C++ - Einführung in die Programmiersprache. Leibniz Universität IT Services Anja Aue

Transkript

1 C++ - Einführung in die Programmiersprache Leibniz Universität IT Services Anja Aue

2 Handbücher des RRZN C++ für C-Programmierer C und C++ für Java-Progammierer C++ - Einführung Seite 2

3 Bücher Bjarne Stroustrup: Programming. Principles and Practice Using C++. Addision Wesley. 2. Auflage. Jürgen Wolf: Grundkurs C++: C++-Programmierung verständlich erklärt. Rheinwerk Computing. 3. Auflage. Dieter Bär: Schrödinger programmiert C++: Jetzt mit C++ 14 und Syntaxhighlighting. Rheinwerk Computing. 2. Auflage. C++ - Einführung Seite 3

4 Bücher zur Standardbibliothek Rainer Grimm: C++-Standardbibliothek - kurz & gut. O'Reilly. 1. Auflage. C++ - Einführung Seite 4

5 PDF-Dokumente im Netz TU Braunschweig: DB/statik/software/einfuehrung_in_cpp.pdf Universität Graz: Lectures/Kurs-C/Script/html/script_programmieren.pdf DHBW Stuttgart: C++ - Einführung Seite 5

6 Referenzen im Web C++ - Einführung Seite 6

7 C++- Standard und Standardbiblothek _Die_STL C++ - Einführung Seite 7

8 Entwicklungsumgebungen (IDE) NetBeans ( Code::Blocks ( Borland Turbo C++ ( KDevelop ( Microsoft Visual Studio ( C++ - Einführung Seite 8

9 NetBeans entwickelt von Studenten aus der Tschechischen Republik Übernahme durch Sun Microsystems Übernahme durch Oracle. Die Programmiersprachen Java, C /C++, PHP und JavaScript werden unterstützt. Download unter C++ - Einführung Seite 9

10 Installation von NetBeans für C++ Installation des Compilers MinGW und der Tools msys. Umgebungsvariablen für den Compiler setzen. Installation von NetBeans. Installation des Plugins für C/C++. Siehe oder C++ - Einführung Seite 10

11 Start von NetBeans Klick auf das Icon auf dem Desktop. Start Alle Programme NetBeans NetBeans IDE. C++ - Einführung Seite 11

12 Startseite C++ - Einführung Seite 12

13 Optionen für C++ Tools / Options. Die Kategorie C/C++ wird angezeigt. Die Registerkarte Build Tools listet den Pfad zum Compiler, Debugger etc auf. Es werden alle Pfade zu Tools, die für die Erstellung eines ausführbaren Programms benötigt werden, eingestellt. Die Registerkarte Project Options zeigt Regeln zur Erstellung von Objektcode mit Hilfe von make an. Registerkarte Code Assistence. Siehe Registerkarte Debugging Options. Registerkarte Other legt die Dateiendungen in Abhängigkeit des Dateityps fest. C++ - Einführung Seite 13

14 Build Tools C++ - Einführung Seite 14

15 Code Assistence C++ - Einführung Seite 15

16 C++ - Projekt anlegen File New Project. Auswahl des Ordners C/C++ in der Liste Categories. In Abhängigkeit des gewählten Elements aus der Liste Projects werden die weiteren Schritte angezeigt. C++ - Einführung Seite 16

17 Hinweis Falls das C++-Projekt auf ein Netzlaufwerk unter Windows angelegt wird, werden automatisch zwei Startpunkte main erzeugt. Die Compilierung des Programms bricht mit dem Fehler multiple definition of `main' ab. Nach dem Löschen einer der beiden Dateien main kommt die Meldung... does not exist or is not executable. C++ - Einführung Seite 17

18 Projects - C/C++ Application Siehe C++ - Einführung Seite 18

19 Zeile Project Name Projekte bündeln Dateien für ein lauffähiges C++-Programm. Der Name ist der Wurzelordner für alle, zu einem Projekt gehörenden, Dateien im Ordner NetBeansProjects. Standardmäßig wird der Name CppApplication_ und eine fortlaufende Nummer genutzt. Der Name sollte nur die Groß- und Kleinbuchstaben a z, die Zahlen und den Unterstrich enthalten. Die Wörter im Projektnamen beginnen mit einem Großbuchstaben. C++ - Einführung Seite 19

20 Zeile Project Location Mit Hilfe der Schaltfläche Browse... kann der Speicherort für das Projekt festgelegt werden. Die Zeile Project Folder setzt sich aus dem Projektnamen und dem gewählten Speicherort zusammen. C++ - Einführung Seite 20

21 Zeile Create Main File Für ein C++-Programm wird der Einstiegspunkt in das Projekt automatisiert erstellt. Mit Hilfe des Main Files wird jedes C++-Programm gestartet. C++ - Einführung Seite 21

22 Zeile Tool Collection Der Compiler für das C++-Programm wird ausgewählt. Der Compiler übersetzt den lesbaren Programmtext in Maschinencode. Fehler in der Syntax führen zu einem Abbruch. C++ - Einführung Seite 22

23 Compiler für C++ C++ Compiler des GNU-Projekts. Unterstützung für C++11 und C++14. Aktuelle Version GCC 5.3. Download unter Minimalist GNU for Windows (MinGW). Download unter C++ - Einführung Seite 23

24 Windows 7: Umgebungsvariablen Klick im Startmenü auf System. Oder: Suche im Windows Explorer nach Systemsteuerung. Klick auf das Icon System und Sicherheit. System / Erweiterte Systemeinstellungen. Klick auf die Schaltfläche Umgebungsvariablen. C++ - Einführung Seite 24

25 Windows 8: Umgebungsvariablen Suchen Sie in der Suche nach System (Systemsteuerung). Oder: Suche im Windows Explorer nach System (Systemsteuerung). Klick auf den Link Erweiterte Systemeinstellungen. Klick auf die Schaltfläche Umgebungsvariablen. C++ - Einführung Seite 25

26 Umgebungsvariablen für den Compiler setzen Auswahl der Variablen PATH. Klick auf die Schaltfläche Bearbeiten. Die verschiedenden Pfade werden durch ein Semikolon getrennt. Hinzufügung von C:\MinGW\bin. Der Ordner enthält den Compiler. Hinzufügung C:\MinGW\msys\1.0\bin. Der Ordner enthält Tools zum Erstellen von lauffähigen Programmen. C++ - Einführung Seite 26

27 Geöffnetes Projekt C++ - Einführung Seite 27

28 Aufbau der IDE In der Titelleiste wird der Name des Projekts angezeigt. Menüleiste. Symbolleiste für die wichtigsten Befehle. Mit Hilfe von View Toolbar können Symbolleisten ein- oder ausgeblendet werden. Code-Fenster und weitere Fenster mit Informationen zu dem Projekt. C++ - Einführung Seite 28

29 Fenster in der IDE Mit Hilfe von Drag & Drop kann ein Fenstern unterhalb der Symbolleiste positioniert werden. Mit Hilfe der Schaltfläche in der rechten oberen Ecke wird ein Fenster minimiert. Die Registerkarten werden am linken Rand der IDE angezeigt. Registerkarten in Fenstern bündeln die verschiedenen Informationen unter verschiedenen Gesichtspunkten. Ein Fenster besitzt mindestens eine Registerkarte. C++ - Einführung Seite 29

30 Registerkarten in einem Fenster Am oberen Rand der Registerkarte wird der Name und die Schließen- Schaltfläche angezeigt Mit Hilfe von Drag & Drop kann eine Registerkarte von einem Fenster in ein anderes Fenster verschoben werden. Mit Hilfe des Menüs Window können die verschiedenen Registerkarten geöffnet werden. C++ - Einführung Seite 30

31 Ordner öffnen oder schließen Klick auf das Pluszeichen: Ein Ordner wird geöffnet. Der Inhalt wird angezeigt. Klick auf das Minuszeichen: Ein Ordner wird geschlossen. C++ - Einführung Seite 31

32 Projekt-Explorer Die Registerkarte Projects zeigt die Struktur der Projekte an. Im Ordner Source Files befindet sich der Programmcode. In diesem Ordner werden die Quelldateien (*.cpp) abgelegt. Die Registerkarte Files zeigt die Ordnerstruktur des Projekts an. Im Ordner build befinden sich die Objektdateien (*.o). C++ - Einführung Seite 32

33 Fenster Classes Die Registerkarte Classes zeigt die verschiedenen Klassen in einem Projekt an. Im Ordner Libraries werden die Klassen aus den eingebundenen Bibliotheken angezeigt. C++ - Einführung Seite 33

34 Codefenster Die, im Projekt-Explorer ausgewählte Codedatei (.cpp) wird angezeigt. Schlüsselwörter in C++ werden standardmäßig mit blauer Schrift gekennzeichnet. Kommentare werden in grauer Schrift dargestellt. Benutzerdefinierte Bezeichner werden mit schwarzer Schrift gekennzeichnet. C++ - Einführung Seite 34

35 Projekt schließen File Close Project (ProjectName). C++ - Einführung Seite 35

36 Eigenschaften eines Projekts File Project Properties Rechtsklick auf den Projektnamen. Properties im Kontextmenü. C++ - Einführung Seite 36

37 Kategorie General C++ - Einführung Seite 37

38 Hinweis Encoding. Einstellungen für das Codefenster. In welchen Zeichensatz wird der Code gespeichert? Um Fehler zu vermeiden, sollte dort UTF-8 eingestellt sein. C++ - Einführung Seite 38

39 C++ Von der ISO genormte Programmiersprache. Objektorientierte und generische Programmierung. Komplexe, flexible Programmiersprache. Hardware-nahe Programmierung. C++ - Einführung Seite 39

40 Geschichte Ca arbeitet Bjarne Stroustrup an einer Programmiersprache unter dem Namen C mit Klassen ändert sich der Name der Programmiersprache in C wird die erste Referenz zu der Programmiersprache von Bjarne Stroustrup veröffentlicht wird Borland's Turbo C++ -Compiler als erste kommerzielles Produkt für die Programmiersprache angeboten Veröffentlichtung des ersten Standards als ISO/IEC 14882:1998 (C++98). C++ - Einführung Seite 40

41 Standard C++98. ISO/IEC 14882:1998. Publiziert im Jahr Erste Standardisierung der Programmiersprache. Ergänzung der Norm im Jahr C++11. ISO/IEC 14882:2011. Publiziert im April Ersetzung der alten Versionen. C++14. ISO/IEC 14882:2014. Publiziert im Januar Erweiterungen und Ergänzungen zu C++11. C++ - Einführung Seite 41

42 in den Eigenschaften eines Projekts in NetBeans C++ - Einführung Seite 42

43 einstellen Rechter Mausklick auf den Namen des Projekts im Projekt- Explorer. Klick auf das Menü Properties. Auswahl der Kategorie Build C++ Compiler. Die Attrribute in der Kategorie Basic Options werden auf der rechten Seite des Dialogfensters angezeigt. Die Eigenschaft C++ Standard hat den Wert <default>. Standardmäßig wird der Standard C++98 genutzt. C++ - Einführung Seite 43

44 Einstellungen für die Version C++11 Die Attrribute in der Kategorie Basic Options werden auf der rechten Seite des Dialogfensters angezeigt. Durch einen Klick auf den Pfeil am rechten Rand der Eigenschaft C ++ Standard wird die Liste aller Möglichkeiten geöffnet. Aus der Liste wird das Element C++11 ausgewählt. Die Attrribute in der Kategorie Compilation Line werden auf der rechten Seite des Dialogfensters angezeigt. Die Eigenschaft Additional Options hat den Wert -std=c++11. C++ - Einführung Seite 44

45 Einsatzmöglichkeiten Treiber für die verschiedenste Hardware. Entwicklung von Systemprogrammen. Zeitkritische Spiele. Eine Liste von Beispielen finden Sie unter C++ - Einführung Seite 45

46 Programmierkonzepte in C++ Prozedurale Programmierung. Modulare Programmierung. Objektorientierte Programmierung. Generische Programmierung. C++ - Einführung Seite 46

47 Prozedurale Programmierung Top-down Entwurf. Welche Aufgabe soll abgebildet werden? Wie kann die Aufgabe in kleine Teilaufgaben gegliedert werden? Strukturierter Code, aber keine strukturierten Daten. Das Programmierkonzept wird von den Programmiersprachen C und C++ unterstützt. C++ - Einführung Seite 47

48 Modulare Programmierung Aufteilung von Quellcode in verschiedene Dateien. Quellcode zu einem Thema wird in einer Datei zusammengefasst. Auslagerung von Funktionsdeklarationen, Strukturen in eine Headerdatei. Die Deklaration und die Implementierung von Funktionen werden getrennt. Module sind in sich abgeschlossen. Jedes Modul kann allein getestet und ausgeführt werden. Das Programmierkonzept wird von den Programmiersprachen C und C++ unterstützt. C++ - Einführung Seite 48

49 Objektorientierte Programmierung Bottom-up Design. Welche Daten werden zur Beschreibung eines Objekt aus der realen Welt benötigt? Welche Methoden werden zur Modifizierung eines Objektes benötigt? Methoden und Daten zu einem bestimmten Objekttyp werden gemeinsam in einer Klasse gekapselt. Die Klasse beschreibt allgemein einen bestimmten Typ von Objekt (zum Beispiel ein Würfel). Eltern können von Kindern erben. Ein Rechteck erbt Eigenschaften von einem Würfel. Das Programmierkonzept wird von der Programmiersprache C++ unterstützt. C++ - Einführung Seite 49

50 Generische Programmierung Nutzung von Schablonen zur Beschreibung eines Objekts. Schreiben von Methoden unabhängig vom Typ des Objektes. Nutzung von Templates. Das Programmierkonzept wird von der Programmiersprache C++ unterstützt. C++ - Einführung Seite 50

51 C++-Programm #include <iostream> using namespace std; Beispiele/_0101_HelloWorld... int main () { } cout << "Hello World \n"; return 0; C++ - Einführung Seite 51

52 Programm Ein in einem Texteditor eingegebener Text. Für den Menschen lesbarer Quellcode. Beschreibung von Aktionen mit Hilfe einer Programmiersprache. Hier: Ausgabe des Textes Hello World Nutzung der Syntax einer Programmiersprache. Hier: C++. C++ - Einführung Seite 52

53 Kommentare... /* * File: main.cpp * Author:... * * Created on 5. April 2016, 10:17 */ beginnen mit /* und enden mit */. Zwischen den Sternchen und dem Schrägstrich steht kein Leerzeichen beschreiben am Anfang einer Datei den Zweck des Codes. geben Auskunft über deren Ersteller und dem Erstellungszeitraum. C++ - Einführung Seite 53

54 Aufbau eines C++-Programms Präprozessor-Anweisung using namespace std; int main () { Anweisung; Anweisung; return 0; } C++ - Einführung Seite 54

55 Präprozessor-Anweisungen... #include <iostream> beginnen immer mit dem Hash (#). enden automatisch mit dem Ende der Zeile stehen immer am Anfang einer Quelldatei oder Header-Datei. binden die verschiedenen Bibliotheken mit Hilfe des Befehls include ein. C++ - Einführung Seite 55

56 Einbindung von Dateien #include <iostream> Mit Hilfe des Befehls #include können sogenannte Headerdateien eingebunden werden. Dateien werden immer am Anfang des Quellcodes eingebunden. In diesem Beispiel wird die Bibliothek iostream eingebunden. Der Bibliotheksname wird durch die spitzen Klammern begrenzt. Die Bibliothek definiert Funktionen zur Ein- und Ausgabe von Text. C++ - Einführung Seite 56

57 C++ - Standardbibliothek Werkzeugkasten auf Basis von Templates. Definition von Containern in Form von zum Beispiel Listen und Vektoren. Funktionen zur Ein- und Ausgabe am Bildschirm. Mathematische Funktionen. C++ - Einführung Seite 57

58 Namespace using namespace std; Nutze den Namensraum Standard. Funktionen werden in Paketen verpackt, um Namenskonflikte zu vermeiden. Alle Standardkomponenten der Programmiersprache C++ liegen in dem Namensraum std. Mit Hilfe dieser Anweisung sind alle Namen in dem angegeben Paket nutzbar. C++ - Einführung Seite 58

59 Funktion int main() { } return 0; Jede Funktion hat einen Kopf und einen Rumpf. Der Funktionskopf beschreibt die Funktion und legt die Startwerte fest. Der Funktionsrumpf wird durch die geschweiften Klammern begrenzt. Die Aufgabe der Funktion wird in einer bestimmten Programmiersprache im Rumpf definiert. C++ - Einführung Seite 59

60 Funktionskopf int main() () Typ des Rückgabewertes. Name Startparameter Deklaration der Funktion. Wie wird die Funktion gestartet? C++ - Einführung Seite 60

61 Funktionskopf int main() () Der Name der Funktion ist eindeutig. C++ beachtet die Großund Kleinschreibung bei benutzerdefinierten Bezeichnungen. Der Name spiegelt die Aufgabe wieder. In den runden Klammern kann der Funktion ein oder mehrere Startwerte übergeben werden. In diesem Beispiel sind die runden Klammern leer. Der Funktion werden keine Startparameter übergeben. Die Funktion gibt einen Wert an den Aufrufer zurück. In diesem Beispiel wird eine Ganzzahl zurückgegeben. C++ - Einführung Seite 61

62 Startpunkt für ein C++-Programm int main() { } return 0; Jedes C++-Programm hat einen definierten Startpunkt: main(). Mit dieser Funktion beginnt jedes ausführbare Programm, welches in C++ geschrieben wurde. main ist der Name der Startprozedur. Der Name muss klein geschrieben werden. Beim Starten werden diesem Programm keine Parameter übergeben. Dem Starter wird ein Wert zurückgegeben. C++ - Einführung Seite 62

63 Anweisungen in C++ { } cout << "Hello World \n"; return 0; Pro Zeile wird eine bestimmte Aktion mit Hilfe von Schlüsselwörtern der Programmiersprache C++, Operatoren und Variablen beschrieben. Anweisungen haben eine bestimmte Syntax. Anweisungen werden mit einem Semikolon beendet. Falls nicht, wird ein Syntaxfehler angezeigt, Mit Hilfe der geschweiften Klammern werden Anweisungen zu Blöcken zusammengefasst. C++ - Einführung Seite 63

64 Schlüsselworte in C++ alignias char16_t dynamic_cast alignof char32_t else and class enum and_eq compl explicit asm const export auto constexpr extern bitand const_cast false bitor continue float bool decltype for break default friend case delete goto catch do if char double inline C++ - Einführung Seite 64

65 Schlüsselworte in C++ int protected template voatile long public this wchar_t mutalbe register thread_local while namespace reinterpret_cast throw xor new return true xor_eq noexcept short try not signed typedef not_eq sizeof typeid nullptr static typename operator static_assert union or static_cast using or_eq struct virutal private switch void C++ - Einführung Seite 65

66 Ausgabe eines Textes int main() { cout << "Hello World \n" } cout ist ein Platzhalter für die Standardausgabe. Mit Hilfe des Umleitungsoperators << wird der angegebene Text auf die Standardausgabe umgeleitet. Der Text wird durch die Anführungszeichen begrenzt. \n ist ein Platzhalter für eine neue Zeile. C++ - Einführung Seite 66

67 Weitere Hinweise Die Zeile #include <iostream> wird benötigt. Das Objekt cout ist in der Bibliothek iostream definiert. Die Zeile using namespace std; muss am Anfang des Code stehen. Andernfalls ist das Objekt cout im Programm nicht sichtbar und kann nicht genutzt werden. C++ - Einführung Seite 67

68 Konsole in NetBeans Fenster Output meist am unteren rechten Rand der IDE. Falls eine Registerkarte die Bezeichnung (Run) besitzt, wurde das Programm ausgeführt und die Ausgabe in der Registerkarte angezeigt. Java - Einführung Seite 68

69 Rückgabe eines Wertes int main() { return 0; } Der Befehl return gibt einen Wert an den Aufrufer der Prozedur zurück. In diesem Beispiel gibt die Funktion main Null an den Aufrufer zurückgegeben. Der Rückgabewert entspricht dem angegeben Typ für den Rückgabewert im Funktionskopf. Die Funktion gibt einen Typ int zurück. Die Zahl Null ist eine Ganzzahl (Integer). C++ - Einführung Seite 69

70 Nutzung in der Funktion main() Der Rückgabewert ist immer eine Ganzzahl. Die Funktion gibt ein Integer zurück. Mit Hilfe des Rückgabewertes 0 wird dem Aufrufer signalisiert, Das Programm ist ohne Fehler ausgeführt wurden. C++ - Einführung Seite 70

71 Formatierung von Code int main() { cout << "Hello World \n"; return 0;; } int main() {cout << "Hello World \n";return 0;} Keines der Programme erzeugt einen Fehler. C++ - Einführung Seite 71

72 Hinweise Eine Anweisung endet in C++ mit einem Semikolon. Pro Zeile sollte eine Anweisung stehen. Zusammengehörige Blöcke sollten mit Hilfe von Tabs eingerückt werden. Namen, Klammern etc. werden durch Leerzeichen getrennt. In einem Namen wie zum Beispiel main darf kein Leerzeichen vorkommen. In Strings oder Namen darf kein Zeilenumbruch (Taste RETURN; Eingabetaste) genutzt werden. C++ - Einführung Seite 72

73 Style Guides CppCodingStandard.html C++ - Einführung Seite 73

74 Ausführbares Programm erstellen Quelltext ([datei].cpp) g++ -c helloworld.cpp Präprozessor Compiler Objektcode ([datei].o) C++ - Einführung Seite 74

75 Präprozessor und Compiler Der Präprozessor ersetzt die mit einem Hash-Zeichen gekennzeichneten Zeilen durch den entsprechenden Text. Der Compiler übersetzt den lesbaren Programmtext in Maschinencode. Fehler in der Syntax führen zu einem Abbruch. C++ - Einführung Seite 75

76 Linker Bindet alle zu einem Programm gehörenden Objektdatei zu einer ausführbaren Datei zusammen. Falls die einzubindenden Dateien nicht vorhanden sind, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. C++ - Einführung Seite 76

77 NetBeans: Quelldatei kompilieren Quelltext ([datei].cpp) Rechter Mausklick auf die Datei. Compile File. Präprozessor Compiler Objektcode ([datei].o) C++ - Einführung Seite 77

78 NetBeans: Alle Quelldateien kompilieren Quelltext ([datei].cpp) Run Build Project Run Clean and Build Project Präprozessor Compiler Objektcode ([datei].o) C++ - Einführung Seite 78

79 NetBeans: Ausführbares Programm erstellen Objektcode ([datei].o) Linker Maschinencode ([datei].exe) Run Run Project C++ - Einführung Seite 79

80 Konsole in NetBeans Ausgabe von Informationen an den Benutzer. Einlesen von Informationen durch das Programm. Window - Output oder <STRG>+<4> minimiert oder maximiert die Konsole. C++ - Einführung Seite 80

81 Starten des C++-Programms Mit Hilfe des grünen Pfeils am linken Rand wird das, in der Titelleiste benannte Programm gestartet. C++ - Einführung Seite 81

82 C++-Programm stoppen Mit Hilfe des roten Rechtecks am linken Rand wird das, in der Titelleiste benannte laufende Programm angehalten. Das Programm wird nicht vollständig durchlaufen, sondern vom Entwickler vorzeitig abgebrochen. C++ - Einführung Seite 82