Programmierkurs C++ Grundlagen. Prof. Dr. Stefan Fischer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck

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1 Programmierkurs C++ Grundlagen Prof. Dr. Stefan Fischer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck

2 Algorithmen, Maschinen- und Programmiersprachen Algorithmen kann man mit Programmiersprachen aufschreiben Maschinensprache genügt im Prinzip dafür Besteht nur aus Menge von Nullen und Einsen Für Menschen nur schwer verständlich Maschinenspezifisch, schwer auf andere Rechner zu portieren Schwer, in der Maschinensprache den Algorithmus zu sehen Deshalb: Höhere Programmiersprache Näher am menschlichen Denken Lassen sich vom Computer in Maschinencode umwandeln Programme in einer solchen Sprache heißen Quellcode, Programmcode, Source-Code oder einfach nur Source oder Code Es existieren hunderte verschiedener solcher Sprachen Welche man wählt, hängt vom Anwendungszweck ab Prinzipiell sind alle gleich mächtig (Turing vollständig)

3 Security - 04 Cryptology #3 Höhere Programmiersprache Sprache mit eigener Syntax und Semantik Syntax: Grammatikregeln der Sprache Walfische bereisen Indien, um Wolken zu klauen! Semantik: Bedeutung einzelner Worte und Satzzeichen der Sprache Der obige Satz ist syntaktisch korrekt aber sinnlos. Ziel: Sicheres Beherrschen beider Aspekte Compiler prüfen Syntax, aber keine Semantik.

4 Warum C++ Besonderheiten von C++ ISO/IEC Standard Erlaubt effiziente und maschinennahe Programmierung Portierungen für sehr viele Plattformen Technische Realisierung: Programm Compiler Maschinencode Programm Compiler Interpreter Bytecode Maschinencode 5-4

5 Simula Entwickelt von Bjarne Stroustrup C (schnell) + Simula (innovativ) C mit Klassen C mit Klassen C++ Neu: virtuelle Funktionen, überladen von Operatoren 1980 und Methoden, Referenzen, verbesserte Typüberprüfung, usw. C++ standartisiert C++ (ISO/IEC 14882:1998) Simulation language Konzept von Klassen, Modularisierung, Datenkapselung, C with classes Inhalt dieser C++ Vorlesung C++98 BCPL K&R C Classic C Basic Combined Programming The C Programming Language Language, Dennis Ritchie & Brian Kernighan, 1978 Unix Kernel in K&R C ANSI C, C89, C90, ISO/IEC 9899:1990 C89 / C90 ISO/IEC 9899:1999 C99 löst C89 ab C99

6 6 Die Programmiersprache C Konzipiert als: Einfach portierbar Leichtgewichtig Flexibel Einfach zu lernen Besteht aus: 1. Programmiersprache C ( C Core Language ) Definition of the language; does not contain any functionality No real program can be built using only the language core 2. C Standard Library Provides basic functionality» Input/Output, File handling, Strings, Math, Memory Management, Available in any C-compliant compiler (+ non-standard functions)

7 7 Neue Merkmale von C++ C++ bietet (Beinahe) vollständig kompatibel zur Sprache C Objekt-orientierte Programmierung (OOP) Neues I/O Framework (iostreams) Eingebaute Operatoren zur Speicherverwaltung (new / delete) Strengere Typ-Überprüfung Referenzen ersetzen (größtenteils) Pointer Umfangreiche Standard-Bibliothek (STL) Exceptions Haben das Ziel, das Programmieren einfacher effizienter weniger fehleranfällig zu machen

8 Compiler Zum Entwickeln wird ein Compiler benötigt Es existieren viele unterschiedliche Versionen, z.b. GCC G++ (Linux) MinGW (Windows)

9 GNU Make Vereinfacht das kompilieren von Anwendungen, die aus mehreren Dateien bestehen Benötigt ein makefile im selben Verzeichnis Beinhaltet Bauanleitung helloworld.cpp Preprocessor Compiler Linker Executable Program e.g.,.exe Headers *.h C-Std.-Lib Libraries *.a, *.so Objects *.o 5-9

10 5-10 Integrated Development Environment (IDE) Schreiben von Programmen Programme (genauer: der Quellcode) werden im Text-Editor geschrieben Unix: vi, vim, nano, pico, nedit, emacs, Windows: edit, PSPad, UltraEdit, Scite, Alternative zum Texteditor Integrieren Editor, Compiler und VM Beispiele: Eclipse CDT, IntelliJ, NetBeans, Microsoft Visual Studio, Xcode, Viele Zusatzfunktionen Syntax Highlighting Code Completion Debugger Refactoring Plug-Ins für Spezialanwendung...

11 #11 Unterschiedliche Dateitypen File Type Description.c.h C Quellcode.o.a /.lib.so /.dll <nothing> /.exe Kompilierter Code, Maschinen-lesbare Daten (Funktionen, Variablen, Anweisungen) Zusammenfassung mehrerer.o Dateien zu einem Archiv / einer Bibliothek Selbe Funktion wie.a, aber zur Laufzeit dynamisch ladbar Ausführbares Programm

12 5-12 Ein erstes Programm Grundgerüst: Wird für jedes Programm benötigt! Einrückung und Co.: Nur für Menschen zur einfacheren Lesbarkeit Einstieg in das Hauptprogramm #include <iostream> using namespace std; int main(int argc, char** argv) { cout << "42" << endl; return 0; } Anweisung zum Ausgeben von Text Ende einer Anweisung

13 Beispiel (Editieren, Compilieren, Ausführen) Editieren in beliebigem Editor vi MeinProgramm.cpp Groß- und Kleinschreibung wichtig (auch unter Windows) Kompilieren mit gcc-compiler g++ g++ MeinProgramm.cpp Erzeugt Datei MeinProgramm.o mit Maschinencode für die gewählte Plattform Erzeugen einer ausführbaren Datei g++ MeinProgramm.cpp o MeinProgramm Erzeugt ein ausführbares Programm für die gewählte Plattform (Windows: MeinProgramm.exe) Ausführen MeinProgramm.exe Groß- und Kleinschreibung beachten Security - 04 Cryptology #13

14 Ausgabe auf der Konsole Security - 04 Cryptology #14

15 Sprachmerkmale C++ ist Turing-mächtig Es kann also alles berechnet werden Sofern genügend Speicher verfügbar ist Erforderliche Sprachmerkmale Elementare Rechenoperationen (Addition, Subtraktion,...) Sequenz (Hintereinander-Ausführung) Bedingte Ausführung (If-Anweisung) While-Anweisung

16 Security - 04 Cryptology #16 Erstes Sprachelement: Sequentielle Ausführung Markierung des Endes einer Anweisung durch Semikolon Zeichen ; a1; a2; a3; a4; Formatierung egal (für den Compiler) Für Menschen macht es Sinn, sich an gewisse Konventionen zu halten

17 Security - 04 Cryptology #17 Lesbarer Code: Kommentare Kommentare einfügen, damit Menschen Code besser verstehen können Werden vom Compiler ignoriert Zwei Varianten // Kommentar 1-zeilig /* Kommentar potenziell über mehrere Zeilen */ Vorsicht: Verschachteln nicht erlaubt (/* /* */ */)

18 Verarbeitung von Daten Programme verarbeiten Daten Werden gelesen und ausgegeben Notwendig: I/O-Funktionen (später) Zur Verarbeitung müssen diese im Arbeitsspeicher gehalten werden Programme müssen diese Daten referenzieren können Konzept der Variablen

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