Grundkurs C++ Einführung

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1 Grundkurs C++ Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019 Folie 1/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

2 Das Team Martin Gottwald Büro Z943 Stefan Röhrl Büro Z947 Folie 2/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

3 Warum C++? Sprache Rechenzeit Memory (KB) C++ GNU g++ 5, Java 6 26, Python 3 27, C# Mono 96, Software: regex-dna, Debian Computer Language Shootout Folie 3/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

4 Warum C++? Strenge Standardisierung von Beginn an (ca. 1985) Extrem schnelle Compiler Sehr effizient Wird immer noch weiterentwickelt C++11 seit August 2011 standardisiert C++14 seit Januar 2015 standardisiert C++17 seit Dezember 2017 standardisiert Große Vielfalt an Compilern für die allermeisten Plattformen Viele Entwicklungstools verfügbar Folie 4/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

5 Das Ziel Entwicklung eines Spiels Teamarbeit in Teams aus 5 Personen Folie 5/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

6 Zeitplan Einführung und Objektorientierung Tag der Arbeit (entfällt) IDE, Klassenhierarchie Buildsysteme und Qt, Git Typwandlung, Exceptions Präsentation Kurzprojekt Objektmodellierung und Debugging Präsentation Analyse- & Designmodell Working Sessions (4 Wochen) und Abschlusspräsentation Show & Tell Folie 6/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

7 Bewertung Drei Hausaufgaben (ca. 15%) Vorprojekt (ca. 10%) Designmodell und Pflichtenheft (ca. 10%) Abschlusspräsentation (ca. 10%) Hauptprojekt (ca. 50%) Dokumentation (ca. 5%) Folie 7/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

8 Nützliches Moodle Hausaufgaben Vorlesungsfolien LDV-Webseite zum Kurs Skript C++ Buch Thinking in C++ Besucht die Bibliothek! 3 5 Tutoren, die euch bei sämtlichen Fragen und Problemen weiterhelfen werden cpp-tutor@ldv.ei.tum.de Praktikumsraum (Zeitplan auf der LDV Seite) Folie 8/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

9 Teil II Grundlagen der Objektorientierung Folie 9/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

10 Motivation Realität ist objektorientiert Vereinfachung und Kapselung Wiederverwendbarkeit Leichte Erweiterbarkeit Parallelisierbarer Entwicklungsprozess Folie 10/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

11 Aufbau und Eigenschaften eines Objekts von Außen Objekt hat öffentliche Eigenschaften (Attribute) Objekt besitzt öffentlich definierte Funktionen (Methoden), welche sich auf seine Eigenschaften auswirken von Innen Verarbeiten der über Funktionsaufrufe eingehenden Befehle (Botschaft) zur Änderungen der Eigenschaften Interne Funktionen und Eigenschaften, zur Wahrnehmung der äußeren Funktion Folie 11/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

12 Aufbau und Eigenschaften des Objekts Auto von Außen zugänglich Attribut Geschwindigkeit (nur lesend) Methoden beschleunigen und bremsen definierte Funktionsweise Aufruf der Methoden verändert die Geschwindigkeit von Innen Wird beschleunigen aufgerufen, mehr Kraftstoff an den Motor liefern Wird bremsen aufgerufen, Bremsanlage betätigen Folie 12/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

13 Folgen dieses Aufbaus für das Objekt Auto Für den externen Benutzer von Auto ist es vollkommen egal was passiert wenn er beschleunigen möchte Jedes Auto -Objekt MUSS die Methoden beschleunigen und bremsen verstehen Der Aufruf der Methode beschleunigen ist von der konkreten Implementierung von Auto vollkommen unabhängig Auto -Objekte können innerhalb des Programms beliebig ausgetauscht werden Folie 13/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

14 Begriffe: Objekt Klasse Instanz Bei der Arbeit mit Objekten unterscheidet man: Klasse Zusammenfassung von ähnlichen Objekten, welche sich nur in Ihren Attributen unterscheiden Charakterisiert die Objekte Schablone / Prototyp Instanz Konkretes Objekt das bestimmte Attributwerte aufweist Folie 14/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

15 Beispiel: Objekt Klasse Instanz Klasse Auto Attribute: Geschwindigkeit Methoden: beschleunigen bremsen Stefans Auto Attribute: Geschwindigkeit=50,4 Methoden: beschleunigen bremsen Martins Auto Attribute: Geschwindigkeit=162,7 Methoden: beschleunigen bremsen Instanzen Folie 15/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

16 Generalisierung / Vererbung Vererbung ermöglicht Gruppen von Klassen, die sich ähnlich sind, aber Unterschiede haben Gemeinsame Attribute und Methoden werden in der Elternklasse definiert Verschiedene Kinder erben diese und implementieren weitere Methoden und Attribute Jedes Kind kann auch die Methoden und Attribute der Eltern überschreiben, also neu implementieren Folie 16/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

17 Beispiel: Vererbung Auto Geschwindigkeit beschleunigen() bremsen() Rot: geerbte Attribute/Methoden Blau: überschriebene Methoden Cabrio Geschwindigkeit VerdeckOffen beschleunigen() bremsen() verdecköffnen() LKW Geschwindigkeit Anhänger beschleunigen() bremsen() Folie 17/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

18 Objektbeziehungen Wesentliches Merkmal der objektorientierten Programmierung ist die Interaktion der Objekte Objekte stehen in Beziehungen zueinander Es gibt verschiedene Arten von Beziehungen Komposition Aggregation Assoziation Folie 18/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

19 Objektbeziehungen Komposition Teile existieren nur gemeinsam Aggregation Teile bilden eine Einheit Können auch alleine existieren Assoziation Teile agieren gemeinsam flüchtige Bindung Folie 19/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

20 Erwartungen an das objektorientierte Paradigma Wiederverwendbarkeit Erweiterbarkeit Leichte Wartbarkeit Wodurch? Klasse hat definiertes Verhalten durch Kapselung Die Attribute, und damit die Daten der Klasse sind nicht beliebig änderbar. Folie 20/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

21 Realisierung der Kapselung Der Zugriff auf Attribute des Objekts muss geregelt werden Methoden dienen zur Abarbeitung von Botschaften Methoden sind also die Schnittstelle zu den Daten des Objekts Es sind folgende Fragen zu klären: Welche Methode darf welche Daten ändern? Wer darf die Methoden aufrufen? Folie 21/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

22 Realisierung der Kapselung Klasse besteht aus: Attributen und Methoden der Basisklasse Eigenen Attributen und Methoden Zugriffsregelung sollte auf Vererbung aufsetzen! Folie 22/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

23 Public Manche Daten sind jedem zugänglich: Also allen Methoden jeglicher Klassen Beispiel: Luftdruck (durch Methoden luftdruckerhoehen(), luftdrucksenken(), Attribut Luftdruck) Auto +Luftdruck +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() +public-attribut/ Methode Folie 23/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

24 Private Auf manche Daten können nur die Methoden der Klasse zugreifen Beispiel: Geschwindigkeit (durch Methoden bremsen(), beschleunigen()) Auto -Geschwindigkeit +bremsen() +beschleunigen() +public-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 24/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

25 Protected Auf manche Daten können nur die Methoden der Klasse zugreifen, sowie die Methoden der Klassen, die von dieser erben Beispiel: InnenraumTemperatur (durch Methoden der abgeleiteten Klasse heizen(), kühlen()) +public #protected -private Folie 25/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

26 Überblick Auto +Luftdruck #InnenraumTemperatur -Geschwindigkeit +bremsen() +beschleunigen() +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() +public-attribut/ Methode #protected-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 26/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

27 Private- und Protected-Methoden Auto +Luftdruck #InnenraumTemperatur -Geschwindigkeit -ABS-Wirkungsgrad +beschleunigen() +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() #alarmauslösen() -benzinpumpen() Cabrio +heizen() +kühlen() +public-attribut/ Methode #protected-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 27/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

28 Public-Attribute Kapselung Attribute, die durch jeden, also alle Methoden, änderbar sind! Auto +Anzahl der Kratzer +Tankinhalt Keine Kapselung! Art der Zugriffe völlig unbestimmt! Folie 28/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

29 Public-Attribute Kapselung II Immer besser: Methoden zum Setzen und Auslesen der Attribute Aber: nur wo nötig und sinnvoll, da die Kapselung sonst aufgeweicht wird Auto -Anzahl der Kratzer -Tankinhalt +gettankinhalt() +settankinhalt() Das Verhalten kann definiert werden, d.h. Bereichsüberwachung ist beispielsweise möglich Fehlersuche und Wartung wird enorm vereinfacht Folie 29/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

30 Gruppenarbeit Erstellt ein Klassendiagramm für ein Auto Komponenten: Motor, Fahrgestell, Karosserie, Räder, Türen, Fahrer(in), Anhänger, Überlegt euch sinnvolle Methoden und Attribute Überlegt, welche Methoden und Attribute -private, +public oder #protected sein müssen Folie 30/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

31 Lösungsvorschlag Auto +farbe -kilometerstand +beschleunigen() +bremsen() Fahrer -alter +getalter() -offen Tür +öffnen() +schließen() -drehzahl Motor +kraftstoffeinspritzen() Anhänger +gewicht Folie 31/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019

32 Hausaufgabe Skript lesen bis einschließlich Kapitel 4.4 Ihr dürft die Inhalte aus diesen Kapiteln gerne auch aus anderen Quellen als dem Skript nachlesen! Abgabe ist der Folie 32/32 GK C++: Einführung Martin Gottwald und Stefan Röhrl 24. April 2019