Programmierung mit c/c++

Transkript

1 Programmierung mit c/c++ Strukturiertes Programmieren 1

2 Programme werden in der Regel geschrieben, um Vorgänge in der realen Welt zu modellieren oder zu automatisieren Reale Welt: Objekte 2

3 Klassen Eine Klasseist eine Schablone, mit der gleichartige Objekte beschrieben werden können. Die Klasse verwaltet alle Eigenschaftenund Zustände, die für ihre Objekte von Bedeutung sind. Ein Objektist eine Ausprägung einer Klasse. Man bezeichnet es dann auch als Instanzeiner Klasse. Von jeder Klasse können mehrere Objekte gleichzeitig existieren. Jede Klasse kann Variablenbeinhalten. Diese nennt man Attributeoder Datenelementeder Klasse. Attribute können bei jedem Objekt andere Werte haben (Höhe, Herkunft, Geschwindigkeit, ). Änderungen haben nur Einfluss auf die ändernde Instanz, d.h., ändert man den Wert eines Attributs in einem Objekt, so gilt diese Änderung auch nur für dieses Objekt; alle anderen bleiben unverändert. Eigenschaften und Zustände eines Objekts können nur durch Nachrichten verändert werden. Die eigentlichen Daten sind im Allgemeinen für andere Objekte nicht sichtbar. Methodensind Funktionen zum Behandeln und Versenden von Nachrichten. Sie arbeiten meist innerhalb einer konkreten Instanz einer Klasse und greifen dabei auf deren Eigenschaften und Zustände zu. 3

4 Jetzt geht s los #include <stdio.h> int main() { printf("hello World! "); return 0; } // include standard library // start of the main program // output of Hello World! // end program without error Achtung: C/C++ unterscheidet Groß-/Kleinschreibung! Kommentare mit // wird der Rest der Zeile auskommentiert mit /* Kommentar */ wird alles zwischen /* und */ auskommentiert und vom Compiler nicht beachtet Warum kommentieren? Software wird meist in Teams erstellt: andere müssen Ihren Code verstehen und nachvollziehen können, um Fehler zu beheben und um Ihre Programme weiter zu entwickeln Sie selbst müssen auch nach längerer Zeit Ihren Code noch verstehen erweitern verbessern 60 70% aller Entwicklungsarbeiten und kosten sind Wartung und Weiterentwicklung! 4

5 Konventionen Sprache: Kommentare und Variablen bitte auf englisch Variablen sinnvoll benennen: selbsterklärend nicht i1 oder k19 nicht übermäßig lang (Tipparbeit!) Beispiel: maximum statt m Abweichung: Schleifenzähler + Hilfsvariablen kurz und prägnant, z.b.: c für einen char-wert d, e, f für einen double-wert i, j, k für int-werte Namenskonventionen werden von der Programmiersprache vorgegeben haben sich als vorteilhaft erwiesen sollen Verständnis fremden Codes erleichtern werden z.b. in mitgelieferten Funktionsbibliotheken eingehalten sind einzuhalten in Übungen und Klausur! Lokale Variablennamen beginnen mit Kleinbuchstabe weiter mit Kleinbuchstaben bei neuem Wortstamm einen Großbuchstaben mittendrin, z.b. numberprofessors Keine Unterstriche _ mehr, da veraltet z.b.: numberprofessors statt number_professors 5

6 Datentypen Datentyp Wertebereich Beschreibung char ganzzahlig (1 ASCII Zeichen) short Bitbreite halb so groß oder gleich int meist: ganzzahlig int Bitbreite mindestens ganzzahlig 16 Bit long int doppelt so groß wie int ganzzahlig float compilerabhängig Fließkommazahl double compilerabhängig Fließkommazahl Variablen Platzhalter eines definierten Datentyps, muss vor dem Gebrauch deklariert werden Beispiele: int zahl1; intzahl2 = 5, zahl3 = 7; int feld[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; 6

7 Arrays Arrays speichern Folgen von Werten gleichen Typs eindimensionale Arrays: Vektoren Ein Array hat feste eine Länge, die bei seiner Definition festgelegt wird Auf die verschiedenen Elemente eines Arrays kann mittels Indizierung in beliebiger Reihenfolge zugegriffen werden Die Indizes in C beginnen immer mit 0 7

8 Arrays sind Variablen, werden also wie diese mittels einer Definition angelegt: Syntax: <Elementtyp> <arrayvariable>[groesse] Beispiele: int quadrate[30]; float noten[40]; legt ein Array aus 30 Integers an legt ein Array aus 40 Floats an Beachte: Arraylänge nachträglich nicht mehr änderbar! Arrays können auch mehr als eine Dimension haben: short feldvonelementen[5][3]; 5 x 3 elements of type short Strings beginnen und enden mit Anführungszeichen string dazwischen dürfen beliebig viele Zeichen (auch Escape-Codes) stehen Wenn String nicht in eine Zeile passt: Zeile mit \ beenden und in nächster Zeile weiterschreiben Beispiele für String: "Hallo Ostfalia" "Einen schönen guten Morgen!\nHast Du ausgeschlafen?\n Anwendung z.b.: printf("einen schönen guten Morgen!\nHast Du ausgeschlafen?\n"); 8

9 #include <stdio.h> // include standard library int main() // start of the main program { int result; // variable declaration result = (3+4)*7; // calculate result printf("(3+4)*7=%d",result); // output of (3+4)*7=49 on // screen! return 0; // end program without error } // end ofprogram #include <iostream> intmain() { int zahl1,zahl2,zahl3,zahl4; zahl1=3*2; zahl2=zahl3=zahl1*2; zahl3=zahl3*2; zahl4=zahl3/4; zahl1=zahl2*zahl4+zahl3; cout<< "Das Ergebnis lautet : " << zahl1 << endl; return(0); } Was passiert in jeder einzelnen Zeile? Wie lautet das Ergebnis? 9

10 und los geht s Entwerfen Sie ein Programm, das Sie nach drei Zahlen fragt (auch negative Werte sollen erlaubt sein) und dann die Summe der drei Zahlen ausgibt. Nachdem die Summe ausgegeben wurde, soll nach einer neuen Zahl gefragt werden, mit der die Summe dann multipliziert wird. Dieses Ergebnis soll ebenfalls ausgegeben werden. #include <iostream> intmain() { int zahl1, zahl2, zahl3, zahl4, summe, produkt; cout << "Bitte Zahl1 eingeben :"; cin >> zahl1; cout << Bitte Zahl2 eingeben :"; cin >> zahl2; cout << Bitte Zahl3 eingeben :"; cin >> zahl3; summe=zahl1+zahl2+zahl3; cout<< "Die Summe lautet " << summe << endl; cout << "Bitte Zahl4 eingeben :"; cin >> zahl4; } produkt=summe*zahl4; cout<< "Das Produkt lautet " << produkt<< endl; return(0); 10

11 noch eine Herausforderung: Entwerfen Sie ein Programm, bei dem drei Zahlen multipliziert werden, das aber nur zwei Variablen benötig! #include <iostream> intmain() { int zahl, produkt; } return(0); cout << "Bitte Zahl1 eingeben :"; cin >> produkt; cout << "Bitte Zahl2 eingeben :"; cin>> zahl; produkt*=zahl; cout << "Bitte Zahl3 eingeben :"; cin>> zahl; produkt*=zahl; cout<< Das Produkt lautet " << produkt<< endl; 11

12 Funktionen...bisher: wir packen alles in main() {.} rein Aber: wird bei komplexen Programmen unübersichtlich! Daher: Zerlegung in einzelne Teilaufgaben Funktionen Module MatLab Matlab arbeitet mit Matrizen, der Name steht für Matrix laboratory. Es ist kein Computeralgebrasystem wie Mathematica oder Maple. In Matlab löst man mathematische Probleme meist numerisch. Es ist keine Compilersprache wie Java, Pascal, Fortran oder C. Es ist ein interaktives, benutzerfreundliches System mit einfacher Syntax und hat eine Vielzahl an implementierten Funktionen -hohe Qualität der Numerik Matlab ist ein mächtiges Grafiksystem und besitzt Steuerstrukturen zur Programmentwicklung. Matlabbesitzt einfache Kontrollstrukturen wie eine Programmiersprache, Schnittstellen zu Programmiersprachen, zahlreiche Bibliotheksroutinen zum numerischen Rechnen Matlab ist ein mächtiges Visualisierungstool und Zusatztools wie z.b. für die Regelungstechnik, die Statistik, die Optimierung und die Signalverarbeitung 12

13 Matlab Oberfläche 1. Command Window 2. Command History Window 3. Current Directory / Workspace Window 4. Help Window 5. Editor Window ready busy waiting for input 13

14 Formaler Aufbau Beschreibung des Programms. % % Autor:.. % erstellt am:. % verändert am: % % MATLAB-Funktionen im Programm verwendet: % % eigene Funktionen im Programm verwendet: % abgelegt im M-File:.. % mit F5 oder runkönnen Sie das Programm % zur Ausführung bringen % clear all; %löscht die alten Variablen im Workspace clc; %löscht Ausgaben im Command Window % Programm beginnt.... % Programm endet Unterschiede/Gemeinsamkeinten Matlab: Programme unterschiedlich aufbauen (Reihenfolge der Variablendeklaration und Anweisungen); Matlab ist flexibler als andere Programmiersprachen Zunächst: nur einfach aufgebaute Programme, das gesamte Matlabprogramm befindet sich im sog. m-file. Später: separate m-files für Funktionen zur besseren Strukturierung anlegen. 14

15 Unterschiede/Gemeinsamkeinten In den meisten Programmiersprachen werden im Vereinbarungsteil zuerst alle Größen vereinbart (deklariert und definiert), bevor man sie dann im Anweisungsteil benutzen kann. In Matlabkönnen Sie an jeder Stelle des Programms neue Variablen einführen. Schlüsselwörter, bestimmte Variablennamen und Operatoren dürfen/sollten zur Namensgebung nicht verwendet werden. Der Name sollte möglichst sprechend gewählt sein und muss mit einem Buchstaben beginnen (max. 31 Zeichen). Es wird Groß-und Kleinschreibung unterschieden! Unterschiede/Gemeinsamkeinten formatfreies Programm Einrückungen bei Schleifen, if-anweisungen und... Vornehmen kommentieren mittels % sprechende Namen, Groß- und Kleinschreibung beachten möglichst kleine Programmeinheiten bilden (Funktionen anlegen) 15

16 Erstellen Sie ein Programm, in dem eine Wertetabelle mit mindestens 10 Werten für die Funktion f(x)=3 sin(2πx+1), -2 x 2 ausgegeben wird % % % end clearall; clc; %löscht die alten Variablen im %Workspace %löscht Ausgaben im Command %Window % Wertetabelle ausgeben, %f(x)=3sin(2pix+1), -2<=x<=2 a=-2; b=2; % x-bereich festgelegt n=10; % Anzahl n+1 der Werte festgelegt h=(b-a)/(n-1); for k=1:n % Schleife x=a+(k-1)*h; % Bereich -2 <= x <= 2 y=3*sin(2*pi*x+1); % y=f(x) disp([x,y]) % Ausgabe der Werte 16