Gestrige Themen. Erste Schritte in Linux. Benutzung des Compilers und Editors. Variablen. Ein- und Ausgabe mit cin, cout (C++) Verzweigungen

Transkript

1 1 Gestrige Themen Erste Schritte in Linux Benutzung des Compilers und Editors Variablen Ein- und Ausgabe mit cin, cout (C++) Verzweigungen Ausdrücke

2 2 Themen heute Elementare Datentypen Kontrollstrukturen Funktionen Ausgabe mit printf (C)

3 3 Eingebaute Datentypen Logische Variablen (boolean) bool bool flag; (1 Byte) (nur C++) mögliche Werte: true, false Ganze Zahlen (integers) ((un)signed) short int short int a; a=1; (1 oder 2 Bytes) ((un)signed) int int b; b=-3; (2 oder 4 Bytes) ((un)signed) long int long int c; c=123; (4 oder 8 Bytes) Fließkommazahlen (floating point numbers) float float x; x=3.0; (4 Bytes) double double y; y=-1.5e4; (8 Bytes) long double long double z; z=y; (8 oder 16 Bytes) Buchstaben (characters) char, (un)signed char char c; c= f ; (1 Byte)

4 4 Implizite Typumwandlung Die elementaren Datentypen können ineinander umgewandelt werden. Ganzzahlige Umwandlungen int i1 = ; // i1 == 511 char ch = i1; // ch == 255 (!!) int i2 = ch; // undefiniert, i2 == 255 i2 == -1 Gleitkommaumwandlungen float f1 = FLT_MAX; double d1 = f1; float f2 = d1; double d2 = DBL_MAX; float f3 = d2; // maximaler float-wert // OK: d1 == f1 // OK: f2 == d1 // maximaler double-wert // undefiniert, weil FLT_MAX<DBL_MAX Umwandlung von Gleitkommazahlen zu ganzen Zahlen int i = 0.999; // i == 0 double x = i; // x == 0.0

5 5 Explizite Typumwandlung (Casting) Beispiel: Vorsicht: die Implizite Typumwandlung führt manchmal zu unerwarteten Ergebnissen! double x = 1/4; // x = 0.0 (!!) Man kann dies durch explizite Typumwandlung vermeiden: double x = double(1/4); // nutzt nichts : x == 0.0 double x = double(1)/double(4); // schon besser : x == 0.25 double x = 1.0 / 4.0; // am einfachsten int i = (int) x; // i == 0, C-Stil int j = int(x); // moderner

6 6 Beispiele für Ausdrücke int a = 42, b = -9; double x = 1, y = 4.2; Ausdruck Typ Wert a+b int 33 a < b bool false 1 + (a < b) int 1 x + a / y double 11.0 x >= a bool false a!= 9 && y > x bool true a++ int 42 (a ist 43) ++b int -8 (b ist -8) b = (int)y + 3 int 7 (b = (int)y + 3) == 7 bool true

7 7 Hello World! C #include <stdio.h> int main() /* This is the world s most famous program! */ printf("hello World!\n"); return 0; Compilierung: mit dem Befehl gcc -o hello hello w.c

8 8 Erläuterungen stdio.h ist eine C-Systembibliothek zur Ein- und Ausgabe printf ist der C-Befehl, um Daten in die Standardausgabe zu schreiben. C kennt keine using-direktive Ausgabe elementarer Datentypen mit printf #include <stdio.h> int main() i double alpha=3.3; int a=5; char* name="rwth"; printf("die %s ist ueber 100 Jahre alt.\n",name); printf("alpha= %e, a=%d\n",alpha,a);

9 9 Formatangaben bei printf %d ganze Dezimalzahl, %f Gleitkommazahl, %e Exponentialschreibweise %c (einzelnes) ASCII Zeichen %s Zeichenkette (später) %p Zeiger (später) Zeilende : \n Prozentzeichen: \% Viele weitere Formatangaben möglich, siehe auch man 3 printf Formatierte Eingabe: man 3 scanf, man 3 getchar

10 10 Steuerungszeichen und Escape Sequencen #include <stdio.h> int main() printf("\033[35m violett\033[0m"); printf("\033[34m blue \033[0m"); printf("\033[1m bold \033[0m\n"); Programmausführung violett blue bold Steuerungszeichen und Escape-Sequencen dienen zur Programmierung der Linux Konsole, siehe z. B. K. Johnson, E. Troan: Anwendungen entwickeln unter Linux, Addison Wesley, 1998.

11 11 Beispiel -2- zur Ein- und Ausgabe (C-Style) #include <stdio.h> int main() printf("geben Sie ein Zeichen ein\n"); printf("bestaetigen Sie die Eingabe mit <Enter>: "); char c=getchar(); printf("\ndas eingegebene Zeichen war %c.\n\n",c); Programmausführung Geben Sie ein Zeichen ein Bestaetigen Sie die Eingabe mit <Enter>: a Das eingegebene Zeichen war a.

12 12 Schleifen 1: while-schleife #include <iostream> using namespace std; int main() int n = 2; while( n <= 1000 ) cout << n << endl; n = n*2; return 0;

13 13 Ausgabe: Die Bedingung wird vor jedem Schleifendurchlauf geprüft. while( i<1000 ) i++; while( true )... // Endlosschleife while( error!=0 && itno<=maxit )...

14 14 Schleifen 2: do-while-schleife, #include <iostream> using namespace std; int main() int n; // nicht initialisiert, hier ok do cout << "Bitte n eingeben: "; cin >> n; cout << "n*n = " << n*n << endl; while( n!= 0 ); cout << "Programmende" << endl; return 0;

15 15 Ausgabe: Bitte n eingeben: 5 n*n = 25 Bitte n eingeben: 8 n*n = 64 Bitte n eingeben: 0 n*n = 0 Programmende! Die Bedingung wird nach jedem Schleifendurchlauf geprüft.

16 16 Schleifen 3: for-schleife #include <iostream> #include <iomanip> // fuer setw using namespace std; int main() for(int i = 0; i <= 15; i++) cout << setw(5) << i << setw(5) << i*i << endl; return 0;

17 17 Ausgabe:

18 18 Mehr for-schleifen for( i=0; i<n; i++ ) // i laeuft von 0 bis n-1... for( int i=100; i>0; i-- )... for( i=0,j=0; i<10; i++,j+=2 )... for( x=0; x<=xmax; x+=0.5 )... for(;;)... // Endlosschleife

19 19 Zurück zum Anfang: continue x=0; while(x<10) x++; if(x==5) continue; cout << x << " " << flush; Ausgabe: Die continue Anweisung springt zum Kopf der innersten for, do oder while Schleife, in der sie vorkommt.

20 20 Die switch Anweisung #include <iostream> using namespace std; int main() int code; cout << "Bitte geben Sie 0 oder 1 ein:"; cin >> code; switch(code) case 0: cout << "Null!" << endl; break; case 1: cout << "Eins!" << endl; break; default: cerr << "Weder Null noch Eins!" << endl; // switch zu Ende

21 21 int i; switch(i) case 1: case 2: cout << "x ist 1 oder 2" << endl; break; case 3: cout << "x ist 3" << endl; Vorsicht! Die break Anweisung springt hinter den innersten do, for, while oder switch Anweisungsblock, in dem sie steht.

22 22 Beispiel für ein sinnvolles goto int i,j; for( i=0; i<n; i++ ) for( j=0; j<n; j++ ) if( i==1 && j==2) goto gefunden; gefunden: cout << "gefunden!\n";

23 23 Aufzählungstypen Eine Aufzählung ist eine Folge von konstanten ganzzahligen Werten, z.b. enum Antwort Ja,Nein; Wenn nicht explixit angegeben, hat der erste Name den Wert 0, der nächste 1 usw. Ja=0, Nein=1 Wenn einem Namen kein Wert zugeordnet ist, so hat er den Wert des vorangehenden Namens+1. enum Wochentage Sonntag=1, Montag, Dienstag, Mittwoch, Donnerstag, Freitag, Samstag; Montag=2, Dienstag=3, usw.

24 24 Beispiel #include <iostream> using namespace std; enum SpielausgangSIEG, NIEDERLAGE, UNENTSCHIEDEN, AUFGABE; int main() Spielausgang Ausgang, Verletzung = AUFGABE; int Spiel_Nr; for (Spiel_Nr=0; Spiel_Nr<=3; Spiel_Nr++) Ausgang = (Spielausgang)Spiel_Nr; if (Ausgang == Verletzung)

25 25 cout << "Das Spiel " << Spiel_Nr << " wurde abgebrochen.\n"; else cout << "Das Spiel " << Spiel_Nr << " wurde ausgetragen"; switch (Ausgang) case SIEG: cout << ", und wir haben gewonnen! (-:\n"; break; case NIEDERLAGE: cout << ", und wir haben verloren. )-:\n"; break; case UNENTSCHIEDEN: cout << " und ging " << "unentschieden aus. -:\n";

26 26 return 0;

27 27 Führt man dieses Programm aus, so erhält man folgende Ausgabe auf dem Bildschirm: Das Spiel 0 wurde ausgetragen, und wir haben gewonnen! (-: Das Spiel 1 wurde ausgetragen, und wir haben verloren. )-: Das Spiel 2 wurde ausgetragen und ging unentschieden aus. -: Das Spiel 3 wurde abgebrochen.

28 28 Beispiel: Anhalteweg 3 /* Name : anhalt3 Zweck : Berechnung Anhaltewegs eines Autos und Erstellung einer Tabelle Autor : Lieschen Eifrig Stand : , Uhr */ #include <iostream> #include <iomanip> // zur Formatierung der Ausgabe using namespace std; int main() double Verzoegerung, // Verzoegerung [m/(s*s)] ReaktionsZeit, // Reaktionszeit [s] v0; // Geschwindigkeit [m/s] bool Nochmal = 0; // mehrfache Ausfuehrung? char Eingabe_Code; // fuer Abfrage

29 29 do cout << "Beschaffenheit der Strasse" << " E(is) S(chnee) N(ass) T(rocken): "; cin >> Eingabe_Code; cout << "Anhaltweg auf "; switch ( Eingabe_Code ) case E : case e : cout << "eisiger Strasse:" << endl; Verzoegerung = 0.5; break; // <=== wichtig!! case S : case s : cout << "verschneiter Strasse:" << endl; Verzoegerung = 0.38; break; case N : case n : cout << "nasser Strasse:" << endl; Verzoegerung = 1.9;

30 30 break; case T : case t : cout << "trockener Strasse:" << endl; Verzoegerung = 2.5; break; default : cerr << "Ungueltige Beschaffenheit " << "der Strasse" << endl; return 1; // Ende der Switch-Anweisung // cout << setiosflags(ios::showpoint) << setiosflags(ios::fixed) << setiosflags(ios::right) << setprecision(2); // auch Nullen am Ende zeigen, Festkomma-Format, // rechtsbuendige Ausgabe, 2 Stellen hinter dem Punkt

31 31 cout << endl; cout << " Anf.Geschw. Anhalteweg [m] " << endl; cout << " [m/s] Frisch Muede Betrunken" << endl; cout << "==============================================" << endl; for (v0=1; v0<=60; v0+=3) cout << setw(8) << v0 << " "; for (int i=0; i<3; i++) switch ( i ) case 0: // Zustand = Frisch; ReaktionsZeit = 0.2; break; case 1: // Zustand = Muede;

32 32 ReaktionsZeit = 0.8; break; case 2: // Zustand = Betrunken; ReaktionsZeit = 2; break; // Ende der Switch-Anweisung cout << setw(11) << v0*reaktionszeit + 0.5*v0*v0/Verzoegerung; if (i==2) cout << endl; // for i // for v0 cout << endl << "Neue Berechnung [j/n]: "; cin >> Eingabe_Code; if ( Eingabe_Code == j ) Nochmal = 1; else if ( Eingabe_Code == n ) Nochmal = 0;

33 33 else cerr << "Falsche Eingabe. Abbruch." << endl; return 1; while (Nochmal); // do-while return 0;

34 34 Bei einem Programmlauf wird dabei z.b. folgende Tabelle erzeugt: Anhaltweg auf eisiger Strasse: Anf.Geschw. Anhalteweg [m] [m/s] Frisch Muede Betrunken ==============================================

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36 36 Funktionen Programmteile werden zu Unterprogrammen zusammengefaßt. logische Untergliederung eins Programmes leichtere Verständlichkeit und Fehlersuche Arbeitsersparnis Top-Down-Entwurf: Das Problem wird solange in einfachere Probleme zerlegt, bis nur noch elementare Aufgaben zu lösen sind. Bottom-Up-Entwurf: Einfache und bereits vorhandene Bausteine werden zu leistungsfähigeren Unterprogrammen zusammengesetzt. In der Praxis werden beide Strategien gemischt.

37 37 Beispiel: Verwendung von Funktionen #include <iostream> using namespace std; double Anhalteweg(double a, double reakt, double v0) if( a <= 0 ) cerr << "Die Verzoegerung muss positiv sein!" << endl; cerr << "Unsinnige Eingabe!" << endl; return (-1); // Verlaesst die Funktion und gibt -1 zurueck. return v0*reakt + 0.5*v0*v0/a;

38 38 int main() double Verzoegerung, // Verzoegerung [m/(s*s)] ReaktionsZeit, // Reaktionszeit [s] v0; // Geschwindigkeit [m/s] cout << "Verzoegerung [m/s^2] (>0): "; cin >> Verzoegerung; cout << "Reaktionszeit [s] : "; cin >> ReaktionsZeit; cout << "Geschwindigkeit [m/s] : "; cin >> v0; cout << "... ergibt einen Anhalteweg von " << Anhalteweg(Verzoegerung,ReaktionsZeit,v0) << " m" << endl; return 0;

39 39 Call by value #include <iostream> using namespace std; // y^k fuer k >= 0 und y!=0 double mypow(double y, int k) double result = 1; while( k-- ) result *= y; return result;

40 40 int main() double x = 3.0; int n = 4; double potenz = mypow(x, n); cout << x << "^" << n << " = " << potenz << endl; return 0; Die Ausgabe des Programmes ist: 3^4 = 81

41 41 Lokale und globale Variablen #include <cstdio> int global = 1000; //globale Variable //Gueltigkeitsbereich: gesamte Datei void func() // Programm enthaelt ausser main //noch eine weitere Funktion: func int lokal3 = 4000; // lokale Variable // Gueltltigkeitsbereich: func printf("\n\nfunc: Wert von global ist %d", global); printf("\nfunc: Wert von lokal3 ist %d", lokal3);

42 int main() // Anfang aeusserer Block main int lokal1 = 2000; // lokale Variable // Gueltigkeitsbereich: main printf("aeusserer Block main: Wert von global ist %d\n",global); printf("aeusserer Block main: Wert von lokal1 ist %d\n\n",lokal1); 42 // Anfang innerer Block main int lokal2 = 3000; // lokale Variable // Gueltigkeitsbereich: Block printf("innerer Block main: Wert von global ist %d\n",global); printf("innerer Block main: Wert von lokal1 ist %d\n",lokal1); printf("innerer Block main: Wert von lokal2 ist %d",lokal2); // Ende innerer Block main func(); // Funktionsaufruf func // Ende aeusserer Block main

43 43 erzeugt die Ausgabe aeusserer Block main: Wert von global ist 1000 aeusserer Block main: Wert von lokal1 ist 2000 Innerer Block main: Wert von global ist 1000 Innerer Block main: Wert von lokal1 ist 2000 Innerer Block main: Wert von lokal2 ist 3000 func: Wert von global ist 1000

44 44 Lokale und globale Variablen -2- #include <cstdio> int x = 1000; // globale Variable void func() int x = 4000; // lokale Variable printf("\nfunc: Wert von x ist %d", x); main() int x = 2000; //lokale Variable printf("aeusserer Block main: Wert von x ist %d", x); int x = 3000; //lokale Variable

45 45 printf("\ninnerer Block main: Wert von x ist %d", x); func(); //Funktionsaufruf erzeugt die Ausgabe aeusserer Block main: Wert von x ist 2000 Innerer Block main: Wert von x ist 3000 func: Wert von x ist 4000

46 46 Lokale und statische Variablen #include <iostream> using namespace std; int Zaehle1() int a = 0; a = a + 1; return a; int Zaehle2() static int a = 0; a = a + 1; return a;

47 47 int main() for(int i = 0; i < 5; i++) cout << Zaehle1() << ", " << Zaehle2() << endl; return 0; erzeugt die Ausgabe 1, 1 1, 2 1, 3 1, 4 1, 5

48 48 Rekursionen #include <iostream> using namespace std; int fakultaet(int n) if (0==n) return 1; // Abbruch else return n*fakultaet(n-1); // Rekursion int main() int n; cout << "Fakultaet von "; cin >> n; cout << n << "! = " << fakultaet(n) << endl; return 0;

49 49 Standardwerte für Parameter (nur C++) #include <iostream> #include <iomanip> using namespace std; // Funktionsdeklaration : int Volumen(int Laenge, int Breite = 2, int Hoehe = 3); int main() cout << "Eingangsdaten (L,B,H):" << setw(5) << Volumen(10, 12, 15) << endl; cout << "Eingangsdaten (L,B,H):" << setw(5) << Volumen(10, 12) << endl; cout << "Eingangsdaten (L,B,H):" << setw(5) << Volumen(10) << endl;

50 50 return 0; int Volumen(int Laenge, int Breite, int Hoehe) cout << setw(3) << Laenge << " " << setw(3) << Breite << " " << setw(3) << Hoehe << " ergibt ein Volumen von "; return Laenge * Breite * Hoehe;

51 51 Das Programm produziert folgenden Output: Eingangsdaten (L,B,H): ergibt ein Volumen von 1800 Eingangsdaten (L,B,H): ergibt ein Volumen von 360 Eingangsdaten (L,B,H): ergibt ein Volumen von 60 Default-Argumente können nur für hinten stehende Argumente benutzt werden: int Volumen(int Laenge, int Breite=10, int Hoehe=5); int Volumen(int Laenge, int Breite=10, int Hoehe); // OK // Fehler

52 52 Funktionsdeklarationen double sqrt(double); double x = sqrt(2); void g(int a, int b); bool first(); // implizite Typumwandlung void f(int p) /*...*/ return 1; void f(int p) /*...*/ return; void f(int p) /*...*/ return g(p,p); // Funktion ohne Rückgabewert // Funktion ohne Argumente // Fehler // OK // OK

53 53 Überladen von Funktionen (nur C++) int teile (int a, int b) cout << "Teile Integers" << endl; return a/b; double teile (double a, double b) cout << "Teile Doubles" << endl; return a/b; void main() cout << teile(1,4) << endl; cout << teile(1.0,4.0) << endl;

54 54 Beim Ausführen dieses Programms entsteht folgende Ausgabe: Teile Integers 0 Teile Doubles 0.25