Programmieren in C++

Transkript

1 Programmieren in C++ SS 2016 Vorlesung 5, Dienstag 24. Mai 2016 (Klassen und Objekte) Prof. Dr. Hannah Bast Lehrstuhl für Algorithmen und Datenstrukturen Institut für Informatik Universität Freiburg

2 Blick über die Vorlesung heute Organisatorisches Inhalt Erfahrungen mit dem Ü4 Tetris, Teil 2 Fragen auf dem Forum Kurze Erinnerung Klassen und Objekte Einführung + Beispielcode Konstruktor und Destruktor Einführung + Beispielcode Übungsblatt 5: Tetris, Teil 3 = Ihren bisherigen Code objekt-orientiert machen + jetzt alle Arten von Tetrominos Letztes Übungsblatt zu Tetris, im Ü6 kommt was Neues 2

3 Erfahrungen mit dem Ü4 1/3 Zusammenfassung / Auszüge Für viele war es relativ bis sehr zeitaufwändig Im Prinzip nicht schwer, aber viele Fehler, Probleme mit der Struktur, etc. "War ein langer Kampf bis endlich alles so funktioniert hat, wie ich es mir vorgestellt hab" "Die Zähne an der Struktur ausgebissen" "Das simple Denken ist manchmal gar nicht so einfach" Musterlösung war nicht mit dem Terminal vom Linux- Image kompatibel (geht schon, aber flackert) Sorry, aber für die Musterlösung für das Ü4 jetzt gefixt 3

4 Erfahrungen mit dem Ü4 2/3 Reise Andromedanebel in einem Menschenleben Schlappe 2.5 Millionen Lichtjahre entfernt Viele meinten, ginge nur mit Überlichtgeschwindigkeit "Seit kurzem ist das mit einem beschleunigten Asylverfahren möglich" "Da gibt es bestimmt kein WLAN" "SVN von da aus extrem schlecht erreichbar" "Man bräuchte ca Jahre, was ungefähr einem Nachmittag bei langweiligen Verwandten entspricht" "Nicht nötig, da sich der Andromedanebel auf uns zu bewegt Kollision in nur 3.75 Milliarden Jahren" 4

5 Erfahrungen mit dem Ü4 3/3 Reise zum Andromedanebel, die Wahrheit Schlappe 2.5 Millionen Lichtjahre entfernt Allerdings vergeht bei Geschwindigkeiten v nahe an c die Zeit beliebig viel langsamer Faktor sqrt(1 v 2 /c 2 ) Bei einer konstanten Beschleunigung a und einer Entfernung von d Lichtjahren wäre die Reisezeit T 10 / a ln (0.2 a d) Jahre Also für a = 1g 10 m/s 2 (Erdanziehungskraft): T ln (2d) Jahre 15 Jahre Achtung: mit Abbremsen etwa doppelt so lange Doof: auf der Erde dann 2.5M Jahre vergangen 5

6 Fragen auf dem Forum Bitte die Anleitung auf dem Wiki beachten Insbesondere: Fehlermeldung + relevante Teile aus dem Code posten Nicht einfach sagen "es funktioniert nicht" Und auch nicht einfach den ganzen Code posten Am besten ein minimales Beispiel wo der Fehler auftritt Außerdem: Aktuelle Version ins SVN und sagen "Code ist im SVN" Aber trotzdem erstmal den Schritt oben, nicht gleich sagen: "ich finde den Fehler nicht, Code ist im SVN" 6

7 Klassen 1/13 Für uns erstmal zwei Verwendungszwecke Definition von neuen Datentypen, zum Beispiel: ein Tetromino : absolute Position und Form die Structure : der Inhalt der 10 x 20 Zellen Zusammenfassen von Funktionen die "zusammen gehören" Tetromino : Bewegen, Rotieren, Malen, Structure : Tetromino hinzufügen, Malen, Tetris : Initialisieren, Spielen, 7

8 Klassen 2/13 Deklaration einer Klasse Das macht man wie folgt: class Structure { // Contents of the class, see next slides. }; Das schreibt man in eine.h Datei, die man genau so nennt wie die Klasse, in dem Fall Structure.h In Java ist das ein Muss, in C/C++ nicht zwingend, es erhöht aber sehr die Lesbarkeit des Codes In Java kein Semikolon am Ende der Deklaration Wenn man das Semikolon in C/C++ vergisst, gibt es mitunter sehr merkwürdige Fehlermeldungen 8

9 Klassen 3/13 Membervariablen einer Klasse Schreibt man wie bei einer normalen Deklaration, nur in die Klasse class Structure { bool _cells[10][20] ; // Contents of cells. }; Beachte: der Unterstrich am Beginn des Namens ist eine Konvention, um die Membervariablen leicht von normalen Variablen unterscheiden zu können Es können beliebig viele Membervariablen in einer Klasse stehen, für die Structure brauchen wir aber nur eine 9

10 Klassen 4/13 Objekte einer Klasse Im Code kann man jetzt Objekte dieser Klasse erzeugen: Structure structure; Das geht also im Prinzip genauso wie bei der "normalen" Variablendeklaration: links der Typ, rechts der Name Wichtig: Das reserviert bereits Speicherplatz, und structure ist der Name für dieses Stück Speicher In Java würde die gleiche Anweisung nur eine Referenz (= einen Zeiger) auf ein Objekt von diesem Typ erzeugen In C++ hat man die Wahl zwischen einem Zeiger auf das Objekt und dem Objekt persönlich spätere Vorlesung 10

11 Klassen 5/13 Methoden einer Klasse, Deklaration Zu der Klasse gehörige Funktionen heißen Methoden, sie werden wie die Membervariablem in der Klasse deklariert: class Structure { bool _cells[10][20]; void show(); // Method to show the structure. }; Beachte: da die Funktion / Methode zur Klasse gehört, gibt es keinen Grund, sie showstructure() zu nennen es gibt auch keinen Grund für einen Unterstrich vor dem Namen, das macht man nur bei den Membervariablen 11

12 Klassen 6/13 Methoden einer Klasse, Implementierung Wie bei normalen Funktionen auch, steht die Implementierung in einer gleichnamigen.cpp Datei void Structure::show() { ; // Code that draws the contents of the cells. } Beachte: der Klassenname ist jetzt Teil des Namens der Funktion und muss hier mit angegeben werden In Java gibt es auch solche voll qualifizierten Methodennamen, die würde dann aber in dem Fall hier Structure.show() heißen, also mit. statt :: 12

13 Klassen 7/13 Zugriff auf Membervariablen und Methoden Das geht über den. Operator Structure structure; // Create new object. for ( ) { structure._cells[x][y] = 0; } structure.show(); Wichtig: diese Befehle verändern die Werte von der Variablen _cells von genau nur diesem Objekt Gäbe es ein anderes Objekt structure2, so hätte das auch eine Variable _cells, dessen Werte mit denen von structure oben nichts zu tun haben 13

14 Klassen 8/13 Zugriffsberechtigung Dazu gibt es in der Klassendeklaration zwei Abschnitte class Structure { public: private: }; // Note: indent of one space is enough // Dito. Auf alles, was nach public: steht, kann man wie auf den Folien vorher über den. Operator zugreifen Auf alles, was nach private: steht, dürfen nur die Implementierungen der Methoden zugreifen 14 Es gibt auch noch protected: siehe spätere VL

15 Klassen 9/13 Zugriffsberechtigung, Beispiel Die Methode show() würde man public machen Grund: man will ja an anderer Stelle im Code der Struktur sagen, dass sie sich malen soll Die Variable _cells würde man private machen Grund: nur die Methoden der Klasse selber müssen den Inhalt der Zellen kennen, an anderer Stelle im Code reicht es, wenn man der Struktur sagen kann: mal dich Das ist gerade ein Prinzip von objekt-orientierter Programmierung, man gibt nur so viel "nach außen" wie nötig, die Implementierung "versteckt" man 15

16 Klassen 10/13 Statische Membervariablen Das sind globale Variablen einer Klasse, die für alle Objekte der Klasse gleich sind Die deklariert man dann in der.h Datei so: class Tetris { static int _maxx; // Number of columns. static int _maxy; // Number of rows. }; Die Initialisierung erfolgt dann in der.cpp Datei so: int Tetris::_maxX = 10; int Tetris::_maxY = 20; Das keyword static steht nur bei der Deklaration! 16

17 Klassen 11/13 Friend Klassen und Methoden Manchmal möchte man Variablen private machen, aber ausgewählten anderen Klassen trotzdem Zugriff geben: class Structure { void addtetromino(tetromino tetromino); int _cells[10][20]; }; class Tetromino { friend class Structure; // Give access to _x and _y. int _x; int _y; } Geht auch nur für einzelne Methoden, siehe Referenzen 17

18 Klassen 12/13 Vorwärtsdeklaration Manchmal hat man zwei Klassen X und Y, die müssen sich gegenseitig kennen Das löst man mit einer Vorwärtsdeklaration class Structure; // Forward declaration class Tetromino { friend class Structure; // See previous slide. private: int _x; int _y; }; 18

19 Klassen 13/13 FRIEND_TEST Zum Testen braucht man oft Zugriff auf alle Membervariablen einer Klasse auch die, die private sind Dazu schreiben wir in die Deklaration #include <gtest/gtest.h> // FRIEND_TEST defined here. class Structure { void show(); FRIEND_TEST(StructureTest, show); }; In der Test Datei muss dann entsprechend stehen: TEST(StructureTest, show) { } 19

20 Konstruktor und Destruktor 1/7 Motivation Objekte sind in C++ erstmal nicht initialisiert Um Sie bei der Deklaration zu initialisieren braucht man einen Konstruktor class Structure { Structure(bool fillvalue); }; Heißt genauso wie die Klasse, aber ohne Rückgabewert Kann auch Argumente haben und es kann auch mehrere Konstruktoren mit verschiedenen Argumenten geben Bei genau einem Argument explicit davorschreiben V6 20

21 Konstruktor und Destruktor 2/7 Implementierung und Aufruf Implementierung in der.cpp Datei Structure::Structure(bool fillvalue) { for ( ) { _cells[x][y] = fillvalue; } } Aufruf erfolgt automatisch bei der Objekt-Deklaration Structure s(0); // Calls constructor with argument 0. Wenn es mehrere Konstruktoren gibt, sucht sich der Compiler anhand der Argumente den passenden 21

22 Konstruktor und Destruktor 3/7 Defaultkonstruktor Wenn man keinen Konstruktur definiert, gibt es immer einen sog. Defaultkonstruktor, der (fast) nichts macht Structure structure; // Calls the default constructor. Man kann ihn überschreiben, in dem man einen Konstruktur ohne Argumente deklariert und implementiert class Structure { Structures(); }; Structure::Structure() { } // In the.h file. // In the.cpp file. Beachte: Sobald man einen Konstruktor mit Argumenten deklariert, gibt es den Defaultkonstruktur nicht mehr Muss man dann bei Bedarf explizit selber schreiben, s.o. 22

23 Konstruktor und Destruktor 4/7 Welcher Code gehört in den Konstruktor Vor allem einfache Variablenzuweisungen Komplexerer Code gehört in eine separate Methode, z.b. Tetromino::set(int kindoftetromino) Die sollte dann auch separat im Code aufgerufen werden, und nicht im Konstruktur, das kann sonst zu gemeinen Fehlern führen, insbesondere bei globalen Objekten Für Details, siehe Google C++ Styleguide Außerdem hat man so den Vorteil, dass man die set() Methode bei Bedarf wiederholt aufrufen kann Den Konstruktur kann man in C++ nicht explizit aufrufen 23

24 Konstruktor und Destruktor 5/7 Destruktor, Motivation Der Destruktor wird aufgerufen, wenn das Objekt seinen sogenannten "scope" verlässt. Der "scope" einer Variablen oder eines Objektes beginnt bei der letzten { davor und endet an der dazugehörigen } void somefunction() { // A new scope has just begun. Structure structure; // Constructor called. // Scope ends, destructor of "structure" will be called. } 24

25 Konstruktor und Destruktor 6/7 Destruktor, Deklaration und Implementierung Der Destruktor heißt wie der Konstruktur, nur mit einer Tilde davor class Tetris { ~Tetris(); }; Tetris::~Tetris() { endwin(); } // Declaration in the.h file // Implementation in the.cpp file. Üblicherweise räumt der Destruktor auf, was immer es aufzuräumen gibt im Beispiel oben den Bildschirm 25

26 Konstruktor und Destruktor 7/7 Defaultdestruktor Wenn man explizit keinen Destruktor scheibt, gibt es immer einen impliziten Defaultdestruktor, der nichts macht Anders als beim Konstruktor gibt es aber nur einen Destruktor... insbesondere gibt es keine Destruktoren mit Argumenten 26

27 Literatur / Links Alles zu Klassen Friend Klassen und Methoden Abschnitte "Friend functions" und "Friend Classes" Abschnitt "Testing Private Code" Reisezeit zum Andromedanebel Google: the relativistic rocket 27