Einführung in C++ Philipp Lamby. RWTH Aachen Institut für Geometrie und Praktische Mathematik. (Karsten Urban, Markus Jürgens, Jürgen Vorloeper)

Transkript

1 1 Einführung in C++ Philipp Lamby (Karsten Urban, Markus Jürgens, Jürgen Vorloeper) RWTH Aachen Institut für Geometrie und Praktische Mathematik

2 2 Organisatorisches Vorlesung: 9:30-11:00, Hörsaal IV Diskussion: im Anschluß an die Vorlesung Übung: nachmittags im CIP-Pool des IGPM, Hauptgebäude (Meßdach) Anmeldung und Einteilung heute Freiwillige Übungsaufgaben Können auch zu Hause bearbeitet werden. Teilnahmebescheinigungen am Ende des Kurses

3 3 Literatur kursbegleitend: Karsten Urban: Eine Einführung in C++, Shaker Verlag, Aachen 1998 Im Buchhandel erhältlich. Standardwerke : Bjarne Stroustrup: Die C++ Programmiersprache, 4. Aufl., Addison-Wesley, Bjarne Stroustrup: Design und Entwicklung von C++, Addison-Wesley, Kernighan/Ritchie: Programmieren in C 2.Ausgabe, ANSI-C

4 4 Themen der ersten Woche Einstieg in Linux Programmierwerkzeuge: Editoren, Compiler, Linker, Debugger Grundlagen der Programmierung in C und C++ Datentypen Kontrollstrukturen Funktionen Ein- und Ausgabe

5 5 Warum Linux? Betriebssystem ist Shareware Open Source Voll kompatibel mit Unix Immer weiter verbreitet Für den Einstieg in Linux: Matt Welsh, Kalle Dallheimer, Lar Kaufmann: Running Linux, 2. Aufl., Addison-Wesley, 1999

6 6 Das UNIX Dateisystem Dateinamen haben üblicherweise die Form <name>.<ext>. Gebräuchliche Endungen sind: Endung Bedeutung.C,.cpp,.cc,.c++ C++-Quelldateien.h,.hpp Header-Files.c C-Quelldateien.f Fortran-Quelldateien.p,.pas Pascal-Quelldateien.txt Textdateien (meist ASCII).tex TEX-Dateien.tar tar-files.gz,.zip,.z komprimierte Dateien.tgz komprimierte tar-files ohne Endung Ausführbare Dateien (Programme)

7 7 Das UNIX-Dateisystem / (root) bin/ usr/ etc/... lib/ tmp/ software/ bin/ include/ people/ cppkurs/ / /

8 8 Die vollständige Liste aller Vorgänger eines Verzeichnisses wird als Pfad bezeichnet: /usr/people/ Vorsicht! Anders als unter DOS wird unter UNIX der Slash ( / ) zur Separation der Verzeichnisse verwendet. Zwischen Groß- und Kleinschreibung wird unterschieden! Spezielle Verzeichnisse / root-verzeichnis ~/ Home-Verzeichnis./ aktuelles Verzeichnis../ Vorgängerverzeichnis

9 9 Wichtige Befehle in der Shell clear pwd cd <Verzeichnis> mkdir <Verzeichnis> rmdir <Verzeichnis> ls [-la] cat, more, less <Datei> Bildschirminhalt löschen Aktuellen Pfad zeigen ( Print Working Directory ) Wechsle in ein Verzeichnis ( Change Directory ) Erstelle neues Verzeichnis ( Make Directory ) Lösche Verzeichnis ( Remove Directory ) Zeige Inhalt des aktuellen Verzeichnisses ( List ) Anzeigen von Textdateien

10 10 Wichtige Befehle in der Shell -2- cp <Datei1> <Datei2> cp <Datei1> <Verzeichnis> mv <Datei1> <Datei2> mv <Datei1> <Verzeichnis> rm <Datei> tar zip, gzip, (un)compress Kopiere <Datei1> nach <Datei2> bzw. in <Verzeichnis> Benenne <Datei1> um bzw. verschiebe nach <Verzeichnis> Lösche Datei Archivieren von Dateien (De)komprimierung von Dateien

11 11 Hilfe zu UNIX-Befehlen man <Befehl> bzw. <Befehl> --help Verwendung von Wildcards cp *.cpp.. rm diss.* cp../aufgaben/*.*. ls [A-Z]m*.* Kopiere alle Dateien mit Endung.cpp in das Vorgängerverzeichnis Lösche alle Dateien mit Namen diss und beliebiger Endung Kopiere alle Dateien mit Endung aus dem angegebenen Verzeichnis in das aktuelle Verzeichnis Liste alle Dateien auf, deren Name mit einem Großbuchstaben beginnt, auf den dann ein m folgt

12 12 Editoren und Hintergrundprozesse vi Starte vi vi Bearbeite <dateiname> mit vi nedit & Starte nedit im Hintergrund emacs & Starte emacs im Hintergrund emacs <dateiname> & Bearbeite <dateiname> mit emacs nedit <dateiname> & Bearbeite <dateiname> mit nedit jobs -l Liste alle Hintergrundprozesse auf. kill -9 %1 Beendet den Hintergrundprozeß mit der Nummer 1 sofort.

13 13 Ein- und Ausgabeumlenkung in der bash UNIX-Befehle lesen Daten von vom Eingabekanal, normalerweise die Tastatur, und schreiben ihre Daten in den Ausgabekanal, der normalerweise mit dem Bildschirm verbunden ist. Mit den folgenden Befehlen, kann man Eingabe- und Ausgabe umlenken: ls /usr/bin > programme ls /bin >> programme ls /usr/bin more wc *.tex sort -rn sort < programme Schreibe eine Liste der Programme im Verzeichnis /usr/bin in die Datei programme. Füge die Programme in /bin der Datei programme hinzu. Liste das Verzeichnis /usr/bin und zeige die Ausgabe seitenweise an. Zähle die Zeilen aller Dateien mit der Endung.tex und sortiere die Ergebnisse der Größe nach. Schickt den Inhalt der Datei programme auf die Standardeingabe von sort.

14 14 Der Standardfehlerkanal Programme haben die Möglichkeit, Fehlermeldungen über einen separaten Ausgabekanal auf den Bildschirm zu bringen. Dieser Standardfehlerkanal muß bzw. kann separat umgelenkt werden. gcc source.c &>messages Schickt sowohl die Standard- als auch die Fehlerausgabe in die Datei messages. gcc source.c 2>error-msg Schickt die Fehlerausgabe in die Datei error-msg. Die Standardausgabe erscheint auf dem Bildschirm. gcc source.c 2>error-msg >/dev/null Wie zuvor. Die Standardausgabe wird allerdings unterdrückt.

15 15 Vom Problem zum Programm Problem Implementierung Algorithmus (unabh.) Programm entwurf (C++) Editieren (z.b. emacs) Compilen Linken (g++) Programm Nein Korrekt? Ja Test Fertig!

16 16 Was ist C/C++ eigentlich? C wurde ursprünglich zur Systemprogrammierung entwickelt. maschinennah effizient C ist standardisiert und portabel. C ist die Grundlage von UNIX-Betriebssystemen. C++ ist eine objektorientierte Weiterentwicklung von C. C++ ist geeignet für große Projekte.

17 17 Hello World! #include <iostream> using namespace std; int main() { // This is the world s most famous program! cout << "Hello World!" << endl; } return 0; Compilierung: mit dem Befehl g++ -o hello hello w.cpp

18 18 Test: z.b. mit dem Befehl hello./hello (Wenn der Pfad nicht erkannt wird) Pfad lesen und setzen in der bash: Gebe den aktuellen Pfad aus: echo $PATH Füge das aktuelle Verzeichnis zum Pfad hinzu: export PATH=.:$PATH Ausgabe des Programmes: Hello World!

19 19 Erläuterungen Jeder Befehl wird mit ; abgeschlossen. Blöcke von Befehlen werden durch { } eingeschlossen. Jedes C oder C++ Programm beginnt in der Funktion main. // leitet eine Kommentarzeile ein.

20 20 Erläuterungen #include "<dateiname>" lädt Header-Dateien. iostream ist eine C++-Systembibliothek zur Ein- und Ausgabe. cout bezeichnet die Standardausgabe. Die Bedeutung der using-direktive: siehe übernächstes Beispiel

21 21 Beispiel: Kommentare #include <iostream> using namespace std; int main() { // einzeiliger Kommentar // und noch eine Zeile Kommentar cout << "Hello world" << endl; //Programmzeile /* */ dieser Kommentar geht ueber mehrere Zeilen

22 22 // ERROR /* Schachtelungen /* mit Stern-Schraegstrich */ gehen nicht */ }

23 23 Variablendefinition 1 #include <iostream> double global = ; // globale Variable int main() { int i; std::cout << "vor der Initialisierung : i = " << i << std::endl; i = 15; std::cout << "nach der Zuweisung : i = " << i << std::endl; { int local, i = 8; std::cout << "lokales i = " << i << ", und global = " << global << std::endl; } // local = E ; // Fehler! }

24 24 Ausgabe i = vor der Initialisierung i = 15 nach der Zuweisung lokales i = 8, und global = Merke Jede Variable muß mit Typ Name; angelegt werden. Typ Name = Wert; initialisiert die Variable gleichzeitig.

25 25 Variablendefinitionen 2 #include <iostream> using namespace std; int main() { double d1; d1=10.1; cout << "d1 = " << d1 << endl; double d2=20.2; double d3=d1+d2; // d3=30.3!!! cout << "d2 = " << d2 << ", d3 = " << d3 << endl; } double d4,d5,d6=d4+d5; d4=1.1; d5=2.2; cout << "d6 = " << d6 << endl; // d6=3.3???

26 26 Ausgabe d1 = 10.1 d2 = 20.2, d3 = 30.3 d6 = e-270 Konstante Variablen int main() { const double pi = 3.16; const int l; // error: uninitialized const pi = ; // error: assignment of read-only variable }

27 27 Gültige Variablenamen hello this_is_a_most_unusually_long_name DEFINED foo bar u_name LastMatrix var0 var1ab CLASS _class Ungültige Variablenamen 012 a fool $sys class 3var zahle.bis foo~bar.name if new

28 28 Ein- und Ausgabe Die Ein- und Ausgabekanäle von UNIX werden auch als Streams bezeichnet. In C++ spricht man sie wie folgt an: cout cerr cin Standardausgabe (Bildschirm/Shell) Ausgabe für Fehlermeldungen Standardeingabe (Tastatur) Achtung: Die Streams sind gepuffert. cout << "Fange an zu rechnen! "; // keine Ausgabe! // tue irgendwas aufwendiges cout << "\nrechnung beendet!\n" << flush; // erzwingt Ausgabe

29 29 Beispiel zur Ein- und Ausgabe #include <iostream> using namespace std; int main() { double alpha; int a, b; cout << "Bitte geben Sie zwei ganze Zahlen ein: " << endl; cin >> a >> b; cout << "Bitte geben Sie eine reelle Zahl ein: "; cin >> alpha; cout << "a + b = " << (a + b) << endl; cout << "alpha = " << alpha << endl; } return 0;

30 30 Programmausführung Bitte geben Sie zwei ganze Zahlen ein: 2 3 Bitte geben Sie eine reelle Zahl ein: 2.56 a + b = 5 alpha = 2.56

31 31 Verzweigungen #include <iostream> using namespace std; int main() { int a = 1, b = 3; } if( a > b ) { cout << "a ist groesser als b" << endl; } else { cout << "b ist groesser oder gleich a" << endl; }

32 32 Verzweigungen -2- #include <iostream> using namespace std; int main() { int x = 1, a = -2, b = 3; } if( x >= a ) { if( x <= b ) { cout << "x liegt in [a,b]" << endl; } else { cout << "x ist groesser als b" << endl; } } else cout << "x ist kleiner als a" << endl;

33 33 Allgemein if( Bedingung ) Anw A else Anw B Der else-zweig ist optional. If-Schleifen können geschachtelt werden. Anw ist entweder genau ein Befehl oder ein Block {... }. Vorsicht! if( a > b ) { max = a; min = b; } // OK if( a > b ) max = a; min = b; // setzt min // *immer* auf b

34 34 Ausdrücke int x = 15; y = 4; cout << x / y << endl; x / y ist ein Ausdruck, bestehend aus den Operanden x, y und dem Operator /. Der Wert des Operators ist in diesem Fall x / y = 3; double x = 12.4, y = 44.3; cout << -x << endl; // unaerer Operator cout << x * y << endl; // binaerer Operator

35 35 Für arithmetische Operatoren gilt Punkt- vor Strichrechnung. Die Auswertung erfolgt von links nach rechts. int main() { int m = * 4; // m = = 15 int n = 1 + (2+3) * 4; // n = 1 + 5*4 = = 21 int o = ; // o = -1-3 = -4 int p = 1 - (2-3); // p = 1 - (-1) = 2 }

36 36 Ein Ausdruck ist eine C-Anweisung, die einen Wert besitzt. Ausdrücke bestehen wiederum aus Unterausdrücken, die durch Operatoren verbunden sind. int main() { int x = 100; int y = 2; y = x = * y; /* fraglicher Ausdruck */ // x = 9, y = 9 } Der Unterausdruck 2*y besitzt den Wert 4 vom Typ int, der zusammengesetzte Ausdruck * y hat den Wert 9, der Zuweisungsoperator liefert den resultierenden Wert der linken Seite zurück. Der Zuweisungsoperator ist rechtsassoziativ und hat niedrigere Priorität als die arithmetischen Operatoren.

37 37 Operatoren Arithmetische Operatoren + - * / Vergleichsoperatoren gleich == ungleich!= <=, <, >, >= Logische Operatoren und && oder Verneinung! Zuweisung = += -= *= /=

38 38 Beispiel: Berechnung des Anhalteweges #include <iostream> using namespace std; int main() { double Verzoegerung, // Verzoegerung [m/(s*s)] ReaktionsZeit, // Reaktionszeit [s] v0; // Geschwindigkeit [m/s] cout << "Verzoegerung [m/s^2] (>0): "; cin >> Verzoegerung; if (Verzoegerung <= 0) { cerr << "Die Verzoegerung muss positiv sein!"

39 39 } << endl; return 1; //!= 0 => Fehlercode cout << "Reaktionszeit [s] : "; cin >> ReaktionsZeit; cout << "Geschwindigkeit [m/s] : "; cin >> v0; cout << "... ergibt einen Anhalteweg von " << v0*reaktionszeit + 0.5*v0*v0/Verzoegerung << " m" << endl; } return 0; // optional