Kapitel 1: Einführung

Transkript

1 10 Kapitel 1: Einführung 1.1 Was ist eine Programmiersprache? 1.2 Details zu C Phasen der Programmierung 1.4 Ein erstes Programm: Hello World! 1.5 Addition zweier Zahlen 1.6 Entscheidungen 1.1 Was ist eine Programmiersprache? Lernziele: Eine Vorstellung zu erhalten, was eine Programmiersprache ist und was sie macht Unterscheidung von Programmiersprachen 11

2 12 Programmiersprachen... ähneln einer Fremdsprache bestehen aus Zeichen und Regeln und dienen der Kommunikation mit dem Computer ermöglichen die Erstellung von Programmen Quelle: Eine Programmiersprache ist eine formale Sprache zur Darstellung von Computerprogrammen. Eine logische Abfolge von Befehlen in einer Programmiersprache nennt man allgemein Computerprogramm Quelle: Typen von Programmiersprachen Es gibt drei grundsätzliche Typen an Programmiersprachen: 1. Maschinensprachen 2. Assemblersprachen 3. Hochsprachen 13 Entwicklung im Zeitverlauf Komplexität der jeweiligen Sprache nimmt zu Lesbarkeit für Menschen nimmt zu Deitel: 1.6

3 14 Maschinensprachen einzige Sprache, die direkt vom Computer verstanden wird durch Computerbauteile bestimmt Maschinenabhängig besteht aus Zahlenketten (letztendlich aus 0 und 1) weist Computer an, Basisoperationen durchzuführen (meist eine pro Zeitschritt) für Menschen mühsam zu interpretieren Beispiel: Assemblersprachen dem Englischen nahe Abkürzungen, die elementare Computeroperationen repräsentieren für Menschen besser verständlich unverständlich für Computer Übersetzerprogramme nötig ( Assembler ) übersetzen in Maschinensprache Beispiel: LOAD BASISLOHN ADD ZUSCHLAG STORE BRUTTOLOHN 15

4 16 Hochsprachen ähnlich zu gewöhnlichem Englisch; benutzen gewöhnliche mathematische Notation einzelne Befehle erledigen teilweise komplexe Abläufe zwei Unterarten: Compilersprachen (benötigen Übersetzungsprogramme (=Compiler), die in Maschinensprache übersetzen) Interpretersprachen (benötigen Interpreter, die direkt die Hochsprachenprogramme ausführen) Beispiel: bruttolohn = basislohn + zuschlag Strukturierte Programmierung (=prozedurale Programmierung) erster konzeptionelle Ansatz zur disziplinierten Programmierung klar, einfach zu testen und zu debuggen und einfach zu modifizieren Beispiele: Pascal 1971: Niklaus Wirth Ada 1970er - frühe 1980er: US Department of Defense 17 Wird in Kapitel 2 behandelt und in Kap. 3 5 vertieft

5 18 Objektorientierte Programmierung Objekte wiederverwendbare Softwarekomponenten, die die reale Welt abbilden Softwareeinheit mit inhaltlicher Bedeutung Beispiele: Rechnungsobjekt, Audioobjekt, Videoobjekt Jeder Gegenstand kann als Objekt im objektorientierten Sinn modelliert werden. Programme leichter verständlich, einfacher strukturiert und einfacher zu warten als bei strukturierter Programmierung 1.2 Geschichte und Besonderheiten von C entwickelte sich aus zwei anderen Sprachen: BCPL und B, beides typlose Sprachen Dennis Ritchie (Bell Laboratories) fügte Datentypen und andere Funktionen hinzu C 19 geräteunabhängig Programme sind portabel 1989: ANSI Standard 1990: ANSI und ISO Standard veröffentlicht ANSI/ISO 9899: 1990 Deitel: 1.7

6 20 Geschichte und Besonderheiten von C++ Erweiterung von C Frühe 1980er: Bjarne Stroustrup (Bell Laboratories) Erlaubt objektorientierte Programmierung Objekte: wiederverwendbare Softwarekomponenten bilden Gegenstände der realen Welt ab Hybride Sprache: Programmierung im C Stil objektorientierten Stil beides gemischt C++ Standard Bibliothek C++ Programme setzen sich aus den Bausteinen Klassen und Funktionen zusammen C++ Standard Bibliothek umfangreiche Sammlung an existierenden Klassen und Funktionen zur Nutzung in eigenen Programmen versucht möglichst hohe Rate an Wiederverwendung zu erreichen 21

7 Phasen der Programmierung 1. Programm eingeben Editor Festplatte Präprozessor 2. Vorverarbeitung Festplatte 3. Übersetzen Compiler Festplatte 4. Zusammenbinden der übersetzten Dateien 5. Programm laden 6. Ausführen Programm starten Entwicklungsumgebung Linker Loader Festplatte Prozessor Festplatte Hauptspeicher... Hauptspeicher... Programm wird in Editor geschrieben und auf Festplatte gespeichert. Präprozessor Programmtext. bearbeitet Compiler erzeugt Objekt - code und speichert ihn. Linker bindet den Objekt - code mit zus. Dateien und erzeugt ausführbare Datei. Speichert diese. Loader lädt Programm in den Speicher. Prozessor lädt jede Instruktion und führt sie aus. Evtl. werden neue/modifizierte Daten gespeichert. 1.4 Ein erstes Programm: Hello World! Lernziele groben Aufbau eines Programmes kennenlernen groben Aufbau einer Funktion kennenlernen Inhalt der Funktion main() Abschluß eines jeden Befehls mit ; Unwichtig (= kommt später ) Was bedeuten die einzelnen Befehle außerhalb vom Funktionskörper von main() im Detail? Wie muß ich diese für eigene Zwecke abändern? Wie sieht der genaue Aufbau aller verwendeter Befehle allgemein aus, und wie kann ich diese in eigenen Programmen verwenden? Deitel:

8 24 Der Programmtext Hello World! 1 // Fig. 1.2: fig01_02.cpp 2 // Ein erstes Programm in C++. 3 #include <iostream> 4 5 // bei Funktion main beginnt Programmausführung 6 int main() 7 { 8 std::cout << Hello World! << std::endl; 9 10 return 0; // beendet Programm mit Erfolg } // beende Funktion main Hello World! Der Programmtext Hello World! 25 1 // Fig. 1.2: fig01_02.cpp 2 // Ein erstes Programm in C++. 3 #include <iostream> 4 5 // bei Funktion main beginnt Programmausführung 6 int main() 7 { 8 std::cout << Hello World! << std::endl; 9 10 return 0; // beendet Programm mit Erfolg } // beende Funktion main Hello World! Funktion main gibt es in jedem C++ Programm genau einmal. cout dient zur Ausgabe und gehört zum Namensraum std. Schlüsselwort return ist eine Möglichkeit eine Funktion zu beenden;wert 0 bedeutet, daß sie fehlerfrei/ erfolgreich war. Einzeilige Kommentare

9 26 Der Programmtext Hello World! 1 // Fig. 1.2: fig01_02.cpp 2 // Ein erstes Programm in C++. 3 #include <iostream> 4 5 // bei Funktion main beginnt Programmausführung 6 int main() 7 { 8 std::cout << Hello World! << std::endl; 9 10 return 0; // beendet Programm mit Erfolg } // beende Funktion main Hello World! Funktion main gibt eine ganze Zahl zurück. Linke Klammer { startet Körper der Funktion Entsprechende rechte Klammer } beendet Funktionskörper. cout dient zur Ausgabe und gehört zum Namensraum std. Befehle enden mit einem Semikolon ;. Der Programmtext Hello World! 27 1 // Fig. 1.2: fig01_02.cpp 2 // Ein erstes Programm in C++. 3 #include <iostream> 4 5 // bei Funktion main beginnt Programmausführung 6 int main() 7 { 8 std::cout << Hello World! << std::endl; 9 10 return 0; // beendet Programm mit Erfolg } // beende Funktion main Präprozessoranweisung um Header Datei <iostream> für Ein -/Ausgabe einzubinden. Ausgabeoperator Stream Manipulator std::endl beendet die Zeile und wechselt an den Anfang der nächsten. Hello World!

10 28 Kommentare und Zeilennummern Kommentare erklären Programm verbessern Lesbarkeit werden vom Compiler ignoriert einzeilige Kommentare werden mit // eingeleitet Wichtig: In eigenen Programmen oft und ausführlich kommentieren! Zeilennummern dienen lediglich der Orientierung auf den Folien werden im Editor nicht mit eingegeben * Präprozessoranweisungen werden vom Präprozessor vor dem Compilieren verarbeitet fangen mit # an #include <iostream> bindet die Datei iostream in den Quelltext ein dient zur Syntaxüberprüfung für den Compiler: Compiler beherrscht nur die grundlegendsten Befehle, Datentypen und Definitionen Zusätzliche Befehle, Variablen etc. (z.b. cout, <<) können extern beim Linken hinzugefügt werden. Um die Syntax dieser externen Befehle dem Compiler mitzuteilen, werden sog. Headerdateien (z.b. iostream) verwendet. Diese teilen dem Compiler lediglich mit, daß diese Befehle später hinzukommen und wie sie benutzt werden. 29

11 30 Funktionen dienen zur strukturierten Unterteilung, Wiederverwendung usw. von Programmblöcken ( strukturierte Programmierung) erkennt man an den runden Klammern hinter dem Namen (die Klammern müssen jedoch nicht leer sein wie in unserem Beispiel der Funktion main()) In jedem Programm muß genau eine Funktion mit Namen main() existieren. Funktionen geben meist einen Wert zurück (z.b. int) können aber auch nichts zurückgeben. In Kapitel 3 beschäftigen wir uns ausführlich mit Funktionen Ein und Ausgabe mit Streams std::cin Standard Eingabe Stream Eingabe üblicherweise über Tastatur std::cout Standard Ausgabe Stream Ausgabe meist auf dem Bildschirm 31 std::cerr Standard Fehler Stream Kann zur Ausgabe von programmgenerierten Fehlermeldungen genutzt werden meist auch auf dem Bildschirm

12 32 Ein und Ausgabe mit Streams Ausgabeoperator << Wert auf rechter Seite (rechter Operand) wird in auszugebende Zeichenkette eingefügt Stream Manipulator std::endl dient zum Beenden der Zeile und wechselt an den Anfang der nächsten Ausführliche Behandlung in späterem Kapitel * Namensräume dienen zur eindeutigen Unterscheidbarkeit von externen Befehlen, Definitionen, Variablen etc. Hierdurch werden Namenskonflikte (unterschiedliche Befehle besitzen gleichen Namen) verhindert: Alle externen Pakete sollten einen eigenen Namensraum verwenden Angesprochen werden sie dann mit dem binären Bereichsauflösungsoperator ::, wobei der linke Operator der Namensraum und der rechte der Befehlsname ist. Alle im C++ Standard definierten externen Befehle sind im Namensraum std (= standard ) definiert 33