C++ DER PROGRAMMIERER // C++ LERNEN // PROFESSIONELL ANWENDEN // LÖSUNGEN NUTZEN AKTUEL ZU C++14. ulrich BREYMANN

Transkript

1 ulrich BREYMANN L AKTUEL ZU 4. Auflage C++14 C++ DER PROGRAMMIERER // C++ LERNEN // PROFESSIONELL ANWENDEN // LÖSUNGEN NUTZEN Entwicklungsumgebung, Compiler, alle Beispiele und mehr auf Inklusive»C++-Rezeptbuch«mit mehr als 150 praktischen Lösungen

2 Breymann Der C++-Programmierer Bleiben Sie auf dem Laufenden! Unser Computerbuch-Newsletter informiert Sie monatlich über neue Bücher und Termine. Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben. Gleich anmelden unter Hanser Update ist der IT-Blog des Hanser Verlags mit Beiträgen und Praxistipps von unseren Autoren rund um die Themen Online Marketing, Webentwicklung, Programmierung, Softwareentwicklung sowie IT- und Projektmanagement. Lesen Sie mit und abonnieren Sie unsere News unter

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4 Ulrich Breymann Der C++-Programmierer C++ lernen professionell anwenden Lösungen nutzen 4., überarbeitete und erweiterte Auflage

5 Prof. Dr. Ulrich Breymann lehrte Informatik an der Fakultät Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Bremen. Kontakt: Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München, Lektorat: Brigitte Bauer-Schiewek Herstellung: Irene Weilhart Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany Print-ISBN: E-Book-ISBN:

6 für Bruni

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8 Inhalt Vorwort Teil I: Einführung in C Es geht los! Historisches Objektorientierte Programmierung Compiler Das erste Programm Namenskonventionen Integrierte Entwicklungsumgebung Einfache Datentypen und Operatoren Ausdruck Ganze Zahlen Reelle Zahlen Konstante Zeichen Logischer Datentyp bool Referenzen Regeln zum Bilden von Ausdrücken Standard-Typumwandlungen Gültigkeitsbereich und Sichtbarkeit Namespace std... 64

9 8 Inhalt 1.8 Kontrollstrukturen Anweisungen Sequenz (Reihung) Auswahl (Selektion, Verzweigung) Fallunterscheidungen mit switch Wiederholungen Kontrolle mit break und continue Benutzerdefinierte und zusammengesetzte Datentypen Aufzählungstypen Strukturen Der C++-Standardtyp vector Zeichenketten: Der C++-Standardtyp string Container und Schleifen Typermittlung mit auto Unions und Bitfelder Einfache Ein- und Ausgabe Standardein- und -ausgabe Ein- und Ausgabe mit Dateien Programmstrukturierung Funktionen Aufbau und Prototypen Gültigkeitsbereiche und Sichtbarkeit in Funktionen Lokale static-variable: Funktion mit Gedächtnis Schnittstellen zum Datentransfer Übergabe per Wert Übergabe per Referenz Gefahren bei der Rückgabe von Referenzen Vorgegebene Parameterwerte und unterschiedliche Parameterzahl Überladen von Funktionen Funktion main() Beispiel Taschenrechnersimulation Spezifikation von Funktionen Alternative Funktions-Syntax Modulare Programmgestaltung Steuerung der Übersetzung nur mit #include Einbinden vorübersetzter Programmteile

10 Inhalt Dateiübergreifende Gültigkeit und Sichtbarkeit Übersetzungseinheit, Deklaration, Definition Präprozessordirektiven und Makros Funktions-Templates Spezialisierung von Templates Einbinden von Templates inline-funktionen constexpr-funktionen Namensräume C++-Header Einbinden von C-Funktionen Objektorientierung Abstrakte Datentypen Klassen und Objekte const-objekte und Methoden inline-elementfunktionen Initialisierung und Konstruktoren Standardkonstruktor Direkte Initialisierung der Attribute Allgemeine Konstruktoren Kopierkonstruktor Typumwandlungskonstruktor Konstruktor und mehr vorgeben oder verbieten Einheitliche Initialisierung und Sequenzkonstruktor Delegierender Konstruktor constexpr-konstruktor und -Methoden Beispiel: Rationale Zahlen Aufgabenstellung Entwurf Implementation Destruktoren Wie kommt man zu Klassen und Objekten? Ein Beispiel Gegenseitige Abhängigkeit von Klassen Intermezzo: Zeiger Zeiger und Adressen C-Arrays

11 10 Inhalt C-Array und sizeof Initialisierung von C-Arrays Zeigerarithmetik Indexoperator bei C-Arrays C-Array mit begin() und end() durchlaufen C-Zeichenketten Dynamische Datenobjekte Freigeben dynamischer Objekte Zeiger und Funktionen Parameterübergabe mit Zeigern Parameter des main-programms Gefahren bei der Rückgabe von Zeigern this-zeiger Mehrdimensionale C-Arrays Statische mehrdimensionale C-Arrays Array als Funktionsparameter Dynamisch erzeugte mehrdimensionale Arrays Klasse für dynamisches zweidimensionales Array Binäre Ein-/Ausgabe Zeiger auf Funktionen Standard-Typumwandlungen für Zeiger Zeiger auf Elementfunktionen und -daten Zeiger auf Elementfunktionen Zeiger auf Elementdaten Komplexe Deklarationen lesen Lesbarkeit mit typedef und using verbessern Objektorientierung Eine String-Klasse friend-funktionen Klassenspezifische Daten und Funktionen Klassenspezifische Konstante Klassen-Templates Ein Stack-Template Stack mit statisch festgelegter Größe Template-Metaprogrammierung Variadic Templates: Templates mit variabler Parameterzahl

12 Inhalt Klassen-Templates mit variabler Stelligkeit Typbestimmung mit decltype declval Vererbung Vererbung und Initialisierung Zugriffsschutz Typbeziehung zwischen Ober- und Unterklasse Code-Wiederverwendung Konstruktor erben Überschreiben von Funktionen in abgeleiteten Klassen Virtuelle Funktionen Abstrakte Klassen Virtueller Destruktor Private virtuelle Funktionen Probleme der Modellierung mit Vererbung Mehrfachvererbung Namenskonflikte Virtuelle Basisklassen Standard-Typumwandlungsoperatoren Typinformationen zur Laufzeit Using-Deklaration für protected-funktionen Private- und Protected-Vererbung Fehlerbehandlung Ausnahmebehandlung Exception-Spezifikation in Deklarationen Exception-Hierarchie in C Besondere Fehlerbehandlungsfunktionen Erkennen logischer Fehler Arithmetische Fehler / Division durch Speicherbeschaffung mit new Exception-Sicherheit Überladen von Operatoren Rationale Zahlen noch einmal Arithmetische Operatoren Ausgabeoperator <<

13 12 Inhalt 8.2 Eine Klasse für Vektoren Index-Operator [ ] Zuweisungsoperator = Mathematische Vektoren Multiplikationsoperator Inkrement-Operator Typumwandlungsoperator Smart Pointer: Operatoren -> und * Smart Pointer und die C++-Standardbibliothek Objekt als Funktion new und delete überladen Speichermanagement mit malloc und free Unterscheidung zwischen Heap- und Stack-Objekten Fehlende delete-anweisung entdecken Eigene Speicherverwaltung für einen bestimmten Typ Empfehlungen im Umgang mit new und delete Operatoren für Literale Stringliterale Benutzerdefinierte Literale Mehrdimensionale Matrizen Zweidimensionale Matrix als Vektor von Vektoren Dreidimensionale Matrix Zuweisung bei Vererbung Dateien und Ströme Ausgabe Formatierung der Ausgabe Eingabe Manipulatoren Eigene Manipulatoren Fehlerbehandlung Typumwandlung von Dateiobjekten nach bool Arbeit mit Dateien Positionierung in Dateien Lesen und Schreiben in derselben Datei Umleitung auf Strings Tabelle formatiert ausgeben

14 Inhalt Formatierte Daten lesen Eingabe benutzerdefinierter Typen Blockweise lesen oder schreiben Ergänzungen Einführung in die Standard Template Library (STL) Container, Iteratoren, Algorithmen Iteratoren im Detail Beispiel verkettete Liste Teil II: Fortgeschrittene Themen Lambda-Funktionen Eigenschaften Äquivalenz zum Funktionszeiger Lambda-Funktion und Klasse Generische Lambda-Funktionen Parametererfassung mit [] Performance, Wert- und Referenzsemantik Performanceproblem Wertsemantik Auslassen der Kopie Temporäre Objekte bei der Zuweisung Referenzsemantik für R-Werte Optimierung durch Referenzsemantik für R-Werte Bewegender Konstruktor Bewegender Zuweisungsoperator Die move()-funktion Regel zur Template-Auswertung von &&-Parametern Ein effizienter binärer Plusoperator Return Value Optimization (RVO) Kopien temporärer Objekte eliminieren Verbesserung durch verzögerte Auswertung Reguläre Ausdrücke Elemente regulärer Ausdrücke Greedy oder lazy? Interaktive Auswertung

15 14 Inhalt 13.3 Auszug des regex-apis Anwendungen Threads Zeit und Dauer Threads Die Klasse thread Thread-Group Synchronisation Thread-Steuerung: pausieren, fortsetzen, beenden Data Race Interrupt Warten auf Ereignisse Reader/Writer-Problem Wenn Threads verhungern Reader/Writer-Varianten Thread-Sicherheit Grafische Benutzungsschnittstellen Ereignisgesteuerte Programmierung GUI-Programmierung mit Qt Installation und Einsatz Meta-Objektsystem Der Programmablauf Speicher sparen und lokal Daten sichern Signale, Slots und Widgets Dialog Qt oder Boost? Threads Verzeichnisbaum durchwandern Internet-Anbindung Protokolle Adressen Socket Bidirektionale Kommunikation UDP-Sockets Atomuhr mit UDP abfragen