Programmieren 1 - Grundlagen - fbi.h

FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Programmieren 1 - Grundlagen
Reiner Nitsch
Homepage mit Skript und Materialien zu PG1:
www.fbi.h-da.de/~r.nitsch
Was geschieht beim Ausführen eines Programms
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Ein Programm ist eine Datei, die Befehle enthält, die der Computer ausführen kann.
 Wird eine ausführbare Datei (.exe) gestartet,
 wird sie zunächst von der Festplatte in den Hauptspeicher geladen. Nur dort kann das Programm
gestartet werden.
 werden die Befehle vom Prozessor (CPU) abgearbeitet.
 Ein gestartetes Programm nennt man Prozess.
 Die CPU besitzt einen Programmzeiger der auf die Stelle zeigt, die als Nächstes bearbeitet
wird.
 Beim Starten des Prozesses wird dieser Zeiger auf den ersten Befehl des Programms gesetzt.
 Jeder Befehl weist die CPU an,
 Datenwerte aus dem Speicher zu lesen zu schreiben oder zu berechnen.
 Datenwerte in Speicherstellen zu vergleichen und in Abhängigkeit davon mit der Abarbeitung an einer
anderen Stelle fortzufahren.
 Die Befehle, die von der CPU derart interpretiert werden, bilden den Befehlssatz der
Maschinensprache dieser CPU.
 Der Hauptspeicher enthält sowohl die Befehle als auch die Daten
 Die Befehle und die Datenwerte sind binär kodiert
 Die verschiedenen Prozessoren unterscheiden sich im Umfang ihrer Befehlssätze und in den
Binärcodes für die einzelnen Befehle.
 Deshalb laufen Programme auch nur auf dem Prozessor, dessen Befehlssatz bei der Erstellung des
Programms verwendet wurde.
24.03.2011
C++ Grundlagen
2
Programmiersprachen - Machschinensprachen






FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Muttersprache des jeweiligen Prozessors
Definiert durch sein Hardwaredesign (total maschinenabh.)
besteht aus aufeinanderfolgenden Bits
Für Menschen schwer nachvollziehbar
Für Programmierzwecke völlig ungeeignet
Höhere Programmiersprachen sind besser geeignet.
Beispiel:
Code
B17D41C3
B18D41C7
4FCA472A
DC7E23BA
24.03.2011
Kommentar
Lade Wert in Adresse 41C3 in Reg. 1
Lade Wert in Adresse 41C7 in Reg. 2
Addiere die Registerinhalte und speichere das Ergebnis in Reg. 1
Speichere Inhalt von Register 1 unter der Speicheradresse 23BA
C++ Grundlagen
3
Programmiersprachen - Assembler-Sprachen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Die "Useability" von Maschinensprache ist gleich Null.
 Bessere Useability hat die Assemblersprache, die sich 1:1 in Maschinensprache
übersetzen läßt.
 Das Übersetzungsprogramm wird Assembler genannt.
 Jeder CPU hat ihre eigene Assemblersprache.
 Beispiel:
LOAD R1,
LOAD R2,
ADD
R1,
STORE R1,





#41C3h
#41C7h
R2
#23BAh
Assembler
B17D41C3
B18D41C7
4FCA472A
DC7E23BA
Für Menschen leichter merkbar und lesbar
Ideal für zeitkritische Algorithmen durch optimale Ausnutzung des Befehlssatzes
Hohe Speicherplatzökonomie
Total maschinenabhängig
Ungeeignet für größere Softwareprojekte
24.03.2011
C++ Grundlagen
4
Programmiersprachen - Hochsprachen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 fassen mehrere Maschinenbefehle zu Anweisungen (statements) zusammen
 benutzen Elemente der Alltagssprache und bekannte mathematische Notationen
Beispiel:
int number1, number2, sum;
sum = number1 + number2;
Anweisung 1
Anweisung 2
 Anweisungen werden von Compilern bzw. Interpretern in Maschinencode
übersetzt.
 Für Menschen leicht versteh- und anwendbar
 Maschinenunabhängig
 Weit verbreitete Hochsprachen sind (C, C++, Java, Fortran, Cobol, ...)
24.03.2011
C++ Grundlagen
5
Der Algorithmus
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Anders als ein Mensch hat ein Computer keine Fantasie und keine Erfahrungen.
 Die Programmbefehle müssen ihm zwingend vorschreiben, was er tun soll, und
dabei keine Missverständnisse zulassen.
 Alle Voraussetzungen müssen ausformuliert werden.
 Eine solche Verfahrensbeschreibung nennt man einen Algorithmus
 Es ist schwieriger als man denkt, ein Verfahren so zu beschreiben, dass der
Ausführende zwingend zu einem bestimmten Ergebnis kommt.
Beispiel:
 Kochrezept für ein 3-Minuten-Ei:
 Lege ein Ei für 3 Minuten in kochendes Wasser.
 Wie lautet die Befehlsfolge für einen Computer oder Menschen ohne Erfahrung und
Fantasie?
24.03.2011
C++ Grundlagen
6
Algorithmus für 3 min Ei
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 nehme ein Ei.
 nehme einen Kochtopf mit 23 cm Durchmesser und Höhe 12 cm.
 nehme einen Wasserhahn
 nehme eine Herdplatte und schalte sie auf Stufe 3
 nehme 1 l Wasser aus dem Wasserhahn und fülle damit den Kochtopf.
 Stelle den Kochtopf auf die Herdplatte.
 solange Wassertemperatur im Kochtopf kleiner 100° tue nichts.
 lege Ei in Kochtopf.
 merke dir die aktuelle Zeit als Startzeit.
 solange aktuelle Zeit kleiner Startzeit plus 3 min tue nichts.
 schalte Herdplatte aus.
 Nimm Ei heraus.
24.03.2011
C++ Grundlagen
7
Das erste Programm: Simulation der Arbeitslosigkeit /31-43/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Jedes C++ Programm muss genau eine Funktion 'main' enthalten
 Beim Programmstart sucht der Computer die Funktion 'main' und beginnt dort mit der
Ausführung.
int main()
{
// Keine Anweisungen, d.h. arbeitslos!
}
 Es bedeuten:
 int
 main
 ()
 {}
 /*...*/
 //...
24.03.2011
Platzhalter für ganze Zahl zur Ergebnis-Rückgabe
C++ Schlüsselwort für Hauptprogramm
Innerhalb dieser Klammern können dem Hauptprogramm
Informationen mitgegeben werden.
Block (enthält die Anweisungen an den Rechner)
Kommentar, der über mehrere Zeilen gehen kann
Kommentar bis Zeilenende
C++ Grundlagen
8
Der C++ Klassiker: Die Begrüßung
// File: HelloStudis.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
// Macht dem Computer die Ein- und Ausgabefunktionen zugänglich
// iostream: Name einer C++ Header-Datei
// Diese Zeile zunächst immer hinter die #include-Zeilen schreiben.
// Erklärung folgt später.
// This program outputs the message "Hallo Studis!" to the monitor
int main() // All C++ programs start by executing the function main
{
// Ausgabe: cout (Abkürzung für "character out") ist die Standardausgabe zum Monitor.
// Der Doppelpfeil deutet an, dass alles, was rechts davon steht, zur Ausgabe cout gesendet wird.
cout << "Hallo Studis!\n"; // output "Hallo Studis!" (ohne "")
Steuerzeichen für "neue Zeile" (später mehr)
Zeichenkette (string literal). Die Begrenzerzeichen (") werden nicht ausgegeben.
return 0;
}
Unser Programm läuft einwandfrei; es gibt daher 0 zurück.
Diese Anweisung kann fehlen, dann wird automatisch 0 zurückgegeben.
// Ein ';' schliesst jede Anweisung (statement) und jede Definition ab
24.03.2011
C++ Grundlagen
9
Vom Quellcode zum Objektcode /31/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 C++ ist eine Compilersprache:
 d.h. zuerst muss ein C++ Compiler den Programmcode in für den Computer verständliche Sprache übersetzen.
Quellcode (.cpp)
g++ -c HelloStudis.cpp
24.03.2011
Compiler
Objektcode (.obj)
compilieren (HelloStudis.obj wird erzeugt)
(bzw. HelloStudis.o bei anderen Compilern)
C++ Grundlagen
10
Vom Objektcode zum ausführbaren Programm
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Ein Programm besteht meist aus mehreren Teilen (translation units)
 Beispiel: "Hallo Studis!" besteht aus Hauptprogramm "main" und dem Header "iostream"
 Jedes Teil wird separat compiliert
 Die verschiedenen Objectcode-Dateien müssen durch ein weiteres Programm, den Linker,
miteinander zum ausführbaren Programm verknüpft werden.
HelloStudis.o
Linker
HelloStudis.exe
Libraries (.o)
Beispiel:
g++.exe
-o hellostudis.exe hellostudis.o lib1.o ...
binden.
Das Programm wird durch Eintippen von hellostudis.exe gestartet
24.03.2011
C++ Grundlagen
11
Integrated Development Environment (IDE) /37/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)
Editor
Quellcode (.cpp)
Header (.h)
Präprozessor
Übersetzen in
Maschinencode
Compiler
Objektcode (.obj)
Linker
Standard-Bibliothek
Bibliotheken
Binden der
Objektdateien
Ausführbare
Datei (.exe)
Debugger
Schnelleinstieg in
Microsoft Visual C++ Express 2008
siehe Anhang
Loader
RAM
24.03.2011
C++ Grundlagen
12
Der Präprozessor und der Compiler und der Fehlerteufel
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Präprozessor bereitet den Quellcode für den Compiler vor
 wird u.a. gesteuert durch Präprozessor-Anweisungen die mit '#' beginnen
 Die Anweisung #include <EineDatei> bzw. #include "EineDatei" fordert den
Präprozessor auf, diese Anweisung durch den Inhalt der Datei mit Namen EineDatei zu
ersetzen.
 Entfernt Kommentare aus Quellcode
 Der Compiler




achtet auf korrekte Syntax und Grammatik
ist dabei sehr pingelig,
beschwert sich selbst über kleinste Details,
hat aber immer Recht.
 Beispiele für häufige Fehler:







#include fehlt
Tippfehler (z.B. im Namen der Include-Datei)
Fehlendes " im String-Literal
integer statt int
< statt << oder = statt ==
' statt "
...
24.03.2011
C++ Grundlagen
13
Systematische Programmentwicklung
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Wie werden Programme entwickelt?
 Schritt 1: Analysis
 Schritt 2: Design
 Schritt 3: Implementation
 Schritt 1: Analysis - Formulierung der Aufgabe (aus Benutzersicht) -> OOAD
Beispiel: Addition zweier Zahlen
1.
Das Programm fordert den Benutzer auf, 2 Zahlen einzugeben
2. Benutzer gibt 2 Zahlen auf der Tastatur ein
3. Das Programm liest die Zahlen und berechnet die Summe
4. Das Programm gibt die Summe auf dem Bildschirm aus
 Schritt 2: Design - Zerlegung der Aufgabe in Teilaufgaben -> OOAD
Beispiel: Addition zweier Zahlen
Ausgabe des Prompts "Gib 2 Zahlen ein: "
Lies 2 Zahlen in 2 Variablen summand1 und summand2 ein
Die Summe beider Zahlen berechnen und in Variable summe speichern
summe auf dem Monitor ausgeben: "Summe = <Ergebnis>"
24.03.2011
C++ Grundlagen
14
Systematische Programmentwicklung
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Schritt 3: Implementation - Umsetzen der Teilaufgaben in C++ Code
 Die Kommentare bleiben zur Dokumentation erhalten
// Datei: summe.cpp
// Die erste Zeile dokumentiert den zugehörigen Dateinamen.
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
// Addition zweier Zahlen
int summe;
// Definition von Variablen: Weist den Compiler an,
int summand1; // (1) Speicherplatz zu reservieren,
int summand2; // (2) diesem Speicherplatz einen Namen (z.B. summe) zu geben.
// Variablennamen sind symbolische Adressen für Speicherbereiche
// Ausgabe des Prompts "Gib 2 Zahlen ein: "
cout << "Gib 2 Zahlen ein: ";
// Benutzeraufforderung (prompt)
// Zeichenkette mit Anführungszeichen als Anfangs- und Ende-Kennung
24.03.2011
C++ Grundlagen
15
Systematische Programmentwicklung
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
// Lies 2 Zahlen in 2 Variablen summand1 und summand2 ein
cin >> summand1;
Hier werden zwei Werte von der Tastatur eingelesen!
cin >> summand2;
// Eingabe: Der Doppelpfeil zeigt hier in Richtung des Objekts, das ja von der Tastatur einen neuen
// Wert auf nehmen soll. Die Information fließt von der Eingabe cin zum Objekt a beziehungsweise b.
// Die Summe beider Zahlen berechnen und in Variable summe speichern
summe = summand1 + summand2;
// Zuweisung: Das Ergebnis der Addition auf der rechten Seite wird der Variablen auf der linken
// Seite des Gleichheitszeichens zugewiesen, d.h. das Ergebnis wird in den Speicherplatz
// "summe" kopiert.
// summe auf dem Monitor ausgeben: "Summe = <Ergebnis>"
cout << "Summe= " << summe;
return 0;
// Unser Programm läuft einwandfrei; es gibt daher 0 zurück.
// Diese Anweisung kann fehlen, dann wird automatisch 0 zurückgegeben.
}
24.03.2011
C++ Grundlagen
16
Genauer hingeschaut: Speicherkonzept bei Variablen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Variablen (Speicherbereiche für Werte)
 müssen vor erster Benutzung definiert werden
 sind u.a. gekennzeichnet durch Namen (symbolische Adresse), Datentyp (type), Adresse
im Speicher und Wert (value)
 ihre Adresse referenziert das erste Byte des Speicherbereichs für den Wert
 schreibender Zugriff überschreibt (löscht) den bisherigen Wert
cin >> summand1; // Angenommen Benutzer gibt 5 ein
cin >> summand2; // Angenommen Benutzer gibt 6 ein
summe = summand1 + summand2; // Addition und Zuweisung
 Lesender Zugriff verändert den aktuellen Wert nicht
cout << summe;
Adresse Name
10123 summand1
10124 summand2
10125
summe
24.03.2011
C++ Grundlagen
Wert
?
5
?
6
11
?
17
C++ Namenskonventionen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Funktions-, Variablen- und andere Namen (Bezeichner) unterliegen der folgenden
Konvention: Ein Bezeichner
 besteht aus einer Folge von Buchstaben, Ziffern und Unterstrich (_).
 beginnt stets mit einem Buchstaben oder einem Unterstrich.
 dürfen nicht mit den vordefinierten Schlüsselwörtern /673/ übereinstimmen (zum Beispiel
for, int, main...).
 kann prinzipiell beliebig lang sein. In den Compilern ist die Länge jedoch begrenzt, zum
Beispiel auf 31 oder 255 Zeichen.
 sollte unbedingt selbsterklärend sein.
 sollte nicht mit '_' oder '__' beginnen (wird systemintern benutzt)
 Achtung:
 C++ unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (ist case-sensitive)
 Beispiele
int
int
int
int
1_summand;
summand 1;
summand1;
summand_1;
24.03.2011
falsch! (Ziffer am Anfang)
falsch! (Name enthält Leerzeichen)
richtig! AndereMöglichkeit:
richtig!
C++ Grundlagen
18
Syntaxgraph für Bezeichner
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Syntaxgraphen erlauben eine sehr kompakte Darstellung der Syntaxregeln.
 Die Regeln werden eingehalten solange man den Linien in Pfeilrichtung folgt.
 Dabei stößt man auf
 ovale oder kreisförmige Felder, sogenannte Terminale. Diese sind elementar, d.h. sie
können nicht weiter verfeinert werden.
 rechteckige Felder, sogenannte Nichtterminale. Diese Syntaxbestandteile bedürfen noch
der näheren Beschreibung, z.B auch durch einen Syntaxgraphen oder im Text.
Beispiel: Syntaxdiagramm für Namen
Buchstabe
_
a
0
Buchstabe
b
1
Ziffer
:
z
2
A
9
_
B
:
Syntaxdiagramm für Namen
:
Syntaxdiagramme für
Ziffer und Buchstabe
Z
24.03.2011
C++ Grundlagen
19
Nocheinmal: Programm "Addition zweier Zahlen"
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Diskussion: Was geschieht bei Eingabefehlern?




Eingabe:
Eingabe:
Eingabe:
Eingabe:
1 2.0
1 3.9
2.5 2
eins zwei
Ausgabe
Ausgabe
Ausgabe
Ausgabe
3
4
4206638
2028688046
 Wie ist dieses Verhalten zu erklären?
 Erklärung folgt!
24.03.2011
C++ Grundlagen
20
Eingabe und Typ
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Eigenschaften des Eingabeoperators >>
 Die Eingabeoperation >> ("get from") ist type-sensitiv
 R1: Führende Zwischenraumzeichen (ZRZ; engl. whitespace) werden ignoriert.
Zwischenraumzeichen sind Leerzeichen ' ', Tabulatorzeichen '\t', Zeilensprung '\v',
Seitenvorschub '\f' und Zeilenendekennung '\n'.
 Andere Zeichen werden entsprechend dem Ziel-Datentyp interpretiert.
 R2: Die Entnahme von Zeichen endet
 R2a: mit dem ersten ZRZ (ZRZ = Endekennung der Eingabe = Normalfall) bzw.
 R2b: mit dem ersten nicht "passenden" Zeichen
int summand1=0;
int summand2=0;
std::cin >> summand1;
std::cin >> summand2;
Eingabe
  1
1.0
2\n
2\n
24.03.2011
summand1
int:
summand1: 0
summand2: 0
summand2
Ausgabe
Kommentar
1
2
3
R1 und R2a
1
0
1
int-Variable bestehen nur aus Ziffern.
 R2b: Lesen stoppt bei '.'
 ".0 2\n" bleibt im Puffer
C++ Grundlagen
21
Was lernen wir daraus?
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Erkenntnis 1: Variable sollten initialisiert werden.
Erkenntnis 2: Ein Tool zum schrittweisen Ausführen des Programms erleichert die
Fehlersuche -> Debugger
Bedienung des Debuggers: siehe Anlage
Erkenntnis 3: Das Verhalten des Operators '>>' ist typ-sensitiv
Erkenntnis 4: Programme/Algorithmen stellen Vorbedingungen an den Input, damit
sie richtig funktionieren. Diese Preconditions (PRE) sollten vom
Programm überprüft werden oder zumindest in einem Kommentar
dokumentiert sein.
24.03.2011
C++ Grundlagen
22
Wiederholung der wichtigsten Begriffe
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Begriffe:
 Objekt: Ein Speicherbereich zum Ablegen von Datenwerten (eines bestimmten Typs)
 Typ: legt fest welche Art von Information im Objekt abgelegt werden kann und
legt fest was mit dem Objekt gemacht werden kann.
Beispiel: Ganzzahlen (2, 7) können multipliziert werden, Zeichenketten ("Hallo",
"Welt") nicht.
 Datenwert: Menge von Bits, die entsprechend dem Typ interpretiert werden.
 Variable: ist ein benamtes Objekt
 Variablen-Deklaration: Anweisung, die dem Compiler den Namen eines Objekts und den
Typ dieses Objekts bekannt macht..
 Variablen-Definition: Weist den Compiler an, Speicherplatz für ein Objekt vorzusehen.
Eine
Definition schliesst die Deklaration mit ein.
 Beispiele:
age:
 Zeichenketten werden in string-Variablen abgelegt.
 Ganzzahlen werden in int-Variablen abgelegt.
 Gleitkommazahlen werden in float-Variablen abgelegt.
24.03.2011
C++ Grundlagen
int:
42
Adresse:
10123
Objekt vom Typ int mit
Namen age, das den
Ganzzahl-Wert 42 enthält!
23
C++ Standarddatentypen für Variablen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
int:
summand1:
?
int:
summand2:
100
int summand1;
int summand2 = 100;
string name = "Annemarie";
string:
name: : Annemarie
Ganzahl-Variable ohne Anfangswert
Ganzahl-Variable mit Anfangswert
Zeichenketten-Variable
mit Anfangswert
C++ ist typsicher, d.h. Variable akzeptieren keine Werte vom falschen Typ:
// Fehler: 39 ist kein string
// Fehler: "Annemarie" ist kein int
string name = 30;
int summand1 = "Annemarie";
C++ stellt viele Datentypen bereit. Die wichtigsten sind
int number_of_steps
double flying_time
char decimal_point
string name
bool is_even
=
=
=
=
=
30;
3.5;
'.';
"Annemarie";
true;
// int für Ganzzahlen
// double für Gleitkommazahlen
// char für Zeichen
// string für Zeichenketten
// bool für logische Variable
Später mehr
dazu!
Literale: jeder Typ hat seinen eigenen Stil!
Gleitkommazahlen approximieren das mathematische Konzept reeller Zahlen!
24.03.2011
C++ Grundlagen
24
Übungsaufgabe: Rechteckfläche berechnen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Implementieren Sie ein Programm RectangleArea.cpp, das den Benutzer Länge
und Breite eines Rechtecks eingeben lässt und das daraus die Fläche berechnet und
auf dem Monitor ausgibt.
 Hinweis: Benutzen Sie summe.cpp als Ausgangspunkt und passen Sie den Code an.
24.03.2011
C++ Grundlagen
25
Ausgabe-Formatierung mit Escape Sequenzen /54/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
cout << "Hallo Studis\n";
 Escape Zeichen '\' kündigt Steuerzeichen für Ausgabe an.







\n
positioniert Cursor am Anfang der nächsten Zeile (newline)
\t
bewegt Cursor zum nächsten Tabstop
\r
Cursor zum Zeilenanfang ohne Zeilenvorschub
\a
erzeugt Hinweiston
\\
gibt backslash '\' aus
\"
gibt Anführungszeichen aus
… es gibt noch mehr
cout << "Diese Zeichenkette enthaelt \"Anfuehrungsstriche\"."
erzeugt diese Ausgabe auf Bildschirm:
24.03.2011
Diese Zeichenkette enthaelt "Anfuehrungsstriche".
C++ Grundlagen
28
Formatierte Ausgabe mit Manipulatoren /373-376/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Der Operator << wandelt automatisch die internen Datenformate in eine
Textdarstellung um und gibt diese formatiert auf dem Bildschirm aus.
 Die Formatsteuerung übernehmen Flags in cout.
 Ein Flag ist ein Merkmal, das entweder vorhanden ist ( Flag ist gesetzt) oder nicht
vorhanden ist ( Flag ist nicht gesetzt) .
 Die voreingestellten Formatierungsregeln (linksbündig, Feldweite 0, +-Zeichen
unterdrückt, 10er Zahlenbasis) können angepasst werden, indem sog. Manipulatoren
in den Ein-/Ausgabestrom eingefügt werden (z.B. << hex).
1_07
1_07- -OutputFormatting
OutputFormatting
Beispiele zur Formatierung von Ganzzahlen
cout
cout
cout
cout
cout
cout
<<
<<
<<
<<
<<
<<
showpos << 166 <<endl;
noshowpos << 166 endl;
hex << 166 << endl;
uppercase << 166 << endl;
166 << endl;
nouppercase << dec << 166 << endl;
24.03.2011
// Ausgabe
// Ausgabe
// Ausgabe
// Ausgabe
// Ausgabe
// Ausgabe
C++ Grundlagen
+166
166
a6
A6
A6 Wirkung persistent (=anhaltend)
166
29 
Formatierte Ausgabe von Gleitpunkzahlen
Formatierte Ausgabe mit Manipulatoren
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Beispiele zur Formatierung von Gleitkommazahlen
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
cout
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
<<
4./3 << endl;
3./2 << endl;
setprecision(3);
4./3 << endl;
3./2 << endl;
4./2 << endl;
showpoint ;
4./2 << endl;
3./2 << endl;
noshowpoint;
3./2 << endl;
333. << endl;
3333. << endl;
cout << fixed;
cout
cout
cout
cout
cout
cout
<<
<<
<<
<<
<<
<<
4./3 << endl;
3./2 << endl;
6.1234567e17 <<
scientific;
4./3 << endl;
3./2 << endl;
// Ausgabe 1.33333 (Voreingestellte Genauigkeit: 6 Stellen)
// Ausgabe 1.5 (Überflüssige Nullen unterdrückt)
// Genauigkeit 3 Ziffern (#include <iomanip>)
// Ausgabe 1.33 (Beachte: Keine 3 Nachkommastellen
// Ausgabe 1.5 (Überflüssige Nullen unterdrückt)
// Ausgabe 2
// Dezimalpunkt mit abschließenden Nullen erzwingen
// Ausgabe 2.00
// Ausgabe 1.50
// Ausgabe 1.5
// Anzeige 333
// Anzeige 3.33e+003 (Stellenzahl zu groß -> autom. Exponentialschreibweise)
// Dieses "Autom. mixed Format" ist Standardeinstellung
// Nie Ausgabe in Exponentialschreibweise.
// Eingestellte Genauigkeit bestimmt die Zahl der Nachpunktstellen
// Ausgabe 1.333
// Ausgabe 1.500
endl;
// Ausgabe 612345670000000000.000
// Immer Ausgabe in Exponentialschreibweise
// Ausgabe 1.333e+000
// Ausgabe 1.500e+000
cout.unsetf(ios::floatfield); // wieder autom. mixed Format (geht nicht anders!)
24.03.2011
C++ Grundlagen
30 
Steuerung der Feldbreite, Ausrichtung und Füllzeichen
Formatierte Ausgabe mit Manipulatoren
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Beispiele für die Steuerung der Feldbreite, Ausrichtung und Füllzeichen
cout << 166 << endl;
cout << 1 << setw(5)
<< 166 << endl;
cout << 1 << 166 << endl;
cout << left << 1 << setw(5)
<< 166 << endl;
cout << setfill('*')
<< setw(5) << 166 << endl;
cout << right
<< setw(5) << 166 << endl;
cout << internal
<< setfill('0') << showpos
<< setw(5) << 166 << endl;
// Ausgabe 166
// Setzt Feldbreite einmalig (nicht anhaltend) auf 5
// Ausgabe 1 166 (Voreinstellung: rechtsbündig)
// Ausgabe 1166 Jetzt wieder Feldbreite 0 (Standard)
// Ausgabe 1166 (linksbündig)
// '*' als Füllzeichen setzen (Voreinstellung: ' ')
// Ausgabe 166**
// wieder rechtsbündig
// Ausgabe **166
// setzt Vorzeichen linksbündig und Wert rechtsbündig
// Ausgabe +0166
cout.unsetf(ios::adjustfield);
// internal zurücknehmen (geht nicht anders!)
cout << setw(5) << 166 << endl;
cout << setfill(' ')
<< setw(5) << 166 << endl;
// Ausgabe 0+166
// wieder voreingestelltes Füllzeichen
// Ausgabe +166
24.03.2011
C++ Grundlagen
31 
Formatierte Eingabe von Zahlen
Hausaufgabe
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Schreiben Sie ein C++ Programm, das die folgende Ausgabe erzeugt
Grad
rad
sin(x)
cos(x)
-------------------------------0.0
0.0
+0.000
+1.000
30.0
0.5
+0.500
+0.866
60.0
1.0
+0.866
+0.500
90.0
1.6
+1.000
+0.000
120.0
2.1
+0.866
-0.500
Tipps
 Sie müssen die Headerdatei <cmath> includieren.
 Bei http://www.cplusplus.com/reference/ wird die Anwendung der
trigonometrischen Funktionen beschrieben!
24.03.2011
C++ Grundlagen
32
Einfache Datentypen und Operatoren
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Ausdruck /44/
 Ein Ausdruck besteht aus einem oder mehreren Operanden, die mit einander durch
Operatoren verknüpft sind.
 Die Auswertung eines Ausdrucks resultiert in einem Wert, der an die Stelle
desAusdrucks tritt.
 Ganzzahlen und ihre Operatoren /44-48/
 Gleitkommazahlen und ihre Operatoren /48-52/
 Konstante /52/
 Zeichen /53-56/
 logischer Datentyp bool /56/
 Referenzen /57/
24.03.2011
C++ Grundlagen
33
Ausgesuchte Operatoren
Zuweisung
Addition
Verkettung
Subtraktion
Multiplikation
Division
Modulo (Rest)
Inkrement um 1
Dekrement um 1
Inkrement um n
Anhängen
Dekrement um n
Multiplizieren und zuweisen
Dividieren und zuweisen
Modulo und zuweisen
Von s in x einlesen
Von x nach s schreiben
Gleich
Nicht gleich
Größer als
Größer als oder gleich
Kleiner als
Kleiner als oder gleich
24.03.2011
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
bool
=
char
=
+
+
int
=
double
=
string
=
+
*
/
%
++
-+=n
*
/
++
-+=n
+=
s>>x
s<<x
==
!=
>
>=
<
<=
s>>x
s<<x
==
!=
>
>=
<
<=
C++ Grundlagen
-=n
*=
/=
%=
s>>x
s<<x
==
!=
>
>=
<
<=
-=n
*=
/=
s>>x
s<<x
==
!=
>
>=
<
<=
s>>x
s<<x
==
!=
>
>=
<
<=
34
Implizite Typumwandlung ("casting") in den größeren Typ
 5/2.0 und 5.5/2 sind ohne expliziten cast immer
Gleitkommadivisionen.
 Begründung: C++ macht bei gemischten Ausdrücken
automatisch einen Cast in den jeweils größeren Typ
(s. Hierarchie der Typen).
Beispiele:
5 / 2.0
int
double x = 5/3 //danach x = 1.0
double
int
double
int
int
double
'a'>'A' // Ergebnis: true weil 'a'  97 und 'A'  65 (ASCII)
2*( 'a'>'A' )
int true (1)
2 *
1

int i;
i = '5'-'0';
24.03.2011
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Hierarchie
Hierarchie der
der Typen
Typen
long
long double
double
double
double
float
float
long
long
int
int
Aufzählungen
Aufzählungen char
char short
short bool
bool
// Ergebnis: 2
2
// Ergebnis: 5
C++ Grundlagen
Explizite Typkonvertierung
35
Implizites Casten in kleineren Typ bei Zuweisung
 implizit in kleineren Typ bei Zuweisungen
double
float
int i;
float x =3e9;
i = 3.0 / 2;
int
double
i = x;
Hierarchie
Hierarchie der
der Typen
Typen
long
long double
double
double
double
int
// Compiler-Warnung: Verkürzung
// von const double in int
// 3e9 ist zu groß für int, Ergebnis undefiniert
float
float
long
long
int
int
bool b = 3;
int
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
bool
char
char short
short bool
bool
24.03.2011
C++ Grundlagen
Explizite Typkonvertierung
36
Reelle Zahlen - Ungenauigkeitsprobleme /49/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Numerische Auslöschung: Die Differenz float f = 1e8f, d;
zweier fast gleich großer Werte wird 0, d = f + 4.0f;
weil sich die signifikanten Ziffern
cout << d - f << endl; Ausgabe:
aufheben.
0
 Überlauf (overflow) bei Division durch
zu kleine Werte
d = 1e23f / 1e-16f
cout << d << endl;
Ausgabe: 1.#INF
 Unterschreitung (underflow), wenn
Ergebnis zu klein ist.
d = 1e-23f/1e23f
cout << d << endl;
Ausgabe: 0
 Ergebnisse können von der Reihenfolge
der Berechnungen abhängen
float k = 7.654321e-7,
e = 1.0f,s1,s2; Ausgabe:
s1 = k+e;
7.15256e-007
s1 = s1-e; // =k+e-e
7.65432e-007
s2 = k+e-e;
cout << s1 << endl
<< s2 << endl;
Achtung
Bei sicherheitskritischen Berechnungen
immer auf Genauigkeit achten.
24.03.2011
C++ Grundlagen
37
Wichtiger Unterschied: Zuweisung und Initialisierung
 a = 3;
 int a = 3;
 '=' ist der Zuweisungsoperator
 das Objekt a existiert hier schon, d.h.
an anderer Stelle wurde für a
Speicherplatz reserviert und es hat
bereits einen Wert.
 Der vorhandene Wert muss erst
gelöscht werden, bevor der neue
Wert geschrieben wird.
 Dies geschieht bei der Ausführung
(zur Laufzeit) des Programms
24.03.2011
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 '=' ist keine Zuweisung sondern eine
Definitionsanweisung
 Das Objekt existiert bis hierher noch
nicht. Hier wird der Compiler angewiesen
eine int-Variable zu erzeugen, also
Speicherplatz für ein Ganzzahlobjekt zu
reservieren und diesem den Namen a zu
geben.
 Es ist noch kein Wert vorhanden, da der
Speicherplatz noch nicht benutzt wurde.
'=3' muss also keinen vorhandenen Wert
löschen, bevor der neue Wert gesetzt
wird.
 Die alles erledigt der Compiler, während er
den Quellcode compiliert (zur
Compilezeit).
C++ Grundlagen
38
Regeln zum Bilden von Ausdrücken /41/ /59/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
a + b * c
Punkt vor Strichrechnung
(a + b) * c
Klammern werden zuerst ausgewertet
(von innen nach aussen)
Auswertung von links nach rechts (linksassoziativ)
a + b + c
a * b * c
Beispiel:
mit Klammern:
z = 2 * 3 % 4 + 6 / 2 - 5
1.
z =
2.
z =
2
+ 6 / 2 - 5
3.
z =
2
+
4.
z =
5.
z =
6.
z = 0
24.03.2011
6
 z = ((((2*3) % 4) + (6/2)) – 5)
% 4 + 6 / 2 - 5
5
3
- 5
- 5
0
Ergebnis 0 in z speichern
C++ Grundlagen
Implizite Typkonvertierung
39
Vorrangtabelle für C++-Operatoren /862/
Priorität Operator
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Assoziativität
::
. -> [ ] ++ ("Postfix") -- ("Prefix") typeid() dynamic_cast<>
static_cast<> const_cast<> reinterpret_cast<> sizeof f() (Fkt-Aufruf)
! ~ + ("unär") - ("unär") ++ ("Präfix") -- ("Präfix")
& ("Adresse") * ("Verweis") new delete
.* ->*
* / %
+ ("binär") - ("binär")
<< >>
< > <= >=
== !=
& ("bitweises UND")
^
|
&&
||
?:
= += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>=
throw
,
24.03.2011
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
C++ Grundlagen
von links
von rechts
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von links
von rechts
von rechts
von rechts
von links
40
Der Bedingungsoperator ?: /68/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Ist der einzige Operator mit 3 Operanden (  ternärer Operator)
 Wählt einen von 2 Ausdrücken abhängig von Bedingung
Syntaxdiagramm:
Bedingung
?
Ausdruck1
:
Ausdruck2
;
 Falls die Bedingung zutrifft ist der Wert des gesamten Ausdrucks der Wert von
Ausdruck1, ansonsten der Wert von Ausdruck2
Beispiele:
int zahl1 = -3, zahl2 = 5, min, max, betrag;
min = zahl1 > zahl2 ? zahl2 : zahl1;
// Ergebnis: min(zahl1,zahl2)
max = zahl1 > zahl2 ? zahl1 : zahl2;
// Ergebnis: max(zahl1,zahl2)
betrag = zahl1 >= 0 ? zahl1 : -zahl1;
// Ergebnis: abs(zahl1,zahl2)
24.03.2011
C++ Grundlagen
Zuweisung
41
Benutzerdefinierte Datentypen /89/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Häufig möchte man logisch zusammengehörige Daten zusammenfassen, die nicht
vom selben Typ sind, z.B.
 die Personendaten Name (string), Alter (int), Gewicht (float) oder
 die Daten eines Punktes auf dem Monitor: seine x und y Koordinaten, seine Farbe und ob
er sichtbar ist.
 Für diesen Zweck stellt C++ die Struktur als benutzerdefinierten Typ bereit
 Eine Struktur setzt sich zusammen aus beliebig vielen Elementen (auch Felder oder
Komponenten genannt) beliebigen Typs.
 Syntaxdiagramm einer struct-Definition:
struct
Typname
{
Elemente
}
Variablenliste
;
 Beispiel: Struktur Punkt
Definition der Struktur Point
struct Point {
int x;
int y;
bool isVisible;
short colour; // 1=rot, 2=grün, 3=gelb
} p;
// p ist ein Punkt-Objekt
24.03.2011
C++ Grundlagen
Anwendung der Struktur Point
Point q;
// q ist auch ein Punkt-Obj.
// Zugriff auf Elemente
p.x = 5; p.y = 10;
p.colour = 1;
p.isVisible = true;
Punktoperator "."
42
Aufzählungstypen (Enumerations) /80/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 sind benutzerdefiniert
 bieten Unterstützung bei nicht-numerischen Wertebereichen
Beispiele: Klassische Lösung
Nachteile:
int colour;
// rot =0, grün =1, gelb =2
int wochentag; // Sonntag=0, Montag =1, usw.
Syntaxdiagramm einer enum-Deklaration
enum
Typname
{
•Kommentar notwendig
•nicht eindeutig: 0=rot oder 0=Sonntag
•schlechte Lesbarkeit: if(farbe==2) …
•Fehleranfällig: if(farbe==5)//Nicht definiert
Werteliste
Anwendung:
}
Variablenliste
;
=0
=1
=2
// Werden intern wie int-Objekte gespeichert
enum Colour
{ ROT, GELB, GRUEN };
// Typdeklaration
Colour farbe = ROT;
// Definition einer Variablen von diesem Typ
enum Wochentag { SONNTAG, MONTAG, DIENSTAG, MITTWOCH,
DONNERSTAG, FREITAG, SAMSTAG } heute, gestern;
heute = MONTAG; gestern = SONNTAG;
// Definition mit Initialisierung
// Typname kann entfallen bei einmaliger
enum { MOFA, LKW, PKW } fahrzeug;
// Verwendung des Aufzählungstyps in
// Variablendefinition (anonyme Typdef.)
enum Muenzgeld { CENT=1, FUENFER=5, GROSCHEN=10 };
// Abweichende
// Bewertungen 43
24.03.2011
C++ Grundlagen
Aufzählungstypen - Goes&NoGoes
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Für enum-Typen ist nur die Zuweisung definiert
 Für alle anderen Operationen wird vorher in int umgewandelt
 Beispiele:
Wochentag heute, morgen;
int i = sizeof(Wochentag); // i=4
heute = MONTAG;
MONTAG = heute; // Fehler: MONTAG ist Konstante!
i = heute;
// richtig: Impliziter Cast in höheren Typ ist typsicher, weil Wert sich nicht ändert
heute = i;
// Fehler: Cast von int nach Wochentag nicht typsicher, da i Werte haben
// kann, die Typ Wochentag nicht kennt
heute = static_cast<Wochentag>(2); // so kann man den cast erzwingen (Pfui!)
morgen = heute+1; // Warum geht das nicht?
Was weiß das Anwendungssystem davon zur Laufzeit?
NICHTS!
Für jeden Aufzählungstyp legt der Compiler eine Symboltabelle an, mit der er die Symbole (z.B.
ROT, GELB und GRUEN in die zugeordneten Ganzzahlwerte umwandelt. Im Maschinencode
erscheinen nur diese Ganzzahlwerte.
24.03.2011
C++ Grundlagen
44
Programmstrukturierung /101 ff/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Große Programme müssen in übersichtliche Teile zerlegt werden
 C++ stellt dazu mehrere Mechanismen bereit





Funktionen
Klassen
Modulare Gestaltung (Bibliotheken)
Funktionstemplates
Namespaces
24.03.2011
C++ Grundlagen
45
Funktionen /102/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Komplexe Aufgaben werden im Alltag nicht von einer Person allein bewältigt,
sondern i.d.R. in Teilaufgaben geringerer Komplexität zerlegt und diese zur Lösung
an verschiedene Personen delegiert (Prinzip "Teile und herrsche").
 Zur Unterstützung dieses Prinzips stellt C++ u.a. Funktionen bereit.
 Funktionen sind eine Sequenz von Anweisungen (Anweisungsblock), mit eigenem
Namen.
 Eine Funktion sollte immer nur E I N E abgeschlossende Teilaufgabe erledigen
(Große Kohäsion).
 Die zur Aufgabenerledigung erforderlichen Daten werden der Funktion beim Aufruf
mitgegegeben (Aktual-Parameter oder Argument).
 Das Ergebnis der erledigten Aufgabe liefert die Funktion an den Aufrufer
(Auftraggeber) in Form eines Rückgabewertes (return value) zurück. Dieser tritt
dann an die Stelle des Aufrufes.
 Beispiel: y=sin(x);
 Die Standard-Bibliothek enthält viele Funktionen, z.B. sqrt(), sin(), ...
Daneben gibt es auch benutzerdefinierte Funktionen.
 Funktionen können selbst wieder Funktionen aufrufen.
24.03.2011
C++ Grundlagen
46
Globale benutzerdefinierte Funktion ohne Parameter
#include <iostream>
using namespace std;
void main () {
// show menu
cout << "[1] Eingabe\n";
cout << "[2] Ausgabe\n";
cout << "[9] Fertig\n";
// …
}
Wird mehrmals im
Programm verwendet.
cut&paste Nachteile?
void steht für "kein Rückgabewert"
#include <iostream>
using namespace std;
void showMenu();
void main() {
showMenu();
// …
}
Funktionsname
besser mit
Funktionsaufruf
Funktionsdeklaration oder
Funktionsprototyp
Funktionsaufruf
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
• Die Funktionsdeklaration (Fkt-Prototyp)
beschreibt das Funktionsinterface. Sie
enthält für den Compiler alle erforderlichen Angaben (Typ, Reihenfolge und
Menge der Ein- und Ausgabewerte), um den
Funktionsaufruf übersetzen zu können.
Merke:
• Eine Funktion muss vor der ersten
Benutzung deklariert aber nicht
definiert sein.
• Eine Funktion kann überall und
beliebig oft deklariert werden.
• Die Definition kann dann am Ende der
Datei oder in einer ganz anderen
Datei (z.B. Library) stehen.
Funktionskopf
void showMenu()
{
cout << "[1] Eingabe\n";
cout << "[2] Ausgabe\n";
cout << "[9] Fertig\n";
return;
}
24.03.2011
Funktionsdefinition
Funktionsrumpf
• Die Funktionsdefinition (Implementierung)
legt fest, wie die Funktion ihre Aufgabe
erledigt.
• In C++ können Funktionen nicht innerhalb
anderer Funktionen definiert werden.
• Eine Funktion darf nur einmal im Programm
definiert werden.
C++ Grundlagen
47
Globale Funktion mit Parametern und mit/ohne Rückgabewert
#include <iostream>
using namespace std;
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Funktion
Funktion gibt
gibt Wert
Wert vom
vom Typ
Typ double
double zurück
zurück
double calcCircleArea( double );
Funktionsdeklaration
Funktionsdeklaration
Funktion
Funktion benötigt
benötigt zur
zur Aufgabenerledigung
Aufgabenerledigung
11 Funktionsparameter
Funktionsparameter vom
vom Typ
Typ double
double
int main()
{
double r = 2.0;
cout << calcCircleArea(r) << endl;
return 0;
Aufruf
}
Aufruf der
der Funktion
Funktion
pie
Ko
Nach
Nach Rücksprung
Rücksprung wird
wird hier
hier
der
der Rückgabewert
Rückgabewert eingesetzt.
eingesetzt.
Wertübergabe:
Wertübergabe: Der
Der Wert
Wert der
der
Variablen
r
wird
in
die
Variable
Variablen r wird in die Variable
radius
radius der
der Funktion
Funktion kopiert.
kopiert.
double calcCircleArea(double radius ) {
double area;
area = 3.14 * radius * radius;
return area;
}
24.03.2011
Hier
Hier Rücksprung
Rücksprung zur
zur Aufrufstelle.
Aufrufstelle. Eine
Eine Kopie
Kopie
von
area
wird
zurück
gegeben.
von area wird zurück gegeben.
C++ Grundlagen
48
Ablauf eines Funktionsaufrufs
Beim Aufruf
Speicherplatz belegen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
…
lokaler Parameter (z.B. area)
Beim Rücksprung
Speicherplatz wieder freigeben
letzter Parameter
Funktionsparameter
…
1. Parameter (z.B. radius)
Stack (Stapelspeicher)
oder LIFO (Last In First Out)
Rückgabewert
hierher wird r kopiert
hierher wird area kopiert
Rücksprungadresse
 Reservierung von Speicherplatz auf dem Stapelspeicher (stack) für die FormalParameter. Initialisierung der Formal-Parameter mit den Aktual-Parametern
(Argumenten).
 Speichern der Rücksprungadresse (= Stelle des Funktionsaufrufes im Programm)
auf dem Stack und Fortsetzung des Programms am Anfang der aufgerufenen
Funktion.
 Nach Ausführung der Funktion, Fortsetzung des Programms in der aufrufenden
Funktion mit Hilfe der gesicherten Rücksprungadresse. Freigabe des belegten
Stacks.
24.03.2011
C++ Grundlagen
49
Benutzung von Bibliotheksfunktionen
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
// Hinzufügen aller Funktionsdeklarationen der math-Library
int main() {
double x=1.5, y=2;
y = sqrt(x);
y = sin(x); // Argument x im Bogenmass
y = sin(2); // auch ok! Typkonversion int → double
y = sin(x+sqrt(2)); // Auch ok! Als Parameterwert darf auch ein beliebiger Ausdruck übergeben
y = exp(x); // berechnet "10 hoch x"
y = log(x); // natürlicher Logarithmus!
y = log10(x);
y = pow(x,2); // berechnet "x hoch 2"
y = pow(x,"2");
// Fehler: Typumwandlung nicht möglich
y = pow(x+3); // Aber Anzahl und Typ der Parameter müssen passen!
return 0;
}
Woher weiß der Compiler Anzahl und
Typ der erwarteten Parameter ?
// cmath enthält die Deklaration
double pow( double x, double y );
24.03.2011
C++ Grundlagen
50
Prinzip der Trennung zwischen Schnittstelle und Implementierung
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Wie?
 Nützliche Funktionen werden in einer separaten Datei (*.cpp) zu Bibliotheken
zusammengefasst. Bibliotheken bündeln meist Funktionen eines
Anwendungsbereichs (Grafik, Arithmetik, …)
 Die Funktionsdeklarationen einer Bibliothek werden in Headerdateien (*.h)
zusammengefasst.
 Die Headerdateien werden bei Bedarf in die Anwendungen inkludiert.
 Die compilierten Bibliotheksdatei(en) (*.obj) werden dem Linker bekannt gemacht.
 Beispiel folgt!
24.03.2011
C++ Grundlagen
51
Prinzip der Trennung zwischen Schnittstelle und Implementierung
Beispiel
#include <iostream>
using namespace std;
Programm
ludiert
c
n
i
d
r
wi
#include
"GeoLib.h"
double
calcCircleArea(double
radius);
int main()
{
double r = 2.0;
cout << calcCircleArea(r) << endl;
return 0;
}
double area;
area = 3.14 * radius * radius;
return area;
24.03.2011
// GeoLib.h Enthält alle Funktionsdeklarationen
#pragma once // verhindert Mehrfachinkludierung
double calcCircleArea(double radius);
Schnittstelle
Implementation
double calcCircleArea(double radius ) {
}
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
// GeoLib.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
// Implementierung
double calcCircleArea(double radius)
{
double area;
area = 3.14 * radius * radius;
return area;
}
C++ Grundlagen
52
Vorteile der Trennung von Interface und Implementation
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Bessere Wiederverwendbarkeit
 Kein Copy & Paste!
 Verbergen von Implementationsdetails (Kapselung)
 die der Anwender nicht zu kennen braucht, weil für ihn unwichtig
 die der Anwender nicht sehen soll (Schutz von "Know how", information hiding)
 Bessere Pflegbarkeit des Moduls:
 Implementation kann geändert werden ohne Auswirkung auf rufende Programme
 Höhere Zuverlässigkeit der Software
 Fertige Module sind (hoffentlich) gründlich getestet
 Getrennte Übersetzung möglich
 Module brauchen nur einmal in Objektdateien übersetzt zu werden, da sie sich i.d.R. nicht
mehr ändern
 Die Objektdateien der Module werden dem Linker bekannt gemacht.
 Der Programmierer (des rufenden Programmes) braucht sich nicht um die Details der
Implementation zu kümmern.
24.03.2011
C++ Grundlagen
53
Bestandteile eines C++ Programms
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Bestandteile eines C++ Programms
Kern von C++
Standardtypen
Operatoren
Kontrollstrukturen
Klassen und
Funktionen
der Standardbibliothek
Selbsterstellte Klassen
und Funktionen
und weitere Bibliotheken
C++ kennt keine keine spezielle Syntax für Prozeduren.
In C++ sind Prozeduren einfach Funktionen ohne Ausgabewert.
24.03.2011
C++ Grundlagen
54
HS-Übung 1
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Sie beginnen jetzt eine Geometrie-Bibliothek GeoLib zu erstellen. Sie soll
Kreisfläche und Kreisumfang berechnen können.
 Für ¶ verwenden Sie ein Konstante.
 Schreiben Sie eine Anwendung, die den Nutzer zur Eingabe eines Radius auffordert
und die Kreisflaeche ausgibt.
 Erweitern Sie GeoLib um die Fähigkeit, Flächen von Rechtecken zu berechnen.
 Die Anwendung fordert den Nutzer jetzt zusätzlich auch zur Eingabe von Länge und
Breite auf und gibt die Rechteckflaeche aus.
 Auch Punkte sind geometrische Objekte. Ergänzen Sie GeoLib also um die Struktur
Punkt.
 Für die Farbe verwenden Sie einen Aufzählungstyp mit Farben Rot, Gelb und Grün.
 Die Anwendung soll ein Punkt-Objekt erzeugen und anschliessend seine Koordinaten und
Farbe ausgeben.
24.03.2011
C++ Grundlagen
55
HS-Übung 2
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Finden Sie die Fehler in den folgenden Programmfragmenten und erklären Sie, wie
der Fehler behoben werden kann.
a) int g(void) {
cout << "in Funktion g\n";
int h(void){
cout << "in Funktion h\n";
}
}
c) void f(double a){
float a;
cout << a << endl;
}
24.03.2011
b) int sum( int x, int y){
int result ;
result = x+y;
}
d) void product (void){
int a, b, c, ergebnis;
cout << "Gib 3 Ganzzahlen ein: ";
cin >> a >> b >> c;
result = a * b * c;
cout << "Ergebnis: << result << endl;
return result;
}
C++ Grundlagen
56
Anweisungen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Programme enthalten Ausdrücke um Werte zu berechnen
 Programme benötigen zusätzlich die Möglichkeit,
 Werte wiederholt zu berechnen
 unter Alternativen auszuwählen
 Eingaben entgegenzunehmen und Ausgaben zu erzeugen
 Diese Dinge werden in vielen Programmiersprachen durch Anweisungen (Statements)
erreicht.
 Bisher behandelte Arten von Anweisungen
 Deklarationsanweisung
 Ausdruck-Anweisung: Ein Ausdruck, gefolgt von einem Semikolon
 Wozu braucht man das Semikolon?
 Bespiel:
es kann
a=b ++ b;
a=b ++; b;
ist nicht eindeutig!
gemeint sein, oder
 Auch
cin >> i;
ist eine Ausdrucksanweisung mit den Werten
true:
wenn Eingabe erfolgreich
false: wenn Eingabe misslang.
24.03.2011
C++ Grundlagen
a=b;
a=b;
++b;
++b;
a=b; ++ b;
58
Strukturen, die den Programmablauf kontrollieren
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Kontrollstrukturen geben an
 in welcher Reihenfolge (Sequenz)
 ob (Auswahl) und
 wie oft (Wiederholung)
Anweisungen ausgeführt werden,
bzw.
Anweisungen
Anweisungen
einfache
einfache
Anweisungen
Anweisungen
 ob andere Programme aufgerufen
werden (Aufruf von Funktionen)
Sequenz
Sequenz
 Lineare Kontrollstrukturen
 sind Kontrollstrukturen, die nur
Sequenz, Wiederholung, Auswahl
und Aufruf verwenden, aber keine
Sprünge
 Strukturierte Programmierung
Aufruf
Aufruf
Auswahl
Auswahl
Wiederholung
Wiederholung
Zur Erklärung wird neben dem Syntaxdiagramm
eine Beschreibung auf höherer Sprachebene
gewählt
 implementiert einen Algorithmus
durch ausschließliche Verwendung
einfacher Anweisungen und linearer
Kontrollstrukturen
24.03.2011
lineare
Kontrollstrukturen
Kontrollstrukturen
C++ Grundlagen
Struktogramm
Struktogramm (DIN
(DIN 66261)
66261)
Nassi-Shneiderman on the Web
59
Auswahlanweisung if ... else
if
Syntax-Diagramm
Bedingung
(
else
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
)
AnweisungOderBlock
AnweisungOderBlock
AnweisungOderBlock
(AOB):
Anweisung
{
}
AnweisungOderBlock
Struktogramm (DIN 66261)
oder Nassi-Shneiderman-Diagramm
Beispiele:
if(Bedingung)
if(Bedingung)
AnweisungOderBlock1
AnweisungOderBlock1 wahr
AOB1
AnweisungOderBlock2
AnweisungOderBlock2
B
falsch
AOB2
if(Bedingung)
if(Bedingung)
B
falsch
AnweisungOderBlock1
AnweisungOderBlock1 wahr
else
AOB1
AOB2
else
AnweisungOderBlock2
AnweisungOderBlock2
AOB2
24.03.2011
AnweisungOderBlock1 wird nur ausgeführt, wenn
Bedingung wahr ist (true oder ungleich 0)
AnweisungOderBlock2 wird immer ausgeführt
AnweisungOderBlock1 wird nur ausgeführt, wenn
Bedingung wahr ist (true oder ungleich 0)
AnweisungOderBlock2 wird nur ausgeführt wenn
Bedingung falsch ist (false oder gleich 0)
C++ Grundlagen
60
Beispiele if ... else
Maximum-Funktion
// Gibt maximum von a und b zurück
int max( int a, int b ) {
if(a>b)
return a;
else
return b;
}
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Eingabe mit vorausgehender "Reinigung"
if( !cin.good() ) {
cin.clear(); // setzt alle Fehlerflags zurück
cin.sync(); // löscht alle Zeichen im Eingabepuffer
}
int i;
cin >> i;
Eingabe mit nachfolgender Fehlerprüfung
int i;
cin >> i;
if( cin.fail() ) { // prüft Fehlerflag
cout << "Fehler: Eingabe misslungen!\n";
exit(1);
// Beendet Programm; return value 1
// weist auf Fehler bei Ausführung hin
}
24.03.2011
C++ Grundlagen
61
Mehr als 2 Alternativen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 if ... else wählt aus 2 Alternativen eine aus
 Was, wenn aus mehr als 2 Alternativen zu wählen ist?
Beispiel:
Die signum-Funktion:
sign(x) =
1
0
-1
Lösung: if ... else verschachteln
w
B1
w
f
B2
f
w
B3
f
ABO1 ABO2 ABO3 ABO4
24.03.2011
x>1
x=0
x<0
C++ Implementierung von sign(x) ?
if(B1)
ABO1
else if(B2)
ABO2
else if(B3)
ABO2
else
ABO4
C++ Grundlagen
62
Finden Sie die Fehler
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
if (a=b) {
cout << "a ist gleich b";
if (x==1)
if (y==1)
cout << "x ist 1 und y ist 1";
else
cout << "x ungleich 1";
Die switch-Anweisung wird später behandelt.
24.03.2011
C++ Grundlagen
63
Programmieren mit Vertrag
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Vorbedingung (Precondidion): Der Zustand, in dem das System sein muss, damit die
Funktion ihre Leistung erbringen kann.
Nachbedingung (Postcondition): Beschreiben den Zustand, in dem das System sein muss,
wenn die Leistung korrekt erbracht wurde.
Für den Benutzer ist es unverzichtbar, diese Bedingungen zu kennen.
 Sie gehören verbal in die Funktionsdokumentation (siehe Beispiel unten)
Für die Softwarequalität ist es oft unverzichtbar, die Vorbedingung zu prüfen
 Code, der Vorbedingung prüft und z.B. Abweichungen meldet (siehe Beispiel unten).
Zumindest während der Testphase ist es unverzichtbar, die Nachbedingung zu prüfen.
 C++ assertions, die nur während der Debugphase ausgewertet werden (siehe Beispiel unten).
double sqrt( double x ) { // Berechnet Quadratwurzel
// PRE: x>=0
// POST: Maximaler Fehler kleiner 10-6
PRE&POST (mathematisch oder verbal) gehören
zur Funktionsbeschreibung
if( x>=0 ) {
cout<< "Error in sqrt()";
//Aufrufer für korrekten Aufruf verantwortlich!
exit(1);
// Kontrollierter Programmabbruch, wenn Bedingung == false
}
// hier folgt der Algorithmus …
assert( abs(y*y-x) < 1e-6 );
return y;
}
24.03.2011
// Kontrollierter Programmabbruch, wenn Bedingung == false
// #include <cassert> erforderlich!
C++ Grundlagen
64
Wiederholungsanweisung while
Syntax-Diagramm
der while-Schleife
while
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
(
Bedingung
)
AnweisungOderBlock
 Solange die Bedingung wahr (true oder ungleich 0) ist, wird die Anweisung bzw. der
Block ausgeführt.
Anweisung
oder
Block
Bedingung
erfüllt?
ja
Die Bedingung wird
zuerst geprüft. Ist
sie zu Beginn unwahr,
wird die Anweisung gar
nicht erst ausgeführt
 abweisende Schleife
Struktogramm
Bedingung
Anweisung
oder
Block
nein
while(true) { /*Anweisung(en)*/ } // unendliche Schleife
while(false){ /*Anweisung(en)*/ } //Anweisungen werden nie ausgeführt
24.03.2011
C++ Grundlagen
65
Schleifenvariable
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Zur Kontrolle der Wiederholungsrunden benötigt man eine Schleifenvariable
Beispiel
Schleifenvariable sv
initialisieren
solange Ausdruck unter
Berücksichtigung von sv
true ( ≠ 0) ist
"Nutzleistung"
Veränderung der sv
Richtung Ziel
Summation der Zahlen von 0 bis n
int sum=0, sv=0, n;
while( sv
sum += sv;
++sv;
}
) {
Was hier steht, kann erst
nach Definition des Veränderungsschritts festgelegt werden
Veränderungsschritt
Schleife für Grenzfälle prüfen: n = 0 ?
n=1?
Wiederholte Eingabe der Summanden durch Benutzer
int sum=0, i=0;
while( cin>>i ) {
sum += i;
}
cout << sum << endl;
24.03.2011
// liefert true wenn Einlesen erfolgreich
// Wie soll der Benutzer das Ende der Eingabe signalisieren?
[Ctrl-Z] bedeutet Ende der Eingabe und setzt das "End-of-File"-Flag.
cin.eof() gibt das EOF-Flag zurück (true, wenn gesetzt).
cin.good() fragt alle Flags ab und ergibt true, wenn keins gesetzt ist.
C++ Grundlagen
66
Die Anweisungen break und continue
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Steuern den Kontrollfluß eines Programms
break beendet unmittelbar while-, do-while-, for- und switch-Kontrollstruk-turen. Das
Programm wird unmittelbar hinter diesen Strukturen fortgesetzt.
continue in Wiederholungen beendet unmittelbar die Ausführung des zugehörigen
Strukturblocks. Die Anweisungen hinter continue werden übersprungen und die Programmausführung mit der Bedingungsprüfung fortgesetzt.
Beispiel für break
Beispiel für continue
void main() {
int x=0;
while (++x<10) {
if ( x==5 ) break;
cout << x << ' ';
++x;
}
cout << "Schleife verlassen bei x= "
<< x << endl ;
}
void main() {
int x=0;
while (++x<10) {
if ( x==5) continue;
cout << x << ' ';
}
cout << "Ausgabe der Zahl 5 mit"
"continue verhindert!"
<< endl ;
}
1 2 3 4
Schleife verlassen bei x= 5
1 2 3 4 6 7 8 9
Ausgabe der Zahl 5 mit continue verhindert!
24.03.2011
C++ Grundlagen
67
Häufige Programmierfehler in while-Schleifen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Finden und korrigieren Sie die Fehler in den nachfolgenden Programmsegmenten
a) While ( c <= 5) {
product +=c;
++c;
b) while (z >= 0)
sum += z;
d) Der nachfolgende Programmcode
soll die Werte 1…10 ausgeben!
n = 1;
while ( n < 10 )
cout << n++ << endl;
c) x=1;
while (x <= 10);
x++;
e) Die Zahlen 1..100 sollen
addiert werden!
f)
int x=1, total=0;
while (x<=100)
total +=x;
x++;
while ( y > 0 ) {
cout << y << endl;
++y;
}
g) int x=0;
while (++x<10) {
if ( x==5)
continue;
cout << x << ' ';
}
}
Schleifenanweisungen mit for und do ... while werden später behandelt!
24.03.2011
C++ Grundlagen
68
HS-Übung 4: abweisende Schleife mit while
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Schreiben Sie eine Funktion ggt die den größten gemeinsamen Teiler zweier
Parametern vom Typ int bestimmt und zurück gibt.
 Testen Sie die Funktion mit einer Anwendung, die solange 2 Zahlen von der
Tastatur einliest und den ggt ausgibt, bis eine der beiden Eingabezahlen 0 ist.
 Hinweis: Um 2 Bedingungen gleichzeitig zu testen, können Sie den logischen && Operator verwenden. Bsp: while ( payIn > 0 && payIn < 100 )
Lösung mit Pseudocode
• Vorbedingung? Nachbedingung?
• Schleifenvariable ggT mit Minimum beider Zahlen
initialisieren
• Prüfen, ob beide Zahlen ohne Rest durch ggT teilbar sind
• Falls nein, ggT um eins vermindern
• Falls ja, Schleife verlassen und mit nächster
Anweisung fortfahren
24.03.2011
C++ Grundlagen
 Hausaufgabe
69
C++ Standardtyp vector
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Im Alltag beschäftigen wir uns oft mit Tabellen: Bundesliga-, Gehalts-, Kalorien-,
Noten-, Entfernungstabelle, Kontoauszug, Tilgungsplan, Kassenbon ...
 Der Standarddatentyp vector ist einfach eine Reihe von Elementen gleichen Typs.
 vector<int> v(6); // stellt 6 Elemente vom Typ int bereit, alle mit Anfangswert mit 0
 vector<string> personal(5); // 4 Elemente vom Typ string bereit, alle initialisiert mit ""
 vector<double> vd(1000, -3.5); // vector mit 1000 doubles, alle mit Anfangswert -3.5
 Auf die Elemente wird über eine Positionsangabe (Index) zugegriffen, d.h. das 1.
Element hat Index 0, das Zweite Index 1 usw.
v[0]=5; v[1]=7; v[2]=2;
v[3]=8; v[4]=7; v[5]=3;
size()
v: 6
personal[0]="Karczewsky";
personal[1]="Hergenroether"
personal[2]="Moore";
personal[3]="Nitsch";
v's Elements
v[0] v[1] v[2] v[3] v[4] v[5]
5 7 2 8 7 3
v[5]="Lange";
personal[4]=007;
// Fehler: Ein vector akzeptiert nur den vereinbarten Typ
vd[20000] =4.2;
// Laufzeitfehler: Kein Zugriff auf nicht existierende Elemente
24.03.2011
C++ Grundlagen
70
Wachstum ist auch für vector wichtig
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 vector ist ein dynamischer C++ Datentyp, d.h. er kann an Größe zulegen.
vector<double> v; // Start als leerer vector ohne Elemente
// Ausgabe: 0
cout<<v.size();
v.push_back(2.7); // 1 Element mit Wert 2.7 ans vector-Ende anhängen
// Ausgabe: 1
cout<<v.size();
v.push_back(5.6); // 1 zweites Element mit Wert 5.6 hinzufügen
// Ausgabe: 2
v.push_back(0.3); // 1 zweites Element mit Wert 5.6 hinzufügen
// Ausgabe: 2
size()
v: 0
size()
v: 1
v[0]
2.7
size()
v: 2
v[0] v[1]
2.7 5.6
size()
v: 3
v[0] v[1] v[2]
2.7 5.6 0.3
 size() und push_back() sind sogenannte Memberfunktionen von vector.
 Memberfunktionen lassen sich nur auf den Datentyp (hier: vector) anwenden, zu
dem sie gehören. Ihre Definition wird im Zusammenhang mit Klassen behandelt.
 Ihre Aufrufsyntax unterscheidet sich von der gewöhnlicher Funktionen (siehe
Beispiele oben): Sie werden über den '.'-Operator aufgerufen!
24.03.2011
C++ Grundlagen
71
Entfernen (löschen) des letzten Elementes
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 v.pop_back() ist eine Memberfunktion von vector genauso wie size(). Sie löscht
das letzte Element aus dem Container
v[2] = 0
v.pop_back()
// hier wird nicht gelöscht, sondern dem Element
// mit Index 2 ein neuer Wert zugewiesen
// Das letzte Element wird gelöscht. Beachten Sie
// dass size() nun um 1 reduziert ist!
size()
v: 3
v[0] v[1] v[2]
2.7 5.6 0.0
size()
v: 2
v[0] v[1]
2.7 0.3
size()
v: 3
v[0] v[1] v[2]
2.7 5.6 0.3
size()
v: 3
v[0] v[1] v[2]
5.6 0.3 0.3
size()
v: 2
v[0] v[1]
5.6 0.3
 Wie löscht man die anderen Elemente?
z.B. indem man alle hinter dem Löschelement gespeicherten
Elemente um einen Platz nach vorne kopiert und danach das
letzte Element mit pop_back() löscht (siehe rechts)
24.03.2011
C++ Grundlagen
72
Gültigkeits- und Sichtbarkeitsbereich von Variablen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Bisher: Variablen sind gekennzeichnet durch Name (name), Typ (type), Wert (value)
und Adresse.
 Neu: Zusätzlich sind Variable charakterisiert durch
 ihren Gültigkeitsbereich
 ihren Sichtbarkeitsbereich (Visibility)
 Gültigkeitsbereich (GB) einer Variablen ist der Programmtextblock, in dem für die
Variable ein Speicherplatz reserviert ist.
 Der Sichtbarkeitsbereich (SB) einer Variablen ist der Programmtextblock, in dem
eine Variable über ihren Namen gelesen oder geändert werden kann.
24.03.2011
C++ Grundlagen
73
Gültigkeits- und Sichtbarkeitsbereich von Namen
Beispiel
#include <iostream>
using namespace std;
int a=3, b=10;
int gib_a() { return a;}
int gib_c() { return c; }
int main ()
{
cout << a << endl;
auto int a = 10;
cout << a << endl;
cout << ::a << endl;
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
// externe (globale) Variable (R1: SB=Datei, GB=Programm)
// Fehler: c nicht definiert
// hier beginnt ein Anweisungsblock
// Ausgabe 3; globales a (R3)
auto gibt explizit die
Speicherklasse "Automatisch" an!
// lokales a; auto ist voreingestellt und deshalb optional
// Ausgabe 10; lokales a (R4)
// Ausgabe 3; globales a
// Gültigkeitsbereich-Auswahloperator
{
// Subblock beginnt (R3)
auto int b = 20; // lokales b sichtbar; globales b gültig, aber unsichtbar (R4)
// lokales c; hier ist auto wie üblich wieder weggelassen
int c = 30;
cout << b << c << ::b << endl; // Ausgabe 20 30 10
}
// hier endet Gültigkeitsbereich von lok. b und c
// Ausgabe 10; globales b wieder sichtbar
cout << b << endl;
cout << c << endl;
// Fehler: c nicht mehr gültig (R2)
cout << a << endl;
// Ausgabe 10; lokales a wieder sichtbar (R4)
// Ausgabe 3; globales a
cout << ::a << endl;
// lokales a wird unsichtbar und ungültig
return 0; }
24.03.2011
C++ Grundlagen
74
Lokale contra globale Variablen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Das spricht für globale Variablen
 Sie werden vom Compiler initialisiert (mit 0)
 Ihr Gültigkeitsbereich ist das ganze Programm
 Ihr Sichtbarkeitsbereich ist die Datei, in der sie definiert sind
 Sie können in allen Funktionen benutzt werden
 Sie können auch bei Verdeckung mit Operator :: sichtbar gemacht werden
Das spricht gegen globale Variable
 Sie genießen keinen Zugriffsschutz. Jeder kann überall im Programm auf sie
zugreifen.
 Hat eine globale Variable einen unerwarteten Wert, muss die Ursache im gesamten
Programm gesucht werden.
 Sie machen Programme unzuverlässig.
Gute Programmierer wissen (nach vielen Fehltritten)
 Schutz der Daten vor unberechtigtem Zugriff ( -> Kapselungsprinzip )




verbessert die Datenintegrität
macht Programme zuverlässiger,
vereinfacht die Fehlersuche
macht Programme besser wartbar und pflegbar.
24.03.2011
C++ Grundlagen
Deshalb:
Deshalb:
Globale
Globale Variable
Variable sollten
sollten nur
nur für
für
read-only
read-only (const)
(const) Variable
Variable
verwendet
verwendet werden.
werden.
75
namespace std /61/
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 C++ ermöglicht die Schaffung eigener Sichtbarkeitsbereiche mit Namen
(sogenannte Namensräume oder namespaces)
 Namensbereiche spielen bei der Benutzung verschiedener Libraries eine Rolle
 So sind alle Bestandteile der C++-Standardbibliothek im Namensraum std definiert.
 Will man Elemente eines Namensraumes benutzen, muss man "qualifizierte Namen"
(solche mit vorangestelltem Bezeichner des Namensraums) verwenden, um das
Element sichtbar zu machen.
std::cout << name << ", " << age << std::endl;
float y = std::sin(x);
 Alternativ kann man dem Compiler mit using-Deklarationen mitteilen "Mit cout
meine ich immer std::cout und mit sin immer std::sin"
using std::cout; using std::endl; using std::sin;
cout << name << ", " << age << endl;
float y = sin(x);
Ausprobieren mit
cppbuch/k2/bloecke.cpp
 Eine noch weitergehende Alternative ist eine using directive. Sie sagt dem Compiler:
"Findest Du einen Namen nicht im aktuellen Sichtbarkeitsbereich, dann suche ihn im
Namensraum std"
using namespace std;
cout << name << ", " << age << endl;
float y = sin(x);
24.03.2011
C++ Grundlagen
76
Software-Qualitätskriterien
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Zuverlässigkeit:= Korrektheit + Robustheit
 Korrektheit: Aufgaben exakt so erfüllen, wie sie durch Anforderungskatalog bzw.
Spezifikationen definiert sind.
 Robustheit: Fähigkeit von Softwaresystemen, auch unter außergewöhnlichen
Bedingungen zu funktionieren, die nicht in der Spezifikation ausdrücklich
beschrieben sind.
Pflegbarkeit:= Erweiterbarkeit + Wartbarkeit
 Geringer Aufwand zur Durchführung von Änderungen aufgrund von neuen
Anforderungen (Erweiterbarkeit) oder im Fehlerfall (Wartbarkeit)
Wiederverwendbarkeit
 Eigenschaft von Softwareprodukten, ganz oder teilweise für neue Anwendungen
wiederverwendet werden zu können
Benutzerfreundlichkeit (Usability)
 Einfach bei Bedienung, Bereitstellen von Eingabedaten, Auswertung der Ergebnisse
und Wiederaufsetzen nach Benutzungsfehlern
Effizienz bzw. Performanz:
 Geringer Speicherplatzverbrauch, akzeptables Zeitverhalten
24.03.2011
C++ Grundlagen
77
Fundamentale Software-Entwurfsprinzipien
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
Dekomposition
 Zerlegen der Gesamtaufgabe in möglichst
unabhängige Teilaufgaben (Teile&Hersche)
 Ziel: Große Kohäsion, kleine Kopplung
Große Kohäsion
 Jeder Programmbaustein, wie. z.B. Funktion,
Klasse , Modul, konzentriert sich auf die
Erledigung genau einer Teilaufgabe
Geringe Kopplung
 Die Programmbausteine benutzen möglichst
wenige andere Programmbausteine zur
Aufgabenerfüllung, d.h. geringe
Abhängigkeiten zwischen den
Programmbausteinen
Trennung von Schnittstelle und
Implementierung
 Die Implementierung des Programmbausteins
Modularisierung
umfasst den Code für die Funktionalität
 Ziel: Programmstrukturierung
 Die Schnittstelle von Programmbausteinen
definiert ihre Funktionalität und dient dem
 Gesamtsystem wird in sinnvolle Module
Anwender als Benutzungsanleitung.
zerlegt. Das Modul dient dabei als Behälter
für Funktionen oder Zuständigkeiten des
 Zweck: Komplexität vor Anwender verbergen
Systems.
Wer
Wermitreden
mitredenwill,
will,muss
mussdiese
dieseBegriffe
Begriffekennen!
kennen!
Abstraktion
 Weglassen von irrelevanten Details, und
Konzentration auf das Wesentliche
 Ziel: Verbergen von Komplexität
Kapselung (information hiding)
 Zusammengehörige Bestandteile einer
Abstraktion werden zu einem Ganzen
zusammengefasst und von anderen
abgegrenzt.
24.03.2011
C++ Grundlagen
78
Funktionsabstraktion
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Funktionen in Programmiersprachen sind eine Abstraktion in folgendem Sinn






wiederkehrende Progammstücke werden zusammengefasst und benannt
Ihr Name abstrahiert von dem Programmstück, ihrem Rumpf
Jedes Auftreten des Programmstücks wird durch einen Aufruf der Abstraktion ersetzt.
Veränderliche Teile des Abstraktionsrumpfes werden zu formalen Parametern gemacht.
Beim Aufruf werden aktuelle Parameter für die formalen eingesetzt
Einsetzen des Rumpfes mit Substitution der Parameter
 Abstraktionen erlauben das Verbergen von Implementierungsdetails
 Benutzersicht
 Was tut eine Abstraktion?
 Vor- und Nachbedingung, “Effekt”
 Implementierersicht
 Wie ist sie realisiert?
 Algorithmus, Effizienz, . . .
 Abstraktion (lat. abstractus – „abgezogen“, Partizip Perfekt Passiv von abs-trahere
– „abziehen, entfernen, trennen“) bezeichnet meist den induktiven Denkprozess des
Weglassens von Einzelheiten und des Überführens auf etwas Allgemeineres oder
Einfacheres [Wikipedia]
24.03.2011
C++ Grundlagen
79
Abstraktionen in Programmiersprachen
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Weitere Abstraktionen in Programmiersprachen sind
 Funktionsabstraktion
 Prozedurabstraktion
 generische Abstraktion
 Eine Prozedurabstraktion abstrahiert von einem Befehl
 Jeder Aufruf wird ausgeführt und verändert den Speicherzustand
 Der "kleine" Unterschied
 Prozeduren abstrahieren von Befehlen (z.B. "sortiere", "gib aus", "lies ein", "speichere",
...)
 Funktionen abstrahieren von Ausdrücken. Jeder Aufruf liefert einen Wert.
 C++ unterstützt mit Funktionen, die nichts zurückgeben (Rückgabetyp void) die
Prozedurabstraktion.
24.03.2011
C++ Grundlagen
80
Wozu Prozeduren/Funktionen?
FB Informatik
Prof. Dr. R.Nitsch
 Welche Entwurfsprinzipien werden von Funktionen/Prozeduren unterstützt?







Abstraktion?
Kapselung
Mudularisierung?
Dekompisition?
Kohäsion?
Kopplung?
Trennung von Schnittstelle
und Implementierung?
Funktionsabstraktion
Input
Output
?
Schnittstelle Implementation
Prozedurabstraktion
Input
?
Schnittstelle Implementation
Prozedur/Funktion als
Black-Box-Abstraktion
24.03.2011
C++ Grundlagen
81