Mikroeinführung in C/C+

Transkript

1 Mikroeinführung in C/C+ C++ - ein Beispielprogramm Typen, Variablen, Operatoren Eingabe und Ausgabe C++ Bedingte Anweisungen und Schleifen Arrays und Pointer Funktionen und Klassen C++ - Informationen und Beispiele Mehr Details und Programme auf der home page des Kurses im WS 2016/17 Einführung in die Datenanalyse mit dem C++ Toolkit ROOT Wiki Book C++ Programmierung Einführung in die Programmierung mit C++, Bjarne Stroustrup, ISBN

2 C++ Einleitung Mitte der sechziger Jahr wurde bei AT&T an Mehrbenutzer Betriebssytemen gearbeitet. Nach dem Rückzug von AT&T aus dem Großprojekt Multics entwickelten Thompsen und Ritchie Ende der sechziger Jahre eine erste in Assembler geschriebene Version, UNIX, auf einer PDP 7. Die Implementierung von UNIX in der von Ritchie entwickelten prozeduralen Programmiersprache C stellt einen Schlüsselbaustein unserer heutigen Computing Technologie dar. C++ wurde von Bjarne Stroustrup (Bell Laboratories) ab 1979 entwickelt um objektorientiertes Programmieren zu erleichtern. C++ ist eine Erweiterung der Sprache C wurde aus C with classes C++. GNU Compiler collection (gcc), ISO C++ standard von 1998, see Der letzte offizielle Standard wurde 2011 festgelegt, ISO/IEC 14882:2011

3 C++ Einleitung Computerprogramm Computer prozessieren Daten, führen Berechnungen durch, fällen Entscheidungen mit Hilfe eines Satzes von Anweisungen. Eine Aktion wird mit Hilfe von Schlüsselwörtern beschrieben, die durch eine Programmiersprache, z. B. C++, charakterisiert werden. Die Schlüsselwörter werden im Klartext in einer Datei gespeichert und von einem Übersetzungsprogramm (Compiler) in Maschinensprache umgewandelt Wir benutzen als C++ Compiler die öffentlich verfügbare GNU Compiler Collection (gcc) Im Rahmen dieses Kurses wird keine Entwicklungsumgebung verwendet. Wir arbeiten auf der shell in der Linux Umgebung des CIP pools. Arbeiten Sie zu zweit, dadurch werden Fehler beim Implementieren der Programme reduziert. Es ist ok Programme oder Programmteile zu kopieren, aber - Verwenden Sie nur code, den Sie auch verstehen - Urheberrechte beachten ( GNU General Public License )

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6 Ein Beispiel myfirst.cc

7 Ein Beispiel // oder # /* */ Kommentare Preprozessoranweisungen include < > File suchen und einfügen <iostream > Input/Output Definitionen

8 Ein Beispiel using namespace std ; Programm namen kommen aus Standard C und C++ Bibliotheken

9 Ein Beispiel main() {C ++ Anweisungen} Haupt programm Block, Anweisungen werden sequentiell ausgeführt

10 Ein Beispiel Definition von Variablen werden angegeben Typ und Name

11 Variablen und Konstanten Syntax Datentyp Name ; Typ Definitionen Datentyp Speicherbedarf Datentyp Ganze Zahlen int 16/32 short int 16 long int 32 unsigned int 16/32 unsigned short int 16 unsigned long int 32 unsinged longlong int 64 Reelle Zahlen float double long double Wertebereich ist durch Speichergrösse gegeben und betriebssystemabhängig. Logische Zeichen bool short int int long int Speicherbedarf Buchstaben und Zeichen char unsigned char 16/32 16/32

12 Variablen und Konstanten Wertebereich einer durch n bit dargestellten Integer Variablen: das Vorzeichen ist im Bit am linken Rand kodiert Bei Operationen mit Überschreitung des Wertebereiches kommt es zu falschen Ergebnissen (undefiniertem Verhalten) ohne Fehlermeldung. Zum Wertebereich der Variablen erhält man Zugang mit Hilfe von Funktionen, deren Definitionen wir hinzufügen müssen. #include <limits> ; cout << numeric_limits <int>::min() << endl; oder wie in C üblich #include <climits> ;.. cout << MIN_INT << endl;

13 Variablen und Konstanten double und float werden als 64 und 32bit Gleitkommazahlen dargestellt. Vorzeichen Exponent Mantisse Darstellung der Zahlen: Zum Wertebereich, den Limits der Exponenten und weiteren Infos erhält man Zugang mit Hilfe von Funktionen, deren Definitionen wir hinzufügen müssen. #include <limits> ; cout << numeric_limits <double>::epsilon() << endl; cout << numeric_limits <double>::round_error() << endl;.. Abweichung zwischen 1 und dem nächst grösseren Wert Maximaler Rundungsfehler

14 Variablen und Konstanten Ermittlung des Speicherbedarfs von Variablen oder Typen Syntax sizeof ( Variable ) ; sizeof ( Datentyp ) ; Mit dem Zeichen = werden Variablen Werte zugewiesen Syntax Datentyp Name = Wert ; Notwendig, sonst ist der Speicherinhalt zufällig! Mit dem Schlüsselwort const werden konstante Variable definiert. Der Wert wird zur Compile Zeit zugewiesen und darf nicht mehr geändert werden. Syntax const Datentyp Name = Wert ; Für Zeichenketten werden weitere Definitionen gebraucht, string Syntax #include <string> ; const string ZeichenKette = Strings bestehen aus char ;

15 Variablen und Konstanten Umwandlung von Typen während der Ausführung des Programms erfolgt automatisch oder mit Anweisungen. Die automatische Konversion ist Compiler spezifisch und sollte vermieden werden! Syntax int myinteger ; float myfloat ; myfloat = (float) myinteger ; static_cast<type> expression ; Automatische Konversion Beispiele : double / float zu int char zu int Nachkommastellen werden abgeschnitten ohne zu runden Character werden mit einer Integer Zahl entsprechend des Ascii Zeichensatzes dargestellt. Bei einer Konversion werden diese Zeichen dargestellt

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17 Ein Beispiel cout / cin Ausgabe und Eingabe von Variablen oder strings

18 Input / Output cout cerr Input / Output an Konsole oder Tastatur cin #include <iostream>; Daten werden in einen output stream geschrieben, gepuffert und an die Konsole gesendet. C Funktionsdefinitionen in oder file handle - Output stream: cout - Input stream: cin - Output stream für Fehler: cerr Syntax cout << output string << Variable << endl; cin >> Variable1 >> Variable2 ; Viele Optionen für Beispiel: const double Pi = 3.14, d = 12.0 ; double myresult; myresult = Pi * d ; cout << Umfang = << myresult << endl; Formatierungen und Steuerzeichen: #include <iomanip>

19 Input / Output Mit Hilfe von Manipulatoren lässt sich die Ausgabe formatieren. Die Manipulatoren werden in den Ausgabeströmen zwischen die Umleitungsoperatoren eingefügt. #include <iomanip>; using namespace std ; main(){ cout << setw(8) << i << endl; cout << setfill('-'); cout << left << setw(8) << i << endl; Details sind unter diesem link gut erklärt Eine alternative und weitreichendere Formatierung lässt sich mit Hilfe von C print Befehlen erreichen. printf(format_string,ausgabe_liste); sprintf(zeichenkette,format_string,ausgabe_liste); fprintf(dateizeiger,format_string,ausgabe_liste);

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21 Ein Beispiel sum = a + b Zuweisung von Ausdrücken return 0 Rückgabewert des Programms

22 Operatoren Operatoren verknüpfen Variable zu neuen Ausdrücken, wir unterscheiden Arithmetische Operatoren Berechnung von Werten Vergleichsoperatoren Überprüfung von Aussagen Bit Operatoren Manipulation einzelner Bits Logische Operatoren Verknüpfung von Aussagen Operatoren * / % + N++ m- - Berechnungen Multiplikation Division Division mit Rest Summe Differenz N um 1 erhöhen m um 1 verkleinern Operatoren Berechnungen *= Multiplikation /= Division %= Division mit Rest += Summe -= Differenz Berechnung wird mit den linken Operatoren durchgeführt und verändern dann den links stehenden Wert. P += 7; P=P+7 P += 7+2; P=P+7+2 Benutzung von Klammern wie in der Mathematik

23 Operatoren Operatoren verknüpfen Variable zu neuen Ausdrücken, wir unterscheiden Arithmetische Operatoren Berechnung von Werten Vergleichsoperatoren Überprüfung von Aussagen Bit Operatoren Manipulation einzelner Bits Logische Operatoren Verknüpfung von Aussagen Operatoren ~ & ^ >> << Bit Operationen nicht und oder entweder oder nach rechts verschieben nach links verschieben

24 Ein ausführbares C++ Programm Die Erzeugung eines ausführbaren C++ Programmes erfolgt in 3 Schritten: a0.h a1.h a2.h my.cc Headerdatei Daten zur Struktur und Definitionen des Programms Quelldatei Enthält Anweisungen zum Ablauf und Verhalten des Programms Präprozessor Compiler library.a library.so my.o Objektdatei Linker a.out Executable Aus dem C++ Quellcode übersetzter Maschinencode Alle vom Linker zusammengebundenen Objektdateien bilden das ausführbare Programm

25 GNU Compiler Collection gcc Übernimmt folgende Aufgaben: preprocessing, compilation, assembly and linking Verhalten wird durch Optionen in Form von Flags und File-Namen gesteuert - optionen haben multi letter names, daher nicht wie in Unix Befehlen: -dv -d -v - File-Name Endungen bestimmen welcher compiler aktiviert wird - Details auf der shell mit dem Befehl man gcc oder ausührlicher info gcc (falls die Hilfen installiert sind) Sprachoptionen: - c c-header cpp-output - c++ c++-header c++-cpp-output g++ - objective-c objective-c-header objective-c-cpp-output - objective-c++ objective-c++-header objective-c++-cpp-output - assembler assembler-with-cpp - ada - f77 f77-cpp-input f95 f95-cpp-input - go - java Verwendung von g++ setzt Standard Library Pfade für den Linker

26 GNU Compiler Collection gcc Übersetzen eines C++ Programmes g++ myfirst.cc a.out Nützliche Optionen von g++ - Programm Namen vergeben g++ myfirst.cc -o MyProgramm MyProgramm - Compiler Warnungen einschalten g++ -Wall -Wextra myfirst.cc -o MyProgramm - Nur Compiler verwenden ohne Linker g++ -c myfirst.cc -o myfirst.o myfirst.o - Abschalten der nicht standard-conformen Compiler Optionen von g++ g++ -ansi myfirst.cc - Warnungen bei nicht standard-conformen Erweiterungen von g++ g++ -pedantic myfirst.cc - Automatische Optimierungen des Programms g++ -Ox myfirst.cc x [1,2,3]

27 Arbeitsanweisungen: Ein Beispiel - loggen Sie sich mit Ihrem userid ein. - erzeugen Sie ein Arbeits Directory. - starten Sie eine Editor, z.b. emacs - schreiben Sie unserem Beispiel entsprechend ein C++ Programm und speichern sie es als myfirst.cc - Übersetzen Sie Ihr File und erzeugen Sie ein ausführbares Programm mit g++ myfirst.cc -o myfirst - Probieren Sie es mit./myfirst - Bauen Sie C++ Syntaxfehler in myfirst.cc ein, übersetzen Sie das File und suchen Sie nach Hinweisen auf den Fehler.

28 Vergleiche gcc und g++: - Probieren Sie g++ myfirst.cc -o myfirst und gcc myfirst.cc -o myfirst - fügen Sie link Pfade in gcc hinzu um die Fehlermeldungen zu entfernen gcc myfirst.cc -L/usr/lib64/ -lstdc++ -o myfirst -L setze Pfadnamen Pfad ist installationsabhängig! -l setze Bibliotheksnamen (dabei wird das beginnende lib weggelassen) - Sprache wird durch die Endungen festgelegt mv myfirst.cc myfirst.kk gcc myfirst.kk -L/usr/lib64/ -lstdc++ -o myfirst Compiler Fehler Hinzufügen von -x c++ gcc -x c++ myfirst.kk -L/usr/lib64/ -lstdc++ -o myfirst aktiviert den c++ Teil von gcc kein Compiler Fehler - Weitere Optionen mit der Online Hilfe auf der shell man gcc

29 if ( Logischer Operator ) { Anweisungen true } else { Anweisungen false }

30 Bedingte Anweisungen Operatoren verknüpfen Variable zu neuen Ausdrücken, wir unterscheiden Arithmetische Operatoren Berechnung von Werten Vergleichsoperatoren Überprüfung von Aussagen Bit Operatoren Manipulation einzelner Bits Logische Operatoren Verknüpfung von Aussagen Operatoren ==!= > < >= <= Bedeutung Nicht mit ist gleich ungleich groesser als kleiner als groesser gleich kleiner gleich = verwechseln Es kann innerhalb der if Anweisung eine bool Variable verwendet werden Syntax bool IFeelGood = true ; if ( IFeelGood ) cout << Yeah << endl ;

31 Bedingte Anweisungen Operatoren verknüpfen Variable zu neuen Ausdrücken, wir unterscheiden Arithmetische Operatoren Berechnung von Werten Vergleichsoperatoren Überprüfung von Aussagen Bit Operatoren Manipulation einzelner Bits Logische Operatoren Verknüpfung von Aussagen Operatoren Bedeutung && und oder! not Innerhalb der if Anweisung können bool Variablen und VergleichsOperatoren verknüpft werden. Syntax bool IFeelGood = false ; bool RainyDay = true, Cloudy = true ; double SunShineHours = 8.2 ; if (!RainyDay && (SunShineHours > 8.0!Cloudy) ) IfeelGood = true ;

32 Bedingte Anweisungen Operatoren verknüpfen Variable zu neuen Ausdrücken, wir unterscheiden Arithmetische Operatoren Berechnung von Werten Vergleichsoperatoren Überprüfung von Aussagen Bit Operatoren Manipulation einzelner Bits Logische Operatoren Verknüpfung von Aussagen Beispiele Operatoren a b true true false false false true true false Möglichkeiten!(a) a && b a b false true true true false false true false true false false true Zuerst wird der linke Ausdruck überprüft. Ist der true wird der rechte überprüft. Wenn die linke Bedingung falsch ist wird die rechte nicht geprüft.

33 Bedingte Anweisungen Implementieren von Fallunterscheidungen Wenn dann.. andernfalls if( Bedingung ) { Anweisung } else { Anweisung } Wenn dann.. andernfalls Wenn dann if ( Bedingung ) { Anweisung } elseif ( Bedingung ) { Anweisung } else { Anweisung } In den Anweisungsblöcken können weitere bedingte Anweisungen verwendet werden. if ( Bedingung ) { Anweisung if (Bedingung 2) { Anweisung } } else { Anweisung }

34 Bedingte Anweisungen Alternative Schreibweise, um abhängig vom Wert eines Ausdrucks eine Zuweisung vorzunehmen Auswahl Operator Syntax (Zuweisung mit Bedingung)? Zuweisung wenn true : Beispiel: Minimum von 2 Werten soll zugewiesen werden min = a < b? a : b Ausführliche Schreibweise if( a<b ){ min = a; } else { min = b; } Zuweisung wenn false

35 conditional.cc Arbeitsvorschläge: - modifizieren Sie das Programm so, das die Division durch eine weitere Zahl gestest wird. - passen Sie die Ausgabe an. - Sie wollen 5 Zahlen testen, die eingegeben werden. Welches SprachElement in C++ brauchen wir?

36 Schleifen Wichtiges Element einer Programmiersprache Wiederholung von Anweisungen Bearbeiten einer festgelegten Anzahl von Schleifenfolgen for ( Anzahl der Schleifen ) { C++ Anweisungen } Schleifenkopf: Hier wird die Anzahl der Schleifenfolgen kontrolliert und eigenständig gezählt. Anweisungsblock:Hier steht eine Iterationsvariable zur Verfügung Bearbeiten einer Anzahl von Schleifenfolgen mit Abbruchbedingung while ( Abbruchbedingung ) { C++ Anweisungen } Anweisungsblock: Hier wird die Die Abbruchbedingung wird Abbruchbedingung iteriert. vorher getestet. do { C++ Anweisungen } while (Abbruchbedingung) Anweisungsblock: Hier wird die Abbruchbedingung iteriert. Die Abbruchbedingung wird am Ende getestet. Schleife wird hier mindestens einmal durchlaufen!

37 Schleifen Wichtiges Element einer Programmiersprache Wiederholung von Anweisungen Bearbeiten einer festgelegten Anzahl von Schleifenfolgen int j ; const int jmax = 100 ; double a[jmax] ; for (j=0 ; j < jmax ; j++ ){ a[j] = static_cast<double> (j * j) ; } Bearbeiten einer Anzahl von Schleifenfolgen mit Abbruchbedingung int j = 1, jmax = 10 ; while (j <= jmax ){ j++; if ( j%7 ) jmax = 13; } int j = 1, jmax = 0 ; do{ j++; } while ( j <= jmax) ;

38 Arrays Arrays sind Listen von Elementen eines Datentyps. Einzelne Elemente können durch Array Indices angesprochen werden. Syntax Datentyp Name [Anzahl]; Datentyp Name [N] = {a0,,an-1} ; Überschreitungen des Indexbereiches werden nicht notwendigerweise als Fehler gemeldet. Zufällige Speicherbereiche werden überschrieben! const int maxstunden = 24 ; double Temperatur[maxStunden]={0.}; Temperatur [12] = 22.0 ; Temperatur [24] = 15.0 ; Angabe der Arraylänge Definition und Initialisierung Zuweisung eines Elements Fehler: Arraygrenze überschritten Arrays können auch in mehreren Dimensionen definiert werden Syntax Datentyp Name [Anzahl][Anzahl];

39 Zeiger Variable ist ein Speicherort im C++ Programm und hat eine Adresse. - Zugriff auf Variable und/oder Adresse & Variable Adresse * & Operator liefert die Adresse einer Variablen im Speicher int myvariable = 10 ; &myvariable ; Speicheradresse von myvariable Zeiger ist eine Variable deren Wert eine Adresse enthält. Zeiger werden im Programm definiert int *pmyinteger; double *pmydouble ; Type *PointerName ; char *pmycharacter ; Datentyp eines Zeiger ist für alle Variablentypen eine hex Zahl Vorsicht beim Deklarieren von pointern int * p1, p2 deklariert eine integer pointer variable und eine integer variable!

40 Zeiger Variable ist ein Speicherort im C++ Programm und hat eine Adresse. - Zugriff auf Adresse und Variable & Variable Adresse * * Operator ist eine häufige Anwendung in C++ Programmen und hat zwei unterschiedliche Bedeutungen - Pointer Variablen Definition mit Typ Angabe - Dereferenz Operator im Quellcode in Form von value pointed to by (Wert auf den gezeigt wird) * Operator als Dereferenz im code int MyVariableA = 10 ; int *pmyvariablea ; int MyVariableB ; pmyvariablea = &MyVariableA ; Adresse der Variablen MyVariableA MyVariableB = *pmyvariablea ; Wert auf den gezeigt wird MyVariableB ist jetzt 10

41 Zeiger Zuweisungen und Rechnen mit Zeigern & Variable int MyVariableA = 10 ; int MyVariableB = 20 ; int *pmyvariablea, *pmyvariableb ; Adresse * pmyvariablea = &MyVariableA ; pmyvariableb = &MyVariableB ; Value pointed to by pmyvariablea wird auf 100 gesetzt Value pointed to by pmyvariableb = *pmyvariablea = *pmyvariableb; value pointed to by pmyvariablea *pmyvariablea = 100; pmyvariablea = pmyvariableb; A und B haben die gleichen pointer *pmyvariablea = 200 ; Value pointed to by pmyvariablea = 200

42 Zeiger und Arrays In der Deklaration einer array Variablen ist der array Name der Zeiger auf das erste array Element const int nlength = 50 ; double MyArray [nlength] ; MyArray is equivalent to &MyArray[0] double *pmyarray ; pmyarray = MyArray ; *pmyarray = 500; pmyarray++ ; *pmyarray = 1000; pmyarray = MyArray + 2; *pmyarray = 3000; pmyarray = MyArray; *(pmyarray + 3) = 2; MyArray[4] = 10000; wird häufig so verwendet setzt das erste array Element auf 500 läuft durch die array Elemente setzt das zweite array Element auf 1000 setzt den pointer auf Element 2 setzt das dritte array Element auf 3000 setzt den pointer auf Element 0 setzt das vierte array Element auf 2 setzt das fünfte array Element auf 10000

43 Zeiger und Arrays Komplexe Zeiger Konstruktionen Das Zeigerkonstrukt wird von innen nach aussen aufgelöst. int n = 50, m = 100 ; int *nptr; int **npptr; int *ptrarray[2]; nptr = &n ; npptr = &nptr ; ptrarray[0] = &n; ptrarray[1] = &m;... **(&ptrarray[0]) **npptr... int Zeiger Zeiger auf einen int Zeiger Array von int Zeigern Adresse von n Adresse vom Zeiger auf n Adressen von m und n = 50 = 50

44 pointer.cc

45 Funktionen Zum Strukturieren komplexerer Programme werden funktionale Einheiten ausgelagert. Syntax returntype FunctionName (ParameterList) { falls Rückgabewert C++ Anweisungen void oder Parameter leer } - Funktionen stehen meistens hinter dem Hauptprogramm int main() { Dabei ist die Reihenfolge nicht von Bedeutung. - Sie werden vor dem Hauptprogramm deklariert returntype FunctionName (ParameterList); Die Parameterliste muss nur die Typ Deklaration enthalten - Die Funktionsdeklarationen werden häufig in Files mit der Endung.h ausgelagert. Das Einfügen erfolgt erfolgt mit #include myheader.h }

46 Funktionen Ein Beispiel Beispiel int max ( int N, int M ) { int result ; if ( N > M ) result = N ; else result = M ; return result ; } Rückgabe des Maximums 2er Zahlen Parametertyp deklarieren Funktionstyp deklarieren int max ( int, int); steht vor dem main Programm Lokale Variable, nur in der Funktion bekannt Rückgabewert Parameter Liste enthält nur die Typ Deklaration

47 Funktionen Ein Beispiel Beispiel int max ( int N, int M ) { int result ; if ( N > M ) result = N ; else result = M ; return result ; } Rückgabe des Maximums 2er Zahlen Parametertyp deklarieren Funktionstyp deklarieren Lokale Variable, nur in der Funktion bekannt Rückgabewert int max ( int, int); steht vor dem main Programm Arbeitsvorschlag: functionsum.cc - Schreiben Sie ein Programm, das in einer Funktion 2 Zahlen summiert. - Erzeugen Sie eine header Datei mit der Funktionsdeklaration und binden Sie sie ein. - Lagern Sie die header Datei in ein include dir aus. Mit der Compiler Option -I dir koennen Sie das directory einbinden

48 Funktionen - Parameterübergabe Beim Übergeben der Funktionsargumente ist zu beachten, das die Speicherbereiche beim Aufruf der Funktion erzeugt werden und beim Verlassen der Funktion nicht mehr existieren! Methoden zur Übergabe von Funktionsparametern - Call by value (default) double function (int A, int B) { } A und B werden beim Funktionsaufruf kopiert und Änderungen innerhalb der Funktion haben keinen Effekt auf die Werte A und B im Hauptprogramm - Call by reference double function (int &A, int &B) { } Die Adressen von A und B werden beim Funktionsaufruf übergeben und Änderungen der Adressinhalte innerhalb der Funktion beeinflussen die Werte A und B im Hauptprogramm void swap( int &N, int &K ){ int temp; temp = N; N = K; K = temp; return ; functionswap_i.cc } Alternativ können auch pointer übergeben werden

49 Funktionen - Parameterübergabe Arrays werden häufig an die Funktionen als Zeiger übergegeben. Dabei wird die Arraylänge als konstanter Wert ebenfalls übergegeben. addarray.cc Der Inhalt von Array ValC wird in der Funktion sum modifiziert. Die Werte werden by Reference zurückgegeben, Daher sind die Änderungen sichtbar.

50 Funktionen statische Variablen Die lokalen Variablen von Funktionen existieren nur für die Lebensdauer der Funktion. Zugewiesene Werte existieren nach dem Aufruf nicht mehr. Statische Variable static Datentyp Name ; Diese Anweisung definiert eine Variable, deren Inhalt nach dem Schliessen der Funktion erhalten bleibt und bei erneutem Aufruf zur Verfügung steht. Globale Variable Datentyp myglobalvariable ;.. void function(){ } main() {.. } Variablen, die ausserhalb von Funktionen und vor dem Hauptprogramm definiert werden, stehen in allen Funktionen zur Verfügung und behalten ebenfalls den Inhalt nach dem Schliessen der Funktionen.

51 Funktionen - Bibliotheken Funktionen können in Bibliotheken als Objektfiles sowohl statisch (.a) als auch dynamisch (.so) gespeichert werden. Erzeugen einer statischen Bibliothek Der Quellcode ist die function myfunc.cc und die header Datei myfunc.h - compilieren der Quelldateien und erzeugen des Objektfiles gcc -c myfunc.cc -o myfunc.o - verwenden der archiver ar zur Erzeugung der statischen Bibliothek ar rcs libmyfunc.a myfunc.o Der Bibliotheksname muss die ersten 3 Buchstaben lib enthalten und mit.a enden. Im link Schritt von gcc muss -static hinzugefuegt werden. Erzeugen einer dynamisch gelinkten Bibliothek - compilieren der Quelldateien und erzeugen des Objektfiles gcc -fpic -c myfunc.cc -o myfunc.o Die Option -fpic erzeugt positionsunabhaengigen code - verwenden von gcc zur Erzeugung der dynamischen Bibliothek gcc -shared -Wl,-soname,libmyFunc.so -o libmyfunc.so myfunc.o - beim link Schritt in gcc zum Einbinden der dynamischen Bibliothek reicht die Endung.so der Bibliothek g++ myprog.cc -L. -lmyfunc

52 Funktionen Werkzeug Bibliotheken Es existiert eine C++ Bibliothek, die standardisierte Werkzeugprogramme enthält (C++ Standard Library). Die C Bibliothek ist darin enthalten. Standard Funktionen aus den Bereichen Mathematische Funktionen, Input / Output, Zeichenketten, Zeit / Datum, Speichermanipulation,... Erzeugung von Zufallszahlen: #include <cmath> #include <cstdlib>.. #include <ctime> double t, x;.. x = sin(t); // initialize with time x = log(t); srand(time(0)); x = exp(t); // random integer x = sqrt(t); int r = rand();.... Objektorientierte Klassenbibliothek Klassendefinitionen für Input/Output, Strings, Standard Template, Container, Iteratoren, Fehlerbehandlung,... Die C++ Standard Library wird im g++ Link Schritt automatisch hinzugefügt.

53 Funktionen Werkzeug Bibliotheken (2) Die C++ Standard Library wird bei der Verwendung des g++ Compilers im Link Schritt automatisch hinzugefügt. Neben der C++ Standard Library gibt es viele kommerzielle und public domain Bibliotheken mit spezieller Funktionalität. Vor dem Programmieren einer speziellen Softwarelösung sollten existierende Bibliotheken durchgesehen werden. Bibliotheken - Beispiele boost OpenMP cuda freie C++ Bibliothek (mathematische Lösungen,..) Paralleles Computing Programmieren auf Nvidia Graphikkarten Verwendung von Bibliotheken - Hinzufügen des header files im Programmcode #include <boost/random.hpp> - Aufrufen der Funktion im Hauptprogramm gen() - Hinzufügen der Bibliothek im Link Schritt des Compilers g++ mycode.cc -L/usr/lib64/boost/ -lboost_random (/usr/lib64/boost/libboost_random.so wird hinzugefügt)

54 Klassen Einleitung Ziel von C++ ist der Support objektorientierter Programmierung (OOP). Dabei handelt es sich um ein Konzept zur Strukturierung von Programmen bei dem Programmlogik (Funktionalität) und Programmzustand (Datenstrukturen) vereinigt werden. Die Vereinigung wird Objekt genannt. Objekte werden im Programm erzeugt und vernichtet. Objekte haben zur Laufzeit des Programms definierte Zustände OOP erlaubt die Kommunikation zwischen Objekten OOP wird in C++ mit Hilfe von Klassen realisiert. Sie vereinigen Datenstrukturen und Funktionen zur Veränderung der Daten. Anschaulich: Klassen sind Vorlagen und Konstruktionspläne aus denen zur Laufzeit Objekte erzeugt werden (Instanzen). Alorithmen die auf den Datenstrukturen von Klassen operieren heißen Methoden Klassen kapseln zusammengehörige Daten und Funktionen und unterstützen Datenzugriff nur über spezielle Funktionen. Methoden die Objekte erzeugen oder zerstören werden als Konstruktoren oder Destruktoren bezeichnet.

55 Klassen ein Beispiel Ziel von C++ ist der Support von OOP. Dabei spielen Klassen eine wichtige Rolle. Sie vereinigen Datenstrukturen und Methoden zur Änderung der Daten. Betrachte ein Beispiel: Klasse von Vierervektoren zur Beschreibung von Vierervektor: Teilchenreaktionen class FourVector { Klassenname, identifiziert die Klasse public: Definiere Funktionen, die die Elemente des Vektors füllen Definiere Funktionen, die den Impuls, Energie und invariante Masse zurückgeben. Klassenmitglieder - Datenstrukturen - Funktionen/Methoden private: definiere Daten, die zum Vektor gehören } vect ; int main(){ FourVector Elektron, Proton;.. Optional Objektnamen Erzeuge Instanzen von FourVector

56 Klassen ein Beispiel Ziel von C++ ist der Support von OOP. Dabei spielen Klassen eine wichtige Rolle. Sie vereinigen Datenstrukturen und Methoden zur Änderung der Daten. Betrachte ein Beispiel: Klasse von Vierervektoren zur Beschreibung von Teilchenreaktionen Zugriffsrechte werde explizit mit Hilfe class FourVector von Schlüsselwörtern gewährt { Auf alle Klassenmitglieder die hier stehen gibt es nur von Mitgliedern Zugriff public: Diese Klassenmitglieder können vom gesamten Programm benutzt werden private: Nur Mitgliedern ist der Zugriff erlaubt }; int main(){ FourVector Elektron, Proton;..

57 Klassen ein Beispiel Betrachte ein Beispiel: Klasse von Vierervektoren zur Beschreibung von Teilchenreaktionen Methoden erlauben Zugriff auf die class FourVector{ Datenstruktur. public: void sete(double e) {E = e;} void setp(double x, double y, double z){ px = x; py = y ; pz = z;} double gete(void)const {return E;} double getp(void)const { return sqrt(px*px+py*py+pz*pz);} FourVectorClass_0.cc private: double E, px, py, pz; } ; Datenstruktur ist nicht zugänglich int main(){ FourVector Elektron, Proton; Elektron.setE(100.); Proton.setP(10., 20., 50.); Proton.getP(); return 0 ;} Zwei Instanzen von FourVector werden erzeugt. Mit dem Punkt Operator werden die Methoden erreicht.

58 Klassen ein Beispiel Betrachte ein Beispiel: Klasse von Vierervektoren zur Beschreibung von Teilchenreaktionen Klassendefinition werden im Header class FourVector{ File untergebracht. public: void sete(double e); void setp(double x, double y, double z); double gete(void)const; Die Methoden können auch double getp(void)const; ausserhalb der Klassendefinition private: definiert werden. Auf die Klasse double E, px, py, pz; wird mit Klassenname:: bezug } ; genommen. FourVector::setE(double e){ E = e; Scope operator } double FourVector::getE(void)const{ return E; }. FourVectorClass_I.cc

59 Klassen ein Beispiel Konstruktor und Destruktor einer Klasse Konstruktor, code wird bei der Instanzierung gerufen class FourVector{ public: FourVector(void){ E=0.;px=0.;py=0.;pz=0.} ~FourVector(void) { } Destruktor void sete(double e) {E = e;} void setp(double x, double y, double z){ px = x; py = y ; pz = z;} double gete(void) {return E;} double getp(void) {return sqrt(px*px+py*py+pz*pz);} private: double E, px, py, pz; } ; int main(){ FourVector Elektron, Proton; Zwei Instanzen von FourVector werden erzeugt. Beide sind durch den Konstruktor initialisiert.

60 Klassen ein Beispiel Konstruktor einer Klasse - Kein Rückgabetyp, Argumente können void oder eine Variableliste sein - Konstruktor hat den Namen der Klasse und dient der Initialisierung des Objektes class FourVector{ Public: FourVector(double e,double x,double y, double z); FourVector();. Private: double E, px, py, pz; Initialisierung der Variablen }; FourVector::FourVector(double e,double x,double y, double z): E(e),Px(x),Py(y),Pz(z){} Synthax FourVector::FourVector(){ E=0.; px=0.; py=0.; pz=0.}.. FourVector Pion; FourVector Kaon(5.,1.0,1.5,19.); Zuweisung der Variablen, um zu initialisieren Initialisierung von array geht nur über Zuweisung!

61 Klassen ein Beispiel Konstruktor einer Klasse - Im Header können Default Parameter angegeben werden. - Konstruktor kann ueberladen werden - Kopierkonstruktur wird vom System erzeugt, erstellt ein Objekt der Klasse anhand eines vorhandenen Objektes. Der Parameter ist immer eine Referenz auf ein konstantes Objekt der selben Klasse. class FourVector{ Public: ~FourVector(){}; Destruktor FourVector(double e=0.,double x,double y, double z); FourVector(FourVector const& FourVectorObjekt);. Private: double E, px, py, pz; }; Destruktor einer Klasse - Einer pro Klasse - Ist fuer Aufräumarbeiten zuständig

62 Klassen ein Beispiel Eine Klasse wird instanziert, indem die Klassenbezeichnung und ein Name angegeben wird. Der Zugriff auf Member Funktionen und Variablen erfolgt über den Operator. Für Pointer auf Klassen wird der Operator verwendet. Er besorgt die Dereferenzierung und den Memberzugriff. class FourVector {. } int main() { FourVector Kaon; FourVector *Pion;.. Kaon.setE(20.);.. Pion->GetMomentum();... }