DAP2-Programmierpraktikum Einführung in C++ (Teil 1)

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1 DAP2-Programmierpraktikum Einführung in C++ (Teil 1) Carsten Gutwenger 11. April 2008 Lehrstuhl 11 Algorithm Engineering Fakultät für Informatik, TU Dortmund

2 Überblick Mein erstes C++-Programm Namensräume Ausgabe mit C++-Streams Compilieren und Linken Primitive Datentypen, Kontrollstrukturen Zeiger und Referenzen Die main-funktion und ihre Parameter Deklarationen und Definitionen Der Präprozessor Makefiles Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 2

3 Mein erstes C++-Programm #include <iostream> int main() { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; } return 0; g++ hello.cpp o hello Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 3

4 Mein erstes C++-Programm #include <iostream> Deklaration von Ausgabeoperationen int main() { Programm-Einstiegspunkt std::cout << "Hello, world!" << std::endl; } return 0; Namensraum std Standardausgabe cout Ausgabeoperator für Streams g++ hello.cpp o hello Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 4

5 Ausgabe mit Streams Standardausgabe (Konsole): std::cout Ausgabeoperator << Definiert für alle Standardtypen (int, ) und C++-Strings Überladen für eigene Datentypen (Klassen, ) möglich Verkettung von Ausgabeoperationen möglich Beispiel: const char *str = "Wert"; double x = 5/3; std::cout << "Der " << str << " von x ist " << x << endl; Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 5

6 Namensräume Gruppieren verwandte Symbole und verhindern Namenskonflikte Definition eines Namensraumes: namespace meinebib { } Benutzen von Namen aus meinebib: meinebib:: voranstellen alle Symbole global benutzen: using namespace meinebib; bestimmte Symbole selektiv benutzen: using meinebib::f; Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 6

7 Namensräume namespace A { int f(int x) { return x+1; } float g(float y) { return 2*y; } } namespace B { int f(int x) { return x-1; } using A::g; using namespace B; using namespace std; cout << f(10) << endl; cout << A::f(10) << endl; cout << g(2.0f) << endl; } float g(float a, float b) { } return a+b; cout << g(2.0f,3.0f) << endl; Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 7

8 Compilierenund Linken Präprozessor Compiler Linker.cpp-File.h-File.h-File.h-File Compilier- einheit Objektcode Bibliothek Programm g++ -c main.cpp o main.o g++ main.o lmylib o main Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 8

9 Compilierenund Linken Der Präprozessor: Verarbeitet Direktiven wie #include Erzeugt Compiliereinheitaus.cpp-Datei und allen davon inkludierten Headerdateien Wird automatisch vom Compiler aufgerufen Der Compiler: Erzeugt Objektdatei (Maschinencode) aus Compiliereinheit Der Linker: Überprüft, ob alle Symbole (Funktionen etc.) vorhanden sind Fügt alle Objektdateien und Bibliotheken zum Programm zusammen (In der Regel) unabhängig vom Compiler Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 9

10 Compiler-und Linkeroptionen -c nur compilieren und Objektcode erzeugen -Wall alle Compilerwarnungen ausgeben -g Debug-Informationen generieren -O Code-Optimierung (-O0, -O1, -O2, -O3) -o output Name der Ausgabedatei festlegen -llibrary Bibliothek library hinzulinken -Idir zusätzliches Verzeichnis dir für Headerdateien -Ldir zusätzliches Verzeichnis dir für Bibliotheken Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 10

11 Primitive Datentypen Ähnlich wie in Java: char, short, int, long long: gewöhnlich 1, 2, 4, 8 Byte wchar_t: 16-bit Zeichen bool: boolescher Wert true oder false float, double: Fließkommazahlen (einfache und doppelte Genauigkeit), g++ auch long double Zusätzlich nicht-negative Wertebereiche: unsigned char unsigned short, unsigned int, unsigned long long Vorsicht: Wertebereiche sind i.a. plattformabhängig! Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 11

12 Kontrollstrukturen Wie in Java: if( ) { } else { } while( ) { } do { } while; for( ; ; ) { } switch( ) { case: break; default: } Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 12

13 Zeiger (Pointer) Der Adressoperator & gibt die Adresse einer Variablen im Speicher zurück Ein Zeiger vom Type type verweist auf eine Stelle im Speicher interpretiert den Speicher ab dieser Stelle als Variable vom Typ type Beispiel: int a[4]; int *p = &a[2]; a p Speicher Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 13

14 Zeiger (Pointer) Dereferenzierungsoperator* verwandelt den Zeiger in die Variable, auf die er verweist *p = 17; cout << a[2] << endl;// gibt 17 aus! Kurzform -> für Dereferenzierung und Member-Selektion: struct A { int x; int y; } A *q = q->x = 25; Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 14

15 Zeigerarithmetik q = p + i Schiebt den Zeiger um ielemente von Typ typeweiter (iist ein ganzzahliger Wert!) Auch Subtraktion einer ganzen Zahl möglich Subtraktion zweier Zeiger: q p ergibt Anzahl Elemente von pbis q(hier: i) a p q hier: q = p+1 Speicher Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 15

16 Referenzen Eine Referenz ist ein Stellvertreter für eine Variable int x = 17; int &refx = x; Eine Referenz muss immer initialisiert werden Jede Verwendung von refx ist äquivalent dazu, dass x benutzt wird Das gilt auch für eine Zuweisung: refx = 20; // x ist jetzt 20 Eine const-referenz ist eine Referenz, deren Wert nicht verändert werden darf: const int &crx = x; crx = 20; // Fehler! Häufige Anwendung: Parameter von Funktionen Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 16

17 Parameter von main int main(int argc, char *argv[]) argc: Anzahl der übergebenen Argumente argv: Feld der übergebenen Argumente Ausgabe der Parameter: for(int i = 0; i < argc; ++i) { cout << "Parameter " << i << ": " << argv[i] << endl; } Vorsicht: erster Parameter ist der Programmname! Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 17

18 Deklarationen und Definitionen Betrachte folgendes Beispiel: class Vector { private: double m_x, m_y; public: Vector(double x, double y) : m_x(x), m_y(y) { } Vector add(const Vector &v) { return Vector(m_x+v.m_x, m_y+v.m_y); } }; Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 18

19 Deklaration Die Deklarationeiner Klasse gibt an, welche Signatur (Rückgabetyp, Typen der Parameter) die Methoden der Klasse haben. class Vector { private: double m_x, m_y; public: Vector(double x, double y); Vector add(const Vector &v); }; Header-Datei Vector.h Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 19

20 Definition Die Definition einer Methode gibt den Code der Implementierung an: Vector::Vector(double x, double y) : m_x(x), m_y(y) { } Vector Vector::add(const Vector &v) { return Vector(m_x+v.m_x, m_y+v.m_y); } Implementierungsdatei Vector.cpp Inkludiert Vector.h: #include "Vector.h" Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 20

21 Der Präprozessor Verhindern von Mehrfachdeklarationen: #ifndef VECTOR_H #define VECTOR_H class Vector { private: double m_x, m_y; public: Vector(double x, double y); Vector add(const Vector &v); }; #endif Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 21

22 Präprozessor-Direktiven #include "Dateiname" Fügt die Datei Dateiname an dieser Stelle ein (in der Regel) Datei in aktuellem Verzeichnis #include <Dateiname> Fügt die (System-)Datei Dateiname an dieser Stelle ein Datei im Include-Pfad des Compilers #ifdef, #ifndef, #if, #else, #endif Bedingte Compilierung #define Makro Definiert Makro(ohne Wert) #define Makro Wert Definiert Makro mit Wert Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 22

23 Makefiles Erleichtern das Compilieren und Linken gößerer Projekte Minimales Neuerstellen nach Veränderungen Regeln definieren Abhängigkeiten und Neuerstellung: Ziel: Abhängigkeiten <TAB>Befehl Vorsicht: <TAB> bezeichnet das Tabulatorzeichen! Variablendefinitionen: CC = g++ $(CC) Aufruf des Makefiles: make Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 23

24 Makefiles Beispiel: CC = g++ CFLAGS = -Wall -g prog: prog.o Vector.o $(CC) prog.o Vector.o -o prog prog.o: prog.cpp Vector.h $(CC) -c $(CFLAGS) prog.cpp -o prog.o Vector.o: Vector.cpp Vector.h $(CC) -c $(CFLAGS) Vector.cpp o Vector.o Carsten Gutwenger: Einführung in C++ (Teil 1) 24

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