Kap 2. Aufbau eines Programms Variablen, Konstanten und Deklarationen

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1 Kap 2. Aufbau eines Programms Variablen, Konstanten und Deklarationen 1

2 Beispielprogramm // Ein kleines C++ Programm #include <iostream> using namespace std; /*4*/ void main(void) /*5*/ { /*6*/ cout << "Dieser Text wird in \n zwei Zeilen gedruckt\n"; /*7*/ cout << "Fünf + elf =" << 5+11 << endl; /*8*/ } Die Zeilennummern sind Kommentare und werden vom Compiler ignoriert 2

3 Kommentare Ein Kommentar beginnt mit /* und endet mit */ - er kann sich über mehrere Zeilen erstrecken aber nicht geschachtelt werden. /* Kommentar im /*Kommentar */ ist nicht möglich!! */ Eine andere Möglichkeit: // alles bis zum Zeilenende ist Kommentar. Um Unklarheiten von vornherein auszuschließen und anderen das Verständnis des Codes zu erleichtern, schreibt man Kommentare in das Programm Es handelt sich um Text, den der Compiler ignoriert. Tips für gute Kommentare: Man geht davon aus, daß der Leser den C++ Quelltext ohne weiteres versteht, aber nicht die Absichten des Programmierers kennt. Lassen Sie den Quellcode erzählen, was Sie tun und erläutern Sie in Kommentaren, warum Sie etwas tun. 3

4 Präprozessoranweisungen #include ist kein Sprachbestandteil von C++ sondern eine Anweisung für den Präprozessor, ein Programm das vor dem übersetzen (compilieren) den Quelltext einliest und nach Anweisungen sucht, die mit # (Nummernzeichen) beginnen. Diese führt er dann aus. So bedeutet #include <iostream>, daß die Datei iostream an dieser Stelle ins Programm eingefügt werden soll. Die spitzen Klammern < > bedeuten, daß die Datei in den voreingestellten include-pfaden gesucht werden soll. Ist der Dateiname in eingeschlossen, wird zuerst im aktuellen Verzeichnis gesucht Um die Werte in den Standarddateien im Programm benutzen zu können, muß die Zeile using namespace std; eingefügt werden. (s.u.) 4

5 Die einzelnen Zeilen Zeile 4: C++ besteht aus Funktionen. Eine Funktion hat immer einen Namen, gefolgt von einem Paar runder Klammern ( ). Hier heißt die Funktion main, diese Funktion muß in jedem ausführbaren C++-Programm genau einmal vorkommen, sie ist der Startpunkt, an dem die Ausführung des Programms beginnt. void heißt, daß kein Wert an das System übergeben wird. Zeile 5 und 8: Geschweifte Klammern { } haben in C++ die Aufgabe, einen Block von Anweisungen zu bilden. Jede Funktion, so auch main(), beginnt mit einer öffnenden Klammer { und endet mit einer schließenden }. Zeile 6 und 7: Das Objekt cout gibt eine Meldung auf dem Bildschirm aus. Die Objekte cout und cin realisieren im System die Ausgabe und die Eingabe. Im Anschluß an das Objekt cout steht der Umleitungsoperator (<<). Alles, was auf diesen folgt, erscheint auf dem Bildschirm. Soll eine Zeichenfolge ausgegeben werden, ist sie in Anführungszeichen zu setzen. 5

6 Motivation Programme benötigen zur Lösung von Aufgaben verschiedenartige Daten: ganze Zahlen Gleitpunktzahlen (Zahlen mit Kommastellen) einzelne Zeichen Texte Diese werden im Speicher abgelegt. Der Speicher ist nummeriert 6

7 Verwendung von Daten Mit Daten kann gearbeitet werden, wenn man Speicherplatz reserviert (hat eine Adresse=Nummer) und hierfür einen symbolischen Namen vergibt wie z.b. genauigkeit, x, a anstelle dieser unhandlichen Speicheradresse -> Variable oder Konstante oder auch das Datum direkt verwendet -> Literale wie z.b. 1.0e-3, 1, dies ist ein Text Die Reservierung mittels Namen wird als Deklaration bezeichnet. Sie umfasst: -> Speicherplatz reservieren -> Namen vergeben -> Typ (und damit zulässige Operationen) festlegen. 7

8 Beispiele von Deklarationen Merkmale/Gemeinsamkeiten const double genauigkeit=1.0e-3; double x,a; Der Typ steht am Anfang, eventuell mit const ergänzt -> double Die einzelnen Größen können mit einem Anfangswert belegt werden -> 1.0e-3 Eine Auflistung (durch Komma getrennt) ist möglich -> x, a Alle Größen beginnen mit einem Buchstaben -> genauigkeit, x, a Jeder Name erscheint hier nur einmal!!!!! Die Deklaration endet mit einem Semikolon. 8

9 3.1 Namen Name (oder Bezeichner, identifier) Ein Name besteht aus einer Folge von Buchstaben und Ziffern, beginnend mit einem Buchstaben. Der Unterstrich wird wie ein Buchstabe verwendet. Schlüsselworte (wie z.b. if else) dürfen nicht verwendet werden. (erscheinen in der Entwicklungsumgebung farbig) Groß- und Kleinbuchstaben werden unterschieden Beispiele: rho pi a A anfang zaehler naechster_eintrag 9

10 Namenskonventionen Empfehlungen : Kleinbuchstaben für Variable und Funktionen (Großbuchstaben für Klassen) Sprechende/aussagekräftige Namen verwenden : durchmesser statt d Keine Abkürzungen verwenden: counter statt cnt Nicht mit Unterstrich beginnen (Verwechslung mit Compilervariablen) Einheitlicher Präfix für Variable aus einem Aufgabengebiet z.b. klausur_anzahl, klausur_mittelwert, klausur_datum Firmen-/Projektspezifische Konventionen beachten 10

11 3.2 Elementare Typen C++ stellt die wichtigsten Datentypen mit passender Form der Abspeicherung und zugehörigen Rechenoperationen zur Verfügung : Boolescher Datentyp (bool) für logische Ausdrücke Zeichentyp (char) für Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen Ganzzahliger Datentyp (int, ) für ganze Zahlen Gleitkommatyp (double, ) für reelle Zahlen Texte (string) werden gesondert behandelt Der Hilfstyp void, wenn keine Typangabe möglich/erforderlich ist 11

12 Weitere Begriffe Integrale Typen boolescher Typ ganzzahliger Typ Zeichen d.h. mit booleschen Typen und Zeichen kann wie mit ganzen Zahlen gerechnet werden Arithmetische Typen Integrale Typen Gleitkommatyp Benutzerdefinierte Typen Aufzählungstypen Strukturen Klassen 12

13 3.3 Struktur der Deklaration const double genauigkeit=1.0e-3; double x,a; Eine Deklaration besteht aus maximal 4 Teilen Spezifizierer Basistyp Deklarator Initialisierer Sie wird durch ; abgeschlossen. Spezifizierer: besondere Schlüsselworte wie virtual, extern (ev. später) Basistyp: ev. modifiziert durch const Deklarator: Name + eventuelle Operatoren (später) Initialisierer: Anfangswert 13

14 3.4 Deklaration Boolescher Typen Datentyp bool Es gibt nur die Werte true und false Abspeicherung erfolgt in 1 Byte false -> (alle Bits 0) true -> Aber : jedes Byte, welches nicht identisch ist, wird als true interpretiert. Dies gilt auch für Objekte die mehr als ein Byte zur Speicherung benötigen. Deklaration bool fehler, datenda=true, unzulaessig=0,a,b,c; 14

15 3.5 Deklaration von Zeichen Datentyp char Zeichen werden abgespeichert im ASCII-Zeichencode in 1 Byte. Beispiel : A -> Hexadezimal 41 = Dezimal 65 (als Literal A ) a -> Hexadezimal 61 = Dezimal 97 (als Literal a ) also ist A<a 0 ->Hexadezimal 30 = Dezimal 48 (als Literal 0 ) Eine Tabelle des ASCII-Code findet sich in der Literatur/Internet. Sie wird aber nicht benötigt. Für Zeichen aus dem Unicode werden 2 Byte benötigt Typ wchar_t. Deklaration char c, ja= Y, null= 0 ; 15

16 Datentyp int 3.6 Deklaration ganzzahliger Typen Abspeicherung von ganzen Zahlen erfolgt im Dualsystem und belegt üblicherweise 4 Bytes = 32 Bits (implementierungsabhängig). Beispiel : 7 -> Das höchstwertigste Bit ist das Vorzeichenbit: 0 bedeutet positive Zahl oder 0 1 bedeutet negative Zahl. Anmerkung: ist nicht -7 sondern wegen Komplementbildung (hier weggelassen) Deklaration int i, zaehler=0; 16

17 andere ganzzahlige Typen Datentyp short Short belegt üblicherweise 2 Bytes = 16 Bits. Deklaration short i, zaehler=0; Datentyp long Long belegt hier auch 4 Bytes = 32 Bits. Deklaration long i, zaehler=0; 17

18 andere ganzzahlige Typen Datentyp char Char belegt üblicherweise 1 Byte = 8 Bits. Deklaration char i, zaehler=0; char kann wie eine ganze Zahl verwendet werden!!!!! 18

19 Modifizierer signed und unsigned Die Datentypen short, int, long int wie auch char werden üblicherweise als Zahlen mit Vorzeichen interpretiert. Ist jedoch ein Vorzeichen nicht erforderlich, eine Personal- oder Matrikelnummer hat kein Vorzeichen Dann kann das Vorzeichenbit zu den Ziffern hinzugenommen werden. Dies geschieht durch das Schlüsselwort unsigned. Bei char gibt es Zusätzlich noch das Schlüsselwort signed um festzulegen, dass die in der char-variablen gespeicherte Zahl ein Vorzeichen haben soll. 19

20 Modifizierer signed und unsigned char 1 Byte -128 bis +127 signed char 1 Byte -128 bis +127 unsigned char 1 Byte 0 bis +255 short 2 Byte bis unsigned short 2 Byte 0 bis int 4 Byte bis unsigned int 4 Byte 0 bis Long und unsigned long wie int und unsigned int Beispiel unsigned char a; unsigned int i; 20

21 3.7 Deklaration von Gleitpunktzahlen Gleitpunktzahlen haben im Prinzip folgenden Aufbau Die Zahl hat ein Vorzeichen eine Mantisse einen Exponenten mit Vorzeichen Die verschiedenen Arten von Gleitpunktzahlen unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl Bits, welche für Mantisse und Exponent bereitgestellt werden und damit bzgl. Genauigkeit und Größenordnung. Anstelle der 10 wird in C++ jedoch E oder e verwendet E+22 oder e+22 21

22 Gleitpunktzahlen Datentyp float Belegt 4 Bytes: einfache Genauigkeit Genauigkeit ist 6 Dezimalstellen Wertebereich bis Kleinste positive Zahl ist Deklaration float a, b=1.0e-1; 22

23 Gleitpunktzahlen Datentyp double Datentyp long double Belegt 8 Bytes: einfache Genauigkeit Genauigkeit ist 15 Dezimalstellen Belegt 10 Bytes: einfache Genauigkeit Genauigkeit ist 19 Dezimalstellen Wertebereich bis Kleinste positive Zahl ist Deklaration double a, b=1.0e-1; Wertebereich bis Kleinste positive Zahl ist Deklaration long double a, b=1.0e-1; 23

24 3.8 Zeichenketten (string) Achtung: erforderlich ist die Precompiler-Direktive include <string> string str1, str2="dies ist ein Text"; #include <string> #include<iostream> using namespace std; void main() { string str1,str2="dies ist ein Text"; cout<<"dies ist str1:"<<str1<<endl; cout<<"dies ist str2:"<<str2<<endl; } 24

25 3.9 Aufzählungstypen Eine Aufzählung ist ein selbstdefinierter ganzzahliger Datentyp. Beispiel: enum ampel{rot,gelb,gruen}; Allgemein: enum namedestyps{begriff1, begriff2,...}; Der erste Begriff hat den Wert 0, der zweite den Wert 1 usw. also im Beispiel: rot=0 gelb=1 gruen=2 Dadurch ist der erzeugte Programmcode lesbarer, da anstelle der Zahlen 0,1,2, usw. stattdessen die Worte rot usw. verwendet werden. if ( anzeige==rot) bzw. if (anzeige==0 ) sind gleichwertige Befehle. 25

26 Aufzählungstypen Weitere Beispiele enum wochentag{montag,dienstag,mittwoch,donnerstag,freitag,samstag,sonntag}; montag=0,,sonntag=6 enum schalter(off,on); Verwendung: wochentag aktuell; schalter hauptschalter; if ( aktuell==mittwoch) // Alternative if (wochentag==2) if ( hauptschalter==off) // Alternative if (hauptschalter==0) 26

27 3.10 Verwendung von Konstanten(Literalen) Boolesche Konstanten Es gibt nur 2 boolesche Konstanten: true und false Zeichenkonstanten Eine Zeichenkonstante ist ein Zeichen, welches von 2 Anführungszeichen eingeschlossen ist Beispiel A Literal Der Wert wird direkt hingeschrieben Stringkonstanten (Zeichenketten) Eine Stringkonstante besteht aus einer Zeichenfolge, die von 2 Doppelapostrophen eingeschlossen ist dies ist der Text 27

28 Verwendung von Konstanten Ganzzahlige Konstanten Sie können als Dezimalzahlen, Oktalzahlen oder Hexadezimalzahlen dargestellt werden: Eine dezimale Konstante (Basis 10) beginnt mit einer Ziffer ungleich 0 Beispiele Eine oktale Konstante (Basis 8) beginnt mit einer führenden 0 Beispiele Eine hexadezimale Konstante (Basis 16) beginnt mit den Zeichen 0x oder 0X Beispiele 0x2a0b1 0XFFFF 28

29 Verwendung von Konstanten #include <iostream> using namespace std; void main() { cout <<11<<endl; cout <<011<<endl; cout <<0x11<<endl; } 29

30 Verwendung von Konstanten Eine ganzzahlige Konstante ist in der Regel vom Typ int. Man kann jedoch durch Anhängen der Buchstaben L oder l für long U oder u für unsigned den Datentyp der Konstanten entsprechend ändern: 22L 22l für Long 22U 22u für unsigned int 22UL 22ul für unsigned long 30

31 Verwendung von Konstanten Gleitpunktkonstanten Sie werden immer dezimal dargestellt mit einem eventuellen Dezimalpunkt mit einem eventuellen Exponenten Beispiele E-22 1e+33 Eine Gleitpunktkonstante ist in der Regel vom Typ double. Durch Anhängen von f oder F für Float bzw. l oder L für long double kann der Typ entsprechend geändert werden. Beispiele 12.3f 12.5L 31

32 3.11 Sonstiges Namensbereiche werden verwendet, um bei übergreifenden Projekten Namen mehrfach verwenden zu können. Hierzu kann jeder Name einem Namensbereich zugeordnet werden. -> nicht Gegenstand der Vorlesung. Wichtig : Eine Reihe von Namen sind dem Bereich std zugeordnet. Bsp : string, cout -> using namespace std; Sehen Sie sich mal die Fehlermeldungen an, wenn Sie using namespace std; weglassen. 32

33 Initialisierung Jede Größe sollte möglichst immer mit einem Anfangswert versehen werden. Ansonsten erhält sie durch das System den Wert, der an der Stelle steht, wo die Variable gerade gespeichert wird. Dies ist nicht vorhersehbar!!!! Also int i=0, k=i; //Es können auch andere Variable verwendet werden double summe(0.0);// Alternative zu double summe=0.0; float r=i+1;// Auch Ausdrücke; 33

34 Initialisierung/Beispiele #include <iostream> using namespace std; void main() { } char c='a',d; cout << " Char "<<c<<" "<<d<<endl; bool b1=false,b2; cout << " Bool "<<b1<<" "<<b2<<endl; int i=0,j; cout << " Int "<<i<<" "<<j<<endl; double r=0.0,s; cout << " Double "<<r<<" "<<s<<endl; 34

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