C++ - Einführung in die Programmiersprache Zeiger, Referenzen und Strukturen. Leibniz Universität IT Services Anja Aue

Transkript

1 C++ - Einführung in die Programmiersprache Zeiger, Referenzen und Strukturen Leibniz Universität IT Services Anja Aue

2 Zeiger (Pointer) Verweis auf eine Speicherstelle. Speicherung einer Speicheradresse. Platzhalter für den Beginn eines Speicherbereichs, an dem ein Wert von einem Datentyp gespeichert ist. C++ - Einführung Seite 2

3 Vorteile / Nutzen Der Verweis auf eine Speicheradresse benötigt meist weniger Speicher als der Wert, auf den verwiesen wird. Manipulation von Werten an verschiedenen Positionen. Reservierung und Freigabe von Speicher. Implementation von Stacks, Listen etc. C++ - Einführung Seite 3

4 in C++ int main() { double *ptrwert; double varwert; double summe; } varwert = 4.5; ptrwert = &varwert; summe = varwert + *ptrwert; return 0; Beispiele/_0601_Zeiger... C++ - Einführung Seite 4

5 Deklaration double *ptrwert ; Datentyp *name ; double* ptrwert ; Datentyp* name ; Das Sternchen kennzeichnet einen Zeiger. Um Fehler zu vermeiden, sollte das Sternchen immer direkt vor dem Namen des Zeigers geschrieben werden. In diesem Beispiel verweist der Zeiger auf einen Wert vom Typ double. D. h. der Zeiger verweist auf einen Speicherbereich, der so groß ist, dass dort eine Gleitkommazahl vom Typ double abgelegt werden kann. C++ - Einführung Seite 5

6 Datentypen eines Zeigers Wie viel Speicher wird benötigt? Wie wird der Wert interpretiert, auf den verwiesen wird? Alle Standardtypen und in Bibliotheken definierte Datentypen sind möglich. C++ - Einführung Seite 6

7 Initialisierung ptrwert = &varwert ; Zeiger müssen mit einer Speicheradresse initialisiert werden. An dieser Speicheradresse kann zum Beispiel der Wert einer Variablen liegen. Der Zeiger und der Wert, auf den der Zeiger verweist, sollten den gleichen Datentyp haben. C++ - Einführung Seite 7

8 Speicheradresse einer Variablen ptrwert = &varwert ; Das kaufmännische Und wird als Adressoperator bezeichnet. Der Adressoperator wird direkt vor den Anfang des Variablennamen geschrieben. Der Adressoperator gibt die Anfangsadresse eines Speicherbereichs von einer bestimmten Größe zurück. C++ - Einführung Seite 8

9 Dereferenzierung varwert = *ptrwert ; Das Sternchen vor einem Zeiger in Anweisungen wird als Dereferenzierungsoperator bezeichnet. Mit Hilfe des Dereferenzierungsoperator wird der Wert an der Speicherstelle, auf die der Zeiger verweist, zurückgegeben. Eine Überprüfung der Speicheradresse auf Gültigkeit findet nicht statt. C++ - Einführung Seite 9

10 Manipulation von Werten *ptrwert = *ptrwert * varwert ; Die Werte, auf die der Zeiger verweist, können entsprechend ihres Datentyps verwendet werden. Werte können mit Hilfe von Ausdrücken neu berechnet werden. C++ - Einführung Seite 10

11 Grafische Darstellung: Deklaration der Variablen ? int C? char ? float der Zeiger C ??? int * char * float * C++ - Einführung Seite 11

12 Grafische Darstellung: Initialisierung der Variablen C int var= 3 3?? int char float C ?? int * char * float * C++ - Einführung Seite 12

13 Grafische Darstellung: Initialisierung des Zeigers int C? char ? float int ptr = &var int * C? char * ? float * C++ - Einführung Seite 13

14 Grafische Darstellung: Derefenzierung int C? char ? float *ptr = int * C? char * ? float * C++ - Einführung Seite 14

15 Fehler double *ptrwert; double varwert; varwert = 4.5; *ptrwert = varwert; Wenn ein Zeiger nicht initialisiert ist, stürzt das Programm ab. Bei der Kompilierung wird kein Fehler gemeldet. C++ - Einführung Seite 15

16 Undefinierter Zeiger double *ptrwert = NULL; int *ptrzahl = 0; double varwert; varwert = 4.5; ptrwert = &varwert; double *ptrwert; int *ptrzahl; double varwert; varwert = 4.5; ptrwert = &varwert; ptrwert = NULL; ptrzahl = 0; Der Zeiger ist undefiniert. Der Zeiger verweist auf keine Speicherstelle. NULL ist in der Bibliothek <iostream> definiert. C++ - Einführung Seite 16

17 Ist der Zeiger undefiniert? if (ptrwert == NULL) { } if (!ptrwert) { } Wenn der Zeiger undefiniert ist,... C++ - Einführung Seite 17

18 Dynamische Speicheranforderung int main() { int *ptrwert; ptrwert = new int(0); Beispiele/_0601_ZeigerDynamisch... } if(ptrwert) { *ptrwert = 1; delete ptrwert; } return 0; C++ - Einführung Seite 18

19 Speicher anfordern int *ptrwert; ptrwert = new int(); Mit Hilfe des Schlüsselwortes new wird Speicher angefordert. Der Speicher wird im Heap des Rechners bereitgestellt. Dem Schlüsselwort folgt die benötigte Größe des Speicherbereichs. In diesem Beispiel wird Speicher für ein Integer angefordert. Falls nicht genügend Speicher vorhanden ist, wird ein undefinierter Zeiger zurück geliefert. C++ - Einführung Seite 19

20 Anfordern und initialisieren int *ptrwert; ptrwert = new int(5); delete ptrwert; In den runden Klammern kann ein Wert zur Initialisierung des Speichers angegeben werden. C++ - Einführung Seite 20

21 Speicher freigeben int *ptrwert; ptrwert = new int(); delete ptrwert; Mit Hilfe des Schlüsselwortes delete wird der angeforderte Speicher freigegeben. C++ - Einführung Seite 21

22 Zeiger auf einen konstanten Wert const const char *ptrwert ; Datentyp *name ; Der Zeiger zeigt auf einen konstanten Wert an einer bestimmten Speicherstelle. Der Wert kann nicht verändert werden. C++ - Einführung Seite 22

23 Konstanter Zeiger char * const ptrwert = &wert ; Datentyp * const name = &variable ; Die, in dem Zeiger gespeicherte Adresse, kann nicht verändert werden. Der Verweis ist konstant und darf nicht verändert werden. C++ - Einführung Seite 23

24 Referenz Alias für eine andere Variable. Alternativer Name für eine Variablen Konstante Zeiger auf eine Variable. Zeiger können nicht auf Referenzen verweisen. C++ - Einführung Seite 24

25 Beispiel int messwert = 10; int &wert = messwert; messwert = messwert + 2; wert = wert + 2; Beispiele/_0602_Referenz... C++ - Einführung Seite 25

26 Deklaration char & wert = messwert ; Datentyp & name = variable ; Referenzen werden durch das kaufmännische Und gekennzeichnet. Referenzen müssen deklariert und gleichzeitig initialisiert werden. C++ - Einführung Seite 26

27 Datenstrukturen Zusammenfassung von Variablen unterschiedlichsten Datentyps. Sammlung von Komponenten eines Ganzen. Beschreibung eines konkreten Objekts. Abstraktes Modell von Dingen aus der realen Welt. C++ - Einführung Seite 27

28 Beispiele Personenname, Geburtsdatum und Geburtsort. x- und y-koordinaten. Artikel, Preis und deren Bestand im Lager. C++ - Einführung Seite 28

29 Beispiele/_0603_Struktur... Beispiel struct umfrage{ char geschlecht; int alter; double gewicht; double groesse; }; int main(){ umfrage proband; proband.geschlecht = 'w'; proband.alter = 48 proband.groesse = 1.78; return 0; C++ - Einführung Seite 29

30 Deklaration einer Struktur struct Strukturname Kopf { datentyp strukturelement ; datentyp strukturelment ; Rumpf } ; C++ - Einführung Seite 30

31 Deklaration einer Struktur struct umfrage { }; Dem Schlüsselwort struct folgt der Name der Struktur. Die geschweiften Klammern kennzeichnen den Beginn und Ende des Rumpfes der Struktur. Innerhalb der geschweiften Klammern werden die Strukturelemente definiert. Die Datenstruktur wird mit einem Semikolon beendet. C++ - Einführung Seite 31

32 Strukturelemente Beschreibung einer Komponente eines Objekts. Definition / Beschreibung eines Objekts. C++ - Einführung Seite 32

33 Deklaration von Strukturelementen struct umfrage { char geschlecht; int alter; double gewicht; double groesse; }; Die Komponenten in einer Datenstruktur werden genauso wie Variablen deklariert. Strukturelemente können nur innerhalb einer Struktur deklariert werden. Jede Deklaration endet mit einem Semikolon. C++ - Einführung Seite 33

34 Eigenschaften Jedes Element innerhalb der Struktur hat einen eindeutigen Namen. Jedes Strukturelemente ist von einem bestimmten Datentyp. Entsprechend des Datentyps wird Speicherplatz für die Komponenten bereitgestellt. Das Strukturelement wird über eine Variable vom Datentyp Struktur angesprochen. Das Strukturelement selber ist nur innerhalb der Struktur sichtbar. C++ - Einführung Seite 34

35 Strukturvariable umfrage proband ; Strukturname variablenname ; Datentyp variablenname ; Die Variable ist vom Datentyp Struktur. Statt der Standard-Datentypen wie float, int etc. wird der Name einer Struktur als Datentyp genutzt. C++ - Einführung Seite 35

36 Nutzung der Strukturvariablen proband. geschlecht variable. element Mit Hilfe des Punktoperators wird die Strukturvariable mit der Komponente verbunden. Die Strukturvariable ist vom Datentyp Struktur. In dieser Struktur ist das mit der Variable verbundene Element deklariert. C++ - Einführung Seite 36

37 Zuweisung proband. geschlecht = 'w' ; variable. element = wert ; Mit Hilfe des Zuweisungsoperators wird der Strukturvariablen ein Wert zugewiesen. Strukturvariablen können genauso wie alle anderen Variablen entsprechend ihres Datentyps verwendet werden. C++ - Einführung Seite 37

38 Zeiger und Strukturen struct umfrage{ char geschlecht; int alter; double gewicht; double groesse; }; Beispiele/_0603_Struktur... umfrage proband; double bmi = 0; umfrage *ptrproband = &proband; bmi = ptrproband->groesse * ptrproband->groesse; bmi = ptrproband->gewicht / bmi; C++ - Einführung Seite 38

39 Deklaration des Zeigers umfrage *ptrproband ; Datentyp *name ; Statt eines Datentyps int etc. wird der Name der Struktur als Typ genutzt. C++ - Einführung Seite 39

40 Initialisierung ptrproband = &proband ; Das kaufmännische Und wird als Adressoperator bezeichnet. Der Adressoperator wird direkt vor den Anfang der Variablen vom Datentyp Struktur geschrieben. Der Zeiger und die Variable sind vom gleichen Datentyp Struktur. C++ - Einführung Seite 40

41 Zugriff auf die Strukturvariable ptrproband -> groesse Aus dem Bindestrich und dem Größer-Zeichen wird der Elementverweis zusammengesetzt. Mit Hilfe des Elementverweises wird der Zeiger mit einem Strukturelement verbunden. Der Zeiger verweist auf eine Struktur. In dieser Struktur ist das, rechts vom Operator stehende, Strukturelement definiert. C++ - Einführung Seite 41