Seit meinem letzten Buch über Visual C hat sich viel verändert:

Transkript

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2 Vorläufiges Vorwort Dieses Buch entstand aus zahlreichen Vorlesungen und Industrieseminaren, die im Laufe der Jahre immer weiterentwickelt und an die C++11/C++14-Erweiterungen von Visual Studio angepasst wurden. Es richtet sich sowohl an Anfänger als auch an erfahrende C++- Programmierer. Für Anfänger verfolgt es die Ziele: Der Leser soll die wichtigsten Sprachelemente von C/C++ kennenlernen, und zwar gleich von Anfang an in der modernen Version von C++11. C++ ist nach wie vor eine der am häufigsten eingesetzten Programmiersprachen. Der Leser soll Programmieren lernen, d.h. Programme zu schreiben, die konkrete, vorgegebene Aufgaben lösen. Das ist nur mit viel Übung möglich. Deshalb enthält dieses Buch auch viele Aufgaben. Es ist unerlässlich, zahlreiche Übungsaufgaben selbständig zu lösen. Der Leser soll die Entwicklungsumgebung Visual Studio kennenlernen. Das ist das in der Industrie wohl am häufigsten eingesetzte Werkzeug zur Software-Entwicklung. Für erfahrende C++-Programmierer sind die Ziele: Die wichtigsten Erweiterungen von C++11/ C++14 knapp und prägnant zu präsentieren. Die wichtigsten Funktionalitäten und Hilfsmittel von Visual Studio zu zeigen. Mit jeder neuen Version (VS 2010, 2012, 2013 und 2015) sind neue Funktionen in Visual Studio aufgenommen worden. Da Entwickler oft nicht jeden Versionswechsel von Visual Studio mitmachen, werden neue Funktionen oft übersehen und nicht genutzt. Seit meinem letzten Buch über Visual C hat sich viel verändert: Der damals gültige C++-Standard C++03 wurde stark erweitert. Diese Erweiterungen (zu C++11)wurden sukzessive in Visual Studio 2010, 2012, 2013 und 2015 übernommen und haben C++ gravierend verbessert. Vieles macht man heute einfacher und eleganter als damals, und viele Programme von damals wirken heute umständlich und altmodisch. Der Umfang des C++-Standards ist von 783 auf 1325 Seiten gewachsen. In meinem Buch von 2008 habe ich noch versucht, den Standard einigermaßen vollständig darzustellen. Das habe ich inzwischen aufgegeben: Das wäre ein sehr dickes Buch geworden,

3 und dicke Bücher wirken oft abschreckend. Trotzdem meine ich, dass die wichtigsten Elemente und Konzepte enthalten sind. Die Unterstützung von C++ in Visual Studio wurde deutlich verbessert. Microsoft hat es aufgegeben, mit C++/CLI einen C++-Dialekt zu einer vollwertigen.net Programmiersprache zu machen. Das vorliegende Buch versucht, diesen Änderungen Rechnung zu tragen: Überall da, wo es Sinn macht, werden die modernen Sprachelemente vorgestellt und eingesetzt. Da Microsoft die Unterstützung von C++/CLI und Windows Formularanwendungen eingeschränkt hat, erscheint dieses Buch in zwei weitgehend identischen Versionen: Parallel zu diesem Buch erscheint ein zweites Buch mit dem Titel C++ mit Visual Studio Ein Fach und Lehrbuch für Standard C++ und Konsolenprogramm, in dem alle Projekte Konsolenanwendungen sind. Zur Ein- und Ausgabe werden nur cin und cout verwendet. Es ist auch für MFC-Programmierer geeignet. Da diese Version nur Standard C++ verwendet, ist es für jeden standardkonformen C++-Compiler geeignet, also auch den gcc (der z.b. in Qt verwendet wird) oder den Intel-Compiler. Im vorliegenden Buch sind alle Projekte Windows Forms Anwendungen. Der einzige Unterschied zur Konsolen-Version ist, dass Windows-Programme mit einer grafischen Benutzeroberfläche entwickelt werden, und die Ausgaben eines Programms in eine TextBox geschrieben werden. Auch in der Windows-Version wird fast nur Standard C++ behandelt. Die Besonderheiten von C++/CLI werden lediglich in dem Umfang behandelt, der für die Ein- und Ausgabe von Daten über die grafische Benutzeroberfläche notwendig ist. Die wesentlichen Unterschiede der beiden Buchversionen: Im Konsolen-Buch fehlt das Kapitel über Windows Steuerelemente. Dafür enthält es ein Kapitel über Multithreading. Vielleicht fragen Sie sich jetzt, wozu ein Buch über C++ Windows Forms Projekte, wenn diese von Visual Studio nur noch eingeschränkt unterstützt werden? Meine Gründe: Windows Forms Anwendungen sind die einfachste Möglichkeit, C++-Programme mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) für Windows zu schreiben. Visual Studio ist so einfach zu bedienen, dass man es auch in Vorlesungen und Kursen für Anfänger einsetzen kann, ohne dabei Gefahr zu laufen, dass die Studenten nur noch mit dem Entwicklungssystem kämpfen und gar nicht mehr zum Programmieren kommen. Anfänger sind leichter für Windows-Programme mit einer GUI zu motivieren als für Konsolenprogramme, mit denen man kaum jemand beeindrucken kann. Es gibt immer wieder den Wunsch nach C++-Programmen mit einer GUI unter Windows. Die Überarbeitung von der Konsolen- zur Windows-Version war nicht viel Arbeit. Ich bedanke mich bei meinen Studenten an der Dualen Hochschule Lörrach und bei meinen Seminarteilnehmern für die zahlreichen Anregungen, die maßgeblich zu vielen großen und kleinen inhaltlichen und textlichen Verbesserungen geführt haben und dem Buch viele

4 praxisorientierte Impulse gaben. Herrn Engesser und seinem Team vom Springer-Ver lag danke ich für die Unterstützung und Geduld. Viel Vergnügen beim Programmieren. Tübingen, im Juni 2016 Richard Kaiser

5 Vorläufiges Inhaltsverzeichnis 1 Die Entwicklungsumgebung Windows Forms Projekte mit C Windows Forms Projekte und Projektvorlagen erstellen Eine Windows Forms Projektvorlage installieren Visuelle Programmierung: Ein erstes kleines Programm Das Eigenschaften-Fenster Erste Schritte in C Der Quelltexteditor Tastenkombinationen Intellisense Die Formatierung des Quelltexts Definitionen einsehen Symbole suchen Namen umbenennen Zeichenfolgen suchen und ersetzen Kontextmenüs und Symbolleisten Projekte, Projektdateien und Projektoptionen Einige Tipps zur Arbeit mit Projekten Die Online-Hilfe (MSDN Dokumentation) Hilfe mit F1 in Visual Studio Die MSDN-Dokumentation im Internet Der Aufbau der MSDN-Dokumentation Seiten Projektmappen und der Projektmappen-Explorer Hilfsmittel zur Gestaltung von Formularen Weiterführende Möglichkeiten Ө Navigieren Code-Ausschnitte Aufgabenliste Die Fenster von Visual Studio anordnen Ө Einstellungen für den Editor Ө Konsolen-Anwendungen Ө Win32 Konsolen-Anwendungen Ө Der Start des Compilers von der Kommandozeile Ө Bereitstellung (Deployment)... 54

6 2 Steuerelemente für die Benutzeroberfläche Namen Labels, Datentypen und Compiler-Fehlermeldungen Funktionen, Methoden und das Steuerelement TextBox Funktionen Mehrzeilige TextBoxen Klassen, ListBox und ComboBox Buttons und Ereignisse Parameter der Ereignisbehandlungsroutinen Der Fokus und die Tabulatorreihenfolge CheckBoxen, RadioButtons und einfache if-anweisungen Container-Steuerelemente: GroupBox, Panel, TabControl Hauptmenüs und Kontextmenüs Hauptmenüs und der Menüdesigner Kontextmenüs Standarddialoge Einfache Meldungen mit MessageBox::Show anzeigen Eine Vorlage für viele Projekte und Übungsaufgaben Elementare Datentypen und Anweisungen in C und C Syntaxregeln Variablen und Bezeichner Globale und lokale Variablen Typ-Inferenz: Implizite Typzuweisungen mit auto Ganzzahldatentypen Die interne Darstellung von Ganzzahlwerten Ganzzahlliterale und ihr Datentyp Zuweisungen und Standardkonversionen bei Ganzzahlausdrücken Operatoren und die üblichen arithmetischen Konversionen Die Datentypen char und wchar_t (Char) Der Datentyp bool Ganzzahlwerte unter Formularanwendungen einlesen und ausgeben Kontrollstrukturen und Funktionen Die if- und die Verbundanweisung Die for- und die while-schleife Funktionen und der Datentyp void Eine kleine Anleitung zum Erarbeiten der Lösungen Werte- und Referenzparameter Die Verwendung von Bibliotheken und Namensbereichen Zufallszahlen Default-Argumente Programmierstil für Funktionen Rekursive Funktionen Die switch-anweisung Ө Die do-anweisung Ө Gleitkommadatentypen

7 3.5.1 Die interne Darstellung von Gleitkommawerten Der Datentyp von Gleitkommaliteralen Standardkonversionen Mathematische Funktionen Gleitkommawerte unter Formularanwendungen einlesen und ausgeben Datentypen für exakte und kaufmännische Rechnungen Der Debugger, Tests und Ablaufprotokolle Der Debugger Der Debugger Weitere Möglichkeiten Ө Systematisches Testen Unittests: Funktionen, die Funktionen testen Ablaufprotokolle Symbolische Ablaufprotokolle Konstanten constexpr Kommentare Kommentare zur internen Dokumentation Dokumentationskommentare und Intellisense Dokumentationskommentare für externe Programme Ө Exception-Handling Grundlagen: try, catch und throw Präprozessoranweisungen Die #include-anweisung Makros Ө Bedingte Kompilation Ө Die Stringklassen string und wstring Die Definition von Variablen eines Klassentyps Strings mit.net Steuerelementen anzeigen und einlesen Konversionen zwischen string und elementaren Datentypen Einige Elementfunktionen der Klasse string raw strings und Unicode-Strings Reguläre Ausdrücke Ө Arrays und Container Einfache typedef-deklarationen Eindimensionale Arrays Die Initialisierung von Arrays bei ihrer Definition Arrays als Container Mehrdimensionale Arrays Ө Dynamische Programmierung Ө Einfache selbstdefinierte Datentypen Mit struct definierte Klassen Aufzählungstypen

8 6.2.1 Schwach typisierte Aufzählungstypen (C/C++03) enum Konstanten und Konversionen Ө Stark typisierte Aufzählungstypen (C++11) Zeiger, Strings und dynamisch erzeugte Variablen Die Definition von Zeigervariablen Der Adressoperator, Zuweisungen und generische Zeiger Ablaufprotokolle für Zeigervariable Dynamisch erzeugte Variablen: new und delete Dynamisch erzeugte Variablen: new und delete Unterschiede zwischen dynamisch erzeugten und gewöhnlichen Variablen Memory Leaks in Visual C++ finden Dynamische erzeugte eindimensionale Arrays Arrays, Zeiger und Zeigerarithmetik Arrays als Funktionsparameter Ө Konstante Zeiger Stringliterale, nullterminierte Strings und char*-zeiger Verkettete Listen Binärbäume Ө Zeiger als Parameter Ө C-Bibliotheksfunktionen in string.h für nullterminierte Strings Ө Überladene Funktionen und Operatoren Inline-Funktionen Ө Überladene Funktionen vs Default-Argumente Funktionen, die nicht überladen werden können Regeln für die Auswahl einer passenden Funktion Überladene Operatoren mit globalen Operatorfunktionen Werte- und Referenzparameter Werteparameter Referenzparameter Konstante Referenzparameter Objektorientierte Programmierung Klassen Datenelemente und Elementfunktionen Der Gültigkeitsbereich von Klassenelementen Datenkapselung: Die Zugriffsrechte private und public Der Aufruf von Elementfunktionen und der this-zeiger Konstruktoren und Destruktoren Funktionen als Parameter übergeben mit function und bind Ө Delegierende Konstruktoren OO Analyse und Design: Der Entwurf von Klassen

9 9.1.9 Klassendiagramme Klassen als Datentypen Der Standardkonstruktor Objekte als Klassenelemente und Elementinitialisierer friend-funktionen und Klassen Überladene Operatoren mit Elementfunktionen Der Kopierkonstruktor Der Zuweisungsoperator = für Klassen Explizite Konstruktoren und Konversionsfunktionen Statische Klassenelemente Konstante Elementfunktionen und Objekte Klassen und Header-Dateien Vererbung und Komposition Die Elemente von abgeleiteten Klassen Zugriffsrechte auf die Elemente von Basisklassen Die Bedeutung von Elementnamen in einer Klassenhierarchie Konstruktoren, Destruktoren und implizit erzeugte Funktionen Vererbung bei Formularen in Windows Forms Anwendungen OO Design: public Vererbung und ist ein -Beziehungen OO Design: Komposition und hat ein -Beziehungen Konversionen zwischen public abgeleiteten Klassen Mehrfachvererbung und virtuelle Basisklassen Virtuelle Funktionen, späte Bindung und Polymorphie Der statische und der dynamische Datentyp Virtuelle Funktionen in C Virtuelle Funktionen mit override in C Die Implementierung von virtuellen Funktionen: vptr und vtbl Virtuelle Konstruktoren und Destruktoren Virtuelle Funktionen in Konstruktoren und Destruktoren OO-Design: Einsatzbereich und Test von virtuellen Funktionen OO-Design und Erweiterbarkeit Rein virtuelle Funktionen und abstrakte Basisklassen OO-Design: Virtuelle Funktionen und abstrakte Basisklassen Interfaces und Mehrfachvererbung Objektorientierte Programmierung: Zusammenfassung Namensbereiche Die Definition von benannten Namensbereichen Die Verwendung von Namen aus Namensbereichen Header-Dateien und Namensbereiche Exception-Handling Die try-anweisung Exception-Handler und Exceptions der Standardbibliothek Einige vordefinierte C++/CLI und.net Exceptions

10 11.4 throw-ausdrücke und selbst definierte Exceptions Fehler und Exceptions Die Freigabe von Ressourcen bei Exceptions: RAII Exceptions in Konstruktoren und Destruktoren noexcept Containerklassen der C++-Standardbibliothek Sequenzielle Container der Standardbibliothek Die Container-Klasse vector Iteratoren Die bereichsbasierte for-schleife Algorithmen der Standardbibliothek Die Container-Klassen list und deque Gemeinsamkeiten und Unterschiede der sequenziellen Container Die Container-Adapter stack, queue und priority_queue Ө Container mit Zeigern Fixed Size Array Container mit <array> Ө Assoziative Container Die Container set und multiset Die Container map und multimap Iteratoren der assoziativen Container Ungeordnete Assoziative Container (Hash-Container) Dateibearbeitung mit den Stream-Klassen Stream-Variablen, ihre Verbindung mit Dateien und ihr Zustand Fehler und der Zustand von Stream-Variablen Lesen und Schreiben von Binärdaten mit read und write Lesen und Schreiben von Daten mit den Operatoren << und >> FileSystem Stringstreams und überladene << und >> Ө Funktionsobjekte und Lambda-Ausdrücke Der Aufrufoperator () Prädikate und Vergleichsfunktionen Binder Ө Lambda-Ausdrücke Lambda-Ausdrücke Weitere Konzepte Ө Lambda-Ausdrücke werden zu Funktionsobjekten Nachstehende Rückgabetypen Generische Lambda-Ausdrücke Lambda-Ausdrücke höherer Ordnung Der function-wrapper std::function STL-Algorithmen und Lambda-Ausdrücke

11 15 Templates und die STL Generische Funktionen: Funktions-Templates Die Deklaration von Funktions-Templates mit Typ-Parametern Spezialisierungen von Funktions-Templates Funktions-Templates mit Nicht-Typ-Parametern Explizit instanziierte Funktions-Templates Ө Explizit spezialisierte und überladene Templates Rekursive Funktions-Templates Ө Variadische Templates Generische Klassen: Klassen-Templates Die Deklaration von Klassen-Templates mit Typ-Parametern Spezialisierungen von Klassen-Templates Templates mit Nicht-Typ-Parametern Explizit instanziierte Klassen-Templates Ө Partielle und vollständige Spezialisierungen Ө Ableitungen von Templates Ө Type Traits type traits und static_assert Eine Konstruktion von type traits Die type traits Kategorien type traits zur Steuerung der Übersetzung und Optimierung C++11 Smart Pointer: shared_ptr, unique_ptr und weak_ptr Gemeinsamkeiten von unique_ptr und shared_ptr unique_ptr shared_ptr weak_ptr exception_ptr Numerische Berechnungen Valarrays Ө Numerische Algorithmen Komplexe Zahlen Ө Literaturverzeichnis Ө Angesichts des Umfangs dieses Buches habe ich einige Abschnitte mit dem Zeichen Ө in der Überschrift als weniger wichtig gekennzeichnet. Damit will ich dem Anfänger eine kleine Orientierung durch die Fülle des Stoffes geben. Diese Kennzeichnung bedeutet aber keineswegs, dass dieser Teil unwichtig ist vielleicht sind gerade diese Inhalte für Sie besonders relevant.