Skript. Skript zur Vorlesung Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Thalhofer. Ingenieurinformatik Grundlagen der Programmierung in C++ WS10/11

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1 Skript Skript zur Vorlesung Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Thalhofer Ingenieurinformatik Grundlagen der Programmierung in C++ WS10/11 Prof. Dipl.-Ing. Ulrich Thalhofer Telefon Fax

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3 1 Einführung Der Computer ist eine Maschinerie, die in 2 Sekunden ebenso viele Fehler machen kann wie 50 Leute in 200 Jahren, wenn sie Tag und Nacht arbeiten würden! Dieses Zitat aus unbekannter Quelle soll Sie nicht abschrecken, denn wir lernen bekanntlich ja alle vor allem aus Fehlern! Sie haben sich als Maschinenbaustudent sicherlich schon die Frage gestellt, warum denn nun gerade Sie das Programmieren lernen sollen. Es gibt ja schließlich Informatiker, deren Lebensaufgabe darin besteht Programme zu erstellen, die vom nicht programmierenden Teil der Bevölkerung verwendet werden können. Wozu also das Ganze, wozu die Mühe? Mir fallen auf diese Frage nur zwei Antworten ein: Wir arbeiten alle mit Produkten der EDV, vielleicht kann es ja gar nicht schaden etwas hinter die Kulissen zu schauen und etwas mehr Verständnis für dieses moderne Werkzeug zu bekommen. Das hat Sie noch nicht überzeugt? Dann lassen Sie es mich mit Antwort 2 probieren: Wer programmiert, lernt strukturiert zu denken. Wenn Sie das auch noch nicht auf meine Seite gebracht hat, dann noch eine Antwort, die nicht ganz offiziell ist, weil sie als Frage formuliert ist: Vielleicht macht es Ihnen ja auch irgendwann Spaß? Ich wünsche Ihnen in diesem Semester (und natürlich auch später) viel Erfolg und Spaß beim Programmieren! Und nicht vergessen: Aller Anfang ist schwer! 1.1 Die Stufen der Programmierung Alle Programme, die Sie am Computer verwenden (von Textverarbeitung über CAD bis zum Computerspiel) sind von Menschen erstellt worden. Das ist auch der Grund dafür, dass sie fehlerhaft sind! Leider versteht der Computer noch nicht Umgangssprache. Sein Wortschatz ist begrenzt, sehr begrenzt! Er kennt nur die beiden Zustände 1 und 0 oder ein und aus oder wahr oder falsch oder schwarz oder weiß. Wahrscheinlich fallen Ihnen noch mehr Wortpaare ein (gut und böse, Student und Dozent?). Hält man sich jedoch an ein paar Regeln, sogenannte Syntaxregeln, dann klappt die Verständigung. Man nennt das dann eine höhere Programmiersprache, wie z.b. C++. Der Computer kann diese Formulierungen in einfache Anweisungen übersetzen, die speziell auf seine Möglichkeiten zugeschnitten sind. Man nennt das dann Maschinenbefehle, die innerhalb von Prozessorfamilien gleich sind. Als Mensch, besonders als Programmierer kann man diese Kommandos immer noch verstehen und bezeichnet dies als Assembler. Daraus wird dann zuletzt eine Folge von Nullen und Einsen, die sogenannte Maschinensprache, die allerdings für Nichtcomputer so schwer verständlich ist wie Nieselregen für einen Bewohner der afrikanischen Dürrezone. Im nachfolgenden Bild ist dieser Sachverhalt nochmals dargestellt. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript01(2008/10/06) Kapitel 1 Seite 1

4 Höhere Programmiersprache Assembler Maschinensprache (problemorientiert) (maschinenorientiert) c = a + b; load a add b store c Höhere Programmiersprachen gibt es sehr viele. Die nächste Darstellung zeigt die Entwicklung der Programmiersprachen auf. ALGOL Fortran Pascal BASIC C PL/I Smalltalk COBOL C++ JAVA Die drei folgenden Programme summieren sechs Zahlen. Program Test; Var i : Integer; a, summe : Real; Begin summe := 0; For i:= 1 To 6 Do Begin ReadLn (a); summe := summe + a; End; WriteLn ('Summe : ', summe:10:2); End. Programm 1.1 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript01(2008/10/06) Kapitel 1 Seite 2

5 SUMME = 0 FOR K = 1 TO 6 INPUT A SUMME = SUMME + A NEXT K PRINT Summe : ; SUMME END Programm 1.2 #include <iostream> using namespace std; int main () { int i; double summe = 0, a; for ( i = 0; i<6; i++){ cin >> a; summe += a; cout << Summe: << summe; return 0; Programm 1.3 Das erste Programm ist in Pascal, das zweite in BASIC und das dritte in C++ programmiert. Ähnlichkeiten mit anderen Programmiersprachen sind nicht zufällig. Irgend jemand hat einmal die Äußerung gemacht, dass C++-Programme so aussehen, wie wenn beim Ausdruck der Drucker unterschiedliche und falsche Zeichen und davon auch nicht alle auf das Papier bringt. C++ ist besser als sein Vorgänger C (hieß ganz früher auch B und noch früher A). ++ bedeutet auch um eins mehr, also C = C+1. C++ ist schwerer zu erlernen als manch andere Sprache und man kann auch leichter Fehler einbauen, die schwer zu finden sind. Warum verwenden wir dann diese Programmiersprache? Die Vorteile sind folgende: weit verbreitet in der Praxis universell einsetzbar schnell standardisiert (hardwareunabhängig) objektorientiert Über die zu verwendende Programmiersprache haben wir uns also geeinigt. Wie erstellt man aber nun ein Computerprogramm? Dazu braucht man einen Editor, einen Compiler und einen Linker. In diesem Skript wird Dev-C++ Version ( verwendet und darin finden sich alle obengenannten Werkzeuge oder Tools, wie man sagt. Der generelle Ablauf sieht so aus: Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript01(2008/10/06) Kapitel 1 Seite 3

6 Erzeugung eines lauffähigen Programmes Problembeschreibung Modellbildung (Entwurf von Datenstrukturen und Algorithmen) Editor (Quellcode) Quellprogramm editieren Compiler (Objektcode) Compilieren (Übersetzen) Fehlerkorrektur/ Vervollständigung Linker (executable) Linken (Binden der Objektprogramme) Ausführen und Testen Fertiges Programm Die Zeit, die auf Fehlerkorrekturen verwendet wird, sollte nicht unterschätzt werden. Auch wenn das Programm läuft, heißt es noch nicht, dass es auch richtig funktioniert. Konkret verläuft die Programmerstellung mit Dev-C++ so ab: Datei Neu Quelldatei Programm eintippen Ausführen Kompilieren+Ausführen Und nicht vergessen: Ab und zu das Erarbeitete sichern! Leider schließt das Programm automatish das DOS-Fenster, in dem das Ergebnis des Programms angezeigt wird. Deshalb sollten in die Datei folgende Zeilen aufgenommen werden: #include <iostream> using namespace std; int main () { // hier stehen die // Anweisungen des Programms system ( pause ); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript01(2008/10/06) Kapitel 1 Seite 4

7 Sollten Sie lieber den Visual C++-Compiler (Version 6.0) von Microsoft verwenden, so sind folgende Schritte zur Programmerstellung nötig: Visual C++ starten Neue CPP-Datei erstellen: Datei > Neu Dateien: C++-Quellcodedatei Datei speichern: Datei > Speichern (z.b. uebung1.cpp) Wichtig: In Ihrem Ordner speichern!! Programm eintippen und speichern Datei kompilieren: Erstellen > Kompilieren von uebung1.cpp Meldung: Der Befehl Erstellen erfordert... > ja Programm ausführen: Erstellen > Ausführen von uebung1.exe Das Grundgerüst sieht dann etwa so aus: #include <iostream> //falls benötigt int main () { // hier stehen die // Anweisungen des Programms return 0; Die include-datei (wird im nächsten Kapitel erklärt) kann als iostream oder iostream.h geschrieben werden. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript01(2008/10/06) Kapitel 1 Seite 5

8 2 Programmaufbau Beispiel: #include <iostream> using namespace std; int main () { // Einbindung Ein- und // Ausgabefunktionen // legt Standardbereich fest // Beginn des Hauptprogramms /* Berechnung von Umfang und Fläche eines Kreises Erstellt von: am: */ const float PI = ; float radius, flaeche, umfang; cout << "Eingabe Radius: "; cin >> radius; flaeche = radius * radius * PI; umfang = 2 * radius * PI; cout << "Fläche: " << flaeche << endl; cout << "Umfang: " << umfang << endl; system ("pause"); return 0; // konstante Werte // variable Werte // Eingabe // Berechnung // Ausgabe // hält DOS-Fenster offen // Ende des Programms Header-Datei #include <iostream> using namespace std; der Inhalt der Datei iostream.h wird eingefügt Bibliothek mit Definitionen iostream.h: cin, cout Der namespace (Bereich) wird auf Standard eingestellt. main int main () { return 0; // hier beginnt der Computer zu arbeiten // hier endet das Programm Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript02(2006/10/05) Kapitel 2 Seite 1

9 Kommentar nicht nötig, aber sehr nützlich ein Kommentar wird vom Computer nicht beachtet Beispiele: /* Dies sind Infos für den Programmierer. */ y = sqrt(x); // Vorsicht bei negativen x-werten! Konstante const float PI = ; float: Datentyp PI : Bezeichner : Wert ein konstanter reeller Wert mit Namen PI und dem Wert 3,1416 kann im Programm nicht auf einen anderen Wert gesetzt werden Variable float radius; float: Datentyp radius: Bezeichner eine Variable mit Namen radius (kein Wert zugewiesen) float radius = 0; (mit Wertzuweisung) Bezeichner Groß- und Kleinschreibung wird unterschieden Länge des Bezeichners vom verwendeten C++-Compiler abhängig (meist 32 Zeichen signifikant) erstes Zeichen muss Buchstabe sein Sonderzeichen (!, $, ä, +, Leerzeichen,...) nicht erlaubt zulässig: h2s04, uebung1, uebung_1 unzulässig: 1a, V2A-Stahl, main, Übung13, uebung 1 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript02(2006/10/05) Kapitel 2 Seite 2

10 Block int main () { //ein Block in geschweiften Klammern return 0; geschweifte Klammern fassen Anweisungen zusammen Anweisungen enden mit einem ; z.b.: summe = f1 + f2; a = 3.4; cout << "hallo"; Ein-/Ausgabe #include <iostream.h> cout << "Eingabe Radius:"; Oder: cout << "Eingabe Radius:" << endl; //neue Zeile cin >> radius; ACHTUNG: bei cin können nur Variable stehen!! FALSCH: cin >> radius >> endl; cin >> "hallo"; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript02(2006/10/05) Kapitel 2 Seite 3

11 Übungsaufgaben: Aufgabe 2.1: Schreiben Sie jeweils ein C++-Programm, das die Temperatur in Grad Celsius einliest, die entsprechende Temperatur in Grad Fahrenheit errechnet und ausgibt. die umgekehrte Umrechnung ausführt. Formel: fahrenheit = 9.0/5.0 celsius ; Kontrollieren Sie das Ergebnis! Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript02(2006/10/05) Kapitel 2 Seite 4

12 3 Datentypen und Operatoren 3.1 Einfache Datentypen Alle Daten werden vom Computer im Binärformat gespeichert. Damit der Computer weiß, um welche Daten (Zahlen, Texte, logische Größen) es sich handelt,muß ihm der Datentyp mitgeteilt werden Ganze Zahlen Datentyp Anzahl Bits Wertebereich short unsigned short int unsigned int long unsigned long Achtung: Zahlendarstellung kann von Compiler und Rechner abhängen! Bei Bereichüberschreitung keine Fehlermeldung! Dualsystem: = = = = = = Vorzeichenlose Zahlen mit 3 Bit: (2 3 1) Vorzeichenbehaftete Zahlen mit 3 Bits: linksseitiges Bit für Vorzeichen ( 0: positiv, 1: negativ) positive Zahlen: negative Zahlen: Zweierkomplement (alle Bits invertieren, dann 1 adieren) -1 : = Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 1

13 3.1.2 Reelle Zahlen Datentyp Anzahl Bits Wertebereich Genauigkeit float 32 ± 3, ± 3, double 64 ± 1, ± 1, long double 80 ± 3, ± 3, Achtung: Wertebereich und Genauigkeit sind auch hier rechner- bzw. compilerabhängig! Die Genauigkeit bezieht sich immer auf die Gesamtanzahl der Stellen der Zahl! Sehr kleine und sehr große Zahlen sind nicht darstellbar! Beispiele zur Ein-/Ausgabe: , E2 0, = e-3 0,0034 Beispiel für Berechnung von Genauigkeit und Wertebereich: Zeichen 64 bit: 1 Vorzeichen Bit + 52 Mantisse-Bits , Stellen Genauigkeit 1 Exp. Vorzeichen Bit + 10 Exponenten Bits 2 10 = Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen werden als Zeichen (Character) in einer Tabelle (ASCII-Tabelle) codiert. ASCII = American Standard Code for Information Interchange Beispiel: '0' = 48 '9' = 57 'A' = 65 'a' = 97 'Z' = 90 'z' = 122 Beispiel zur Verwendung von Zeichen in einem Programmteil: char zeichen, x; zeichen = 'a'; x = '8'; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 2

14 Unterschied zwischen einer Ziffer und einem Zeichen: char zeichen; int zahl; zeichen = '8'; zahl = 8; // char-variable hat den Wert 56 (das // Zeichen '8') gespeichert // int-variable hat den Wert 8 gespeichert Logischer Datentyp Dieser Datentyp kann nur die beiden Werte wahr (true =1) oder falsch (false = 0) annehmen. bool logisch; logisch = 0; // false 3.2 Operatoren Arithmetische Operatoren für ganze Zahlen: + Addition - Subtraktion * Multiplikation / Division für ganze Zahlen (9/5 ergibt 1, da 5 in 9 1-mal enthalten ist) % Modulo (9 % 5 ergibt 4, bei der Ganzzahldivison bleibt ein Rest von 4) für reelle Zahlen: + Addition - Subtraktion * Multiplikation / Division ( 9.0 / 5 ergibt 1.8 ) Auch in C++ gilt: Punkt vor Strich! Soll die Reihenfolge geändert werden, so sind runde Klammern zu verwenden! a = 9.0/5 + 2; // a enthält den Wert 3.8 b = 8.0 / (5-1); // b enthält den Wert 2 C++ - spezifische Operatoren: i++; i--; ++i; --i; i=i+1; i=i-1; i=i+1; i=i-1; Vorsicht bei Verwendung in Kombination mit dem Zuweisungsoperator: i=5; a =++i; // a enthält 6 und i enthält 6 i=5; a=i++; // a enthält 5 und i enthält 6 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 3

15 weitere Beispiele: a += 5; a *= 5; a /= 5; usw. a = a+5; a = a*5; a = a/5; Zuweisungsoperator: a = a + 3; // addiere zur Variablen a den Wert 3 und speichere das Ergebnis // in der Variablen a Logische Operatoren a) Vergleichsoperatoren Operator Bedeutung == gleich (identisch) < kleiner <= kleiner gleich > größer >= größer gleich!= ungleich bool x; x = 3.14 > 3; x = 'A' > 'B'; // x enthält den Wert true // x enthält den Wert false b) Verknüpfungsoperatoren Es können nur logische Werte verknüpft werden! Operator Bedeutung && und oder! nicht Ausführungsreihenfolge:! - && - Wahrheitstabellen NICHT true false false true ODER true false true true true false true false UND true false true true false false false false Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 4

16 Bereichsdarstellung: mathematisch: 0 < a 2 in C++: 0 < a && a <= Standardfunktionen mathematische Funktionen: #include <cmath> hier werden die math. Funktionen definiert Hinweis: in cmath.h ist auch meistens die Konstante π gespeichert (M_PI) y = x ; y = fabs (x); f y = x ; y = pow (x,f); y = x; y = sqrt (x); y = sin x; y = sin (x); x im Bogenmaß für alle trigonometr. Funktionen! y = cos x; y = tan x; y = arcsin x; y = cosh x; y = cos (x): y = tan (x); y = asin (x); y = cosh (x); x y = e ; y = ln x; y = lg x; y = exp (x); y = log (x); y = log10 (x); Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 5

17 Übungsaufgaben: Aufgabe 3.1 Schreiben Sie ein C++ - Programm, das das bestimmte Integral ox sin ax 2 ( ) cos( ax) ux dx in den Grenzen ux und ox berechnet. Der Parameter a kann frei gewählt werden. Formel zur Berechnung: sin 2 ( ax) sin( ax) 1 ax π dx = + ln tan + cos( ax) a a 2 4 Benötigte mathematische Formeln in C++: mathematisch sin x tan x ln x x tan x C++ (in cmath) sin (x) tan (x) log (x) fabs (x) tan (x) Aufgabe 3.2: Zahlentauschen Schreiben Sie ein C++ - Programm, das 3 ganze Zahlen einliest und in umgekehrter Reihenfolge wieder ausgibt. Beispiel: Eingabe: Ausgabe: Aufgabe 3.3: Wortdrehung Schreiben Sie ein C++ - Programm, das ein Wort mit vier Buchstaben einliest, die Buchstaben verdreht und das gedrehte Wort ausgibt. Beispiel: Eingabe: RABE Ausgabe: EBAR Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 6

18 Aufgabe 3.4: Datumsformate Schreiben Sie ein C++ - Programm, das eine Datumsangabe in amerikanischer Form ( MM /TT /JJJJ ) einliest Beispiel: 4/2/2001 oder 11/22/1954 in die deutsche Schreibweise ( TT.MM.JJJJ ) umwandelt und ausgibt. Beispiel: oder Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript03 (2007/03/17) Kapitel 3 Seite 7

19 4 Kontrollstrukturen 4.1 Verzweigungen bisher: Ausführung der Anweisungen in sequentieller Reihenfolge Verzweigung: Überspringen von Anweisungen if-anweisung Beispiel zur Berechnung der Quadratwurzel: #include <iostream> #include <cmath> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { /* Berechnung der Quadratwurzel bei negativer Zahl erfolgt eine Fehlermeldung */ double x, y; cout << "Zahl eingeben: "; cin >> x; if (x >= 0) { // geschweifte Klammern nur nötig, wenn hier mehr // als eine Anweisung steht y = sqrt(x); cout << "Ergebnis: " << y << endl; else { // geschweifte Klammern hier eigentlich // nicht nötig cout << "Fehler: Negative Eingabe!" << endl; system ("pause"); return 0; allgemeines Schema: if (Bedingung) { Anweisungsteil 1 else { Anweisungsteil 2 Wenn die Bedingung wahr ist, dann wird Anweisungsteil 1 ausgeführt, andernfalls Anweisungsteil 2. Der else-zweig muss nicht vorhanden sein, dann wird die Anweisung nach dem Anweisungsteil 1 ausgeführt, wenn die Bedingung nicht wahr ist. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 1

20 if-anweisungen dürfen geschachtelt werden: a > 5 ja nein b = 0 0<= c < 10 ja nein ja nein A B C c >= 10 ja D E nein if (a > 5){ if (b == 0){... //A if (b!= 0){...//B if (a <= 5){ if (0 <= c && c < 10){...//C if (c >= 10){...//D if (c < 0){...//E besser mit else: if (a > 5){ if (b == 0){...//A else {...//B else { if (0 <= c && c < 10){...//C else { if (c >= 10) {...//D else {...//E Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 2

21 Achtung: Fehler 1: Nach der Bedingung der if-anweisung darf kein ; stehen FALSCH: if (a < 0) ; else ; Fehler 2: if (a < 0)... else (a>=0) // bei else darf keine Bedingung stehen! Fehler 3: if (a = b)ist falsch und sollte if (a == b) heißen! Auf richtige Klammerung achten: 1. Fall: 2. Fall: if (x == 1) if (y == 1) cout << "x == 1 y == 1"; else // else gehört zu (y == 1) cout << "x == 1 y!= 1"; if (x == 1){ if (y == 1) cout << "x und y sind 1"; else // else gehört zu (x == 1) cout << "x!= 1 y beliebig"; Beispiel 1: Maximum von 2 Zahlen bestimmen #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { double d1, d2, max; cout << "2 reelle Zahlen:"; cin >> d1 >> d2; if (d1 > d2) max = d1; else max = d2; cout << "Maximum: " << max; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 3

22 Beispiel 2: Maximum von 3 Zahlen bestimmen #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { double d1, d2, d3, max; cout << "3 reelle Zahlen:"; cin >> d1 >> d2 >> d3; if (d1 > d2 && d1 > d3) max = d1; else if (d2 > d1 && d2 > d3) max = d2; else max = d3; cout << "Maximum: " << max; system ("pause"); return 0; Alternative Lösung: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { double d1, d2, d3, max; cout << "3 reelle Zahlen:"; cin >> d1 >> d2 >> d3; max = d1; if (d2 > max) max = d2; if (d3 > max) max = d3; cout << "Maximum: " << max; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 4

23 Übungsaufgaben: Aufgabe 4.1: if-anweisung (Quadratische Gleichung) Schreiben Sie ein C++ - Programm, das die allgemeine quadratische Gleichung löst: ax 2 + bx + c = 0 Dazu sollen die Koeffizienten a, b und c eingelesen und die Lösungen nach der bekannten Formel berechnet werden: x 1/ 2 b ± = 2 b 2a 4ac Hinweise: Benützen Sie die Diskriminante D = b 2 4ac zur Fallunterscheidung Betrachten Sie reelle und komplexe Lösungen Der Sonderfall a = 0 soll abgefangen werden Test: 4 x² - 36 x + 81 = 0; 2 x² + 2 x - 12 = 0; x² - 2 x + 2 = 0; Aufgabe 4.2: Zahlenfolge (if-anweisung) Schreiben Sie ein C++-Programm, das 4 verschiedene Zahlen vom Bildschirm einliest, die größte und die zweitgrößte Zahl bestimmt und am Bildschirm ausgibt. Beispiel: Eingabe: Ausgabe: größte Zahl: 8 Zweitgrößte Zahl: 4 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 5

24 Bemerkungen: Bestimmen Sie die größte und die zweitgrößte Zahl nicht getrennt, sondern in einer logischen Struktur. Verarbeiten Sie zunächst 2 Zahlen und nehmen Sie die beiden anderen Zahlen einzeln hinzu. Aufgabe 4.3: Ergänzen Sie das Programm aus Aufgabe 4.2 so, daß Sie alle 4 Zahlen nach fallender Größe ausgeben können. Beispiel: Eingabe: Ausgabe: Bemerkung: Der Algorithmus von Aufgabe 4.2 soll dabei so weit wie möglich verwendet werden. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 6

25 4.1.2 switch-anweisung Verwendung der switch-anweisung: Auswahl mehrerer Möglichkeiten nur Aufzählungstypen (ganze Zahlen, Zeichen) erlaubt keine Bereichsangaben ( 'A' bis 'Z') möglich Beispiel: In einer Variablen tag wird der Wochentag gespeichert. Je nach Inhalt der Variablen (1,2,..,7) soll der Wochentag (Montag, Dienstag,..., Sonntag) auf dem Bildschirm ausgegeben werden. Programmierung mit if-anweisung: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int tag; tag = 2; // für Testzwecke if (tag ==1) cout << "Montag" << endl; if (tag ==2) cout << "Dienstag" << endl; if (tag ==3) cout << "Mittwoch" << endl; if (tag ==4) cout << "Donnerstag" << endl; if (tag ==5) cout << "Freitag" << endl; if (tag ==6) cout << "Samstag" << endl; if (tag ==7) cout << "Sonntag" << endl; if (tag <1 tag > 7) cout << "fehlerhafte Eingabe" << endl; system ("pause"); return 0; Programmierung mit switch-anweisung: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int tag; tag = 2; // für Testzwecke switch (tag){ case 1: cout << "Montag" << endl; break; case 2: cout << "Dienstag" << endl; break; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 7

26 case 3: cout << "Mittwoch" << endl; break; case 4: cout << "Donnerstag" << endl; break; case 5: cout << "Freitag" << endl; break; case 6: cout << "Samstag" << endl; break; case 7: cout << "Sonntag" << endl; break; default: cout << "fehlerhafte Eingabe!" << endl; system ("pause"); return 0; Beispiel: Eingabe der Buchstaben A, B, C in Groß- oder Kleinschreibung Ausgabe der Lage im Alphabet (1,2,3) #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char buchstabe; buchstabe = 'B'; // für Testzwecke switch (buchstabe){ case 'A': case 'a': cout << "1.Buchstabe im Alphabet" << endl; break; case 'B': case 'b': cout << "2.Buchstabe im Alphabet" << endl; break; case 'C': case 'c': cout << "3.Buchstabe im Alphabet" << endl; break; default: cout << "fehlerhafte Eingabe!" << endl; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 8

27 allgemeines Schema: switch (Ausdruck) { // Ausdruck: aufzählbarer // Datentyp (z.b. int, char) case wert11: // wert11 muss konstant sein case wert12: Anweisung1; break; // Verlassen der switch-anweisung case wert21: case wert22: Anweisung2; break; default: alternative Anweisung; // optional switch-anweisungen können geschachtelt werden (statt Anweisung1 kann wieder eine switch-anweisung stehen) Übungsaufgaben: Aufgabe 4.4 Geben Sie einen Monat (1, 2,..., 12) ein und das Programm ermittelt die Anzahl der Tage des Monats (ohne Schaltjahr). Aufgabe 4.5 Wandeln Sie eine römische Ziffer in den zugehörigen Dezimalwert um. I, i 1 V, v 5 X, x 10 L, l 50 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 9

28 Aufgabe 4.6 Schreiben Sie ein C++ - Programm, das 2 reelle Zahlen einliest. Danach wird einer der Operatoren (+,-,*,/) eingegeben. Je nach Operator werden die beiden Zahlen verknüpft und das Ergebnis ausgegeben. Bei der Division ist zu beachten, dass der Nenner nicht null sein darf. Bei falscher Eingabe des Operators erfolgt eine Fehlermeldung. Das Programm ist in Eingabeteil, Berechnung und Ausgabeteil zu gliedern. Aufgabe 4.7 Ergänzen Sie das Programm aus Aufgabe 4.6 so, dass als weitere Operation die Ganzzahl- Division und die Ermittlung des Restes durchgeführt werden kann. Dazu werden die reellen Zahlen in Ganzzahlen umgewandelt. Bei Ganzzahl-Division erfolgt immer die Ermittlung des Restes (kein weiterer Operator). Beispiel für Ganzzahl-Division: Geben Sie zwei reelle/ganze Zahlen ein: 19 5 Geben Sie einen Operator ein (+,-,*,/,%): % Ergebnis: 3 Rest 4 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 10

29 4.2 Schleifen Literaturhinweis: Breymann C++ 8.Auflage S Wiederholung einer Teilaufgabe in einem Programm while-schleife Beispiel: Ein Programm wiederholt solange eine Eingabe, bis nicht mehr 'J' eingegeben wird #include <iostream> #include <cstdlib> #include <cctype> // siehe toupper() using namespace std; int main () { char antwort = 'J'; // Vorbelegung ist nötig while (antwort == 'J'){ cout << "Eingabe von J oder j --> weiterfragen "; cin >> antwort; antwort = toupper (antwort); // wandelt Klein- in // Großbuchstaben um system ("pause"); return 0; allgemeines Schema: while (Bedingung) // Bedingung wahr, dann wird Anweisung ausgeführt Anweisung // wenn Bedingung falsch, dann wird Anweisung nicht mehr // ausgeführt Wenn die Bedingung von Anfang an nicht wahr ist, dann wird die Schleife nie durchlaufen! weiteres Beispiel: Bestimmung des größten gemeinsamen Teilers zweier natürlicher Zahlen (Algorithmus nach Euklid) Beispiel: ggt(84,36) = = 2 * 2 * 3 * 7 36 = 2 * 2 * 3 * 3 Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 11

30 Algorithmus nach Euklid: ggt(x,x) = x ggt(x,y) = ggt(x, y-x) falls x<y #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { unsigned int x, y; cout << "2 natuerliche Zahlen: "; cin >> x >> y; cout << "ggt von " << x << " und " << y << " ist: " ; while (x!= y){ if (x > y) x = x - y; else y = y - x; cout << x << endl; system ("pause"); return 0; do while-schleife Literaturhinweis: Breymann C++ 8.Auflage S.75f Beispiel: Ein Programm zwingt den Benutzer solange eine Zahl einzugeben, bis sie größer als Null ist. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int x; do { cout << "Ganze Zahl > 0: "; cin >> x; while (x <= 0); system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 12

31 allgemeines Schema: do { Anweisung while (Bedingung); Die do while-schleife wird immer mindestens ein Mal ausgeführt. Verwendung: Abfrage von Zahlen solange bis richtige Eingabe erfolgt Wiederholung des Programms ohne Neustart (siehe folgendes Beispiel) #include <iostream> #include <cstdlib> #include <cctype> using namespace std; int main () { char weiter; do { cout << "Programm wiederholen? [J/N] "; cin >> weiter; weiter = toupper (weiter); while (weiter == 'J'); // (weiter!= 'N')??? system ("pause"); return 0; for-schleife Literaturhinweis: Breymann C++ 8.Auflage S Beispiel: Ausgabe der Zeichen und Codierungen in der ASCII-Tabelle von 65 bis 122 #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int i; for (i=65; i<= 122; i++){ cout.width(3); // sorgt dafür, dass 3 Stellen Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 13

32 // ausgegeben werden für i cout << i << " " << (char)i << endl; // (char) i gibt das Zeichen und // nicht den Zahlenwert an system ( "pause "); return 0; Allgemeine Syntax: for (Initialisierung; Bedingung; Veränderung) Anweisung Verwendung der for-schleife, wenn die Anzahl der Durchläufe bekannt ist! Weiteres Beispiel: Berechnung der Fakultät einer Zahl 4! = 1 * 2 * 3 * 4 = 24 #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { unsigned int n, i; unsigned long fakul = 1; cout << "Positive, ganze Zahl: "; cin >> n; for (i=2; i<= n; i++){ fakul = fakul * i; cout << "Fakultaet von " << n << " ist: " << fakul; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 14

33 4.2.4 break und continue Literaturhinweis: Breymann C++ 8.Auflage S break: continue: Verlassen der Schleife Überspringen des restlichen Schleifenkörpers Beispiel: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char c; while (true) { // Endlosschleife, auch // for (;;) möglich cout << "Auswahl a, b oder x = Ende : "; cin >> c; if (c == 'a') { cout << "Programm a wird ausgefuehrt! " << endl; continue; // zurück zur Auswahl if (c == 'b') { cout << "Programm b wird ausgefuehrt! " << endl; continue; // zurück zur Auswahl if (c == 'x') break; // Schleife verlassen cout << "Falsche Eingabe! " << endl; cout << "Programmende! " << endl; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 15

34 Übungsaufgaben Aufgabe 4.8 Formulieren Sie das Programm aus Kapitel um, so dass ein äquivalentes Programm entsteht ohne die Verwendung von break und continue. Statt der if-anweisung soll switch benutzt werden. Aufgabe 4.9 Welche Ausgabe liefert folgendes Programm? Schachtelung von for-schleifen #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int i, j, k; for (i=1; i<=2; i++) for (j=1; j<=3; j++) for (k=1; k<=4; k++) cout << i << " " << j << " " << k << endl; system ("pause"); return 0; Ausgabe: i j k i j k Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 16

35 Aufgabe 4.10 Welche Ausgabe liefert folgendes Programm? #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { int i, j, k, ksum=0, sum=0; for (i=1; i<=3; i++) for (j=i; j<=3; j++) for (k=j-i; k<=j; k++){ cout << i << " " << j << " " << k << endl; ksum++; sum = sum + k; cout << ksum << " " << sum; system ("pause"); return 0; Ausgabe: i j k ksum = sum = Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 17

36 Aufgabe 4.11 Bisektionsverfahren Bei der Untersuchung des Schubkurbelgetriebes tritt die Bestimmungsgleichung auf f x = x 3 x 2 x 0,04=0 Bestimmen Sie mit Hilfe des Bisektionsverfahrens diese Nullstelle auf 5 Dezimalstellen genau. Ermitteln Sie dabei die Anzahl der Iterationen, die zur Bestimmung notwendig sind. Lösung: x = 0, Aufgabe 4.12 Fünf Leute haben versucht, die Summe der Zahlen von 1 bis 100 zu berechnen. Beurteilen Sie die folgenden Lösungsvorschläge: (a) int n = 1, sum = 0; while (n <= 100) { ++n; sum = sum + n; (b) int n = 1, sum = 1; while (n < 100) n = n + 1; sum = sum + n; (c) int n = 100; int sum = n*(n+1)/2; (d) int n = 1, sum; while (n < 100) { sum = 0; n = n + 1; sum = sum + n; (e) int n = 1, sum = 0; while (n <= 100) { sum = sum + n; n++; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 18

37 Aufgabe 4.13 Schreiben Sie ein C++ - Programm, das für die Funktion π f ( x) = x 0,2 sin x 8 eine Nullstelle im Bereich auszugeben. π 0 < x < berechnet. Die Anzahl der benötigten Iterationsschritte ist 2 Als Iterationsformel ist der Ansatz nach Newton-Raphson zu verwenden. Newton-Raphson: x i+ 1 = x i f ( xi ) f ( x ) i Anmerkungen: Bestimmen Sie die Nullstelle auf 5 Dezimalstellen genau. Verwenden Sie eine do- while Schleife. Geben Sie einen Startwert für x vor, der im angegebenen Bereich liegt. Sollte die Iterationsformel nicht zu einem Ergebnis konvergieren (Die Unterschiede der berechneten x i sollte immer kleiner werden!), so muss das Programm nach einer bestimmten Anzahl von Iterationsschritten abbrechen. Aufgabe 4.14 Unter Primzahlen versteht man natürliche Zahlen, die nur durch 1 und sich selbst teilbar sind. Beispiel: 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, Schreiben Sie ein Programm, das eine natürlich Zahl > 2 einliest und die Primfaktorzerlegung berechnet. Beispiel: Eingabe: 728 Ausgabe: 728 = 2 * 2 * 2 * 7 * 13 Aufgabe 4.15 Numerische Integration (Trapezregel) Schreiben Sie ein Programm, das mit der Trapezregel die Funktion f(x) = sin (x) + cos (2x) innerhalb beliebiger Grenzen a und b numerisch integriert. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite 19

38 Die Trapezformel lautet: n: Anzahl der Intervalle T(n): Integralwert bei n Intervallen a: linke Integrationsgrenze b: rechte Integrationsgrenze h: Schrittweite h = (b-a)/n Geben Sie a, b und n ein! Aufgabe 4.16 Numerische Integration (Simpsonformel) Berechnen Sie das Integral obiger Funktion mit der Simpson-Formel. 1 für i = 0 oder i = n C i = 4 für i ungerade 2 für i gerade, i 0, i n Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript04 (2007/03/17) Kapitel 4 Seite = = 1 1 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( n i h i a f b f a f h n T = + = n i i h i a f c h n S 0 ) ( 3 ) (

39 5 Erweiterte Datentypen 5.1 Arrays Eindimensionale Felder Aufgabe: Belegung von 4 Variablen mit den Werten int z1, z2, z3, z4; z1 = 1; z2 = 2; z3 = 3; z4 = 4; Erweiterung der Aufgabenstellung: Belegung von 100 Variablen mit den Werten int z[100], i; for (i=0; i<100; i++) z[i] = i+1; Definition von eindimensionalen Feldern: Datentyp Feldname [ Anzahl_der_Elemente ]; Anzahl_der_Elemente muss ein konstanter Wert sein! Beispiel: int a[100]; // 100 ganzzahlige Werte double x[3000], messwerte [67]; // 3000 x-werte (reelle Zahlen),... const int ANZ = 100; double werte[anz]; Initialisierung von Feldern: int feld[3] = {-1, 300, 6; Zugriff auf einzelne Elemente des Feldes: feld[0] = -1; feld[1] = 300; feld[2] = 6; WICHTIG: Die untere Feldgrenze ist immer Null, somit ist der höchste Index Anzahl_der_Elemente 1! Bereichsüberschreitungen werden vom Compiler nicht gemeldet! Dies kann zu unvorhersehbaren Fehlern im Programm führen! Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 1

40 Initialisierung eines Teiles der Elemente: int a[100] = {1, 2, 3; // die restlichen Elemente werden mit null belegt!! Ein- und Ausgabe von Feldern: int a[20]; cout << "Geben Sie 20 ganzzahlige Werte ein: "; for (i=0; i<20; i++) cin >> a[i]; cout << "Elemente des Feldes :" << endl; for (i=0; i<20; i++) cout << a[i]; Eine Ausgabe cout << a; ist nicht möglich! Beispiel: Lösung: Erstellen Sie ein Programm, das aus der Zahlenfolge 10, -3.5, 4, 6, 9, -1, 22, 11, 4.9, 10.6 die größte und kleinste Zahl ermittelt und ausgibt. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { const int N = 10; double x[n] = {10, -3.5, 4, 6, 9, -1, 22, 11, 4.9, 10.6, xmax, xmin; int i; xmax = x[0]; xmin = x[0]; for (i=0; i<n; i++){ if (x[i] > xmax) xmax = x[i]; if (x[i] < xmin) xmin = x[i]; cout << "Maximum: " << xmax << endl << "Minimum: " << xmin << endl; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 2

41 5.1.2 Mehrdimensionale Felder Definition eines zweidimensionalen Feldes: int m[2][3] = {{ 2, 4, -5, {10, -1, 11; m=[ ] Eingabe eines zweidimensionalen Feldes: cout << "Matrix mit 2 Zeilen und 3 Spalten eingeben: " << endl; for (i=0; i<2; i++) for (j=0; j<3; j++) cin >> m[i][j]; Ausgabe eines zweidimensionalen Feldes: cout << "Matrix m = " << endl; for (i=0; i<2; i++){ for (j=0; j<3; j++) cout << m[i][j]; cout << endl; Beispiel: Lösung: Erstellen Sie ein Programm, das zwei Matrizen addiert. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { const int ZEILEN = 3, SPALTEN = 4; int a[zeilen][spalten] = {10, -3, 4, 6, 9, -1, 22, 11, 4, 9, 10, 6, b[zeilen][spalten] = { 1, 14, 7, 5, 2, 12,-11, 0, 7, 2, 1, 5, c[zeilen][spalten], i, j; Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 3

42 for (i=0; i<zeilen; i++) for (j=0; j<spalten; j++) c[i][j]=a[i][j] + b[i][j]; for (i=0; i<zeilen; i++){ for (j=0; j<spalten; j++){ cout.width(4); // 4 Stellen pro Matrixelement cout << c[i][j]; cout << endl; // nach jeweils 4 Spalten eine neue // Zeile system ("pause"); return 0; Zeichenketten Texte können in char-arrays gespeichert werden. Beispiel: Konstanter Text mit max. 19 Zeichen: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char z[20] = "Text mit 19 Zeichen"; // 19 Zeichen + Terminator (ASCII-Null) cout << z << endl; system ("pause"); return 0; Text wird eingelesen: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char z[20]; cout << "Text mit 19 Zeichen:"; cin >> z; //Leerzeichen beendet Eingabe cout << z << endl; system ("pause ); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 4

43 Eingabe mit Leerzeichen: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char z[20]; cout << "Text mit 19 Zeichen: "; cin.getline(z,20); //liest auch Leerzeichen cout << z; system ("pause"); return 0; Belegung der einzelnen Elemente des Feldes: #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; int main () { char z[20]; int i; cout << "Text mit 19 Zeichen: "; for (i=0; i<19; i++) cin >> z[i]; z[19]='\0'; cout << z; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 5

44 5.2 Aufzählungstypen Will man die Wochentage nicht mit Zahlen bezeichnen, so kann man einen Datentyp Wochentag definieren. #include <iostream> #include <cstdlib> #include <cstring> using namespace std; int main () { enum Wochentag {Montag, Dienstag, Mittwoch, Donnerstag, Freitag, Samstag, Sonntag; Wochentag heute; //char *ausgabe = "Donnerstag"; char ausgabe [20]; heute = Montag; cout << heute; //besser: switch (heute) { case Montag: strcpy(ausgabe, "Montag"); break; case Dienstag: strcpy(ausgabe, "Dienstag"); break; // usw. cout << "Heute ist " << ausgabe << endl; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 6

45 Übungsaufgaben: Aufgabe 5.1 Schreiben Sie ein Programm, das zwei quadratische (3 x 3) Matrizen A und B einliest und das Matrixprodukt C = A * B berechnet. Formel: = = = , * j jk ij ik k i b a c Programmablauf: Einlesen der Matrix A Einlesen der Matrix B Berechnung der Matrix C = A * B nach obiger Formel Ausgabe der Matrix C (in bekanntem Matrixschema) Beispiel: = * Ingenieurinformatik FH Augsburg/FMaschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript05 (2006/10/05) Kapitel 5 Seite 7

46 6 Modulare Programmierung (Functions) 6.1 Definition Programmteile, die öfter in einem Programm verwendet werden, können als Unterprogramme vereinbart werden. Bei der Verwendung von Unterprogrammen (Functions) sind folgende Regeln einzuhalten: 1. Definition eines Prototypen vor dem Aufruf der Function 2. Aufruf mit passenden Argumenten Die Definition von Prototypen sieht folgendermaßen aus: Datentyp Function-Name (Datentyp Argument1, Datentyp Argument2,...); Vor jedem Argument muss der Datentyp stehen, auch wenn alle Argumente vom gleichen Datentyp sind! So kann bereits der Compiler feststellen, dass Prototyp und Aufruf der Function nicht übereinstimmen und das Programm merkt dies nicht erst bei der Programmausführung. Die Namen der Argumente (Argument1 und Argument2) können weggelassen werden. Der Aufruf der Function geschieht über den Function-Namen. In runden Klammern folgen dahinter die Argumente. Hat die Function keine Argumente, so werden nur die leeren Klammern angegeben. Die Syntax eines Function-Aufrufs kann folgendermaßen geschrieben werden: Function-Name (Arument1, Arument2,...); Nach Ausführung der Function wird die Programmausführung automatisch bei der auf den Function-Aufruf folgenden Anweisung fortgesetzt. Liefert die Function einen Wert (Funktionswert) zurück, dann muss sie die Anweisung return Funktionswert; enthalten. An dieser Stelle erfolgt die Rückkehr ins aufrufende Programm, unabhängig davon, ob die Function komplett abgearbeitet wurde oder nicht. In Programm 6.1 wird eine einfache Function verwendet, die als Funktionswert das Doppelte des Arguments liefert, wenn das Argument positiv ist. Bei negativem Argument wird als Funktionswert der doppelte positive Wert zurückgegeben. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 1

47 #include <cstdlib> #include <iostream> using namespace std; // Ist für Haupt- und int doppelt (int x); // Prototyp int main () { int i, r; cout << "Eingabe ganze Zahl: "; cin >> i; r = doppelt (i); cout << r << endl; system ("pause"); return 0; // Unterprogramm gültig! // Hier endet das Hauptprogramm! // Aufruf des Unterprogramms, // mit dem Argument i // und dem Funktionswert r // Hier beginnt die Definition des Unterprogramms int doppelt (int x) { //der Wert von i wird in x eingesetzt int d; if (x > 0 ) else d = 2*x; d = -2*x; return d; Programm 6.1 // der Wert von d wird an das aufrufende Programm // zurückgegeben Programm 6.2 entspricht Programm 6.1 bis auf folgende Änderungen: 1. Der Prototyp verwendet keinen Argumentnamen, was zulässig ist. 2. Das Argument ist eine Konstante (der Zahlenwert 7). 3. Es gibt keine Variable, die den Funktionswert aufnimmt (wie r im vorigen Beispiel). Es erfolgt direkt die Weitergabe des Funktionswertes an cout. 4. Im Unterprogramm wird keine zusätzliche Variable (d) benötigt, da direkt in der Verzweigung der Wert für das Produkt zurückgegeben wird. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 2

48 int doppelt (int ); // Prototyp ohne Argument int main () { cout << doppelt (7) << endl; system ("pause"); return 0; int doppelt (int x) { if (x > 0 ) else return 2*x; return -2*x; Programm 6.2 In Programm 6.2 wird deutlich, dass der Name des Arguments x in der Function nicht mit dem Namen der Variablen im Hauptprogramm in der Parameterliste (hier die Konstante 7)übereinstimmen kann und auch nicht muss. Auch der Name des Funktionswertes, den es hier gar nicht gibt, ist im Unterprogramm völlig unabhängig vom Namen im Hauptprogramm. Am Besten stellt man sich das Unterprogramm als Black Box vor. Man weiß, was reingeht (in unserem Beispiel ein ganzzahliges Argument) und was rauskommt (ein ganzzahliger Funktionswert). Function doppelt Eingabe: int Ausgabe: int (Argument) Funktionswert Wenn man die Beschreibung der Function und den Prototypen kennt, dann kann man ohne Kenntnis des Unterprogramms damit arbeiten. Beschreibung des Unterprogramms: Das Unterprogramm doppelt verlangt einen Eingabewert vom Datentyp int. Dieser Wert wird, wenn er positiv ist, verdoppelt und zurückgegeben. Ist er negativ, dann wird er auch verdoppelt, jedoch mit -1 multipliziert. Der Funktionswert ist vom Datentyp int. Prototyp: int doppelt (int); Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 3

49 Es sind natürlich auch mehrere Argumente möglich. Es gibt jedoch immer nur einen Funktionswert. Sollen mehrere Werte zurückgegeben werden, dann geschieht dies nicht über den Funktionswert (siehe 6.2). In Programm 6.3 werden zwei Argumente benötigt. Wenn das erste Argument (int) gerade ist, dann wird das zweite Argument (double) mit 2 multipliziert, andernfalls mit 4. Der Funktionswert ist somit auch ein double-wert. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; double faktor (int f, double x ); int main () { cout << faktor (3, 4.2) << endl; system ("pause"); return 0; double faktor (int f, double x) { if (f%2 == 0 ) else return 2*x; return 4*x; Programm 6.3 Gibt es Unterprogramme, die keine Argumente haben und vielleicht auch keinen Funktionswert zurückgeben? Programm 6.4 gibt dazu ein einfaches Beispiel, da es nur einen Text auf den Bildschirm schreibt. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; void nurtextaufschirm (); Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 4

50 int main () { nurtextaufschirm (); system("pause"); return 0; void nurtextaufschirm () { cout << "Nur Text auf Schirm! " << "Keine Argumente und auch kein Funktionswert!"; Programm 6.4 void bedeutet, dass kein Funktionswert zurückgegeben wird und die leeren Klammern, die unbedingt angegeben werden müssen, enthalten keine Argumente. Functions können nicht nur von einem Hauptprogramm aufgerufen werden. In Programm 6.5 wird die Function f(x) in der Function sumf verwendet, um Funktionswerte einer mathematischen Funktion aufzusummieren. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; // Prototypen double f(double x); double sumf (double start, double end, int inkr); // Hauptprogramm int main () { // Summation der Funktionswerte von f(x) = sin(x) + 2*x // zwischen linkegrenze und rechtegrenze double linkegrenze, rechtegrenze, summe; int n; cout << "Eingabe linker x-wert und rechter x-wert: "; cin >> linkegrenze >> rechtegrenze; cout << "Eingabe Anzahl der Werte: "; cin >> n; summe = sumf (linkegrenze, rechtegrenze, n); cout << summe; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 5

51 // Function f #include <cmath> double f(double x) { return sin(x) + 2*x; // Function sumf // wird nur in f benötigt double sumf (double start, double end, int inkr) { int i; double h, s=0; h = (end-start)/(inkr-1); for (i=0; i<inkr; i++) s = s + f(start+i*h); return s; Programm 6.5 Beachten Sie bitte, dass in Programm 6.5 nur die Werte in der Variablenliste stehen, die von außen angegeben werden müssen. Die Variablen, die nur in sumf benötigt werden (i, h, s) werden dort intern verwendet und gehen nicht nach draußen! Übungsaufgaben: Aufgabe 6.1 Schreiben Sie ein Unterprogramm, das zwei double-werte addiert und das Ergebnis als Funktionswert zurückgibt. Der Aufruf im Hauptprogramm sieht z.b. folgendermaßen aus: y = add1 (2.3, 4.5); Aufgabe 6.2 Schreiben Sie ein Unterprogramm, das die x-werte und die y-werte der Funktion y = x² + 3x am Bildschirm ausgibt. Der Benutzer definiert linke Grenze, rechte Grenze und die Anzahl der auszugebenden Werte. Die Funktionswerte sollen in einer eigenen Function berechnet werden. Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 6

52 6.2 Werteparameter und Variablenparameter Bisher konnten mehrere Werte an das Unterprogramm übergeben, jedoch nur ein Wert per Funktionswert an das aufrufende Programm zurückgegeben werden. Soll mehr als ein Wert an das aufrufende Programm gegeben werden, so benötigt man variable Parameter, die in der Parameterliste stehen. Beispiel: Ein Programm bekommt drei Werte und berechnet den Mittelwert (3 Eingabewerte, 1 Ausgabewert) #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; double mittel (double, double, double ); int main () { cout << mittel (2.3, 4.5, 6.0); system ("pause"); return 0; double mittel (double m1, double m2, double m3) { return (m1+m2+m3)/3; Programm 6.6 Das Programm 6.7 soll nun den Mittelwert und die Summe zurückgeben. Bisher wurden die Parameter per Wert (by value) definiert, jetzt kann nicht mehr nur der Wert, sondern die Variable selbst (by reference) muss zum Ändern an das Unterprogramm gegeben werden. Dies geschieht in der Parameterliste durch Voranstellen eines & vor den Parameter. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; void mittel (double, double, double, double &, double & ); int main () { double m, s; mittel (2.3, 4.5, 6.0, m, s); cout << "Mitelwert: " << m << " Summe: " << s; system ("pause"); return 0; Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 7

53 void mittel (double m1, double m2, double m3, double &mit, double &sum) { sum = m1+m2+m3; mit =sum / 3; Programm 6.7 Man könnte in Programm 6.7 auch einen Wert (z.b. den Mittelwert) als Funktionswert und einen als variablen Parameter (z.b. die Summe) zurückgeben. Man kann Werteparameter in einem Unterprogramm nicht ändern, Variablenparameter jedoch schon. Programm 6.8 zeigt ein einfaches Beispiel. #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; void test (int, int & ); int main () { int wert=10, variabel=12; test (wert, variabel); cout << wert << " " << variabel; // Ausgabe: system ("pause"); return 0; void test (int w, int &v) { w = 33; v = 66; Programm 6.8 Der erste Parameter wird nur als Wert übergeben, er kann im Unterprogramm also nicht verändert werden, da nur eine Kopie der Variablen an das Unterprogramm gegeben wird, auf das Original kann nicht zugegriffen werden. Der zweite Parameter wird als Variable, also im Original an das Unterprogramm übergeben und kann somit beliebig geändert werden. In Programm 6.8 kann man auch schreiben: test (10, variabel); Es ist jedoch nicht möglich zu schreiben: test (10,66); Der zweite Parameter muss, wie der Name (Variablenparameter) schon sagt, eine Variable sein! Ingenieurinformatik FH Augsburg/Maschinenbau/Prof. U.Thalhofer/ini_skript06 (2007/03/17) Kapitel 6 Seite 8