselle poikkeukselle sen käsittelijän muistiosoite. Näin ollen poikkeuksen käsittely on (ehdoton) hyppykäsky muistiosoitteeseen, josta käsittelijän koodi suoritetaan. Joissain arkkitehtuureissa (esim. moderni x86) käsittelijälle voidaan antaa vielä kutsuparametri ihan kuten aliohjelmakutsuissakin.
Usein poikkeustaulukko itse sijaitsee muistin aivan ensimmäisissä osoitteissa, eli alkaen muistipaikasta 0! Sulautetuissa järjestelmissä puhutaan keskeytysvektorista (engl. interrupt vector table).
Esimerkkinä x86:sen keskeytystaulukko
Kun tietokone käynnistetään, laiteohjelmisto jatai käyttöjärjestelmä alustaa poikkeustaulukon oletusarvoihin. Käyttöjärjestelmä voi myös luoda omia poikkeuksiaan poikkeustaulukon loppuun. Sovellukset voivat muutella arvoja, ts. muistiosoitteita, oikeuksiensa rajoissa. Sulautetuissa järjestelmissä esimerkiksi ohjelmoijalla on yleensä vapaus muutella keskeytysvektorin arvoja, käsittelijöitä toteuttaessa.
Jokaisella poikkeuksella on oltava käsittelijä (engl. handler), joka on joko käyttöjärjestelmän oletuskäsittelijä tai ohjelmoijan laatima. Kuten keskeytyksen yhteydessä aiemmin esitettin, käsittelijä itsessään on kuten funktio, mutta konepellin alla eroja löytyy.

Poikkeustyypit

Olemme jo aiemmassa materiaalissa tutustuneet yhteen poikkeustyyppiin, keskeytyksiin. Mutta itseasiassa poikkeustyyppejä on muitakin. Materiaalissa alla käytämme näille varsin kömpelöitä suomenkielisiä nimityksiä..

Keskeytys

Keskeytyksen siis aiheuttaa asynkroninen (tässä ajasta ja ohjelman suorituksesta riippumaton) signaali suorittimen sisältä tai ulkoisesti oheislaitteelta. Suoritin tarkistaa keskeytyslippujen tilat aina käskyn suorituksen jälkeen. Keskeytys ei siis keskeytä konekielisen käskyn suoritusta prosessorissa. Kun lippu on ylhäällä tilarekisterissä (erillisessä keskeytysrekisterissä), suoritetaan sitä vastaava käsittelijä. Käsittelijän suorituksen jälkeen palataan ohjelmaan ja suoritetaan sen seuraava käsky, jos se on mahdollista.
Laitteistokeskeytyksistä käytetään kahta nimitystä: IRQ (engl. Interrupt Request) ja NMI (engl. Non-maskable Interrupt). Näistä IRQ:t ovat oheislaitteille varattuja keskeytyslinjoja ohjauspiirissä joka taas on kiinni suorittimen keskeystyslinjoissa. NMI:t varataan keskusyksikön sisäisen toiminnin valvontaan, esimerkiksi nollalla jakaminen tai muistivirhe, ja niillä on korkeampi prioriteetti. Kun laitteistokeskeytys tulee, ihan vastaavasti hypätään sen käsittelijään laiteohjelmistossa.
Keskeytyslinjojen lukumäärä vaihtelee, esimerkiksi x86-perheessä niitä on 16 kpl jaettuna kahteen ohjainpiiriin. Näinollen PC-maailmassa BIOS määritti mikä keskeytyslinja varataan millekin oheislaitteelle.
Kuva. Vanhan PC:n laitteistokeskeytyslinjat
Ohjelmallisia keskeytyksiä varten, jotka itseasiassa ovat usein järjestelmäkutsuja (kts. alla), konekielen käskykannassa on oma käsky kuten alla esimerkissä int. x86:sessa tämä keskeytyskutsu int 21 pyytää laiteohjelmiston kutsulla 0x2a laiteohjelmiston palvelua antamaan päivämäärän reaaliaikakello-komponentilta. 
mov ah,2a
int 21

Järjestelmäkutsu

Järjestelmäkutsut ovat siis synkronisia, koska ne aiheutetaan halutussa kohti ohjelmaa. Esimerkkejä järjestelmäkutsuista ovat eriliset I/O-toiminnot, kuten tiedoston lukeminen, tai moniajoon liittyvä toiminallisuus kuten toisen prosessin / ohjelman käynnistäminen tai nykyinen ohjelman ajon lopettaminen.
Järjestelmäkutsua varten voi olla valmiita konekielen käskyjä (engl. trap instructions) tai sitä käytetään kuten funktiokutsua. Lisäksi joissain prosessoreissa on suojattua käskyjä, joita vain järjestelmäkutsut voivat käyttää.
Esimerkki C-kielisestä ohjelmasta (linux/x86), joka käyttää printf:n sijaan järjestelmäkutsuja. write-funktion ensimmäinen parametri 1 tarkoittaa tässä tulostusvuota (engl. stdout), ts. yleensä ruutua. 
int main() {
   write(1,"hello world\n",13);  // printf("hello world\n");
   _exit(0);                     // return 0;
}
Huomataan, että C-kielen standardikirjasto (unistd.h) tarjoaa järjestelmäkutsut ohjelman käyttöön. Koska ne ovat alemman tason funktiota, ne vaativat enemmän yksityiskohtia ohjelmoijalta.
Vastaava x86-assembly-koodi olisi seuraava:
string:
   .ascii "hello world\n"
main:
   movq $1,%rax       # write on kutsu nro 1
   movq $1, %rdi      # tulostusvuo näytölle on 1 
   movq $string, %rsi # merkkijono
   movq $13, %rdx     # merkkijonon pituus
   syscall            # suorita write

exit:
   movq $60,%rax      # exit on kutsu nro 60
   movq $0, %rdi      # palautusarvo 0
   syscall
Assembly-kielessä kaikki järjestelmäkutsujen parametrit annetaan rekistereissä ja pinoa ei käytetä. Parametreilla on myös tietty järjestys, jossa %rax-rekisteriin menee kutsun numero, jne. Palautusarvo tulee myös %rax-rekisteriin.

Fault

Vika (engl. fault) on sellainen virhetilanne, jonka mahdollisesti käsittelijä pystyy korjaamaan. Käsittelijän suorituksen jälkeen nykyinen ohjelmakäsky suoritetaan uudelleen. Jos käsittelijä ei pysty korjaamaan virhetilannetta, ohjelman suoritus lopetetaan virheeseen.
Esimerkki on vaikkapa viittaus muistiosoitteeseen, jota ei ole valmiina prosessorin välimuistissa (engl. page fault). Tällöin käsittelijä noutaa kyseisen muistiosoitteen sisällön keskusmuistista (tai ensin alemman tason välimuistista) ja tallentaa sen välimuistiin.

Abort

Virheellinen lopetus (huoh.. engl. abort) tapahtuu, kun prosessorissa ilmeni virhetilanne jota ei voida ohjelmassa / käyttöjärjestelmässä korjata. Esimerkkinä tästä voisi olla viallinen data (pariteettivirhe) muistipiirissä tai oheislaitteen vika. Tällöin ohjelman suoritus loppuu tähän kutsuun, eikä enää palata takaisin pääohjelmaan.

y86 poikkeukset

y86-arkkitehtuurissa on kolme sisäistä poikkeusta:
  1. Konekielen käsky halt
  2. Väärä operaatiokoodi INS
  3. Väärä muistiosoite ADR
Mutta, poikkeuskäsittelijöitä ei ole y86-simulaattorissa toteutettu.
Sekventiaalisessa y86:sessa ohjelman suoritus keskeytyy ja vastaava tilabitti asetetaan. Tämän jälkeisillä käskyillä ei ole vaikutusta prosessorin tilaan.
Liukuhihna-suorittimessa poikkeusten käsittely onkin astetta monimutkaisempaa:
main:
   xorq %rax,%rax
   jne target
   irmovq  $1,%rax
target:
   movl $13,%rbx     # väärä operaatiokoodi (tässä x86-käsky)
Poikkeuksen tapahduttua ohjelman suoritus keskeytetään ja tätä seuraavat käskyt eivät enää muuta prosessorin tilaa.

Lopuksi

Poikkeuksien hallinta on nykyisissä prosessoreissa varsin monimutkainen asia, kuten huomasimme y86-liukuhihnaprosessorin tapauksesta..
Kuten olemme aiemmin oppineet, sulautetuissa järjestelmissä poikkeukset/tapahtumat/keskeytykset ovat hyvä tapa kommunikoida oheislaitteiden kanssa asynkronisuuden takia. SensorTagin RTOS:n toiminta on tästä syystä (suurelta osin) rakennettu poikkeuspohjaiseksi.
?
Abstraktiolla tarkoitetaan sitä kun raa'an konekielen käskyt "piilotetaan" korkeamman tason ohjelmointikielen käskyjen alle. Abstraktiotasosta riippuu miten laajaa tämä piilotus on - mitä korkeampi taso, sitä vaikeampi on suoraan sanoa miten monimutkaiseksi koodirakennelma muuttuu kun se kääntyy konekielelle. Esim. Pythonin abstraktiotaso on huomattavasti korkeampi kuin C:n (itse asiassa Python on tehty C:llä...).
Alias on esikääntäjävaiheessa käsiteltävä korvaus, jolla tietty merkkijono koodissa korvataan toisella. Toiminta vastaa siis tekstieditorin replace-toimintoa. Aliaksia määritellään #define-direktiivillä. Esim #define PI 3.1416
Muuttujan alustamisella tarkoitetaan sitä, kun sille asetetaan koodissa jokin alkuarvo. Hyvin yleinen esimerkki tästä on lukumuuttujien alustaminen nollaan. Alustus voidaan tehdä muuttujan esittelyn yhteydessä: int laskuri = 0; tai erikseen. Jos muuttujia ei alusteta, niiden sisältönä on mitä ikinä muistipaikkaan on aiemmin jäänyt.
Pythonin käyttämää tapaa käsitellä arvojen tyyppiä kutsutaan dynaamiseksi tyypitykseksi eli ankkatyypitykseksi. Nimitys perehtyy lauselmaan "Jos se ui kuin ankka, kävelee kuin ankka ja ääntelee kuin ankka, se on ankka." Toisin sanoen arvon kelvollisuus määritellään sen ominaisuuksien perusteella. Tämä eroaa staattisesta tyypityksestä, jossa arvon kelvollisuus määritellään sen tyypin perusteella.
Argumentti on funktiokutsussa käytettävä arvo, joka välitetään kutsuttavalle funktiolle. Funktion sisällä argumentit sijoitetaan parametreiksi kutsuttuihin muuttujiin. Esimerkiksi printf("%c", merkki); -lauseessa argumentteja ovat "%c"-tulostusmäärittely sekä merkki-muuttujan sisältö.
Alkeiskurssilla arvo-termiä käytettiin kaikista ohjelman käsittelemistä arvoista, oli kyse sitten muuttujista, lauseiden tuloksista tai mistä tahansa. Arvo on siis käytännössä tietokoneen muistissa olevaa dataa, johon muuttujat voivat viitata. C:ssä muuttujan ja sen arvon suhde on Pythonia tiiviimpi, koska muuttuja vastaa suoraan sitä muistialuetta johon arvo on talletettu.
Asetuslippuja käytetään kun suoritetaan ohjelmia komentoriviltä. Ne ohjaavat ohjelman toimintaa. Asetuslippu kirjoitetaan yleensä joko yhdellä viivalla ja sitä seuraavalla kirjaimella (esim. -o) tai kahdella viivalla ja kokonaisella sanalla (tai sanoilla, sanojen välissä viiva) (esim. --system. Jotkut liput ovat ns. boolean lippuja eli ne ovat vain päällä tai pois, toisille annetaan lisäksi parametri. Parametri on tyypillisesti lipun perässä joko välilyönnillä tai =-merkillä erotettuna (esim. -o hemuli.exe).
Avainsanat ovat ohjelmointikielessä kielen käyttöön valittuja sanoja, joilla on erityinen merkitys. Hyvät tekstieditorit tyypillisesti merkitsevät avainsanat muista nimistä eroavalla tavalla (esim. lihavointi). Avainsanat ovat yleensä suojattuja, eli samannimistä muuttujaa ei voi luoda. Yleisiä avainsanoja ovat esim ohjausrakenteisiin kuuluvat if ja else. Avainsanat ovat siis osa ohjelmointikielen kielioppia.
Binääriluku on luku, joka muodostuu biteistä, eli arvoista 0 ja 1. Tämä tekee siitä 2-kantaisen lukujärjestelmän. Binäärilukujen tulkintaa voit tutkailla lukujärjestelmiä käsittelevässä lisämateriaalissa.
Binääritiedosto on tiedosto, joka sisältää konekielisiä käskyjä binäärinä. Ne on tarkoitettu ainoastaan tietokoneen luettavaksi, ja tyypillisesti jos niitä avaa vahingossa esim. tekstieditorilla tuloksena on merkkisotkua editorin yrittäessä tulkita tiedoston sisältämiä bittejä merkeiksi. Useimmat tekstieditorit myös varoittavat asiasta erikseen.
Bitti on pienin informaation yksikkö, joka voi saada arvot 0 ja 1. Tietokoneen sisällä kaikki tapahtuu bitteinä. Tyypillisesti muistissa on bittijonoja, jotka muodostuvat useista biteistä.
Bittinegaatio on operaatio jossa bittijonon bitit käännetään siten, että nollat muutetaan ykkösiksi ja ykköset nolliksi. Operaattori on ~
Bittioperaatiot ovat oma operaatioluokkansa joiden yhteispiirre on se, että niissä käsitellään bittijonojen yksittäisiä bittejä. Kääntöoperaatiossa yhden jonon bitit käännetään nollista ykkösiksi ja toisin päin. Osa operaatioista suoritetaan kahden bittijonon välillä siten, että jonoissa samassa kohdassa olevat bitit vaikuttavat toisiinsa. Näitä ovat and (&), or (|) sekä xor (^). Lopuksi on vielä siirto-operaatiot (<< ja >>), joissa yhden bittijonon bittejä siirretään oikealle tai vasemmalle N askelta.
C:n funktiot ovat Pythonin funktioita staattisempia. Funktiolla voi olla vain yksi paluuarvo, jonka tyyppi määritellään funktion määrittelyssä. Samoin määritellään kaikkien parametrien tyypit. Funktiota kutsuttaessa argumenttien arvot sijoitetaan parametreille varattuihin muistipaikkoihin, joten funktio käsittelee eri arvoja kuin sitä kutsuva koodi.
Ulkopuolinen koodi sijaitsee C:ssä kirjastoissa (library), josta niitä voidaan ottaa käyttöön #include-direktiivillä. C:ssä on mukana sisäiset kirjastot sekä lisäksi voidaan käyttää ulkoisia kirjastoja - ne täytyy kuitenkin koodissa käyttöönoton lisäksi kertoa kääntäjälle käännösvaiheessa. Tyypillisesti kirjasto koostuu c-kooditiedostosta sekä otsikkotiedostosta (.h), joka kertoo mitä funktioita kirjastossa on.
C:n muuttujat ovat staattisesti tyypitettyjä, eli niiden tyyppi kiinnitetään esittelyn yhteydessä. Lisäksi C:ssä muuttuja on sidottu sille varattuun muistialueeseeen. Muuttuja ei voi myöskään muuttaa tyyppiään jälkikäteen.
Ehtolause on yksittäisen ehdon määrittelevä rivi koodissa, jota seuraa aaltosulkeilla merkitty koodilohko, joka määrittää miten ehdon toteutuessa tulee toimia. Varsinaisia ehtolauseita ovat if-lauseet, joka voi esiintyä myös else-avainsanan kanssa else if. Toisiinsa liitetyt ehtolauseet muodostavat ehtorakenteita.
Ehtorakenne on yhdestä tai useammasta toisiinsa liitetystä ehtolauseesta muodostuva rakenne, joka haarauttaa ohjelman suoritusta. Useimmissa ehtorakenteissa on vähintään kaksi haaraa: if ja else. Näiden välissä voi olla myös N kpl else if-lauseilla aloitettuja haaroja. On myös mahdollista, että ehtorakenteessa on pelkkä if-lause. Ehtorakenteessa kussakin haarassa on suoritettavaa koodia, joka kuvaa miten ohjelman tulee ehdon määrittelemässä tilanteessa toimia. Jokainen haara on oma koodilohkonsa, joka merkitään siis aaltosulkeilla.
Esikääntäjä on värkki joka käy koodin läpi suorittaen kaikki esikääntäjädirektiivit ennen varsinaista kääntämistä. Näihin kuuluvat mm. include-lauseet joilla koodiin lisätään siihen liitetyt kirjastot sekä define-lauseet joilla voidaan määritellä vakioita ja makroja.
Esikääntäjädirektiivit ovat ohjeita, jotka on tarkoitettu esikääntäjälle. Ne puretaan koodista pois ennen varsinaista kääntämistä. Esikääntäjädirektiivit alkavat #-merkillä. Yleisin näistä on include, joka vastaa Pythonin importia. Toinen yleinen on define, jolla tällä kurssilla määritetään vakioita.
Muuttujan esittely tarkoittaa sitä kun muuttujan olemassaolosta kerrotaan ensimmäistä kertaa. Tällöin määritetään muuttujan tyyppi ja nimi, esim. int luku;. Kun muuttuja esitellään, sille varataan paikka muistista, mutta muistiin ei vielä kirjoiteta mitään - muuttujassa on siis muistiin jäänyt arvo. Tästä syystä muuttujat on usein myös hyvä alustaa esittelyn yhteydessä.
Etumerkitön kokonaislukumuuttuja on kokonaisluku jonka kaikki arvot ovat positiivisia. Koska etumerkille ei tarvitse varata bittiä, etumerkittömällä kokonaisluvulla voidaan esittää itseisarvoltaan 2x suurempi luku kuin etumerkillisellä. Etumerkitön kokonaisluku määritetään lisäämällä kokonaislukumuuttujan esittelyyn unsigned-avainsana: unsigned int laskuri;
Heksadesimaaliluvut ovat 16-kantaisia lukuja, joita käytetään erityisesti muistiosoitteiden sekä muistin bittisisällön esittämiseen. Heksadesimaaliluvun edessä on tyypillisesti 0x, ja numeroiden lisäksi käytössä ovat kirjaimet A-F jotka vastaavat numeroja 10-15. Heksadesimaalilukuja käytetään koska yksi numero vastaa aina tasan neljää bittiä, joten muunnokset binääriin ja takaisin ovat helppoja.
Iteroitava objekti on sellainen, jonka voi antaa silmukalle läpikäytäväksi (Pythonissa for-silmukalle). Tähän joukkoon kuuluvat yleisimpinä listat, merkkijonot ja generaattorit. C:ssä ei ole silmukkaa, joka vastaisi Pythonin for-silmukan toimintaa, joten taulukoiden yms. läpikäynti tehdään indeksiä kasvattavilla silmukoilla.
Kirjasto on tyypillisesti yhteen rajattuun tarkoitukseen tehty työkalupakki, joka yleensä sisältää nipun funktioita. Kirjastot otetaan käyttöön include-esikääntäjädirektiivillä. Jos kirjasto ei kuulu C:n sisäänrakennettuihin, sen käyttöönotto täytyy myös kertoa kääntäjälle.
Kokonaisluvut itsessään ovat tuttuja varmaan tässä vaiheessa, mutta C:ssä niitä on monenlaisia. Kokonaisluvuille nimittäin määritellään kuinka monella bitillä ne esitetään sekä se, onko luvussa etumerkkiä. Koska tietyllä bittimäärällä voidaan esittää vain rajallinen määrä eri lukuja (2 ^ n), etumerkillisissä luvuissa maksimiarvo on yhden bitin verran pienempi (2 ^ (n - 1)). Pienin kokonaisluku on 8-bittinen.
Kommentti on kooditiedostossa olevaa tekstiä, joka ohitetaan kun koodia suoritetaan. Kussakin kielessä on oma tapansa sille miten rivi merkitään kommentiksi. Pythonissa se on #-merkki, C:ssä //. Lisäksi C:ssä voi merkitä useita rivejä kommenteiksi kerralla - kommentti aloitetaan tällöin /*-merkkiparilla ja päätetään */-merkkiparilla. Kaikki näiden välissä tulkitaan kommentiksi.
Komplementti on negatiivisten lukujen esitystapa, jossa luvun etumerkki muutetaan kääntämällä sen kaikki bitit. Kahden komplementissa, jota tällä kurssilla käytetään, käännön jälkeen lisätään tulokseen 1. Tarkempaa tietoa löydät lukujärjestelmiä käsittelevästä oheismateriaalista.
Konekieli muodostuu käskyistä jotka laitteen prosessori ymmärtää. Konekieltä kutsutaan yleensä Assemblyksi ja se on alin taso jolla ihmisen on mielekästä antaa ohjeita tietokoneelle. Konekieltä käytetään tällä kurssilla loppuossa, joten siihen ei johdatuskurssia suorittavien tarvitse perehtyä.
Koodilohko on joukko koodirivejä, jotka kuuluvat jollain tavalla yhteen eli ne ovat samassa kontekstissa. Esimerkiksi ehtorakenteessa kunkin ehdon alla on oma koodilohkonsa. Samoin funktion sisältö on oma koodilohkonsa. Koodilohkot voivat sisältää muita koodilohkoja. Pythonissa koodilohkot erotetaan toisistaan sisennyksellä; C:ssä koodilohkon alku ja loppu merkitään aaltosulkeilla {}
Käskykanta määrittää mitä käskyjä laitteen prosessori osaa. Nämä käskyt muodostavat prosessoriarkkitehtuurin konekielen.
Kääntäjä on ohjelma, joka kääntää C-kielisen koodin konekieliseksi binääritiedostoksi, jonka tietokoneen prosessori osaa suorittaa. Kääntäjä myös tutkii koodin ja ilmoittaa siinä olevista virheistä sekä antaa varoituksia potentiaalisista ongelmista koodissa. Kääntäjän toimintaa voi ohjata lukuisilla asetuslipuilla.
Lause on ohjelmointikielessä nimitys yksittäiselle suoritettavalle asialle, joka on yleensä yksi koodirivi.
Liukuluku (engl. floating point number, lyh. float) on tietokoneiden käyttämä desimaaliluvun approksimaatio. Tietokoneet eivät arkkitehtuurinsa vuoksi pysty käsittelemään oikeita desimaalilukuja, joten niiden tilalla käytetään liukulukuja. Liukuluvut saattavat aiheuttaa pyöristysvirheitä - tämä on hyvä pitää mielessä niitä käyttäessä. C:ssä liukulukuja on yleensä kahta eri tarkkuutta: float ja double, joista jälkimmäisessä on nimensä mukaisesti 2 kertaa enemmän bittejä.
Looginen operaatio viittaa Boolen algebran operaatiohin, joissa käsitellään totuusarvoja. Tyypillisiä loogisia operaatioita ovat ehtolauseista tutut and, not ja or. C:ssä tunnetaan myös bittikohtaiset loogiset operaatiot jotka toimivat samalla logiikalla, mutta vaikuttavat jokaiseen bittiin erikseen.
Makro on alias, jolla määritetään tietty avainsana korvattavaksi koodinpätkällä. Hyvin käytettynä tällä voidaan joissain tilanteissa saada aikaan parempaa luettavuutta, mutta helposti käy toisin. Makroilla ei kannata tämän kurssin puitteissa leikkiä, kunhan tietää mistä on kyse jos niihin joskus törmää.
Merkki on nimensä mukaisesti yksi merkki. Merkki voidaan tulkita ASCII-merkkinä mutta sitä voidaan käyttää koodissa myös kokonaislukuna, koska se on pienin esitettävissä oleva kokonaisluku. Merkin koko on 1 tavu. Merkki merkitään yksinkertaisilla lainausmerkeillä, esim. 'c'.
Pythonissa kaikki teksti käsiteltiin merkkijonoissa, eikä siinä esim. ollut erillistä muuttujatyyppiä yksittäiselle merkille. C:ssä puolestaan ei ole varsinaista merkkijonomuuttujatyyppiä lainkaan - on ainoastaan merkeistä koostuvia taulukoita, joille on oma määrittelytapansa. Näillä taulukoilla on ennaltamäärätty pituus. "Merkkijonon" voi määritellä C:ssä char elain[5] = "aasi"; jossa numero kertoo merkkitaulukon koon ja on merkkien määrä + 1, koska lopetusmerkki '\0' lisätään tässä alustustavassa automaattisesti loppuun.
Metodi on funktio, joka on osa objektia eli objektin ominaisuus, jolla objekti usein muuttaa omaa tilaansa. Metodia kutsuttaessa käsiteltävä objekti tulee kutsun eteen: arvosanat.sort().
Kaikki suoritettavien ohjelmien käsittelemä data on tietokoneen muistissa ajon aikana. Tietokoneen muisti muodostuu muistipaikoista, joilla on muistiosoite sekä sisältö. Kaikki muistipaikat ovat saman kokoisia - jos talletettava tietomäärä on tätä suurempi, varataan useampi (peräkkäinen) muistipaikka.
Pythonissa objektit eroteltiin muuntuviin ja muuntumattomiin. Muuntumaton arvo oli sellainen, jonka sisältö ei voi muuttua - kaikki operaatiot jotka näennäisesti muuttavat arvoa tosiasiassa luovat siitä uuden kopion, joka yleensä sijaitsee uudessa muistipaikassa. Esimerkiksi merkkijonot olivat tyypillinen muuntumaton tyyppi Pythonissa. C:ssä tätä erottelua ei tarvita, koska muuttujien ja muistipaikkojen suhde on tiiviimpi - sama muuttuja osoittaa koko ohjelman suorituksen ajan tiettyyn muistipaikkaan.
Objekti, joskus myös olio, on Pythonissa yleistä terminologiaa. Kutsuimme objekteja pääasiassa arvoiksi alkeiskurssilla, mutta Pythonissa kaikkea voi käsitellä objekteina - tämä tarkoittaa, että mihin tahansa voidaan viitata muuttujilla (esim. funktion voi sijoittaa muuttujaan). Objekti-termiä käytetään tyypillisesti oliopohjaisissa kielissä (kuten Python). C ei kuulu tähän joukkoon.
Ohjausrakenne on yleisnimitys koodirakenteille, jotka hallitsevat jollain tavalla ohjelman suorituksen kulkua. Näihin rakenteisiin lukeutuvat ehtorakenteet sekä toistorakenteet. Myös poikkeusten käsittely voidaan lukea tähän joukkoon.
Koodin optimointi tarkoittaa sitä, että sen suorituskykyä parannetaan tyypillisesti joko vähentämällä aikaa, joka sen suoritukseen kuluu tai vähentämällä muistin käyttöä. Optimoinnista on hyvin tärkeää ymmärtää, että sitä ei koskaan kannata tehdä jos ei ole pakko - optimointia siis tehdään vasta kun koodi oikeasti toimii hitaasti tai kuluttaa liikaa muistia. Optimointia ei myöskään kannata tehdä sokkona - koodista tulee ensin tunnistaa mitkä ovat sen pullonkaulat eli ne osat jotka tuhlaavat eniten resursseja.
Osoitin (pointer) on C:ssä erityinen muuttujatyyppi. Osoitinmuuttuja sisältää muistiosoitteen, josta varsinainen arvo löytyy - ne toimivat siis tietyllä tapaa kuin Pythonin muuttujat. Muuttuja määritellään osoittimeksi lisäämällä tyypin perään * esittelyrivillä, esim. int* luku_os luo luku_os-muuttujan, joka on osoitin int-tyyppiseen arvoon. Osoittimen osoittaman muistialueen sisällön voi hakea käyttöön merkinnällä *luku_os ja vastaavasti jonkin muuttujan muistipaikan osoitteen saa merkinnällä &luku. Osoittimille on omistettu kokonainen materiaali (4).
Otsikkotiedosto on .h-päätteellä merkitty tiedosto, joka sisältää otsikkotiedot (funktioiden prototyypit, tietotyyppien määrittelyt yms) saman nimiselle .c-tiedostolle.
Otsikkotiedot ovat C-koodissa ja erityisesti kirjastojen yhteydessä eräänlainen muotti koodista. Tyypillisen otsikkotieto on funktion prototyyppi, jolla kerrotaan mitä funktio palauttaa ja mitä argumentteja sille annetaan. Rivi on sama kuin funktion varsinainen määrittely. Muita otsikkotietoja ovat mm. tietotyyppien ja vakioiden määrittelyt. Otsikkotiedot voivat sijaita kooditiedoston alussa, mutta erityisesti kirjastojen osalta ne ovat yleensä erillisessä .h-tiedostossa.
Paikanpidin on merkkijonojen muotoilussa käytetty termi, jolla esitetään kohta merkkijonossa, johon sijoitetaan esim. muuttujan arvo ohjelman suorituksen aikana. Pythonissa format-metodia käytettäessä paikanpitimiä merkittiin aaltosulkeilla (esim. {:.2f}). C:ssä käytetään %-merkkiä jota seuraa paikanpitimen määrittely, josta erityisen tärkeä osa on muuttujatyypin määrittely. Esimerkiksi "%c" ottaa vastaan char-tyyppisen muuttujan.
Paluuarvo on nimitys arvolle tai arvoille jotka funktio palauttaa kun sen suoritus päättyy. C:ssä funktioilla voi olla vain yksi paluuarvo, Pythonissa niitä voi olla useita. Koodia lukiessa paluuarvoa voi käsitellä päässään siten, että funktiokutsun paikalle sijoitetaan funktion paluuarvo sen jälkeen kun funktio on suoritettu.
Parametri on funktion määrittelyssä nimetty muuttuja. Parametreihin sijoitetaan funktion saamat argumentit. Parametri on siis nimitys jota käytetään kun puhutaan arvojen siirtymisestä funktion näkökulmasta. Tätä erottelua ei aina tehdä, vaan joskus puhutaan pelkästään argumenteista.
Poikkeus on ohjelmointikielessä määritelty virhetilanne. Poikkeuksella on tyyppi (esim. TypeError), jota voi käyttää poikkeuksen käsittelyssä ohjelman sisällä sekä myös apuna virhetilanteen ratkaisussa. Tyypillisesti poikkeukseen liitetään myös viesti, joka kertoo mistä ongelmassa on kyse.
Prototyyppi määrittelee funktion paluuarvon tyypin, nimen sekä kaikki argumentit ennen funktion varsinaista esittelyä. Kunkin funktion prototyypin tulisi löytyä joko kooditiedoston alusta tai erillisestä otsikkotiedostosta (.h). Prototyypin määrittely on kopio funktion varsinaisesti määrittelyrivistä.
Pythonin for-silmukka vastaa toiminnaltaan useimmissa kielissä olevaa foreach-silmukkaa. Se käy läpi sekvenssin -esim. listan - jäsen kerrallaan, ottaen kulloinkin käsittelyssä olevan jäsenen talteen silmukkamuuttujaan. Silmukka loppuu, kun iteroitava sekvenssi päättyy.
Merkkijonojen format-metodi on Pythonissa tehokas tapa sisällyttää muuttujien arvoja tulostettavaan tai tallennettavaan tekstiin. Merkkijonoon määritetään paikanpitimiä (esim: {:.2f}) joihin sijoitetaan format-metodin argumentit.
Python-funktiolla voi olla valinnaisia parametreja, joilla on asetettu oletusarvo. Argumenttien arvot siirtyvät parametreihin viittauksen kautta, joten funktion sisällä käsitellyt arvot ovat samoja kuin sen ulkopuolella käsitellyt - niillä on vain eri nimet. Python-funktiolla voi olla useita paluuarvoja.
Pythonin import-lauseella otettiin käyttöön moduuleja/kirjastoja - joko Pythonin mukana tulevia, muualta ladattuja tai itsekirjoitettuja. Pythonin import-lauseelle erityistä on, että oletuksena tuotuihin funktioihin ym. päästään käsiksi moduulin nimen kautta (esim. math.sin. C:ssä importia vastaa include, ja se tuo nimet suoraan ohjelman omaan nimiavaruuteen.
Interaktiivinen Python-tulkki tai Python-konsoli on ohjelma, johon voi kirjoittaa Python-koodirivejä. Nimitys "interaktiivinen" tulee siitä, että koodirivi suoritetaan välittömästi sen syöttämisen jälkeen, ja ohjelma näyttää käyttäjälle koodirivin tuottaman paluuarvon (esim. matemaattisen operaation tuloksen).
Pythonin lista osoittautui Ohjelmoinnin alkeissa hyvin tehokkaaksi työkaluksi. Se on järjestetty kokoelma arvoja. Listan monikäyttöisyys johtuu siitä, että sen koko on dynaaminen (eli suorituksen aikana muuttuva) minkä lisäksi se voi sisältää mitä tahansa arvoja - myös sekaisin. Samassa listassa voi siis olla useita erityyppisiä arvoja. Listat voivat tietenkin sisältää myös listoja tai muita tietorakenteita jne.
Kuten Ohjelmoinnin alkeissa opittiin, Python-muuttuja on viittaus arvoon, eli yhteys muuttujan nimen ja tietokoneen muistissa olevan arvon välillä. Python-muuttujilla ei ole tyyppiä, mutta arvoilla on. Arvon kelpaavuus kokeillaan koodia suorittaessa tilannekohtaisesti. Tässä suhteessa ne siis eroavat toiminnaltaan C:n muuttujista, ja niiden toiminta muistuttaa usein enemmän C:n osoittimia.
Pythonissa pääohjelma on se osa koodia, joka suoritetaan kun ohjelma käynnistetään. Pääohjelma sijaitsee tyypillisesti koodin lopussa, ja useimmiten if __name__ == "__main__":-lauseen alla. C:ssä ei ole varsinaista pääohjelmaa, siinä suoritus aloitetaan oletuksena main-nimisestä funktiosta.
Python-tulkki on ohjelma, joka muuttaa Python-koodin tietokoneelle annettaviksi ohjeiksi. Se vastaa niin kooditiedostojen kuin myös interaktiiviseen Python-tulkkiin kirjoitettujen komentojen suorittamisesta. Tällä kurssilla sanalla tulkki viitataan kuitenkin useimmiten nimenomaan interaktiiviseen Python-tulkkiin.
Pääfunktio on C:ssä ohjelman aloituspiste ja se korvaa Pythonista tutun pääohjelman. Oletuksena pääfunktion nimi on main ja se määritellään yksinkertaisimmillaan int main().
Resurssi viittaa laitteiston käytössä olevaan prosessoritehoon, muistiin, oheislaitteet jne. Se käsittää siis kaikki rajoitteet sille millaista ohjelmakoodia voidaan ajaa sekä sen, mitä ohjelmakoodilla voidaan tehdä. Tietokoneilla resurssit ovat ohjelmointiopiskelijan näkökulmasta aika rajattomat, mutta sulautetuilla järjestelmillä rajat voivat hyvinkin tulla vastaan.
C käyttää staattista tyypitystä. Se tarkoittaa sitä, että muuttujien tyypit määritellään kun ne luodaan ja muuttujaan ei voida sijoittaa erityyppistä arvoa. Lisäksi arvon kelvollisuus määritellään koodia suorittaessa sen tyypin perusteella (tai oikeastaan tämä tehdään jo käännösvaiheessa). Pythonissa taas käytetään dynaamista eli ankkatyypistystä.
Syntaksi (engl. syntax) on koodin kielioppi. Esimerkiksi Pythonin syntaksi määrittää, millainen teksti on tulkittavissa Python-koodiksi. Jos teksti ei noudata koodin syntaksia, sitä ei voida suorittaa tai C:n tapauksessa kääntää. Syntaksi antaa myös koodaajalle tietoa siitä, missä muodossa halutunlainen ohje tulee antaa.
Taulukko (array) on ohjelmointikielissä yleinen tietorakenne, joka sisältää useita (yleensä) samantyyppisiä arvoja. C:n taulukot ovat staattisia - niiden koko tulee määritellä taulukon esittelyn yhteydessä - ja taulukossa voi olla vain samantyyppisiä muuttujia (myös tyyppi määritellään esittelyssä).
Yhden muistipaikan koko on yksi tavu (byte) - tyypillisesti 8 bittiä. Tavu on siis pienin yksikkö joka voidaan osoittaa tietokoneen muistista. Muuttujien tyyppien varaamat muistialueet lasketaan tavuissa.
Terminaali, komentokehote ja komentorivi ovat eri nimiä käyttöjärjestelmän tekstipohjaiselle käyttöikkunalle. Windowsissa komentoriville pääsee kun kirjoittaa suorita...-ikkunaan cmd. Komentorivillä annetaan tekstikomentoja käyttöjärjestelmälle. Tällä kurssilla pääasiassa siirrytään cd-komennolla hakemistosta toiseen ja käytetään kääntäjää kooditiedostojen kääntämiseen sekä suoritetaan käännettyjä koodeja.
Tietorakenne on yleisnimitys kokoelmille jotka sisältävät useita arvoja. Pythonissa näitä olivat mm. lista, monikko ja sanakirja. C:ssä taas yleisimmät tietorakenteet ovat taulukot (array) ja tietueet (struct).
Tietokoneen muistissa oleva data on pelkästään bittejä, mutta muuttujilla on tyyppi. Tyyppi kertoo millä tavalla muistissa olevat bitit pitää tulkita. Se kertoo myös kuinka suuresta määrästä bittejä muuttujan arvo muodostuu. Tyyppejä ovat esim int, float ja char.
Tyyppimuunnos on operaatio jossa muuttuja muutetaan toisentyyppiseksi. Alkeiskurssilla tätä tehtiin pääasiassa int- ja float-funktioilla. C:ssä tyyppimuunnos merkitään hieman toisin: liukuluku = (float) kokonaisluku. Huomioitavaa on myös, että operaation tulos voidaan tallentaa ainoastaan muuttujaan jonka tyyppi on kohdetyyppiä (esimerkissä float). Pythonissa nähdyt luku = int(luku)-temput eivät siis onnistu.
Varoitusviesti on ilmoitus siitä, että ohjelman suorituksessa tai - erityisesti tällä kurssilla - sen kääntämisessä kohdattiin jotain epäilyttävää, joka saattaa johtaa virhetilanteisiin, mutta ei suoraan estä ohjelman käyttöä. Yleisesti ottaen kaikki varoitukset on syytä korjata ohjelman toiminnan vakauttamiseksi.
Virheviestiksi kutsutaan tietokoneen antamaa virheilmoitusta joko koodia kääntäessä tai ohjelmaa suorittaessa. Virheviesti tyypillisesti sisältää tietoa kohdatusta ongelmasta ja sen sijainnista.
C:ssä main-funktio on ohjelman suorituksen aloituspiste kun ohjelma käynnistetään. Ohjelman komentoriviargumentit tulevat main-funktiolle (mutta niitä ei ole pakko vastaanottaa), ja sen palautusarvon tyyppi on int. Lyhimmillään main-funktion voi siis määritellä: int main().
C:ssä yksi tulostustapa on printf-funktio, joka muistuttaa pääasiassa Pythonin print-funktiota. Sille annetaan tulostettava merkkijono, sekä lisäksi merkkijonoon sijoitettavat arvot mikäli on käytetty paikanpitimiä. Toisin kuin Pythonin print, printf ei automaattisesti lisää rivinvaihtoa, joten loppuun on yleensä syytä lisätä \n.
Silmukoista while pohjautuu toistoon ehdon tarkastelun kautta - silmukan sisällä olevaa koodilohkoa suoritetaan niin kauan kuin silmukalle annettu ehto on tosi. Ehto määritetään samalla tavalla kuin ehtolauseissa, esim: while (summa < 21).