Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 1

Transkript

1 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 1 3 Datenstrukturen 3.1 Arrays Zur Wiederholung als Strukturelement der Programmierung gehört auf der Seite der Datenstrukturen die Liste. Eine Liste kann auf mehrere Arten realisiert werden: Array Datei dynamische Liste (zeigerverknüpfte oder verkettete Liste) Ein Array ist eine Liste von Datenobjekten Alle Objekte haben denselben Namen. Die Objekte sind numeriert oder indiziert. Alle Objekte haben denselben Datentyp. Die Objekte sind fortlaufend abgespeichert. Die Listenlänge ist fest. (statisch) andere Bezeichnungen für Array : Feld, Bereich, Reihung, Vektor andere Bezeichnungen für die Datenobjekte des Array: Komponenten, Elemente Syntax Deklaration Komponententyp name[länge]; Syntax Bezug auf Komponente name[ausdruck], wobei Ausdruck den Index der Komponente berechnet.

2 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 2 z.b. int x[ ] = { 0, 1, 2, 3, 4 ]; x x[0] x[1] x[2] x[3] x[4] Es gilt x[0] == 0 x[1] == 1 x[2] == 2 x[3] == 3 x[4] == 4 Deklarationen: double werte[15]; int zahlen1[10], zahlen2[5]; Index: Der Index ist eine ganze Zahl. Er beginnt immer bei 0. Initialisierung : Allgemeiner Einschub: Eine einfache Variable wird bei der Deklaration so initialisert: int n = 10; double wert = 12.25; char ch = 'm'; Ein Array wird wie folgt initialisiert: int vektor[10] = {1, -23, 5, -66, 67, 4, -99, 14, 0, -1; Ausnahme:

3 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 3 char text1[25] = "Dortmund"; Die explizite Längenangabe hat Vorrang vor der impliziten Länge der Initialisierungsliste. char c[4] = {32, 34; Welche Werte haben c[2] und c[3]? Zuweisung von Werten an einen nicht initialisierten Array Falsch: int a[5]; //Definition a[ ] = {1, 2, 3, -1, -20; ist falsch als Wertzuweisung Die Schreibweise ist nur bei der Initialisierung zulässig. Richtig: a) über die Tastatur wird eine feste Zahl von Werten gelesen #define N 10 int vektor[n]; for ( i=0; i < N; ++i ) cin >> vektor[i];

4 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 4 b) aus einer Textdatei #include <iostream.h> #include <fstream.h> #define N 10 int main (void) { int vektor[n], i; ifstream inp; inp.open("zahlen.dat", ios::in); for ( i=0; i < N; ++i) inp >> vektor[i]; c) aus einer Binärdatei Binärdateien werden später behandelt werden. d) Zuweisung berechneter Werte: z.b. Zufallszahlen #include <stdlib.h> #define N 10 int vektor[n]; for ( i=0; i < N; ++i ) vektor[i] = rand();

5 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 5 e) Lesen einer variablen Zahl von Werten über die Tastatur #include <stdio.h> #define N 10 int main(void) { int vektor[n], maxindex, i; i=0; while ( (i < N) &&!cin.eof()) { cin >> vektor[i]; i++; maxindex = i-1; return 0; Von der Tastatur aus beendet man die Eingabe mit Eingabe von Strg-z am Beginn einer Zeile. 3.2 Strukturen Eine Struktur stellt eine Ansammlung von Variablen von beliebigem Typ unter einem Namen dar. Sie ist eine vom Programmierer definierte Datenstruktur. Sie wird für Datenbanksätze, Baumstrukturen und verkettete Listen verwendet. Sie ist die Basis für die objekt-orientierte Erweiterung C nach C++: Ein Objekt wird durch Attribute beschrieben. Die Attribute sind die Komponenten einer Struktur.

6 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 6 Syntax Beispiel: Alle Daten, einen Planeten betreffend werden in einer Struktur abgespeichert. #define STRL 10 struct planet_typ { char name[ STRL]; /*Name des Planeten*/ double durchmesser; /*Durchmesser in km*/ int monde; /*Zahl der Monde*/ double orbit_zeit, /*Dauer in Jahren zur Umkreisung der Sonne*/ rotations_zeit; /*Dauer der eigenen Rotation in Stunden*/ ; Definition von Variablen von diesem Datentyp: planet_typ planet1, jupiter, leerer_planet = {"", 0, 0, 0, 0; Bezug auf die einzelnen Komponenten über den Member- oder Punkt- Operator: planet1.name planet1.durchmesser planet1.monde planet1.orbit_zeit planet1.rotations_zeit Beispiel: strcpy( jupiter.name, "Jupiter"); jupiter.durchmesser = ; jupiter.monde = 4; oder auch

7 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 7 cin >> jupiter.orbit_zeit >> jupiter.rotations_zeit; Besonderheiten: Eine Wertzuweisung kann "en Block" durchgeführt werden. planet1 = jupiter; Aus diesem Grunde kann auch eine Struktur Funktionswert sein. planet_typ hole_daten( void ); Vergleiche können nur komponentenweise durchgeführt werden: if (planet1 == jupiter)... ist nicht zulässig. Strukturen als Eingangsparameter Beispiel: double berechne ( planet_typ planet ) { Bezug: planet.name planet.durchmesser

8 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 8 Strukturen als Ausgangsparameter Beispiel: void hole_daten (planet_typ & pplanet) { Bezug: pplanet.name pplanet.durchmesser planet_typ & pplanet ist ein Referenz-Argument, wird später behandelt werden. Strukturen als Funktionswert planet_typ hole_daten (void ) { planet_typ mein_planet; Bezug: mein_planet.name usw. return mein_planet; Arrays von Strukturen planet_typ planeten[6]; Bezug: planeten[i].name

9 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite Aufzählungstyp (enum) Der Aufzähltyp ist ein vom Programmierer definierter Datentyp. Er besteht aus einer Menge von spezifizierten Werten. Das Schlüsselwort ist enum. Syntax enum name { Identifierliste ; Beispiel enum himmelsrichtungen { nord, sued, ost, west ; Jeder Name ist mit einer Ganzzahlkonstanten verknüpft. Der Programmierer kann die Zuordnung festlegen. Voreingestellt ist 0,1,2,3,... Beispiel: enum ausgaben_t { Unterhaltung, Miete, Lebensmittel, Kleidung, Auto, Versicherung, Reise, Sonstiges; ausgaben_t kategorie; kategorie = Miete;... if (kategorie == Reise) Zeiger (Pointer) Daten, die im Speicher gehalten werden, haben: Werte Adressen Der Datentyp Zeiger erzeugt und manipuliert Adressen. Zeiger sind spezielle Variable, die die Adresse einer anderen Variable halten.

10 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 10 pwert : Wert 4711 Der Adresswert 4711 interessiert als Wert nicht, der int-wert 111 interessiert. Man bezieht sich auf diesen Wert über die Variable pwert1. *-Operator (Wert-Operator) *pwert1 ist der Wert des Feldes, auf das die Adresse pwert1 zeigt: *pwert1 == 111 Definition einer Zeigervariablen int * pwert1; //Jeder Zeigerwert ist typisiert er zeigt auf den Wert eines bestimmten Datentyps gelesen (von recht nach links): pwert1 zeigt auf einen Wert vom Typ int. Initialisierung eines Zeigers Zeiger werden so initialisiert, daß sie auf ein ein bestimmtes Objekt im Speicher zeigen oder auf nichts zeigen. Der Zeiger auf nichts ist der NULL-Zeiger. Nicht definierte Zeiger sind der Alptraum eines Programmierers! &-Operator (Adress-Operator) int var1; &var1 ist die Adresse der Varibalen var1. Über die Funktionen new() oder malloc(). pwert1 = new(int); 3.5 Referenzen Eine Referenz ist eine Zeigervariable, der bei der Definition eine konstante Adresse zugewiesen wird. Später ist keine Änderung dieser Adresse möglich.

11 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 11 Wichtig: Ein Bezug auf eine Referenz in einem Ausdruck meint den Wert der Variablen, auf den die Referenz zeigt. Der *-Operator ist hier überflüssig und nicht zulässig!!! int a = 55; int & mein_int_wert = a; // & legt den Typ Referenz fest. cout << a <<" und " << mein_int_wert; // 55 wird 2x ausgegeben cin >> mein_int_wert; // die 55 in a wird überschrieben durch die //Eingabe cout << a <<" und " << mein_int_wert; //Es wird zweimal der //eingegebene Wert ausgegeben. (dasselbe über normale Zeiger: int * mein_int_wert = &a; ) Referenzen werden fast ausschließlich für Adressargumente verwendet. Adressargumente: Argumente von Funktionen, auf die Wertzuweisungen durchgeführt werden, um Werte in die aufrufende Funktion zu übertragen (wird in Kürze aufgegriffen!). Exkurs: Rückgabe des Ergebnisses seitens der aufgerufenen Funktion an die aufrufende Funktion Funktionswert (empfohlen, falls möglich) Beispiel Funktion int lese_1(void); Die Funktion lese_1( ) liest einen int-wert von der Tastatur ein und übergibt den Wert als Funktionswert. int lese_1 (void) { int ein; cout <<"Geben Sie eine ganze Zahl ein: "; cin >> ein; return ein; Globale Variable Beispiel Funktion void lese_2(void);

12 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 12 Die Funktion lese_2( ) liest zwei Werte von der Tastatur ein. Die Werte werden in zwei globalen Variablen übergeben. int eins, zwei; //globale Variable für das Ergebnis void lese_2 (void) { int ein; cout << "Geben Sie den ersten Wert ein: "; cin >> eins; cout << "Geben Sie den zweiten Wert ein: "; cin >> zwei; Nachteile: Funktionswert: Nur ein Wert kann übergeben werden. Globale Variable: Die Namen der globalen Variablen sind fest verdrahtet, sowohl in der aufrufenden Funktion als auch in der Funktion selbst, die Verwendung der Funktion ist auf das Vorhandensein von Variablen mit diesem Namen angewiesen. Eine Lösung mit Verwendung von Zeigern Ausgabeargumente bei Funktionen. Ausgabeargumente sind Argumente, denen die Funktion Werte zuweisen kann. Es werden Adressen als Argumente genommen. Über den *-Operator kann dann die Funktion Werte an eine Adresse zuweisen, die außerhalb ihres Speicherbereiches liegt. z.b. eine Funktion void lese_2 (int *parg1, int *parg2); lese_2() liest zwei Werte vom Typ int ein und übergibt diese Werte der aufrufenden Funktion. void lese_2 (int *parg1, int *parg2) { int ein; cout << "Geben Sie den ersten Wert ein: ";

13 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 13 cin >> ein; *parg1 = ein; //Zuweisung an das erste Adressargument cout << "Geben Sie den zweiten Wert ein: "; cin >> ein; *parg2 = ein; //Zuweisung an das zweite Adressargument Aufruf der Funktion: int wert1, wert2; lese_2 (&wert1, &wert2); Eine Lösung mit Verwendung von Referenz (empfohlen, wenn Lösung als Funktionswert nicht möglich) void lese_2 (int & arg1, int & arg2) { int ein; cout << "Geben Sie den ersten Wert ein: "; cin >> ein; arg1 = ein; //Zuweisung an das erste Adressargument cout << "Geben Sie den zweiten Wert ein: "; cin >> ein; arg2 = ein; //Zuweisung an das zweite Adressargument // einfacher? : auch cin >> arg1; und cin >> arg2; möglich Aufruf der Funktion: int wert1, wert2; lese_2 (wert1, wert2); Besonderheiten in C++: Namen von Arrays (ohne nachfolgende Klammern [ ]) und Namen von Funktionen (ohne nachfolgende Klammern ( ) ) stellen die Anfangsadresse des Objektes dar!!

14 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 14 Beispiel: Die Funktion lese_array( int werte[n] ) liest N Werte in einen Array. #define N 20 void lese_array ( int werte[n] ) { int i; for ( i=0; i < N; ++i ) cin >> werte[i]; Aufruf: #define N int vektor[n]; lese_array( vektor ); Beispiel: Eine Funktion, die einen Double_Wert mit einer entsprechenden Eingabeaufforderung (Prompt) einliest. double read_double ( char prompt[] ) { double wert; cout << prompt; cin >> wert; return wert; Aufruf: double einzelbetrag = read_double( Geben Sie bitte den Einzelbetrag in DM ein: ); oder double einzelbetrag; char * prompt = Geben Sie bitte den Einzelbetrag in DM ein: ; einzelbetrag = read_double ( prompt );

15 Programmierkurs C++ Datenstrukturen Seite 15 oder double einzelbetrag; char prompt[ ] = Geben Sie bitte den Einzelbetrag in DM ein: ; einzelbetrag = read_double ( prompt );