Hochschule Darmstadt Prof.Dr. H.P.Weber. Programmieren Pearson Education, Inc. All rights reserved.

Transkript

1 1 PG 1 Hochschule Darmstadt Prof.Dr. H.P.Weber Programmieren 1

2 2 Inhalt von Programmieren 1 1 Einführung 2 Grundelemente der C++ Programmierung 3 Einführung in Klassen und Objekte 4 Kontrollanweisungen: Teil 1 5 Kontrollanweisungen: Teil 2 6 Funktionen und eine Einführung in Rekursion 7 arrays und vectors, Suchen und Sortieren 8 Zeiger, C-Arrays und C-Strings 9 Klassen genauer betrachtet: Teil 1 10 Klassen genauer betrachtet: Teil 2 11 Operatorüberladung und Fallstudien Array und String

3 3 1 Einführung

4 4 1.1 Organisatorisches 1.2 Programmiersprachen 1.3 Geschichte von C und C C++ Standardbibliothek 1.5 Typische C++ Entwicklungsumgebung

5 5 1.1 Organisatorisches Stellung von Programmieren 1 im Studium 1. Semester: Programmieren / Algorithmen und Datenstrukturen 1 2. Semester: Programmieren / Algorithmen und Datenstrukturen 2 3. Semester: Nutzerzentrierte Softwareentwicklung 4. Semester: Entwicklung webbasierter Anwendungen

6 6 1.1 Organisatorisches Stellung von PAD1 im Studium Modul Voraussetzung Belegung Pr-vorleistung Pr-form Programmieren 1 (PAD1) - Praktikum P Programmieren 2 (PAD2) Prüfung PAD1 angetreten Praktikum P OO Analyse und Design Prüfung PAD1 angetreten Praktikum K Mikroprozessorsysteme Nutzerzentrierte Softwareentwicklung Software Engineering Datenbanken Betriebssysteme GDV, EWA, VS, PSE Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 angetreten Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 angetreten Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 angetreten Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 angetreten Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 angetreten Prüfung PAD1 bestanden Prüfung PAD2 bestanden Praktikum Praktikum Praktikum Praktikum Praktikum Praktikum K K M K K K

7 7 1.1 Organisatorisches Literatur H.M.Deitel,P.J.Deitel: C++ How To Program, 9th ed (oder auch: 8th-5th ed); Prentice-Hall; 2014/2011/2010/2007/2005 Basistext der Vorlesung, deshalb primär empfohlen. U.Breymann: Der C++ Programmierer, 4.Aufl.; Hanser; 2015 Deutschsprachiges Standardwerk zu Sprachsyntax und Objektorientierung. Stroustrup, Bjarne: Die C++ Programmiersprache, 4.Auflage; Hanser; 2015 Die definitive Referenz vom Entwickler von C++. R. Sedgewick: Algorithmen in C++ (Teil 1-4), 3.Auflage ; Addison- Wesley; 2002 Standardwerk zu Algorithmen und Datenstrukturen. Außerdem: Gute Referenz für die Bearbeitung der Aufgaben im Praktikum. In praktischer Prüfung lokal auf Rechner verfügbar.

8 8 1.1 Organisatorisches Software Für eingeschriebene Studenten der Hochschule Darmstadt sind im Rahmen des Microsoft DreamSpark -Programms kostenlos erhältlich: Visual Studio 2013 Professional Visual Studio 2015 Enterprise bzw. Community Quelle: Anmelden im Intranet der h_da: Dort navigieren zu: Hochschule -> Servicebereiche -> IT-Dienste -> Software -> Microsoft DreamSpark Microsoft Visual Studio 2013 Professional ist auch auf den Rechnern im Praktikum vorhanden

9 9 1.1 Organisatorisches Vorlesung, Praktikum, individuelles Üben Programmieren ist ein Handwerk, das geübt werden muss. Üben heißt zunächst: Sich allein mit Aufgabenstellung und Entwicklungsumgebung um eine Lösung bemühen. Teamarbeit macht erst Sinn, wenn jeder für sich die Aufgabe im wesentlichen gelöst hat. Das gilt uneingeschränkt für die Programmierausbildung; in der beruflichen Praxis sind durchaus andere Modelle möglich ( pair-programming ).

10 Organisatorisches Vorlesung, Praktikum, individuelles Üben Kalkulieren Sie ausreichend Zeit zum individuellen Üben in Ihren Zeitplan ein in der Vorlesung ist dafür keine Zeit und im Praktikum nur eingeschränkt. Notebooks in der Vorlesung sind nicht verboten, aber erfahrungsgemäß (außer bei großer Selbstdisziplin) eher kontraproduktiv.

11 Organisatorisches Vorlesung, Praktikum, individuelles Üben In der Vorlesung wird der Stoff systematisch zunächst begrifflich und dann an konkreten Beispielen dargestellt. Für Studenten mit wenig Programmiererfahrung drei Phasen: Vorbereitung der Vorlesung anhand der vorher bereitgestellten Folien Vorlesung mit Möglichkeit zur Diskussion der Begriffe und Beispiele Nachbereitung durch eigenes Üben und Bearbeiten der Praktikumsaufgaben

12 Organisatorisches Ablauf eines Praktikumstermins Ausgabe der Aufgabenstellung (Download von meiner Website) ca. 14 Tage vor Praktikumstermin Vorbesprechung in der Vorlesung Zu Hause: Programmcode entwerfen und eintippen Am besten schon mit Visual Studio 2015 oder 2013 Code für komplettes Projekt ins Praktikum mitbringen Im Praktikum: Übersetzung, Inbetriebnahme mit Visual C++, Testen, evtl. mit Praktikumspartner durchsprechen / abgleichen (Zeitrahmen: einschließlich Abnahme maximal drei Stunden) Abnahme/Testierung durch Betreuer

13 Organisatorisches Regeln zum Praktikum 5 von 5 möglichen Testaten sind Pflicht für erfolgreiche Praktikumsteilnahme Testate gibt es grundsätzlich nur zum jeweiligen Termin Bewertung: teilgenommen als Eintrag im OBS Dies ist die Voraussetzung für die Zulassung zur Klausur, d.h. zur Praktischen Prüfung. Anmeldung und Gruppeneinteilung für das Praktikum durch OBS Termine und Aufgabenstellungen auf meiner Website Durchführung in Zweiergruppen

14 Programmiersprachen Maschinensprachen prozessorabhängige Codierung von Befehlen, Adressen und Daten als Bitmuster Maschinenorientierte Programmiersprachen (Assembler-Sprachen) prozessorabhängige mnemonische Codierung von Befehlen, Adressen und Daten; ein Assembler-Befehl ergibt einen Maschinenbefehl Problemorientierte Programmiersprachen den zu bearbeitenden (z.b. nummerischen, kommerziellen, technischen,...) Problemen angepasste Formulierung von Programmen eine Anweisung ergibt viele Maschinenbefehle portabel, da prozessorunabhängig

15 Programmiersprachen Problemorientierte Programmiersprachen An englischer Umgangssprache orientiert Benutzen übliche mathematische Schreibweise Beispiel: area = PI * radius * radius; Einzelne Anweisungen bewältigen substanzielle Aufgaben. Müssen durch Übersetzungsprogramme in Maschinensprache übersetzt werden ( Compiler ) Das komplett übersetzte Programm wird dann ausgeführt. Andere Möglichkeit: Interpreter Führen Hochsprachen-Programme direkt (d.h. Anweisung für Anweisung) aus Ausführung ist langsamer als bei compiliertem Programm

16 Programmiersprachen Prozedurale Programmiersprachen: FORTRAN (FORmula TRANslator) COBOL (COmmon Business Oriented Language) ALGOL (ALGOrithmic Language) PASCAL C Funktionale Programmiersprachen: LISP, Haskell, ML F#, Scala Logische Programmiersprachen: PROLOG

17 Programmiersprachen Objektorientierte Programmiersprachen: SMALLTALK EIFFEL C++ Java C# Skriptsprachen: Perl (Practical Extraction and Report Language) Python PHP (Hypertext Preprocessor, Personal Home Page Tools) Javascript Ruby

18 Geschichte von C und C++ Geschichte von C Entstanden aus CPL ( Combined Programming Language, Cambridge und London, Anfang der 1960er) Über BCPL ( Basic CPL, Martin Richards, 1967) und B (Ken Thompson, 1970) Ungetypte Sprachen Entwickelt von Dennis Ritchie (Bell Laboratories, 1972) Ergänzung von Datentypen Sprache, in der UNIX entwickelt wurde Unabhängig von der eingesetzten Hardware portable Programme können geschrieben werden ANSI und ISO Standard für C wurde 1990 veröffentlicht und 1999 sowie 2011 ergänzt ( C99, C11 )

19 Geschichte von C und C++ Geschichte von C++ Erweiterung von C Entwickelt von Bjarne Stroustrup (Bell Laboratories) seit Anfang der 1980er Stellt neue Eigenschaften zur Verfügung, um C auf ein höheres Niveau zu heben Ergänzung: objektorientierte Programmierung Objekte: wiederverwendbare Softwarekomponenten Modellieren Dinge der realen Welt Ergänzung: generische Programmierung Parametrisierte Funktionen und Datentypen Im August 2011 wurde ein in vielen Punkten erweiterter und ergänzter ISO Standard für C++ verabschiedet ( C++ 11 ). Die aktuelle Version ( C++ 14 ) gilt seit Ende 2014 und unterscheidet sich von C++11 nur durch kleinere Korrekturen und Ergänzungen.

20 C++ Standardbibliothek C++ Programme Aufgebaut aus Teilen, die Funktionen und Klassen genannt werden C++ Standardbibliothek Reichhaltige Sammlung von existierenden Funktionen und Klassen Wiederverwendbar in neuen Anwendungen

21 21 Betrachtung zum Software Engineering Verwende einen Baukasten -Ansatz, um Programme zu schreiben. Vermeide, das Rad neu zu erfinden. Benutze vorhandene Teile, wann immer möglich. Diese sogenannte Wiederverwendung von Software ist ein zentrales Element der objektorientierten und generischen Programmierung.

22 22 Betrachtung zum Software Engineering Beim Programmieren in C++ werden üblicherweise die folgenden Bausteine benutzt: Funktionen und Klassen der C++ Standardbibliothek, Funktionen und Klassen der verschiedensten Fremdanbieter, selbstdefinierte Funktionen und Klassen.

23 23 Tipp zur Performanz Die Nutzung von Funktionen und Klassen der C++ Standard-Bibliothek anstelle des Schreibens von eigenen Versionen wird meist die Performanz des Programms verbessern, da die Standardbibliothek auf Effizienz optimiert wurde. Diese Vorgehensweise verkürzt auch die Entwicklungszeit für ein Programm.

24 24 Portabilitäts-Tipp Die Nutzung von Funktionen und Klassen der C++ Standard-Bibliothek anstelle von eigenen Versionen verbessert die Portabilität des Programms, da die Standardbibliothek Bestandteil jeder C++ Implementierung ist.

25 25 Betrachtung zum Software Engineering Umfangreiche Klassenbibliotheken wiederverwendbarer Softwarekomponenten sind im Internet verfügbar. Viele dieser Bibliotheken sind kostenlos: -.NET-Klassenbibliothek - Qt-Klassenbibliothek - Boost-Klassenbibliothek (Teile davon sind zukünftige Erweiterungen des C++-Standards)

26 1.5 Typische C++ Entwicklungsumgebung C++ Programme werden in 6 Phasen entwickelt Editieren Programmierer schreibt Programm (und speichert Quellcode auf Festplatte) Präprozessor Ergänzungen und Ersetzungen auf Textebene Compilieren Compiler übersetzt C++ Programm in Maschinensprache Linken Objektcode mit weiteren Funktionen und Daten verbinden Laden Übertragen des ausführbaren Programms in den Arbeitsspeicher Ausführen Das (Maschinensprachen-)Programm Befehl für Befehl ausführen 26

27 27 Fig. 1.1 Typische C++ Entwicklungsumgebung.

28 28 Praxis-Tipp C++ Programme sollten auf möglichst einfache und unkomplizierte Weise geschrieben werden. Man spricht vom KISS-Prinzip ( keep it small and simple ). Die Programmiersprache sollte nicht durch bizarre Verwendungen und Konstruktionen überansprucht werden.

29 29 Praxis-Tipp Es ist wichtig, die Dokumentation für die Version von C++ zu lesen, die man verwendet. Man sollte dies möglichst häufig tun, um ein Gefühl für die Möglichkeiten von C++ und den korrekten Gebrauch dieser Möglichkeiten zu bekommen.

30 30 Praxis-Tipp Rechner und Compiler sind gute Lehrer: Falls man nach dem Studium der C++-Dokumentation noch nicht sicher ist, wie eine Eigenschaft von C++ funktioniert, sollte man mit einem kleinen Testprogramm experimentieren und schauen was passiert. Jede Compilermeldung sollte genau studiert werden und mit Hilfe des Debuggers die Zusammenhänge klargemacht werden.