Ulrich Breymann C++ Einführung und professionelle Programmierung. 9., neu bearbeitete Auflage HANSER

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1 Ulrich Breymann C++ Einführung und professionelle Programmierung 9., neu bearbeitete Auflage HANSER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort zur 9. Auflage 17 Vorwort 19 Teil I Objektorientierte Programmierung mit C Einführung Compiler 26 2 Grundlegende Begriffe Das erste Programm Struktur eines C++-Programms Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) für Windows Andere Editoren und Entwicklungsumgebungen KDevelop - Entwicklungsumgebung für Linux/KDE Namenskonventionen Einfache Datentypen und Operatoren Ausdruck Ganze Zahlen Reelle Zahlen Konstante Zeichen Logischer Datentyp bool Referenzen Regeln zum Bilden von Ausdrücken Gültigkeitsbereich und Sichtbarkeit Namespace std Kontrollstrukturen Anweisungen Sequenz (Reihung) Auswahl (Selektion, Verzweigung) Fallunterscheidungen mit switch Wiederholungen Kontrolle mit break und continue Benutzerdefinierte und zusammengesetzte Datentypen 85

3 8 Inhaltsverzeichnis Aufzählungstypen Arrays: Der C++-Standardtyp vector Zeichenketten: Der C++-Standardtyp string Strukturierte Datentypen Komplexe Zahlen: Der C++-Standardtyp complex 96 3 Einfache Ein- und Ausgabe Standardein- und -ausgäbe Ein- und Ausgabe mit Dateien Programmstrukturierung Funktionen Aufbau und Prototypen Gültigkeitsbereiche und Sichtbarkeit in Funktionen Schnittstellen zum Datentransfer Übergabe per Wert Übergabe per Referenz Gefahren bei der Rückgabe von Referenzen Vorgegebene Parameterwerte und variable Parameterzahl Überladen von Funktionen Funktion main() Beispiel Taschenrechnersimulation Spezifikation von Funktionen Modulare Programmgestaltung Steuerung der Übersetzung nur mit #include Einbinden vorübersetzter Programmteile Dateiübergreifende Gültigkeit und Sichtbarkeit Übersetzungseinheit, Deklaration, Definition Compilerdirektiven und Makros Funktions-Templates Spezialisierung von Templates Einbinden von Templates inline-funktionen Standardfunktionen / Bibliotheken Objektorientierung Abstrakte Datentypen Klassen und Objekte inline-elementfunktionen Initialisierung und Konstruktoren Standardkonstruktor Allgemeine Konstruktoren Kopierkonstruktor Typumwandlungskonstruktor 171

4 Inhaltsverzeichnis Beispiel: Klasse für rationale Zahlen Aufgabenstellung Entwurf Implementation const-objekte und Methoden Faustregeln zur Konstruktion von Schnittstellen Destruktoren Wie kommt man zu Klassen und Objekten? Ein Beispiel Einige Analyse-Überlegungen Design Gegenseitige Abhängigkeit von Klassen Intermezzo: Zeiger Zeiger und Adressen C-Arrays C-Arrays und sizeof Indexoperator bei C-Arrays Initialisierung von C-Arrays Zeigerarithmetik C-Zeichenketten Dynamische Datenobjekte Freigeben dynamischer Objekte Zeiger und Funktionen Parameterübergabe mit Zeigern Parameter des main-programms Gefahren bei der Rückgabe von Zeigern Mehrdimensionale C-Arrays Statische mehrdimensionale C-Arrays Dynamisch erzeugte mehrdimensionale Arrays Binäre Ein-/Ausgabe Zeiger auf Funktionen Zeiger auf Elementfunktionen und -daten Zeiger auf Elementfunktionen Zeiger auf Elementdaten this-zeiger Komplexe Deklarationen lesen Objektorientierung Eine String-Klasse friend-funktionen Klassenspezifische Daten und Funktionen Klassenspezifische Konstante Klassentemplates Ein Stack-Template 262

5 10 Inhaltsverzeichnis Stack mit statisch festgelegter Größe Ökonomische Instanziierung von Templates Member-Template Template-Metaprogrammierung Vererbung Vererbung und Initialisierung Zugriffsschutz Typbeziehung zwischen Ober-und Unterklasse Code-Wiederverwendung Überschreiben von Funktionen in abgeleiteten Klassen Polymorphismus Virtuelle Funktionen Abstrakte Klassen Virtuelle Destruktoren Vererbung und andere Beziehungen Vererbung Der Teil und das Ganze Assoziation Benutzt-Beziehung Mehrfachvererbung Namenskonflikte Virtuelle Basisklassen Virtuelle Basisklassen und Initialisierung Überladen von Operatoren Rationale Zahlen - noch einmal Arithmetische Operatoren Ausgabeoperator« Eine Klasse für Vektoren Index-Operator [ ] Zuweisungsoperator = Mathematische Vektoren Multiplikations-Operator Zuweisungsoperator und Vererbung Inkrement-Operator Typumwandlungsoperator Smart-Pointer: Operatoren -> und * Smart Pointer und die C++-Standardbibliothek Objekte als Funktionen 352

6 Inhaltsverzeichnis Fehlerbehandlung Ausnahmebehandlung Exception-Spezifikation in Deklarationen Exception-Hierarchie in C Besondere Fehlerbehandlungsfunktionen Erkennen logischer Fehler Durch Exceptions verursachte Speicherlecks vermeiden Speicherbeschaffung mit new Ein Werkzeugkasten Behälterklassen (Container) Container-Arten Listen Warteschlangen Iteratoren Iterator für eine Listen-Klasse Iteratoren auf nicht-veränderliche Elemente Sortierte Listen Mehrdimensionale Matrizen Zweidimensionale Matrix Dreidimensionale Matrix Fehlersuche mit Trace-Objekten Klasse Trace Anwendungsbeispiel Vermischtes Namensräume C++-Header Einbinden von C-Funktionen Standard-Typumwandlungen Standard-Typumwandlungsoperatoren Typinformationen zur Laufzeit Typidentifizierung mit typeid() Anwendung: Eine Menge graphischer Objekte Vor-und Nachteile der Laufzeittyp-Information Unions Bitfelder Automatische Typermittlung mit auto Delegierender Konstruktor Netzwerk-Programmierung GUI-Programmierung Ereignisgesteuerte Programmierung GUI-Programmierung mit Qt 443

7 12 Inhaltsverzeichnis 13 Dateien und Ströme Ausgabe Formatierung der Ausgabe Eingabe Eingabe von Leerdaten mit Return Manipulatoren Eigene Manipulatoren Fehlerbehandlung Typumwandlung von Dateiobjekten nach bool Arbeit mit Dateien Positionierung in Dateien Lesen und Schreiben in derselben Datei Eingabe benutzerdefinierter Typen Umleitung auf Strings 474 Teil II Die C++-Standardbibliothek Aufbau und Übersicht Auslassungen Beispiele des Buchs und die C++-Standardbibliothek Hilfsfunktionen und -Massen Relationale Operatoren Paare Tupel Funktionsobjekte Arithmetische, vergleichende und logische Operationen Funktionsobjekte zum Negieren logischer Prädikate Binden von Argumentwerten Zeiger auf Funktionen in Objekte umwandeln Container Gemeinsame Eigenschaften Reversible Container Sequenzen vector vector<bool> list deque Stack queue priority_queue array 515

8 Inhaltsverzeichnis Sortierte assoziative Container map multimap set multiset Hash-Container unordered_map unordered_multimap unordered_set unordered_multiset bitset Iteratoren Iterator-Kategorien Anwendung von Traits distance() und advance() Reverse-Iteratoren Insert-Iteratoren Stream-Iteratoren Algorithmen Nicht-verändernde Algoritmen for_each find und findjf find_end find_first_of adjacent_find count und count_if mismatch equal search search_n Modifizierende Algorithmen copy und copy_backward swap, iter_swap und swap_ranges transform replace und Varianten generate und generatejn fill und fill_n remove und Varianten unique und unique_copy reverse und reverse_copy rotate und rotate_copy iota 571

9 14 Inhaltsverzeichnis random_shuffle partition und stable_partition Sortieren und Verwandtes sort stable_sort partial_sort und partial_sort_copy nth_element Binäre Suche binary_search lowerjbound upper_bound equal_range Verschmelzen (merge) Verschmelzen an Ort und Stelle (inplace_merge) Mengenoperationen auf sortierten Strukturen includes set_union set_intersection set_difference set_symmetric_difference Heap-Algorithmen pop_heap push_heap make_heap sort.heap Minimum und Maximum Lexikographischer Vergleich Permutationen Ein-und Ausgabe Nationale Besonderheiten Sprachumgebungen festlegen und ändern locale-elementfunktionen Namespace std-globale Funktionen Zeichenklassifizierung und -Umwandlung Kategorien collate ctype numeric monetary time messages Konstruktion eigener Facetten 615

10 Inhaltsverzeichnis Numerisches Komplexe Zahlen Grenzwerte von Zahltypen Halbnumerische Algorithmen accumulate inner_product partialsum adjacent_difference Optimierte numerische Arrays (valarray) Konstruktoren Elementfunktionen Binäre Valarray-Operatoren Mathematische Funktionen slice slice_array gslice gslice_array mask_array indirect_array String Typerkennung zur Lauf zeit Speichermanagement <new> <memory> C-Header <cassert> <cctype> <cerrno> <cfloat> <ciso646> <climits> <clocale> <cmath> <csetjmp> <csignal> <cstddef> <cstdarg> <cstdio> <cstdlib> <cstring> 662

11 16 Inhaltsverzeichnis Abweichung vom C-Standard Funktionen für C-Strings Funktionen für C-Strings maximaler Länge Funktionen für Bytefelder <ctime> Datentypen Funktionen Nachwort 667 A Anhang 669 A.l Programmierhinweise 669 A.2 Die wichtigsten C++-Schlüsselwörter 673 A.3 ASCII-Tabelle 673 A.4 Änderungen im C++-Standard 676 A.5 Rangfolge der Operatoren 677 A.6 Compilerbefehle 678 A.7 Make-Dateien 679 A.7.1 Programmerzeugung für ein Projekt 680 A.8 Installation von Qt A.8.1 Installation von Qt4 unter Windows 681 A.8.2 Integration von Qt in ein Dev-C++-Projekt 681 A.8.3 Installation von Qt4 unter Linux 682 A.9 Lösungen zu den Übungsaufgaben 683 Literaturverzeichnis 737 OOP-Glossar 739 Stichwortverzeichnis 747