Titelei :16 Uhr Seite I. C++ Wochenend Crashkurs

Transkript

1 Titelei :16 Uhr Seite I C++ Wochenend Crashkurs

2 Titelei :16 Uhr Seite II

3 Titelei :16 Uhr Seite III C++ Wochenend Crashkurs Stephen R. Davis Übersetzung aus dem Amerikanischen von Dr. Thorsten Graf

4 Titelei :16 Uhr Seite IV Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme: Davis, Stephen R.: C++ Wochenend Crashkurs Übersetzung aus dem Amerikanischen von Dr. Thorsten Graf Bonn : MITP-Verlag, 2001 Einheitssacht.: C++ Wochenend Crashkurs ISBN ISBN Alle Rechte, auch die der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Übersetzung der amerikanischen Originalausgabe: Stephen R. Davis: C++ Weekend Crash Course Copyright by mitp-verlag, ein Geschäftsbereich der verlag moderne industrie Buch AG & Co.KG, Landsberg Original English language edition text and art copyright 2000 by IDG Books Worldwide, Inc. All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This edition published by arrangement with the original publisher IDG Books Worldwide, Inc.. Foster City, California, USA. Printed in Germany Lektorat: Christine Wöltche Korrektorat: Michael Eckloff Herstellung: Dieter Schulz Druck: Media-Print, Paderborn Satz und Layout: Eva Kraskes, Köln

5 Titelei :16 Uhr Seite V Über den Autor Stephen R. Davis Wenn der 43-jährige Vater und Hausmann nicht gerade Fahrrad fährt oder seinen Sohn zu einem Taekwondo-Wettkampf begleitet, arbeitet und lebt Stephen R. Davis in Greenville, Texas als Programmierer mit Leib und Seele. Beim MITP-Verlag ist neben dem C++ Wochenend Crashkurs auch sein Buch C++ für Dummies erschienen.

6 Titelei :16 Uhr Seite VI

7 Titelei :16 Uhr Seite VII Vorwort Mit dem C++ Wochenend Crashkurs erlernen Sie an einem einzigen zugegebenermaßen arbeitsreichen Wochenende die Programmsprache C++: in 30 Sitzungen à 30 Minuten, also 15 Stunden von Freitagabend bis Sonntagnachmittag. Am Ende jeden Teils bekommen Sie Gelegenheit für eine Pause und eine Rekapitulation dessen, was Sie erlernt haben. Viel Glück! 1.1 Was ist C++?. C++ ist heute die populärste Programmiersprache. C++ wird in Anwendungen eingesetzt, die vom Mikroprogramm, das in Ihrer Mikrowelle, in Ihrer Waschmaschine oder in Ihrem Fernseher läuft, bis hin zu Programmen zur Steuerung von Atomraketen oder Marsraketen reichen. In den späten achtziger Jahren kam C allmählich in die Jahre. Das lag unter anderem daran, dass C keine objektorientierte Programmierung unterstützt. Zu dieser Zeit hat die objektorientierte Welle die Welt im Sturm erobert. Objektorientierten Programmierern wurde das Geld nachgeworfen. Sie brauchten im Gespräch nur»neues Paradigma«zu sagen und hatten sofort eine Menge Bewunderer. Das Problem war, dass jedes vernünftige Programm in C geschrieben war (es gab einige Programme, die in PASCAL geschrieben waren, wie frühere Versionen von Windows, aber die zählen nicht wenn Sie die frühen Versionen von Windows kennen, wissen Sie, warum nicht). Die Firmen würden nicht einfach alle existierenden Programme neu schreiben, nur um auf der objektorientierten Welle zu reiten. Objektorientierte Konzepte wurden in die existierende Programmiersprache C integriert. Das Ergebnis wurde C++ genannt. C++ ist eine Obermenge von C. Jedes korrekt geschriebene C-Programm kann unter C++ erzeugt werden. Dadurch konnten die Firmen ihre Software stückweise upgraden. Existierender Code konnte weiterhin in C geschrieben sein, wohingegen neuer Code die Features von C++ nutzte.

8 Titelei :16 Uhr Seite VIII VIII Vorwort Zu unserem Glück ist C++ eine standardisierte Sprache. Das American National Standards Institute (ANSI) und die International Standards Organisation (ISO) sind sich einig darüber, was C++ ist. Sie haben eine detaillierte Beschreibung der Programmiersprache C++ erstellt. Diese standardisierte Sprache ist unter dem Namen ANSI oder ISO C++, oder einfach Standard-C++, bekannt. Standard-C++ unterliegt nicht der Kontrolle einer einzelnen Firma, wie z.b. Microsoft oder Sun. Die Gemeinschaft der Programmierer, die Standard-C++ verwenden, ist nicht abhängig von einem Software Giganten. Außerdem halten sich die Firmen an den Standard, selbst Microsoft s Visual C++ hält sich streng an den C++-Standard. Die Programme im C++ Wochenend Crashkurs können mit jeder Implementierung von Standard- C++ übersetzt werden. 1.2 Das objektorientierte Paradigma. Objektorientierte Programmierung ist nicht nur ein Modetrend. Objektorientierte Programmierung ist eine Methode der Programmierung, die sich sehr von ihren Vorgängern unterscheidet. Objektorientierte Programme können leichter geschrieben und gepflegt werden. Objektorientierte Module können leichter wiederverwendet werden als die Module, die unter einem anderen Paradigma erstellt wurden. Der C++ Wochenend Crashkurs ist mehr als nur eine Einführung in C++. Sie müssen das objektorientierte Paradigma erlernen, um C++ voll nutzen zu können. Der C++ Wochenend Crashkurs verwendet Beispiele in C++, um Ihnen die objektorientierte Sicht auf die Welt zu vermitteln. Jeder, der behauptet, in C++ zu programmieren, ohne die objektorientierten Konzepte verstanden zu haben, verwendet C++ als»besseres C«. 1.3 Wer. Der C++ Wochenend Crashkurs richtet sich an Anfänger bis hin zu Lesern auf mittlerem Level. Es werden keine Vorkenntnisse im Bereich Programmierung und Programmierkonzepte beim Leser vorausgesetzt. Die ersten Sitzungen erklären anhand realer Beispiele auf nicht-technische Weise, was Programmierung ist. Dieses Buch ist auch gut geeignet für den Hobbyprogrammierer. Die vielen Beispiele demonstrieren Programmiertechniken, die in modernen Programmen eingesetzt werden. Der ernsthafte Programmierer oder Student muss C++ in seinem Köcher der Programmierfähigkeiten haben. Fundiertes Wissen in C++ zu haben, kann den Unterschied machen, ob man einen bestimmten Job bekommt oder nicht. 1.4 Was. Der C++ Wochenend Crashkurs ist mehr als nur ein Buch. Er ist ein vollständiges Entwicklungspaket. Eine CD-ROM enthält die berühmte GNU C++-Umgebung. Sie benötigen ein Textprogramm, wie z.b. Microsoft Word, um Texte bearbeiten zu können. Und sie brauchen eine C++-Entwicklungsumgebung, um Programme in C++ zu erzeugen und auszuführen. Viele Leser werden bereits eine eigene Entwicklungsumgebung besitzen, wie z.b. Microsoft s Visual C++. Für die Leser, die noch über keine Entwicklungsumgebung verfügen, enthält der C++ Wochenend Crashkurs das GNU C++.

9 Titelei :16 Uhr Seite IX Vorwort IX GNU C++ ist kein abgespecktes oder laufzeitbeschränktes Programm. Das GNU C++-Paket ist eine vollwertige Entwicklungsumgebung. Der C++ Wochenend Crashkurs enthält vollständige Anleitungen zur Installation von GNU C++ und Visual C Wie. Der C++ Wochenend Crashkurs ist für ein Wochenende gedacht. Fangen Sie am Freitagabend an, dann sind Sie am Sonntagnachmittag fertig. Dieses Ein-Wochen-Format ist ideal für Studenten, die mit ihren Mitstudenten gleichziehen möchten, ideal für den Programmierer, der seine Fähigkeiten erweitern will, und ideal für jeden, der C++ lernen möchte, während die Kinder bei der Oma sind. Natürlich können Sie das Buch auch etwas langsamer durcharbeiten, wenn Sie das lieber tun. Jeder Teil von 4 bis 6 Sitzungen kann separat gelesen werden. Der Leser sollte jede der 30 Sitzungen innerhalb von 30 Minuten durcharbeiten können. Zeitmarkierungen helfen, die Zeit im Auge zu behalten. Am Ende jeder Sitzung befinden sich Fragen, die dem Leser zur Selbsteinschätzung dienen sollen. Eine Menge schwierigerer Fragen, die helfen sollen, das Erlernte zu festigen, befindet sich am Ende jeden Buchteils. 1.6 Überblick. Der C++ Wochenend Crashkurs präsentiert seine Sitzungen in Gruppen von 4 bis 6 Kapiteln, die in 6 Buchteile organisiert sind Freitagabend Einführung in die Programmierung Dieser Teil führt Programmierkonzepte ein und führt Sie durch Ihr erstes Programm Samstagmorgen Einstieg in C++ Dieser Teil behandelt Themen wie Anweisungssyntax, Operatoren und elementare Funktionen Samstagnachmittag Strukturen und Zeiger Hier beschäftigt sich der Leser mit dem etwas komplizierteren Thema der Zeigervariablen, zusammen mit ihrem Einsatz in verketteten Listen, Arrays und Objekten Samstagabend Einführung in die objektorientierte Programmierung Das ist ein Punkt mit Schlüsselcharakter Themen wie C++-Strukturen, die Grundlage der objektorientierten Programmierung sind, werden besprochen Sonntagmorgen Objektorientierte Programmierung Hier ist die Hauptschlagader. Dieser Teil taucht in die Syntax und die Bedeutung der objektorientierten Programmierung ein.

10 Titelei :16 Uhr Seite X X Vorwort Sonntagnachmittag Abschluss Dieser Teil stellt einige fortgeschrittene Themen dar, wie Fehlerbehandlung und das Überladen von Operatoren. Jeder Teil endet mit einer Diskussion von Debug-Techniken, um die offensichtlichen Fehler in Ihren Programmen zu finden und zu entfernen. Die Komplexität dieser Techniken ist den Fähigkeiten angepasst, die der Leser in der Sitzung erlernt hat. Der Anhang enthält weiterführende Programmierprobleme zu jeder Sitzung. 1.7 Layout und Features. Niemand sollte versuchen, sich ohne Pause durch das Material durchzuschlagen. Nach jeder Sitzung und am Ende eines jeden Teils finden Sie einige Fragen, um Ihr Wissen zu überprüfen und Ihre neu erworbenen Fähigkeiten auszuprobieren. Machen Sie eine Pause, holen Sie sich einen Snack, trinken Sie einen Kaffee und gehen Sie dann in die nächste Sitzung. Entlang Ihres Weges finden Sie Markierungen, die Ihnen bei der Orientierung helfen sollen. Sie sagen Ihnen, wo Sie sich gerade befinden und weisen Sie auf interessante Punkte hin, die Sie nicht verpassen sollten. Wenn Sie eine Sitzung durcharbeiten, halten Sie nach den folgenden Zeichen Ausschau: Dieses und ähnliche Icons zeigen Ihnen, wie weit Sie bereits in der Sitzung gekommen sind. 20 Min. Es gibt eine Reihe von Icons, die Sie auf spezielle Informationen hinweisen sollen: == == Hinweis Dieses Zeichen weist auf Informationen hin, die Sie im Gedächtnis behalten sollten. Sie werden Ihnen später noch nützlich sein.! Tipp Hier erhalten Sie hilfreiche Hinweise darauf, wie Sie eine Sache am besten ausführen oder erfahren eine Technik, die Ihre Programmierung einfacher macht. Warnung Tun Sie das niemals!

11 Titelei :16 Uhr Seite XI. CD-ROM Vorwort Dieses Zeichen weist auf Informationen hin, die Sie auf der CD-ROM finden, die diesem Buch beiliegt. XI 1.8 Konventionen in diesem Buch. Abgesehen von den Zeichen, die Sie gerade gesehen haben, gibt es nur zwei Konventionen, die in diesem Buch verwendet werden: Programmcode, der im normalen Text verwendet wird, erscheint in einem speziellen Font, wie in folgendem Beispiel zu sehen ist: Wenn ich die Funktion main( ) schreibe, kann ich mich auf den Wert konzentrieren, der von der Funktion sumsequence( ) zurückgegeben wird, ohne darüber nachzudenken, wie diese Funktion intern arbeitet. Programmbeispiele, die sich nicht im normalen Text befinden, werden wie folgt dargestellt: float fvariable1 = 10.0; float fvariable2 = (10 / 3) * 3; fvariable1 == fvariable2; // sind die beiden gleich? 1.9 Was fehlt noch?. Nichts. Öffnen Sie die erste Seite Ihres Arbeitsbuches und halten Sie die Uhr bereit. Es ist Freitagabend, und Sie haben zwei Tage Zeit.

12 Titelei :16 Uhr Seite XII Inhalt Freitag Teil 1 Freitagabend Lektion 1 Was ist Programmierung? Ein menschliches Programm Der Algorithmus Der Prozessor Das Programm Computerprozessoren Zusammenfassung Selbsttest Lektion 2 Ihr erstes Programm in Visual C Installation von Visual C Ihr erstes Programm Erzeugen Ihres Programms Ausführen Ihres Programms Abschluss Programmausgabe Visual C++-Hilfe Zusammenfassung Selbsttest Lektion 3 Ihr erstes C++-Programm mit GNU C Installation von CNU C Ihr erstes Programm Eingabe des C++-Codes Erzeugen Ihres Programms Ausführen Ihres Programms

13 Titelei :16 Uhr Seite XIII Inhalt XIII 3.5 Abschluss Programmausgabe GNU C++-Hilfe Zusammenfassung Selbsttest Lektion 4 C++-Instruktionen Das Programm Das C++-Programm erklärt Der grundlegende Programmaufbau Kommentare Noch mal der Rahmen Anweisungen Deklarationen Eingabe/Ausgabe Ausdrücke Zuweisung Ausdrücke (Fortsetzung) Zusammenfassung Selbsttest Freitagabend Zusammenfassung Samstag Teil 2 Samstagmorgen Lektion 5 Variablentypen Dezimalzahlen Begrenzungen von int in C Lösen des Abschneideproblems Grenzen von Gleitkommazahlen Andere Variablentypen Typen von Konstanten Sonderzeichen Gemischte Ausdrücke Zusammenfassung Selbsttest Lektion 6 Mathematische Operationen Arithmetische Operatoren Ausdrücke Vorrang von Operatoren Unäre Operatoren Zuweisungsoperatoren Zusammenfassung Selbsttest

14 Titelei :16 Uhr Seite XIV XIV Inhalt Lektion 7 Logische Operationen Einfache logische Operatoren Kurze Schaltkreise und C Logische Variablentypen Binäre Zahlen Bitweise logische Operationen Die Einzelbit-Operatoren Die bitweisen Operatoren Ein einfacher Test Warum? Zusammenfassung Selbsttest Lektion 8 Kommandos zur Flusskontrolle Das Verzweigungskommando Schleifenkommandos Die while-schleife Die for-schleife Spezielle Schleifenkontrolle Geschachtelte Kontrollkommandos Können wir switchen? Zusammenfassung Selbsttest Lektion 9 Funktionen Code einer Sammelfunktion Sammelcode Funktion Warum Funkionen? Einfache Funktionen Funktionen mit Argumenten Mehrere Funktionen mit gleichem Namen Funktionsprototypen Verschiedene Speichertypen Zusammenfassung Selbsttest Lektion 10 Debuggen Fehlertypen Die Technik der Ausgabeanweisungen Abfangen von Bug Nr Visual C GNU C Abfangen von Bug Nr Zusammenfassung Selbsttest Samstagmorgen Zusammenfassung

15 Titelei :16 Uhr Seite XV Inhalt XV Teil 3 Samstagnachmittag Lektion 11 Das Array Was ist ein Array? Ein Array in der Praxis Initialisierung eines Array Warum Arrays benutzen? Arrays von Arrays Arrays von Zeichen Manipulation von Zeichenketten Unsere eigene Verbindungsfunktion Funktionen für C++-Zeichenketten Wide Character Obsolete Ausgabefunktionen Zusammenfassung Selbsttest Lektion 12 Einführung in Klassen Gruppieren von Daten Ein Beispiel Das Problem Die Klasse Beispielprogramm Vorteile Zusammenfassung Selbsttest Lektion 13 Einstieg C++-Zeiger Was ist deine Adresse? Einführung in Zeigervariablen Typen von Zeigern Übergabe von Zeigern an Funktionen Wertübergabe Übergabe von Zeigerwerten Referenzübergabe Heap-Speicher Geltungsbereich Das Geltungsbereichsproblem Die Heap-Lösung Zusammenfassung Selbsttest Lektion 14 Mehr über Zeiger Zeiger und Arrays Operationen auf Zeigern Zeichenarrays Operationen auf unterschiedlichen Zeigertypen

16 Titelei :16 Uhr Seite XVI XVI Inhalt 14.2 Argumente eines Programms Arrays von Zeigern Arrays von Zeichenketten Die Argumente von main( ) Zusammenfassung Selbsttest Lektion 15 Zeiger auf Objekte Zeiger auf Objekte Übergabe von Objekten Referenzen Rückgabe an den Heap Die Datenstruktur Array Verkettete Listen Anfügen am Kopf der verketteten Liste Andere Operationen auf verketteten Listen Eigenschaften verketteter Listen Ein Programm mit verkettetem NameData Andere Container Zusammenfassung Selbsttest Lektion 16 Debuggen II Welcher Debugger? Das Testprogramm Einzelschritte durch ein Programm Einzelschritte in eine Funktion hinein Verwendung von Haltepunkten Ansehen und Modifizieren von Variablen Verwendung des Visual C++-Debuggers Zusammenfassung Selbsttest Samstagnachmittag Zusammenfassung Teil 4 Samstagabend Lektion 17 Objektprogrammierung Abstraktion und Mikrowellen Funktionale Nachos Objektorientierte Nachos Klassifizierung und Mikrowellen Warum solche Objekte bilden? Selbstenthaltende Klassen Zusammenfassung Selbsttest

17 Titelei :16 Uhr Seite XVII Inhalt XVII Lektion 18 Aktive Klassen Klassenrückblick Grenzen von struct Eine funktionale Lösung Definition einer aktiven Klasse Namengebung für Elementfunktionen Definition einer Elementfunktion einer Klasse Schreiben von Elementfunktionen außerhalb einer Klasse Include-Dateien Aufruf einer Elementfunktion Aufruf einer Elementfunktion über einen Zeiger Zugriff auf andere Elemente von einer Elementfunktion aus Überladen von Elementfunktionen Zusammenfassung Selbsttest Lektion 19 Erhalten der Klassenintegrität Erzeugen und Vernichten von Objekten Der Konstruktor Der Destruktor Zugriffskontrolle Das Schlüsselwort protected Statische Datenelemente Zusammenfassung Selbsttest Lektion 20 Klassenkonstuktoren II Konstruktoren mit Argumenten Konstruktion von Klassenelementen Reihenfolge der Konstruktion Lokale Objekte werden in der Reihenfolge konstruiert Statische Objekte werden nur einmal angelegt Alle globalen Variablen werden vor main( ) erzeugt Keine bestimmte Reihenfolge für globale Objekte Elemente werden in der Reihenfolge ihrer Deklaration konstruiert Destruktoren in umgekehrter Reihenfolge wie Konstruktoren Der Kopierkonstruktor Flache Kopie gegen tiefe Kopie Ein Fallback-Kopierkonstruktor Zusammenfassung Selbsttest Samstagabend Zusammenfassung

18 Titelei :16 Uhr Seite XVIII XVIII Inhalt Sonntag Teil 5 Sonntagmorgen Lektion 21 Vererbung Vorteile der Vererbung Faktorieren von Klassen Implementierung von Vererbung in C Unterklassen konstruieren Die Beziehung HAS_A Zusammenfassung Selbsttest Lektion 22 Polymorphie Elementfunktionen überschreiben Einstieg in Polymorphie Polymorphie und objektorientierte Programmierung Wie funktioniert Polymorphie? Was ist eine virtuelle Funktion nicht? Überlegungen zu virtual Zusammenfassung Selbsttest Lektion 23 Abstrakte Klassen und Faktorieren Faktorieren Abstrakte Klassen Deklaration einer abstrakten Klasse Erzeugung einer konkreten Klasse aus einer abstrakten Klasse Warum ist eine Unterklasse abstrakt? Ein abstraktes Objekt an eine Funktion übergeben Warum werden rein virtuelle Funktionen benötigt? Zusammenfassung Selbsttest Lektion 24 Mehrfachvererbung Wie funktioniert Mehrfachvererbung? Uneindeutigkeiten bei der Vererbung Virtuelle Vererbung Konstruktion von Objekten bei Mehrfachnennung Eine Meinung dagegen Zusammenfassung Selbsttest

19 Titelei :16 Uhr Seite XIX Inhalt XIX Lektion 25 Große Programme Warum Programme aufteilen? Trennung von Klassendefinition und Anwendungsprogramm Aufteilen des Programms Die #include-direktive Anwendungscode aufteilen Projektdatei Erneute Betrachtung des Standard-Programm-Templates Handhabung von Outline-Elementfunktionen Zusammenfassung Selbsttest Lektion 26 C++-Präprozessor Der C++-Präprozessor Die #include-direktive Die Direktive #define Definition von Makros Häufige Fehler bei der Verwendung von Makros Compiler-Kontrolle Die #if-direktive Die #ifdef-direktive Zusammenfassung Selbsttest Sonntagmorgen Zusammenfassung Teil 6 Sonntagnachmittag Lektion 27 Überladen von Operatoren Warum sollte ich Operatoren überladen? Was ist die Beziehung zwischen Operatoren und Funktionen? Wie funktioniert das Überladen von Operatoren? Spezielle Überlegungen Ein detaillierterer Blick Operatoren als Elementfunktionen Eine weitere Irritation durch Überladen Wann sollte ein Operator ein Element sein? Cast-Operator Zusammenfassung Selbsttest

20 Titelei :16 Uhr Seite XX XX Inhalt Lektion 28 Der Zuweisungsoperator Warum ist das Überladen des Zuweisungsoperators kritisch? Vergleich mit dem Kopierkonstruktor Wie den Zuweisungsoperator überladen? Zwei weitere Details des Zuweisungsoperators Ein Schlupfloch Zusammenfassung Selbsttest Lektion 29 Stream-I/O Wie funktioniert Stream-I/O? Die Unterklassen fstream Die Unterklassen strstream Vergleich von Techniken der Zeichenkettenverarbeitung Manipulatoren Benutzerdefinierte Inserter Schlaue Inserter Aber warum die Shift-Operatoren? Zusammenfassung Selbsttest Lektion 30 Ausnahmen Konventionelle Fehlerbehandlung Warum benötigen wir einen neuen Fehlermechanismus? Wie arbeiten Ausnahmen? Warum ist der Ausnahmemechanismus eine Verbesserung? Abfangen von Details, die für mich bestimmt sind Was kann ich»werfen«? Verketten von catch-blöcken Zusammenfassung Selbsttest Sonntagnachmittag Zusammenfassung Anhang A: Antworten auf die Wiederholungsfragen Anhang B: Ergänzende Probleme Anhang C: Was ist auf der CD-Rom Index GNU General Public License