Einführung in die C++ Programmierung für Ingenieure

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1 Einführung in die C++ Programmierung für Ingenieure MATTHIAS WALTER / JENS KLUNKER Universität Rostock, Lehrstuhl für Modellierung und Simulation 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 1 / 21

2 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Kompilieren unter Linux Basisstruktur eines C++ Programms Grundlegende Begriffe Grundstrukturen Übungen Rechenoperationen Kräfteberechnung Härtebestimmung nach Brinell 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 2 / 21

3 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Kompilieren unter Linux Basisstruktur eines C++ Programms Grundlegende Begriffe Grundstrukturen Übungen Rechenoperationen Kräfteberechnung Härtebestimmung nach Brinell 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 2 / 21

4 Kompilieren von C++ Programmen unter Linux Kompilieren user: g++ dateiname.cpp -o Programmname Ausführen des Programms user:./programmname 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 3 / 21

5 Basisstruktur eines C++ Programms #include <Bibliotheksname> #include "Bibliotheksname" using namespace std; int main() {... return 0; } 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 4 / 21

6 Begriffe Bibliothek Block Compiler Deklaration Definition Initialisierung Linker Sammlung nützlicher Funktionen und Klassen Anweisungen, zusammengefasst durch geschweifte Klammern Programm zum Übersetzen des Quellcodes in Objektcode Einführung und Bekanntmachung eines Bezeichners (z.b. Variablenname) gegenüber dem Compiler im Quellcode Reservierung von Speicher für Bezeichner Wertezuweisung an Bezeichner (Füllen der Variable) Programm, das aus kompilierten Quellcode eine ausführbare Programmdatei erstellt. 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 5 / 21

7 Grundstrukturen Kommentare Wichtig: So häufig wie möglich verwenden, für bessere Lesbarkeit des Quellcodes Verwendung von Kommentaren // <- leitet Kommentar für eine Zeile ein /* Die Zeichenkombination "/*" leitet einen Kommentar über mehrere Zeilen ein wobei "*/" den Kommentar beendet */ 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 6 / 21

8 Grundstruktur Namensräume I Namensräume erlauben es, dass unabhängig voneinander entwickelte Quellcodes Funktionen gleichen Namens beinhalten und verwenden dürfen namespace test { int number; int count(); }... { } namespace test2 { int number; int count(); } sum=test::number+test2::number; sum=test::count(); 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 7 / 21

9 Grundstruktur Namensräume II Durch die Verwendung des Befehls "using"können Namensräume auch benutzt werden, ohne das vor jedem Bezeichner der Namensraum konkret genannt werden muss Allerdings, bei Verwendung von mehr als einem Namensraum weniger sinnvoll Verwendung des Befehls using { using namespace test; } sum=number; 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 8 / 21

10 Grundstruktur Datentypen Datentypen Wertebereich Speicherbedarf short int bis Byte unsigned short int 0 bis Byte int bis Byte long int bis Byte unsigned int 0 bis Byte float bis Byte double bis Byte long double bis Byte char -128 bis Byte signed char -128 bis Byte unsigned char 0 bis Byte string variabel dynamisch 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 9 / 21

11 Grundstruktur Variablen Aufbau: Datentyp Bezeichner = Wert Zugriff: über Name oder Adresse (Pointerarithmetik) Deklaration und Initialisierung einer/mehrerer Variablen { int number; int number1, number2, number3; int* pnumber; //Definition einer und //mehrerer Variablen //Deklaration } number = 1; 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 10 / 21

12 Grundstruktur Konstanten Aufbau: const + Name + Wert Besonderheiten: 1.) müssen bei Definition gleichzeitig initialisiert werden 2.) Wert kann nicht verändert werden 3.) Notation: meist mit Großbruchstaben bezeichnet Deklaration und Initialisierung einer Konstante { } const int number = 100; 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 11 / 21

13 Grundstruktur Operatoren - Übersicht Operatoren beschreiben Operationen, die auf den jeweiligen Datentypen definiert sind. Besondere Operator ist der Zuweisungsoperator =, mit dem ein Wert einer Variablen zugewiesen wird. Operator mathematische Bezeichnung Datentyp + Addition reelle Zahlen - Subtraktion reelle Zahlen * Multiplikation reelle Zahlen / Division reelle Zahlen % modulo Division ganze Zahlen ++ Inkrement (Erhöhung) um 1 ganze Zahlen - - Dekrement (Verminderung) um 1 ganze Zahlen 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 12 / 21

14 Grundstruktur Operatoren - Verwendung Verwendung von Operatoren a = a + 5; // verkürzt a += 5; b = b - 5; // verkürzt b -= 5; c = c * 5; // verkürzt c *= 5; d = d / 5; // verkürzt d /= 5; f = f + 1; // verkürzt f++; g = g - 1; // verkürzt g--; 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 13 / 21

15 Grundstruktur Operatoren - Besonderheiten Besonderheit beim Inkrement und Dekrement: Präfix/Postfix int x=10, y=15; y = ++x; // Präfix liefert y = 11, x = 11 y = x++; // Postfix liefert y = 10, x = 11 y = --x; // Präfix liefert y = 9, x = 9 y = x++; // Postfix liefert y = 10, x = November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 14 / 21

16 Grundstruktur Operatoren - Vergleichsoperatoren Operator mathematische Bezeichnung == Addition!= Subtraktion <= Multiplikation >= Division < modulo Division > Inkrement (Erhöhung) um 1 Verwendung von Vergleichsoperatoren 5==10 //falsch 22.3>3 //richtig 22.3<3 //falsch November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 15 / 21

17 Grundstruktur Operatoren - logische Operatoren Operator mathematische Bezeichnung && logisches UND logisches ODER! negation bzw. Verneinung Verwendung von logischen Operatoren (5==10) && (13.3 == 13.3) //falsch (5==10) (13.3 == 13.3) //richtig 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 16 / 21

18 Grundstruktur Standard Eingabe und Ausgabe Eingabe: cin / Ausgabe: cout (aus dem Namensraum std) Ein- und Ausgabe int number1=100; int number2=0; std::cout << "Text" << std::endl; // Ausgabe von Text std::cout << number1 << std::endl; // Ausgabe Wert einer Variable std::cout << "Text" << number1<<std::endl; // verknüpfte Ausgabe std::cin >> number2; // Eingabe einer ganzzahligen Zahl 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 17 / 21

19 Übungen 1.) Schreibe ein Programm, welches die folgenden Rechenoperationen berehnet und das Ergebnis ausgibt a) double x = int a + int b b) double x = double a + double b c) double x = int a+ double b d) double x = double a double b e) double x = int a double b f) double x = double a int b g) string x = String1 + String2 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 18 / 21

20 Übungen 2.) Welches Ergebnis ist zu erwarten, wenn in 1.b) die Ergebnisvariable x als int (Integer) deklariert wird. Hinweis: Welche Genauigkeit kann mit dieser Rechenoperation dann noch erreicht werden? 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 19 / 21

21 Übungen 3.) Kräfteberechnung Gegeben ist die in der Abbildung dargestellte Kräfteverteilung. Erstelle ein Programm, in dem die Kräfte und die jeweiligen Hebelarme (bezüglich Punkt O) vom Benutzer eingegeben werden können. y F r = n i=1 F i 1.5m F 2 =100N 1m F r = i=x,y,z F 2 r i F 1 =300N F 3 =250N 1m M r = n i=1 a i F i O 2m x 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 20 / 21

22 h LeMoS Übungen 4.) Härtebestimmung nach Brinell a) Berechne die Eindringtiefe h der Hartmetallkugel unter Angabe des Kugelradius r sowie des Eindruckradius x. b) Die Brinellhärte ist definiert als das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche und kann mit folgender Formel direkt berechnet werden: F HBW = π D (D D, 2 d 2 ) wobei F ist die Kraft, D = 2 r der Kugeldurchmesser und d = 2 x der mittlere Eindruckdurchmesser. Ergänze das Programm Programm um diese Rechnung. Hinweis: Verwende den Satz des Pythagoras und stelle die Formel nach h um. Überlege welche der Lösungen sinnvoll ist. r x 14. November 2012 c 2012 UNIVERSITÄT ROSTOCK FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MARINE TECHNOLOGY 21 / 21