Teil IV. Grundlagen der Programmierung

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1 Teil IV Grundlagen der Programmierung

2 Überblick 1 Einleitung zu C und C++ Aufbau von Programmen/Dateien Steueranweisungen Funktionen Mehr zu Datentypen: Felder, Zeiger und Strukturen Arbeit mit Dateien 2 Objektorientierung in C++ Einführung Objektorientierung Objekte und Klassen in C++ Vererbung in C++ Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

3 Einleitung C und C++ C als Weiterentwicklung der Programmiersprache B Anfang 1971 für Unix entwickelt C++ als objektorientierte Erweiterung aus dem Jahr 1983 Andere populäre Sprachen wie Java, C#, Perl, PHP, etc. orientieren sich am Syntax von C/C++ C/C++ Heutzutage verbreitetste Sprachen zur Entwicklung von Anwendungsprogrammen und Betriebssystemen Compiler und Entwicklungsumgebungen existieren für alle Plattformen Beide Sprachen sind offiziell standardisiert, wobei Abweichungen vom Standard bei C++ häufiger (C-Programme deshalb besser portierbar zwischen verschiedenen Compilern oder Plattformen) Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

4 Eigenschaften von C und C++ C ist eine imperative Programmiersprache: ein Algorithmus ist dargestellt als Sequenz von hintereinander auszuführenden Befehlen C ist eine prozedurale Programmiersprache: zur Strukturierung des Quelltextes kann der Gesamtalgorithmus in inhaltlich zusammenhängende und an verschiedenen Stellen (durch Aufruf) verwendbare Prozeduren (in C Funktionen) zerlegt werden C++ ist eine objekt-orientierte Programmiersprache: zur weiteren Strukturierung können Daten von Objekten (Anwendungsobjekte wie Zeichenketten, Postadressen etc., aber auch z.b. Fenster der GUI oder Programmkomponenten) sowie die zugehörige Funktionalität als Methoden (objekt-spezifische Funktionen) in Klassen zusammengefaßt werden Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

5 Verhältnis/Unterschiede von C und C++ C++ konzipiert als kompatible Erweiterung (Obermenge) von C Eigentlich sollte jedes C-Programm auch von einem C++-Compiler übersetzt werden können Im Detail jedoch problematisch, z.b. Variablennamen in C-Programmen können Schüsselwörter in C++ sein, z.b.class,new, etc. Typkonvertierung wegen Objekt-orientierung unterschiedlich Standards entwickeln sich parallel weiter, aber gegenseitige Berücksichtigung C++ bietet alternative, objekt-orientierte Bibliotheken für Standardaufgaben, z.b.stdio vs.iostream Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

6 Aufbau von Programmen/Dateien Typen von Dateien Header-Dateien (.h): enthalten Deklarationen (auch Signatur, Prototyp, Rumpf) von Funktionen, Variablen, Konstanten und in C++ auch Klassendefinitionen eines Programms oder einer Bibliothek, welche in anderen Programm(datei)en genutzt werden können, in der Regel jedoch nicht deren Definition (Implementierung) /* Deklaration einer Funktion */ int sum(int x, int y); Code-Dateien (auch Source- oder Quelldateien,.cpp,.C,.c, etc.): enthalten die Definition von Funktionen (oder Methoden in C++) und ggf. die spezielle Funktionmain als Einstiegspunkt für ein ausführbares Programm /* Definition einer Funktion */ int sum(int x, int y) { return x+y }; Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

7 Aufbau von Programmen/Dateien /2 Programme können aus zahlreichen Code- und Header-Dateien bestehen Header-Dateien als Schnittstelle zwischen verschiedenen Code Dateien: in einer inkludierten Datei deklarierte Funktionen können benutzt werden, sind aber in einer anderen Code-Datei implementiert Code-Dateien werden zuerst separat übersetzt Ergebnis: Objektdateien.obj oder.o Linker: statische Verbindung verschiedener Objektdateien zu einer Programmbibliothek oder zu einem ausführbaren Programm Standardbibliotheken der Programmiersprache oder des Betriebssystems sowie Teile komplexer Programme werden meist dynamisch (zur Laufzeit) gelinkt/geladen Windows: Dynamic Load Libraries (DLL) Unix: zum BeispielShared Objects (.so) Vermeidet Aufblähung ausführbarer Programme und ständige Neuübersetzung immer wieder verwendeter Programmteile Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

8 C++ Übersetzungsprozeß gif.h stdio.h math.h prog.cpp gif.cpp prog.obj Compiler gif.obj Als Teil des Betriebsystems oder der Laufzeitumgebung der Programmiersprache implementiert und vorübersetzt Linker prog.exe msvcrtxxx.dlll system32.dll Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

9 Struktur der Hauptdatei Im folgenden Fokus auf einfache Programme bestehend aus einer Hauptdatei: #include <...> /* Einzubettende Programmbibliotheken */ #define... /* Definitionen und Makros */ /* Globale Variablen */ int i; char c[] =...; /* Funktionen */ int f1(int a, int b) {... }; void f2() {...}; /* Hauptprogramm */ int main() {... } Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

10 Der Präprozessor Grundlagen der Programmierung Mit#beginnende Zeilen sind Anweisungen für den Präprozessor (Teilprogramm des Compilers) zur Durchführung einfacher Transformationen des Quelltextes vor der eigentlichen Übersetzung, z.b. #include-statements: Einbettung anderer Quelltextdateien (vor allem Header-Dateien von Programmteilen oder Standardbibliotheken) #include <...> /* Datei im INCLUDE-Pfad */ #include... /* relativer Pfad */ #define-statements: Festlegung von Werten für Ausdrücke, die z.b. im Quelltext in der Folge ersetzt werden können oder für die Steuerung des Präprozessors verwendet werden können #define PI Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

11 Programmblöcke Inhaltlich zusammengehörige Befehlsfolgen werden durch geschweifte Klammern {... } zu Programmblöcken zusammengefaßt Verwendung zum Beispiel für Definition von Funktionen int f(int x, int y) {...}; Steueranweisungen wie Schleifen while (<bedingung>) {...}; Innerhalb eines Programmblocks definierte Variablen, können nur dort verwendet werden Verwendung geschweifter Klammern auch zur Definition zusammengesetzter Datentypen ( z.b.struct,enum,union) sowie zur Definition von Klassen in C++ Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

12 Sequenzen Grundlagen der Programmierung Sequenzen von Befehlen (entsprechend imperativem Programmierparadigma) werden durch Verkettung mit Semikolon ; gebildet Dabei können einzelne Befehle Definition/Deklaration von Variablen Steueranweisungen (Schleifen, Bedingungen, Fehlerbehandlung, etc.) Ausdrücke (haben immer ein Ergebnis und einen Ergebnistyp) sein Literale Werte Variablen Funktionsaufrufe Komplexe Ausdrücke: Verknüpfung von Teilausdrücken durch Operatoren Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

13 Beispiel: Mittelwert (C++) #include <iostream> using namespace std; float mittelwert(float a, float b) { return (a+b)/2; } int main() { float x,y,m; cout << x = ; cin >> x; cout << y = ; cin >> y; m = mittelwert(x,y); cout << Mittelwert = << m << endl; return 0; } Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

14 Beispiel: Mittelwert (C) #include <stdio.h> float mittelwert(float a, float b) { return (a+b)/2; } int main() { float x,y,m; printf( x = ); scanf( %f,&x); printf( y = ); scanf( %f,&y); m = mittelwert(x,y); printf( Mittelwert = %f \n, m); return 0; } Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

15 Variablendeklarationen Grundlegender Syntax: <datentyp> <variablennamen> [, <variablenname>...]; Datentyp ist: Basisdatentyp wieint,float, etc. (siehe Abschnitt Kodierung) Feld von Variablen eines Datentyps ( ) Zusammengesetzter, nutzerdefinierter Datentyp ( ) Nutzerdefinierter Objekttyp (C++ ) Zeiger auf Adresse eines Objektes oder Wertes von Datentyp ( ) Erlaubt Deklaration mehrerer Variablen eines Typs in einem Statement, z.b. int x, y, z; Erlaubt Zuweisung initialer Werte, z.b. int solution=42; Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

16 Ausdrücke Zusammengesetzt aus Variablen, literalen Werten und Funktionsaufrufen Verbunden durch Operatoren Beispiele: x=1; /* Zuweisung eines literalen Wertes */ x++; /* Inkrementierung (postfix) */ x=x+1; /* Zuweisung und arithemtische Verknüpfung */ x=(x==4); /* Zuweisung und geklammerter Vergleich */ x=quadrat(x+1); /* Zuweisung und Funktionsaufruf */ x & 1; /* Logische Operation, Ergebnis ignoriert */ Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

17 Ausdrücke /2 Grundlagen der Programmierung Können durch Kombination und Klammerung beliebig komplex werden VORSICHT: Lesbarkeit! VORSICHT: Typ-Kompatibilität der Operanden Implizite Konvertierung manchmal unproblematisch, z.b.int float Teilweise Verlust von Information, z.b.float int durch Abschneiden der Nachkommastellen Nur zum Teil Fehlermeldungen oder Warnungen bei inkompatiblen Typen Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

18 Ausdrücke: Arithmetische Operatoren Operator Beispiel Bedeutung + x+y Addition - x-y Subtraktion * x*y Multiplikation / x/y Division % x%y Rest bei ganzzahliger Division ++ y=x++ Inkrementierung (postfix) x um eins erhöht y hat alten Wert von x y=++x Inkrementierung (prefix) x um eins erhöht y hat neuen Wert von x x Dekrementierung entsprechend x als pre- und postfix anwendbar Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

19 Ausdrücke: Zuweisungsoperatoren Operator Beispiel Bedeutung = x=7 Standardzuweisungsoperator += x+=7 Selbstzuweisung mit Addition entsprichtx=x+7 (prefix Variante) =+ x=+7 Selbstzuweisung mit Addition (postfix Variante) -= x-=7 Selbstzuweisung mit Subtraktion *= x*=7 Selbstzuweisung mit Multiplikation /= x/=7 Selbstzuweisung mit Division %= x%=7 Selbstzuweisung des Divisionsrestes Ergebnis einer normalen oder prefix-zuweisung ist der neue Wert des linken Operanden Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

20 Ausdrücke: Vergleichsoperatoren Da in C lange einboolean-datentyp fehlte, ist Ergebnis ganzzahliger Wert 1, wenn Vergleich erfolgreich (TRUE) 0, andernfalls (FALSE) Operator Beispiel Bedeutung == x==y Test auf Wertegleichheit!= x!=y Test auf Ungleichheit > x>y... größer als... < x<y... kleiner als... >= x>=y... größer als oder gleich... <= x<=y... kleiner als oder gleich Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

21 Ausdrücke: Logische Operatoren /1 Zwei Sichtweisen für logische Operationen 1 Bitweises Verknüpfen für Bytes 2 Logische Verknüpfungen von 1 (TRUE) und 0 (FALSE) kann auf 1. zurückgeführt werden Bei Operatoren für logische Verknüpfung: Abbruch (short cut) der Auswertung, wenn möglich Bei AND: Abbruch, wenn erste Bedingung FALSE, da Ergebnis nur FALSE sein kann Bei OR: Abbruch, wenn erste Bedingung TRUE, da Ergebnis nur TRUE sein kann Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

22 Ausdrücke: Logische Operatoren /2 Operator Beispiel Bedeutung!!x Logische Negation (NOT) && x&&y Logische Konjunktion (AND) x y Logische Disjunktion (OR) & x&y Bitweises AND x y Bitweises OR x y Bitweises XOR x Bitweise Negation Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

23 Ausdrücke: Sonstige Operatoren Zur Arbeit mit speziellen Datentypen wie zum Beispiel Feldern, Zeigern, Strukturen und Objekten ( ) Operator Beispiel Bedeutung [] a[7] Zugriff auf Position in Feld. window.size Zugriff auf Komponente einer Struktur oder eines Objektes * *i Dereferenzierung eines Zeigers & &i Bildung der Referenz (Zeiger) -> window->size Zugriff auf Komponente über Zeiger () (int)myfloat Explizite Typumwandlung (Casting) new w = new Window() Erzeugen eines neuen Objektes Eike Schallehn Grundlagen der Informatik für Ingenieure 2009/

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