Grundkurs C++ Einführung

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1 Grundkurs C++ Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl Folie 1/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

2 Das Team Martin Knopp Büro Z934 Stefan Röhrl Büro Z947 Martin Gottwald Büro Z943 Folie 2/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

3 Warum C++? Sprache Rechenzeit Memory (KB) C++ GNU g++ 5, Java 6 26, Python 3 27, C# Mono 96, Software: regex-dna, Debian Computer Language Shootout Folie 3/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

4 Warum C++? Folie 4/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

5 Warum immer noch C++? Folie 5/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

6 Warum C++? Strenge Standardisierung von Beginn an (ca. 1985) Extrem schnelle und effiziente Compiler Wird immer noch weiterentwickelt C++11 seit August 2011 standardisiert C++14 seit Januar 2015 standardisiert C++17 seit Dezember 2017 standardisiert Große Vielfalt an Compilern für die allermeisten Plattformen Viele Entwicklungstools verfügbar Folie 6/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

7 Lehrstuhl für Datenverarbeitung Das Ziel Entwicklung eines Spiels Teamarbeit in Teams aus 5 Personen Folie 7/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

8 Zeitplan Einführung und Objektorientierung IDE, Klassenhierarchie Buildsysteme und Qt, Git Typwandlung, Exceptions Präsentation Kurzprojekt Objektmodellierung und Debugging und Präsentation Analyse- & Designmodell Working Sessions (4 Wochen) und Abschlusspräsentation Show & Tell Folie 8/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

9 Bewertung Drei Hausaufgaben (ca. 15%) Vorprojekt (ca. 10%) Designmodell und Pflichtenheft (ca. 10%) Abschlusspräsentation (ca. 10%) Hauptprojekt (ca. 50%) Dokumentation (ca. 5%) Folie 9/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

10 Nützliches Moodle Hausaufgaben Vorlesungsfolien LDV-Webseite zum Kurs Skript C++ Buch Thinking in C++ Besucht die Bibliothek! 3 5 Tutoren, die euch bei sämtlichen Fragen und Problemen weiterhelfen werden cpp-tutor@ldv.ei.tum.de Praktikumsraum (Zeitplan auf der LDV Seite) Folie 10/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

11 Teil II Grundlagen der Objektorientierung Folie 11/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

12 Motivation Realität ist objektorientiert Vereinfachung und Kapselung Wiederverwendbarkeit Leichte Erweiterbarkeit Parallelisierbarer Entwicklungsprozess Folie 12/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

13 Aufbau und Eigenschaften eines Objekts von Außen Objekt hat öffentliche Eigenschaften (Attribute) Objekt besitzt öffentlich definierte Funktionen (Methoden), welche sich auf seine Eigenschaften auswirken von Innen Verarbeiten der über Funktionsaufrufe eingehenden Befehle (Botschaft) zur Änderungen der Eigenschaften Interne Funktionen und Eigenschaften, zur Wahrnehmung der äußeren Funktion Folie 13/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

14 Aufbau und Eigenschaften des Objekts Auto von Außen zugänglich Attribut Geschwindigkeit (nur lesend) Methoden beschleunigen und bremsen definierte Funktionsweise Aufruf der Methoden verändert die Geschwindigkeit von Innen Wird beschleunigen aufgerufen, mehr Kraftstoff an den Motor liefern Wird bremsen aufgerufen, Bremsanlage betätigen Folie 14/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

15 Folgen dieses Aufbaus für das Objekt Auto Für den externen Benutzer von Auto ist es vollkommen egal was passiert wenn er beschleunigen möchte Jedes Auto -Objekt MUSS die Methoden beschleunigen und bremsen verstehen Der Aufruf der Methode beschleunigen ist von der konkreten Implementierung von Auto vollkommen unabhängig Auto -Objekte können innerhalb des Programms beliebig ausgetauscht werden Folie 15/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

16 Begriffe: Objekt Klasse Instanz Bei der Arbeit mit Objekten unterscheidet man: Klasse Zusammenfassung von ähnlichen Objekten, welche sich nur in Ihren Attributen unterscheiden Charakterisiert die Objekte Schablone / Prototyp Instanz Konkretes Objekt das bestimmte Attributwerte aufweist Folie 16/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

17 Beispiel: Objekt Klasse Instanz Klasse Auto Attribute: Geschwindigkeit Methoden: beschleunigen bremsen Stefans Auto Attribute: Geschwindigkeit=50,4 Methoden: beschleunigen bremsen Martins Auto Attribute: Geschwindigkeit=62,7 Methoden: beschleunigen bremsen Instanzen Folie 17/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

18 Generalisierung / Vererbung Vererbung ermöglicht Gruppen von Klassen, die sich ähnlich sind, aber Unterschiede haben Gemeinsame Attribute und Methoden werden in der Elternklasse definiert Verschiedene Kinder erben diese und implementieren weitere Methoden und Attribute Jedes Kind kann auch die Methoden und Attribute der Eltern überschreiben, also neu implementieren Folie 18/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

19 Beispiel: Vererbung Auto Geschwindigkeit beschleunigen() bremsen() Rot: geerbte Attribute/Methoden Blau: überschriebene Methoden Cabrio Geschwindigkeit VerdeckOffen beschleunigen() bremsen() verdecköffnen() LKW Geschwindigkeit Anhänger beschleunigen() bremsen() Folie 19/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

20 Objektbeziehungen Wesentliches Merkmal der objektorientierten Programmierung ist die Interaktion der Objekte Objekte stehen in Beziehungen zueinander Es gibt verschiedene Arten von Beziehungen Komposition Aggregation Assoziation Folie 20/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

21 Objektbeziehungen Komposition Teile existieren nur gemeinsam Aggregation Teile bilden eine Einheit Können auch alleine existieren Assoziation Teile agieren gemeinsam flüchtige Bindung Folie 21/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

22 Erwartungen an das objektorientierte Paradigma Wiederverwendbarkeit Erweiterbarkeit Leichte Wartbarkeit Wodurch? Klasse hat definiertes Verhalten durch Kapselung Die Attribute, und damit die Daten der Klasse sind nicht beliebig änderbar. Folie 22/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

23 Realisierung der Kapselung Der Zugriff auf Attribute des Objekts muss geregelt werden Methoden dienen zur Abarbeitung von Botschaften Methoden sind also die Schnittstelle zu den Daten des Objekts Es sind folgende Fragen zu klären: Welche Methode darf welche Daten ändern? Wer darf die Methoden aufrufen? Folie 23/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

24 Realisierung der Kapselung Klasse besteht aus: Attributen und Methoden der Basisklasse Eigenen Attributen und Methoden Zugriffsregelung sollte auf Vererbung aufsetzen! Folie 24/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

25 Public Manche Daten sind jedem zugänglich: Also allen Methoden jeglicher Klassen Beispiel: Luftdruck (durch Methoden luftdruckerhoehen(), luftdrucksenken(), Attribut Luftdruck) Auto +Luftdruck +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() +public-attribut/ Methode Folie 25/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

26 Private Auf manche Daten können nur die Methoden der Klasse zugreifen Beispiel: Geschwindigkeit (durch Methoden bremsen(), beschleunigen()) Auto -Geschwindigkeit +bremsen() +beschleunigen() +public-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 26/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

27 Protected Auf manche Daten können nur die Methoden der Klasse zugreifen, sowie die Methoden der Klassen, die von dieser erben Beispiel: InnenraumTemperatur (durch Methoden der abgeleiteten Klasse heizen(), kühlen()) +public #protected -private Folie 27/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

28 Überblick Auto +Luftdruck #InnenraumTemperatur -Geschwindigkeit +bremsen() +beschleunigen() +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() +public-attribut/ Methode #protected-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 28/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

29 Private- und Protected-Methoden Auto +Luftdruck #InnenraumTemperatur -Geschwindigkeit -ABS-Wirkungsgrad +beschleunigen() +luftdruckerhöhen() +luftdrucksenken() #alarmauslösen() -benzinpumpen() Cabrio +heizen() +kühlen() +public-attribut/ Methode #protected-attribut/ Methode -private-attribut/ Methode Folie 29/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

30 Public-Attribute Kapselung Attribute, die durch jeden, also alle Methoden, änderbar sind! Auto +Anzahl der Kratzer +Tankinhalt Keine Kapselung! Art der Zugriffe völlig unbestimmt! Folie 30/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

31 Public-Attribute Kapselung II Immer besser: Methoden zum Setzen und Auslesen der Attribute Aber: nur wo nötig und sinnvoll, da die Kapselung sonst aufgeweicht wird Auto -Anzahl der Kratzer -Tankinhalt +gettankinhalt() +settankinhalt() Das Verhalten kann definiert werden, d.h. Bereichsüberwachung ist beispielsweise möglich Fehlersuche und Wartung wird enorm vereinfacht Folie 31/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

32 Gruppenarbeit Erstellt ein Klassendiagramm für ein Auto Komponenten: Motor, Fahrgestell, Karosserie, Räder, Türen, Fahrer(in), Anhänger, Überlegt euch sinnvolle Methoden und Attribute Überlegt, welche Methoden und Attribute -private, +public oder #protected sein müssen Folie 32/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

33 Lösungsvorschlag Auto +farbe -kilometerstand +beschleunigen() +bremsen() Fahrer -alter +getalter() -offen Tür +öffnen() +schließen() -drehzahl Motor +kraftstoffeinspritzen() Anhänger +gewicht Folie 33/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl

34 Hausaufgabe Skript lesen bis einschließlich Kapitel 4.4 Ihr dürft die Inhalte aus diesen Kapiteln gerne auch aus anderen Quellen als dem Skript nachlesen! Folie 34/34 GK C++: Einführung Martin Knopp, Martin Gottwald, Stefan Röhrl