SS 2002 Arbeitsblatt 1

C++ – ooP ?
Arbeitsblatt 1
Prof. Dr. Gerhard Berendt
SS 2002
1.1 Objekte, Werte, Typen, Variable.
1.2 Definition und Manipulation von Objekten.
1.3 Referenzen.
Computer–Programme dienen dazu, in irgendeiner Form vorliegende Daten in den
Rechner eingeben, manipulieren und wieder ausgeben zu können. Zu unterscheiden
sind dabei die eigentlichen Operationen mit den Daten von den Methoden, mit denen
diese Daten ein– und ausgegeben werden.
Zum Verständnis der Struktur einer Programmsprache ist eine rudimentäre Kenntnis
über den Mechanismus erforderlich, mittels dessen der Rechner die Daten annimmt
und ausgibt und während der Rechenvorgänge aufbewahrt. Wenn man auf die
Programmierung in Maschinensprache verzichtet, genügt es in den meisten Fällen,
die Speicherverwaltung des Rechners in groben Zügen zu kennen.
Hier zunächst die wichtigsten Begriffe kurz zusammengefasst:
Vokabeln
Kapitel 1
Objekt
steht für einen Speicherbereich, in dem Daten abgelegt
werden. Die Größe des Objekts liegt für dessen
Lebensdauer fest, der Inhalt des zugehörigen
Speicherbereiches kann jedoch verändert werden.
Adresse
Numerierung des Speichers. Die Adresse des ersten
Bytes eines Objekts kann als Adresse des gesamten
Objekts gewählt werden.
Wert
Der Inhalt eines Objektes ist ein Wert (genauer: ein l–
Wert).
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Typ
eine Menge von Werten definierter Größe,
üblicherweise assoziiert mit einer Anzahl von
Operationen, die mit Objekten dieses Typs
vorgenommen werden können.
Typ–Konstruktor
Funktion, die, angewandt auf einen Typ einen neuen
Typ erzeugt (z.B. Referenz auf einen Typ).
Variable
Name in einem Programmtext, der ein Objekt
bezeichnet.
Konstante
Direkt angegebene Werte in einem Programmtext (dies
sind keine Objekte, d.h. sie liegen nicht in einem
definierten Speicherbereich (sogenannte r–Werte).
Anweisung
Vorschrift, mit der u.a. ein Objekt zusammen mit einem
zugehörigen Wert definiert werden kann.
Syntax
Kapitel 1
Definition einer Variablen (Anweisung):
Typname Variablenname(Anfangswert);
Alternativ:
Typname Variablenname = Anfangswert;
Werte können mit der Zuordnungsanweisung
Ausdruck links (l–Wert erforderlich) = Ausdruck rechts (l– oder r–Wert);
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verändert werden. Dabei wird der Inhalt des auf der linken Seite referierten Objekts
zu dem auf der rechten Seite referierten Wert (ggf. unter Umwandlung in einen l–
Wert) geändert.
Definition einer Variablen vom Referenz–Typ (Referenzvariable):
Typname& Variablenname(Ausdruck);
Alternativ:
Typname& Variablenname = Ausdruck;
Dabei sollte der Ausdruck auf der rechten Seite ein Objekt des Typs Typname sein.
Die Variable "Variablenname" wird dann an das durch "Ausdruck" referierte Objekt
"gebunden".
1.4 Funktionen.
Vokabeln
Kapitel 1
Funktion
Folge von Anweisungen, die eine bestimmte Aufgabe
abarbeiten.
In C++ ist der Definitionsbereich einer Funktion das
kartesische Produkt einer endlichen Anzahl von Typen
und der Wertevorrat ein einzelner Typ. Als Typen
kommen z.B. auch Referenztypen in Frage.
Funktionen können verschachtelt werden.
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Syntax
Kapitel 1
Definition einer Funktion:
Rückgabetyp
Funktionsname(Parameterliste)
{ Anweisungsliste }
Falls die Funktion keinen Wert zurückgibt, ist der Rückgabetyp "void".
Die Parameter in der Liste bestehen aus einer, durch Kommata getrennten
Aufzählung der Variablentypen, optional von den jeweiligen (formalen)
Parameternamen gefolgt. Die Klammern sind obligatorisch, auch wenn die
Parameterliste leer ist.
In der Anweisungsliste des in { } stehenden Funktionenkörpers muß – sofern der
Rückgabetyp nicht "void" ist – mindestens eine Anweisung der Form
return (Ausdruck);
vorkommen. Falls der Rückgabetyp "void" ist, kann diese Anweisung wegfallen oder
durch
return;
ersetzt werden.
Aufruf einer Funktion:
Funktionsname(Parameterausdruckliste);
Dabei ist die Parameterausdruckliste eine durch Kommata getrennte Liste von
Ausdrücken. Jeder Ausdruck muß aus einem Wert bestehen, der in der Parameterliste
der Funktionsdefinition an der entsprechenden Stelle vom richtigen Typ ist.
Zur Laufzeit wird ein Funktionsaufruf wie folgt ausgeführt:
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Für jeden formalen Parameter der Funktion wird
a) der zugehörige Parameterausdruck berechnet und
b) mit dem Ergebnis wird ein neues Objekt des entsprechenden Typs
initialisiert.
Damit wird jeder aktuelle Parameter auf einen neuen Parameter vom gleichen
Typ kopiert.
2.
Die Anweisungen des Funktionskörpers werden ausgeführt. Dies geschieht in
einer Umgebung, in der die folgenden Namen verfügbar sind:

lokale Namen, z.B. Variable inklusive den Kopien der aktuellen
Parameter,

alle Namen, die in umfassenden Bereichen verfügbar sind.
3.
Wenn eine return–Anweisung erreicht wird, wird der entsprechende Ausdruck
ausgewertet und ein neues Objekt des zugehörigen Typs erzeugt und an das
aufrufende Programm ausgegeben.
4.
Der Speicherbereich, der bei dem Funktionsaufruf für die Kopien der aktuellen
Parameter alloziert wurde, wird an das Programm zurückgegeben.
Die Funktion benötigt also während ihres Ablaufs Speicherplatz, der als
Aufrufrahmen bezeichnet wird. Funktionen in C++ übernehmen und übergeben
Parameter als Kopien; das Verfahren wird als "call–by–value" bezeichnet.
Eine Funktion kann mithin einen übergebenen Parameter nicht in modifizierter Form
zurückgeben. Wenn das erreicht werden soll, dann muß dieser Parameter als
Referenz in der formalen Parameterliste übergeben werden: In Schritt 1. wird dann
der hierbei initialisierte Parameter an den zugehörigen aktuellen Parameter gebunden;
wird er nun während des Ablaufs der Funktion modifiziert, dann geschieht das
gleiche mit dem aktuellen Parameter. Wird schließlich in Schritt 4. der
Referenzparameter vernichtet, dann überlebt der aktuelle Parameter den
Funktionsaufruf in der zuvor modifizierten Form: hier findet also ein "call–by–
address" statt.
Auch der Rückgabetyp einer Funktion kann ein Referenztyp sein; dies lässt die
Möglichkeit offen, dass das Ergebnis der Funktion auf einen der (ebenfalls als
Referenztyp übergebenen) Funktionsparameter zugreift, ohne dass befürchtet werden
muß, dass dieser Parameter nach Abschluß des Funktionsaufrufes gar nicht mehr
existiert.
Beispiel:
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Wir wollen eine Funktion f betrachten, die als Argumente zwei ganze Zahlen n und
m hat und beide Argumente um eins vergrößert. Der Teil des Quelltextes, in dem die
Funktion definiert wird, könnte die folgende Form haben:
. . . .
. . . .
void f(int n, int m)
//d.h. kein Rückgabewert
{
n=n+1;
m = m+1;
return;
}
. . . .
. . . .
Wollen wir diese Funktion im Hauptteil des Programms für a = 4 und b = 7
auswerten, dann sähe das etwa so aus:
int a(4);
int b(7);
. . . .
. . . .
f(a,b);
. . . .
. . . .
->
// Ergebnis
. . . .
Würde man an der durch den Pfeil gekennzeichneten Stelle des Programms die
Zahlen a und b ausgeben, dann erhielte man als Ergebnis die Werte a = 4 und b
= 7, da die Funktion f in ihrem Aufrufrahmen nur lokale Kopien von a und b
erzeugt, diese dort um jeweils eins vergrößert und sie beim Verlassen des
Aufrufrahmens wieder löscht.
Hätten wir f jedoch beispielsweise durch
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void f(int n, int& m)
{
n=n+1;
m = m+1;
return;
}
definiert, dann wird beim Aufruf von f nur a lokal kopiert und – nach
Vergrößerung um eins – beim Verlassen des Funktionskörpers gelöscht, während die
Referenz auf b (und damit auch b selbst) nach der Erhöhung um eins den neuen
Wert auch nach dem Verlassen des Aufrufrahmens von f beibehält. Das
ausgegebene Ergebnis wäre mithin a = 4 und b = 8 .
Übungen:
1.1
Betrachten Sie das folgende Fragment eines C++ Programms:
. . .
int x(5), f(0);
int& y = x;
y = 8;
f = x * x;
. . .
Welchen Wert hat die Variable f an dieser Stelle ?
1.2
Warum gibt der C++ Compiler beim Kompilieren des folgenden Fragments
eine Fehlermeldung aus ?
. . .
int x(10), y(23);
int max(int& a, int& b)
{
if (a>b) return a;
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else return b;
}
max(x,y) = 26;
. . .
Wie kann der Fehler behoben werden ?
1.3
Eine Funktion der zwei ganzzahligen Variablen x und y soll die neuen
Variablen u = x + y und v = x * y ausgeben. Wie kann diese
Funktion in C++ aussehen ?
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