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C 03: Strings, Stack vs. Heap & Manuelle Speicherallokation 🧱

Willkommen zu Modul 03 des C & C++ Systems Engineering Lehrpfads!

In diesem Modul lernst du die Verwaltung des Arbeitsspeichers auf Hardware-Ebene kennen: Null-terminierte Zeichenketten (char[]), die strikte Trennung von Stack und Heap sowie die C-Speicherfunktionen malloc, calloc, realloc und free.

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💡 1. Das Wichtigste in Kürze

C-Strings & das Null-Byte ('\0')

In C sind Strings Arrays von Zeichen (char), die durch das Byte 0 ('\0') abgeschlossen werden.

• Die Länge eines Strings ist die Anzahl der Zeichen vor dem '\0'.
• Ein Puffer für einen String der Länge N muss mindestens N + 1 Bytes groß sein!

Stack vs. Heap

• Stack (Stapelspeicher): Sehr schneller Speicher für lokale Variablen und Funktionsaufruf-Frames. Automatisch freigegeben, sobald der Block {} verlassen wird. Begrenzte Größe.
• Heap (Dynamischer Freispeicher): Großer Speicherbereich für Daten mit dynamischer oder langlebiger Existenz. Muss vom Programmierer manuell reserviert und freigegeben werden.

Allokation & Freigabe

#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 1. Allokation
int* data = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
if (data == NULL) { /* Out of Memory Fehlerbehandlung */ }

// 2. Verwendung
for (size_t i = 0; i < 5; i++) {
    data[i] = (int)(i * 10);
}

// 3. Vergrößerung
int* expanded = (int*)realloc(data, 10 * sizeof(int));
if (expanded != NULL) {
    data = expanded;
}

// 4. Sichere Freigabe
free(data);
data = NULL; // Verhindert Dangling-Pointer-Fehler

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🎯 Aufgaben in aufgabe.c

1. TODO 1 (c_string_laenge): Zähle die Zeichen eines const char* bis zum Null-Terminator '\0'.
2. TODO 2 (c_string_umkehren): Kehre einen C-String in-place um (z. B. "hello" -> "olleh").
3. TODO 3 (erstelle_dynamisches_array): Allokiere mit malloc ein int-Array der Größe anzahl auf dem Heap und fülle es mit initial_wert.
4. TODO 4 (dupliziere_string): Allokiere strlen(src) + 1 Bytes auf dem Heap und kopiere den String zeichenweise oder mit memcpy/strcpy.
5. TODO 5 (vergroessere_array): Erweitere ein bestehendes dynamisches Array mit realloc und initialisiere die neuen Elemente mit fuell_wert.
6. TODO 6 (gebe_speicher_frei): Gib den Speicher über einen Zeiger-auf-Zeiger (void** ptr_ref) frei und setze *ptr_ref = NULL.

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🧪 Tests ausführen

Die Tests prüfen String-Algorithmen, dynamische Allokationen sowie die Vermeidung von Memory Leaks.