Mapra: C++ Teil 4. Felix Gruber. 6. Mai IGPM, RWTH Aachen. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6.

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1 Mapra: C++ Teil 4 Felix Gruber IGPM, RWTH Aachen 6. Mai 2015 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

2 Themen vom letzten Mal Kompilieren mit Makefiles Ein-/Ausgabe über Dateien Funktionen-Templates Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

3 Heutige Themen 1 Klassen (Teil 1) Attribute und Methoden Konstruktor und Destruktor Zugriffskontrolle 2 STL-Container Sequentielle Container Iteratoren Assoziative Container Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

4 Klassen: Attribute und Methoden Konzeptionelle Erweiterung von Structs: beinhalten nicht nur Daten, sondern auch Funktionalität des neu definierten Datentyps Elemente einer Klasse: Attribute oder Datenelemente: Variablen (vgl. Structs) Methoden oder Elementfunktionen: Funktionen, die das Verhalten der Klasse beschreiben und auf Attributen operieren struct Student string Vorname, Nachname ; int MatNr ; double Note ; }; Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

5 Klassen: Attribute und Methoden class Student public : string Vorname, Nachname ; // Attribute int MatNr ; double Note ; }; bool hat_ bestanden () const ; // Methoden void berechne_ Note ( int Punkte ); Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

6 Klassen: Attribute und Methoden class Student public : string Vorname, Nachname ; // Attribute int MatNr ; double Note ; }; bool hat_ bestanden () const ; // Methoden void berechne_ Note ( int Punkte ); class Bruch public : int zaehler, nenner ; // Attribute }; void kuerzen (); // Methode Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

7 Klassen und Objekte Student s; // erzeugt Variable s vom Typ Student s. Vorname = " Hans "; s. Nachname = " Schlauberger "; s. Note = 1.3; s. MatNr = ; if ( s. hat_ bestanden () ) cout << " Herzlichen Glueckwunsch!" << endl ; } Datentyp Student heisst auch Klasse Variable s heisst auch Objekt bereits bekannte Klassen: string, vector<...>, ifstream,... Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

8 Klassen und Objekte Bruch x; x. zaehler = 6; x. nenner = 8; x. kuerzen (); cout << x. zaehler << endl ; // 3 cout << x. nenner << endl ; // 4 Auf das Objekt x der Klasse Bruch wird die Methode kuerzen() angewendet. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

9 Methodendefinition entweder inline innerhalb der Klassendefinition (student.h), nur für kurze Methoden sinnvoll class Student... bool hat_ bestanden () const return Note <= 4.0; }... }; oder Deklaration in Klasse, Definition außerhalb (student.cpp) bool Student :: hat_ bestanden () const return Note <= 4.0; } Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

10 Methodendefinition inline innerhalb der Klassendefinition (bruch.h): class Bruch... void kuerzen () int ggt = gcd ( zaehler, nenner ); zaehler /= ggt ; nenner /= ggt ; }... }; oder außerhalb (bruch.cpp): void Bruch :: kuerzen () int ggt = gcd ( zaehler, nenner ); zaehler /= ggt ; nenner /= ggt ; } Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

11 const-qualifizierung class Student... bool hat_ bestanden () const ; // Methoden void berechne_ Note ( int Punkte ); }; const hinter Methode sichert zu, dass diese das Objekt nicht verändert berechne_note kann nicht const sein, da Attribut Note verändert wird const Student bob ; // bob ist konstant if ( bob. hat_bestanden () ) // ok cout << " Glueckwunsch!" bob. berechne_ Note ( 34 ); // Compiler - Fehler, fuer bob // duerfen nur const - Methoden // aufgerufen werden Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

12 Konstruktor wird beim Erzeugen eines Objektes automatisch aufgerufen Zweck: initialisiert Attribute des neuen Objektes Klasse kann mehrere Konstruktoren haben: Default-Konstruktor Student()... } Kopierkonstruktor Student( const Student& s )... } darüber hinaus weitere, allgemeine Konstruktoren möglich, z.b. Student ( string Vorname, string Name, int MatNr, double Note ) Student a; // per Default - Konstruktor Student b( " Hans ", " Schlau ", , 1.3 ); Student c( b ); // per Kopierkonstruktor Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

13 Konstruktor class Bruch public : int zaehler, nenner ; // Default - Konstruktor Bruch () zaehler = 0; nenner = 1; } // weiterer Kontruktor Bruch ( int a, int b ) zaehler = a; nenner = b; kuerzen (); } // ( ggf. noch b == 0 abfangen!)... }; Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

14 Destruktor wird automatisch beim Vernichten eines Objektes aufgerufen Zweck: z.b. Speicher eines dynamischen Feldes wieder freigeben jede Klasse hat genau einen Destruktor wird kein Destruktor deklariert, so gibt es immer einen impliziten Destruktor, der nichts tut (wie ~Student () }) gleiches gilt für den Default-Konstruktor (falls keine Konstruktoren deklariert werden) Kopierkonstruktor Zuweisungsoperator = class Array double * feld ; public : Array ( int laenge ) feld = new double [ laenge ]; } ~ Array () delete [] feld ; } }; // Problem : impliziter Kop. konstr. und operator = ungeeignet Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

15 Zugriffskontrolle private-bereich: Zugriff nur durch Methoden derselben Klasse public-bereich: Zugriff uneingeschränkt über Objekt möglich class Student private : string Vorname, Name ; // Attribute int MatNr ; double Note ; public : // Konstruktor Student ( string Vorname, string Name, double Note, int MatN // Destruktor ~ Student (); }; bool hat_ bestanden () const ; // Methoden void berechne_ Note ( int Punkte ); Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

16 Zugriffskontrolle class Bruch private : int zaehler, nenner ; // Attribute public : // Konstruktoren Bruch (); Bruch ( int a, int b ); Bruch ( const Bruch & x ); // Destruktor ~ Bruch (); }; void kuerzen (); Bruch x( 6, 8 ); cout << x. zaehler << endl ; // Compiler - Fehler, // Bruch :: Zaehler ist private Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

17 Zugriffskontrolle private-bereich: Zugriff nur durch Methoden derselben Klasse in der Regel für Attribute einer Klasse Attribute sollen vor willkürlichem Zugriff geschützt werden Zugriff auf private Attribute nur über public-methoden der Klasse möglich public-bereich: Zugriff uneingeschränkt über Objekt möglich in der Regel für Methoden einer Klasse ermöglicht Arbeiten mit einer Klasse über wohldefinierte Schnittstellen Vorteile objektorientierter Programmierung: Datenkapselung: für den Nutzer einer Klasse tritt deren interne Arbeitsweise in den Hintergrund einfache Wartung: private Interna der Klasse können ausgetauscht werden ohne Auswirkung auf den Nutzer Wiederverwendbarkeit durch wohldefinierte öffentliche Schnittstelle Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

18 STL-Container: Eine Übersicht Verschieden Typen von Containern: sequentiell, assoziativ, ungeordnet assoziativ Übersicht zu den verschieden Containerklassen auf cppreference.com. Weitestgehend einheitliches API: begin, end, operator[], etc. Die Methoden der verschiedenen Container-Klassen haben verschiedene Laufzeit-Komplexitäten. Z.B. O(1)-Zugriff auf Elemente eines vectors, aber O(log n)-zugriff auf Elemente eines sets. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

19 Sequentielle Container: Liste Seq. Container für linear angeordnete Daten (1 Vorgänger/Nachfolger) STL bietet z.b. vector (kennen wir schon), list (heute), stack,... list: doppelt verkettete Liste #include<list> einbinden jedes Element enthält Zeiger auf Vorgänger/Nachfolger Zugriff auf Elemente mittels Iterator list <int > L; L. push_ back ( 7); L. push_ back ( 23); L. push_ front ( 11); for (list <int >:: iterator it= L. begin (); it!= L. end (); ++ it) cout << *it << ","; L.begin() L.end() Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

20 Liste (2) Vergleich zu Vektor: kein direkter Zugriff, z.b. auf 3. Element, möglich (kein random access) mehr Speicherbedarf als Vektor + Einfügen/Löschen von Elementen aus der Mitte + Zusätzliche Funktionalität, z.b. sort, merge, reverse // Eintraege von L: list <int >:: iterator pos = L. begin (); ++ pos ; // pos zeigt nun auf 7 L. insert ( pos, 33); // // pos zeigt weiter auf 7 L. erase ( L. begin () ); // L. sort (); // Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

21 Assoziative Container: Map Assoziative Container: allgemeiner Indextyp (nicht notw. ganzzahlig), Index heisst auch Schlüssel (key) Beispiel: Telefonbuch map < string, int > TelBuch ; TelBuch [" Harry "]= 666; TelBuch [" Ron "]= 123; TelBuch [" Hermine "]= 999; hier Index- bzw. Schlüsseltyp string, Werttyp int eindeutige Zuordnung: Schlüssel Wert Container speichert Paare vom Typ pair< string, int>, Zugriff auf Attribute first (Schlüssel), second (Wert) for (map < string,int >:: iterator it = TelBuch. begin (); it!= TelBuch. end (); ++ it) cout << it -> first << "s Nummer ist " << it -> second << endl ; Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

22 Map (2) Harrys Nummer ist 666 Hermines Nummer ist 999 Rons Nummer ist 123 Einträge werden nach Schlüsseln sortiert gespeichert, interne Datenstruktur meist binärer Suchbaum: Suche in O(log n) Randnotiz: C++11 bietet auch unordered_map ohne Sortierung, interne Datenstruktur Hash-Map, Suche in O(1) Maps bieten Random-Access-Zugriff über Schlüssel: cout << " Harrys Nummer : " << TelBuch [" Harry "] << endl ; // oder alternativ so: map < string,int >:: iterator p= TelBuch. find (" Harry "); if ( p!= TelBuch. end () ) // Eintrag gefunden cout << " Harrys Nummer : " << p-> second << endl ; Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

23 Set Set: Menge von eindeutigen Elementen, entspricht Map mit Schlüssel = Wert sortierte Speicherung set <int > prim ; for ( int i =7; i >=2; --i) prim. insert ( i); // jetzt : prim = } prim. erase (4); set <int >:: iterator p= prim. find (6); prim. erase ( p); for (set <int >:: iterator it= prim. begin (); it!= prim. end (); cout << *it << "\t"; Ausgabe: it) Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 4 6. Mai / 22

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