Von C zu C++ Karl Gmeiner

Transkript

1 Karl Gmeiner 2015

2 1 Beziehung C und C++ C ist (fast) vollständig in C++ enthalten C++ = C with classes C++ bietet Features, die es in C nicht gibt Vererbung/Polymorphismus Operatorenüberlagerung Generizität über Templates Exceptions... Viele gute C++-Libraries STL: Collections (Listen, Tables... ) Boost: Alles was sinnvoll ist und nicht in der STL ist. Qt: GUI-Programmierung (plattformunabhängig) C++ bietet dennoch alle Vorteile von C Hardware-nahe Effizient 2 Hello World in C++ std::cout << "Hello World" << std::endl; 3 Hello World in C++: Kurzerklärung // we skip the '.h' in C++ std::cout << "Hello World" << std::endl; // std is a namespace, containing cout and endl // endl is the string representing end of line // cout is a so-called stream for standard output. 4 Header-Files in C++ Kein.h bei C++ Bitte nicht C und C++ mischen. Wenn nötig, z.b. #include <cstdio> Erweiterung zumeist.h, oft auch.hxx oder.hpp. 1

3 5 Name clashes in C // foo.c: void fun() { // I am a function from a library that you need very much // bar.c: void fun() { // I am a function from a completely different // library. I am also useful for your project. Was passiert bei $ gcc foo.c bar.c? 6 Namespaces in C++ In C++ zur besseren Gliederung Namespaces. Procedures/Variablen können Namespaces bzw einem Kontext zugeordnet werden. Dadurch könnnen mehrere Procedures/Variablen denselben Namen haben ohne Konflikt. Vergleichbar mit Verzeichnisstruktur, muss aber keine Entsprechung bei Dateistruktur haben. Vorteil: Man muss nicht vorausdenken, welche Funktionsnamen bereits belegt sein könnten. Zuweisung zu namespace mit ::: namespace A { int foo(); // prototype int A::foo() { // implementation namespace B { int foo(); // prototype int B::foo() { // 2 Funktionen mit demselben Namen? Kein Problem // weil unterschiedliche Namespaces 7 Namespaces schachteln Namespaces werden oft geschachtelt. namespace A { namespace C { int foo(); 2

4 int A::C::foo() {... 8 Teile von Namespaces mit using einbinden Wird ein Element eines Namespaces sehr oft verwendet, kann man diesen einbinden mittels using namespace A { int foo(); namespace C { int bar(); void fun() { using A::foo(); foo(); // calls A::foo() A::C::bar(); // not possible: C::bar() 9 Gesamten Namespace einbinden Mit using namespace kann der gesamte Namespace eingebunden werden Vorsicht beim Einbinden mehrerer Namespaces, da der Vorteil von namespaces verloren gehen kann. namespace A { int foo(); namespace C { int bar(); void fun() { using namespace A; foo(); // calls A::foo() C::bar(); // calls A::C::bar() 10 Root-Namespace 10.1 Auf globale Variablen mit :: zugreifen int i; int foo() { int i; // same name as global variable 3

5 // in C, global i cannot be accessed directly. // in C++ we can write i = ::i; 11 Hello World revisited std::cout << "Hello World" << std::endl; ODER using namespace std; cout << "Hello World" << endl; 12 Streams: Ein-/Ausgabe 12.1 Streams Stream ist eine Datenstruktur, die kontinuierlich Daten empfängt oder zur Verfügung stellt. ostream: In einen ostream können Werte geschrieben werden, die danach vom Stream ausgegeben werden. Hineinschreiben von Werten mit << (Werte werden hineingeschoben). << liefert den Stream selbst zurück, dadurch können mehrere << kombiniert werden. cout im Namespace std in iostream ist der Stream für stdout. cerr ist für die Fehlerausgabe Beispiel cout cout << "hello " << 4 << '\n': 13 Dateien schreiben mit Streams 13.1 Output Stream für Dateien: ofstream (Output-File-Stream) #include <fstream> using namespace std; 4

6 int main() { ofstream myfile; myfile.open("filename"); myfile << "write this into file"; myfile.close(); // file streams must be closed Netzwerkstreams funktionieren vergleichbar 14 Eingabe-Streams: Lesen von Werten von Streams 14.1 Input-Streams Schieben Werte in Variablen Hineinschreiben mit >>. >> liefert Stream selbst zurück, dadurch mehrere >> kombinierbar. Standard-Input mit std::cin int n; int m; std::cin >> n >> m; // no address op like in scanf. // combining multiple >> is possible but not a good // idea (what if first >> fails?) 15 Eingabe-Streams (2) 15.1 Testen, ob cin >> n erfolgreich war mit fail() int n; std::cin >> n; if(std::cin.fail()) { // reading number failed (because not a number?) std::cin.clear(); // clear error flag 15.2 Zeile einlesen mit getline char line[maxlen]; std::cin.getline(line, MAXLEN); // '\0' included :) 16 Von Dateien mit Streams lesen Ähnlich wie bei ofstream: ifstream - Input-File-Stream 5

7 ifstream myfile; myfile.open("filename"); int n; myfile >> n; // read number from file myfile.close(); // don't forget to close 17 Beispiel: Hello name using namespace std; cout << "Enter your name:"; char name[256]; cin.getline(name, 256); cout << "Hello " << name << endl; 18 Zeichenketten in C++: Strings Zeichenketten in C mittels char-arrays sind kompliziert... In C++ eigener Datentyp string (in namespace std). Kompatibel zu char-arrays #include <string> 18.1 Beispiel std::string s = "Hello"; char t[] = "World"; // yes, we can use + to create a new string std::string helloworld = s + t; // and even += to append a string to a string helloworld += "!"; 19 Funktionen von Strings (kleine Auswahl) Wir können Buchstaben auswählen Länge bestimmen Zeichenketten vergleichen in Zeichenketten suchen 6

8 string s = "hello"; char first = s[0]; int len = s.length(); // same as s.size() if(s == "hello") { cout << "this does what you think it does"; cout << s.find("ll"); 20 Stringstreams (stringstream in sstream.h) Mit stringstream kann ein string in einen Stream umgewandelt werden Dadurch kann jede Zeichenkette als In-/Out-Stream verwendet werden. #include <sstream> using namespace std; int main() { stringstream s; int i = 42; s << i; // here used as out-stream s << " is the answer; string a = s.str(); cout << a: // what is the output? 21 Stringstreams zur Umwandlung von Zeichenketten in andere Typen int i; string a = "42"; stringstream s(a); s >> i; // used as in-stream cout << i; // what is the output? 22 Remember Pointers? source: xkcd.com, used under a Creative Commons AttributionNonCommercial 2.5 License. 23 Wiederholung: Call by pointer Call-by: Strategie, wie Argumente an Funktionen übergeben werden. 7

9 Figure 1: xkcd 23.1 Call by value Inhalte/Werte von übergebenen Variablen werden lokalen Variablen zugewiesen. In C einzige Möglichkeit zur Parameterübergabe 23.2 Call by reference Es wird ein Verweis auf den Speicherbereich einer Variable übergeben. Die übergebene Variable kann dadurch verändert werden. In C indirekt über Call-by-pointer - Übergeben einer Pointer-Variable Benötigt Adress-Operator & und Dereferenz *. 24 Beispiel: Call-by-pointer Um Referenz auf eine Variable zu übergeben, muss eine Pointer-Variable angelegt werden. Diese wird mit call-by-value übergeben. void incr(int * i) { // i is a local variable. // Pointer to j is assigned to i // by call-by-value. (*i) = (*i) + 1; int j = 4; 8

10 incr(&j); C++: Referenzen In C nur call-by-value In C++ können Variablen als Referenz übergeben werden ohne Pointer Referenzen können wie echte Variablen verwendet werden Syntactic sugar, vermeidet aber Probleme mit illegalen Pointer-Werten. int i = 3; int &j = i; // reference to i j = 5; cout << i; i enthält den Wert Parameter mit Referenz übergeben void swap(int &a, int &b) { int t = a; a = b; b = t; int i = 2, j = 6; swap(i, j); cout << i << ", " << j << endl; 27 Referenzen als Rückgabewert von Funktionen int &max(int &a, int &b) { return a > b? a : b; int i = 2, j = 6; max(i, j) = 0; cout << i << ", " << j << endl; 9

11 28 Vergleich von Call-By-Reference 28.1 Referenzen können nicht überschrieben werden Referenzen belegen idr keinen fixen Speicherplatz sondern sind Aliases Keine Referenzen zu Referenzen Keine NULL-Referenzen Keine Pointer-Arithmetik mit Referenzen Keine SegFaults :) 28.2 Referenzen erfordern kein Kopieren von Werten Bei call-by-value muss der gesamte Wert kopiert werden (speicheraufwändig) Call-by-reference erfordert das nicht Vermeiden, dass Originalvariable geändert wird mit const 29 Wiederholung const const als Modifier der Variable sort dafür, dass der Wert nicht geändert werden kann. const int i = 5; i kann nicht geändert werden i++ oder i = 4 verursachen Compilerfehler. int * p = &i nicht erlaubt, da i vom Typ const int und damit nicht int. const int * p = &i erlaubt. 30 Referenzen und const int i = 4; int j = i; // copy int &k = i; // reference, no copying const int &l = i; // const reference, no copying Kopieren von Werten aufwändig, aber oft unnötig, wenn Kopie nicht manipuliert wird. Referenz erfordert kein Kopieren, aber Daten könnten manipuliert werden. const-referenz als Alternative sehr gebräuchig, vor allem bei aufwändigeren Datentypen Beispiel: string.h: Prototyp der find-funktion size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const; 10