Lehrstuhl für Datenverarbeitung. Technische Universität München. Grundkurs C++ Einführung

Transkript

1 Grundkurs C++ Einführung

2 Tim Habigt Büro Z949 Julian Habigt Büro Z941 Grundkurs C++ 2

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 Grundkurs C++ 3

4 Warum C++? Grundkurs C++ 4

5 Warum C++? Strenge Standardisierung von Beginn an (ca. 1985) Extrem schnelle und effiziente Compiler Wird immer noch weiterentwickelt C++11 seit August 2011 standardisiert Große Vielfalt an Compilern für die allermeisten Plattformen Viele Entwicklungstools verfügbar Grundkurs C++ 5

6 Das Ziel Entwicklung eines Spiels Teamarbeit in Teams aus 5 Personen Grundkurs C++ 6

7 Das Ziel Entwicklung eines Spiels Teamarbeit in Teams aus 5 Personen Roboter erst im Leistungskurs, sorry Grundkurs C++ 7

8 Zeitplan Vorlesung Vorlesung Vorlesung Vorlesung Präsentation Kurzprojekt Vorlesung und Präsentation Analyse- & Designmodell , , Working Sessions und Abschlusspräsentation Show & Tell Grundkurs C++ 8

9 Inhalte Objektorientierung Implementierung von Klassen Entwicklungsumgebung (IDE) Compiler, Linker Grafische Oberflächen (Qt) Ausnahmebehandlung Versionsverwaltung Analyse und Design Debugging Grundkurs C++ 9

10 Bewertung Drei Hausaufgaben (ca. 15%) Vorprojekt (ca. 10%) Designmodell und Pflichtenheft (ca. 10%) Abschlusspräsentation (ca. 10%) Hauptprojekt (ca. 50%) Dokumentation (ca. 5%) Grundkurs C++ 10

11 Nützliches LDV-Webseite zum Kurs Hausaufgaben Vorlesungsfolien Skript C++ Buch Thinking in C++ 4 Tutoren, die euch bei sämtlichen Fragen und Problemen weiterhelfen werden cpp-tutor@ldv.ei.tum.de Praktikumsraum Grundkurs C++ 11

12 Grundkurs C++ Grundlagen der Objektorientierung

13 Motivation Realität ist objektorientiert Vereinfachung und Kapselung Wiederverwendbarkeit Leichte Erweiterbarkeit Parallelisierbarer Entwicklungsprozess Grundkurs C++ 13

14 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 Grundkurs C++ 14

15 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 Grundkurs C++ 15

16 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 Methode 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 Grundkurs C++ 16

17 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 Grundkurs C++ 17

18 Beispiel: Objekt Klasse Instanz Klasse Auto Attribute: Geschwindigkeit Methoden: beschleunigen bremsen Julians Auto Attribute: Geschwindigkeit=50,4 Methoden: beschleunigen bremsen Instanzen Tims Auto Attribute: Geschwindigkeit=62,7 Methoden: beschleunigen bremsen Grundkurs C++ 18

19 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 Grundkurs C++ 19

20 Beispiel: Vererbung Auto Geschwindigkeit beschleunigen() bremsen() Cabrio Geschwindigkeit VerdeckOffen beschleunigen() bremsen() verdecköffnen() LKW Geschwindigkeit Anhänger beschleunigen() bremsen() Rot: geerbte Attribute/Methoden Blau: überschriebene Methoden Grundkurs C++ 20

21 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 Grundkurs C++ 21

22 Objektbeziehungen Komposition Teile existieren nur gemeinsam Aggregation Teile bilden eine Einheit Können auch alleine existieren Assoziation Teile agieren gemeinsam: flüchtige Bindung Unternehmen Abteilung Mitarbeiter Komposition ist Teil von Assoziation interagiert mit Aggregation ist enthalten in Kunde Grundkurs C++ 22

23 Erwartungen an das objektorientierte Paradigma Wiederverwendbarkeit Erweiterbarkeit Leichte Wartbarkeit Wodurch? Klasse hat definiertes Verhalten wegen Kapselung Die Attribute, und damit die Daten der Klasse sind nicht beliebig änderbar. Grundkurs C++ 23

24 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 Auto Geschwindigkeit beschleunigen() bremsen() Cabrio VerdeckOffen verdecköffnen() LKW Anhänger bremsen() Es sind folgende Fragen zu klären: Welche Methode darf welche Daten ändern? Wer darf die Methoden aufrufen? Grundkurs C++ 24

25 Realisierung der Kapselung Auto Cabrio VerdeckOffen verdecköffnen() Geschwindigkeit Klasse besteht aus: beschleunigen() bremsen() LKW Anhänger bremsen() Attributen und Methoden der Basisklasse Eigenen Attributen und Methoden Zugriffsregelung sollte auf Vererbung aufsetzen! Grundkurs C++ 25

26 Public Manche Daten sind jedem zugänglich: also allen Methoden jeglicher Klassen Beispiel: Luftdruck (durch Methoden luftdruckerhoehen(), luftdruckerniedrigen(), Attribut Luftdruck) + Luftdruck Auto + luftdruckerhoehen() + luftdruckerniedrigen() + public- Attribut/Methode Grundkurs C++ 26

27 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 Grundkurs C++ 27

28 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()) Auto Cabrio # InnenraumTemperatur + heizen() + kühlen() + public # protected - private Grundkurs C++ 28

29 Überblick Auto + Luftdruck # innenraumtemperatur - Geschwindigkeit + bremsen() + beschleunigen() + luftdruckerhoehen() + luftdruckerniedrigen() + public- Attribut/Methode # protected Attrib./Meth. - private- Attribut/Methode Grundkurs C++ 29

30 Private und protected Methoden Auto + Luftdruck # InnenraumTemperatur - Geschwindigkeit - ABSwirkungsgrad + beschleunigen() + luftdruckerhoehen() + luftdruckerniedrigen() # alarmauslösen() - benzinpumpen() + heizen() + kühlen() Cabrio + public- Attribut/Methode # protected Attrib./Meth. - private- Attribut/Methode Grundkurs C++ 30

31 Public Attribute <-> Kapselung Attribute, die durch jeden also alle Methoden änderbar sind! Auto + Anzahl der Kratzer + Tankinhalt Keine Kapselung! Art der Zugriffe völlig unbestimmt! Grundkurs C++ 31

32 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 Grundkurs C++ 32

33 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 Unternehmen Komposition ist Teil von Abteilung Assoziation interagiert mit Kunde Aggregation ist enthalten in Mitarbeiter Grundkurs C++ 33

34 Lösungsvorschlag Auto + farbe - kilometerstand + beschleunigen() + bremsen() - alter Fahrer + getalter() Tür Motor Anhänger - offen + oeffnen() + schliessen() - drehzahl + kraftstoffeinspritzen() + gewicht Grundkurs C++ 34

35 Hausaufgabe Skript lesen bis einschließlich Kapitel 4.4 Ihr dürft die Inhalte aus diesen Kapiteln gerne auch aus anderen Quellen als des Skripts nachlesen! Grundkurs C++ 35