Informationsverarbeitung

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1 1/23 Informationsverarbeitung Einführung in das Programmieren mit C++ Markus Uhlmann Institut für Hydromechanik Karlsruher Institut für Technologie WS 2011/2012 Vorlesung 4 (alle Quelldateien im Paket)

2 2/23 4. VORLESUNG Kontrollstrukturen Advice: Avoid complicated expressions. B. Stroustrup

3 3/23 Fragen, die in dieser Vorlesung diskutiert werden Auswahlanweisungen Wie kann die Abfolge eines Programmes geändert werden? Mit welchen Operatoren können komplexe Bedingungen formuliert werden? Wie können bestimmte Programmteile wiederholt ausgeführt werden?

4 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 4/23 Auswahlanweisungen welche Anweisung ist für meinen Fall geeignet? eine Auswahlmöglichkeit zwei Auswahlmöglichkeiten mehr als zwei Auswahlmöglichkeiten einseitige Auswahl zweiseitige Auswahl mehrstufige Auswahl mehrseitige Auswahl if if/else if/else if... switch/case

5 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 5/23 if-anweisungen Syntax: if ( <Ausdruck> ) <Anweisung> Bsp: if ( x == 0 ) cout << "Wert x=0" ; die Bedingung <Ausdruck> wird ausgewertet falls Ergebnis true (wahr): <Anweisung> wird ausgeführt sonst (d.h. Ergebnis false falsch): <Anweisung> wird übersprungen

6 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 6/23 Gruppierung längerer Programmteile längere Programmteile können durch geschweifte Klammern gruppiert werden: { } (ohne Semikolon!) Gruppierung bewirkt Zusammenfassung zu einer Anweisung ermöglicht Auswahl/Überspringen mehrerer Einzelanweisungen Bsp: if ( x >= 0.0 ) { log_x = log( x ); wurzel_x = sqrt( x ); }

7 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case Vergleichsoperatoren Vergleich von zwei arithmetischen Operanden Ausdruck x > y x < y x >= y x <= y x == y x!= y Relation x größer als y x kleiner als y x größer gleich y x kleiner gleich y x gleich y x ungleich y Verwechslungsgefahr zwischen == und Zuweisung: (x==y) vs. (x=y) (Quelltext 4.1) Vorsicht bei Prüfung der Gleichheit von Fliesskommazahlen (f==1.0) (Quelltext 4.2) 7/23

8 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 8/23 Logische Verknüpfungen Anwendung auf logische Operanden Ausdruck Relation x && y logisches und x y logisches oder!x Negation Verknüpfung liefert wiederum logischen Ausdruck erspart Verschachtelung von if-anweisungen (Quelltext 4.3) Bsp: if ( (alter > 2) && (alter < 12)) std::cout << "Kindertarif";

9 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 9/23 Mehr zu Bedingungen Arten von Bedingungen (<Ausdruck>) Vergleichsausdrücke (s. oben) Bsp: ( x>y ) implizite Bedingungen Bsp: ( x ) jeglicher Ausdruck, der sich in bool umwandeln lässt Ausdruck mit arithm. Typ: 0 false, sonst true Bsp: (Quelltext 4.4) int x, a = 3; if ( x = a ) //Nebeneffekt: Zuweisung an x std::cout << "a ungleich Null";

10 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 10/23 Mehr zur Priorität der Operatoren Komplexe Ausdrücke mit mehreren Operatoren C++ definiert strikte Regeln zur Priorität der Operatoren (sh. Anhang) (Quelltext 4.5) Erlernen aller Regeln oft nicht notwendig Praktische Empfehlung: Priorität Operator 1, /, % Multiplikation, Division, Restwert 2 +, Addition, Subtraktion Benutzung von Klammern für alle anderen Operatoren bessere Lesbarkeit

11 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 11/23 if-else-anweisungen Syntax: if ( <Ausdruck> ) <Anweisung1> else <Anweisung2> Zweiseitige Auswahl Bsp: if ( x == 0 ) y = 0.0; else y = 1.0 / x ; <Ausdruck> wird ausgewertet falls Ergebnis true : <Anweisung1> wird ausgeführt sonst (d.h. Ergebnis false ): <Anweisung2> wird ausgeführt es wird immer genau eine der Anweisungen ausgeführt

12 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 12/23 Verschachteltes if-else Bsp: 1 if (i>j) 2 if (i<0) 3 m=-i; 4 else //"if" zeile 2 5 m=i; 6 else //"if" zeile 1 7 m=j; else bezieht sich immer auf vorhergehendes if!

13 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 13/23 Verschachteltes if-else (2) Bsp1: 1 if (i>j) 2 if (i<0) 3 m=-i; 4 else //"if" zeile 2! 5 m=j; Bsp2: 1 if (i>j) 2 { 3 if (i<0) 4 m=-i; 5 } 6 else //"if" zeile 1! 7 m=j; Bsp1: else bezieht sich auf zweites if (falsch eingerückt!) Bsp2: Setzen von Gruppierung durch { } ändert Zuordnung

14 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case 14/23 if-else if-anweisungen Syntax: if ( <Ausdruck1> ) <Anweisung1> else if ( <Ausdruck2> ) <Anweisung2>... Bsp: if ( x == 0 ) y = 0.0; else if ( x > 0.0) y = 1.0 / x ; else y = 1.0 / (-x) ; Mehrstufige Auswahl (Quelltext 4.6) Abfrage verschiedener Bedingungen für jede Anweisung Abarbeitung in Reihenfolge, bis zuerst wahr abschliessendes else ist optional erspart tief verschachtelte if else Anweisungen

15 Allgemeines If-Elseif-Else Switch-Case Switch-Case Anweisung Syntax: switch (<Ausdruck>) { case <Konstante1>: <Anweisung1> break; case <Konstante2>: <Anweisung2> break;... default: <AnweisungN> } Bsp: char zeichen; switch (zeichen) { case a : cout << "Buchstabe a."; break; case b : cout << "Buchstabe b."; break;... } Mehrseitige Auswahl (Quelltext 4.7) Abfrage einer Bedingungen, mit mehreren Alternativen Abarbeitung der Anweisungen nach Marke, bis break <Ausdruck> muss in Ganzzahl umwandelbar sein 15/23

16 While- For- Beispiel: π 16/23 Iterative Operationen: Wozu werden gebraucht? viele Aufgaben erfordern wiederholte Bearbeitung von Daten Iterationen sind eine Lösung (alternativ: Rekursion) Iterationen werden i.d.r. durch realisiert Bsp: Addieren einer Reihe von Zahlenwerten

17 While- For- Beispiel: π 17/23 While- Syntax: while ( <Ausdruck> ) <Anweisung> Bsp: (Quelltext 4.8) 1 int n = 10, i = 1, fak = 1; 2 while ( i <= n ) 3 {//berechnet Fakultaet von n 4 fak = fak * i; 5 ++i; 6 } solange <Ausdruck> true ergibt: <Anweisung> wird wiederholt ausgeführt falls anfänglich <Ausdruck> false : keine Ausführung kopfgesteuerte Schleife (Quelltext 4.9) Vorsicht Endlossschleifen (Bedingung immer wahr)

18 While- For- Beispiel: π 18/23 Do While- Syntax: do <Anweisung> while ( <Ausdruck> ); Bsp: (Quelltext 4.10) 1 int n = 10, i = 1, fak = 1; 2 do 3 {//berechnet Fakultaet von n 4 fak = fak * i; 5 ++i; 6 } 7 while ( i < n ); Prüfung der Bedingung nach Durchlauf analog zu while Schleife, außer: <Anweisung> wird immer mindestens einmal ausgeführt fussgesteuerte Schleife

19 While- For- Beispiel: π 19/23 For- Syntax: for (<Ausdruck1> ; <Ausdruck2> ; <Ausdruck3>) <Anweisung> Äquivalente While-Schleife: <Ausdruck1>; while ( <Ausdruck2> ){ <Anweisung> <Ausdruck3>; } Initialisierung: Abbruchkriterium: Inkrementierung: <Ausdruck1> <Ausdruck2> <Ausdruck3> praktische Abkürzung für häufige form (Quelltext 4.11) insbes. Verwendung bei vorbestimmter Wiederholungsanzahl zählergesteuerte

20 While- For- Beispiel: π 20/23 Beispiel für for- Bsp. mit for: (Quelltext 4.12) Bsp. mit while: (sh. oben) 1 int n = 10, fak = 1; 2 for ( int i=1; i <= n; i++ ) 3 {//berechnet fakultaet von n 4 fak = fak * i; 5 } 1 int n = 10, i = 1, fak = 1; 2 while ( i <= n ) 3 {//berechnet fakultaet von n 4 fak = fak * i; 5 ++i; 6 } mehrere Ausdrücke anstelle eines Ausdruckes: Kommaoperator Bsp: (i = 1, fak = 1) (Quelltext 4.13)

21 While- For- Beispiel: π 21/23 Beispielprogramm: numerische Berechnung von π 1 π = 0 4 N 1 + x 2 dx x 2 i=1 i }{{} g(x i ) x mit: x = 1 N, x i = (i 1 2 ) x Pseudocode Kommentar g(x) Festlegen des Parameters N Variable pi zu Null Initialisieren Berechnen von x Schleife mit Zähler i: 1 i N g(x) x Berechnen von xi Berechnen von g(xi ) Addieren von g(xi ) x zu pi Ausgabe von pi x x

22 While- For- Beispiel: π 22/23 Beispielprogramm: numerische Berechnung von π 1 #include <iostream> 2 #include <cmath> 3 using namespace std; 4 5 const int N = 1000;//Anzahl der Stuetzstellen: 6 // hoeherer Wert => hoehere Genauigkeit 7 int main() 8 { 9 double dx, xi, g_xi, pi_approx = 0.0; 10 double pi_ref = M_PI; //Referenzwert, definiert in "cmath" 11 double lgrenze = 0.0, rgrenze = 1.0; //Intervallgrenzen dx=(rgrenze-lgrenze)/n; 14 for(int i=1;i<=n;i++) 15 { 16 xi=lgrenze+(i - 0.5)*dx; 17 g_xi=4.0/(1.0+xi*xi); 18 pi_approx = pi_approx + g_xi * dx; //hier Operator += moeglich 19 } 20 cout.precision(15); //Einstellung von 15 Nachkommastellen Ausgabe 21 cout << "pi (approx) = " << pi_approx << endl; 22 cout << "pi (ref) = " << pi_ref << endl; 23 cout.scientific; // Umstellen auf Ausgabe wissenschaftliche Notation 24 cout << "rel. Fehler = " << fabs(pi_approx-pi_ref)/pi_ref << endl; 25 return 0; 26 } (Quelltext 4.14)

23 23/23 Sprung zu einer markierten Programmzeile: goto Beendigung einer Funktion, Rückkehr: return Beendigung einer for, while, do, switch Anweisung: break Fortführung nächster durchlauf: continue (Quelltext 4.15) Sprünge führen zu unleserlichem Code! Selten notwendig.

24 1/3 Zusammenfassung Anhang Zusammenfassung Literatur Operatorpriorität Kontrollstrukturen in C++ Auswahlanweisungen: If Else If Else Switch Case Vergleichsoperatoren logische Operatoren : While/Do While For

25 2/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Operatorpriorität Weiterführende Literatur S. Prata, C++ Primer Plus, Sams, 2005 S. Oalline, Practical C++ Programming, O Reilly, 2003 J. Liberty and B. Jones, Teach yourself C++ in 21 days, Sams publishing, 2005 R. Lischner, C++ in a Nutshell, O Reilly, 2003 Handbücher erhältlich am Rechenzentrum: (Weblink) RRZN, Die Programmiersprache C, 17. Auflage, 2008 RRZN, C++ für C Programmierer, 13. Auflage, 2005 Online Dokumentation zum C++ Standard (Weblink) (freie) Microsoft Software für Studenten am KIT: (Weblink)

26 3/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Operatorpriorität Priorität der bisher behandelten Operatoren Priorität Operator Assoziation 1 ++, -- Inkrement/Dekrement (postfix) L R 2 ++, -- Inkrement/Dekrement (prefix) R L +, - Vorzeichen R L! logische Verneinung R L 3 *, /, % Multiplikation, Division, Restwert L R 4 +, - Addition, Subtraktion L R 5 <, <=, >, >= Vergleichsoperatoren (a) L R 6 ==,!= Vergleichsoperatoren (b) L R 7 && logisches und L R 8 logisches oder L R 9 = Zuweisung R L Assoziation: Richtung der Gruppierung bei Mehrfachop. Bsp1: x/y/z äquivalent (x/y)/z Bsp2: x=y=z äquivalent x=(y=z) ( links-nach-rechts ) ( rechts-nach-links )