Informatik I (D-ITET)

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1 Informatik I (D-ITET) PrüfungsVorbereitungsKurs, simonmayer@student.ethz.ch ETH Zürich Datenstrukturen Rekursion + Stuff Rekursion Rekursion Funktionen, die sich selbst aufrufen, sind rekursiv int my_func_rec(int a) { if(a > 0) { return a + my_func_rec(a-1); else { return 0; 2 Bedingungen: Parameter muss sich ändern! Es muss ein branch (z.b. if ) vorhanden sein, sodass die Rekursion verlassen wird! 4 Rekursion - Hanoi Prototyp: void hanoi(ndiscs, from, to, helper); Was muss getan werden, um N discs von A nach C zu bewegen (wenn N > 1...)? 1. Ich muss (N-1) discs von A nach B bewegen - Jetzt liegt nur noch eine disc auf A 2. Ich muss 1 disc von A nach C bewegen - Dies ist sicher möglich, da auf C nur grössere discs liegen! hanoi(n-1, A, B, C) Prüfungsbeispiel: Rekursion (HS08) void figure(double x, double y, double size) Die Parameter x und y geben die Position an. Der Parameter size ist die Seitenlänge des umschliessenden Quadrates, wobei size auch negative Werte annehmen kann (Die Figur erscheint dann in doppelt-gespiegelter Form). Ist der Betrag von size kleiner als 1.0 wird das Zeichnen der Figur unterlassen. Der Initialaufruf für die untenstehende Figur lautet: figure(0,0,10); move(a,c) 3. Ich muss (N-1) discs von B nach C bewegen - Jetzt liegen alle discs auf C hanoi(n-1, B, C, A) 5 1

2 & Objektorientierte Programmierung Syntax sind erweiterte Strukturen und ermöglichen vollkommen neue Anschauungsweisen von Programmen definieren Objekte Welche Eigenschaften hat das Objekt? Was kann das Objekt? Was kann der Benutzer mit dem Objekt tun? -> Attribute -> Funktionen -> Funktionen Einzelne Objekte sind Instanzen einer Klasse Das Auto mit Fahrgestellnummer ist eine Instanz der Klasse Auto class class_name { access_specifier (public/private/protected): member_1; member_2; member_n; -Feld (Variable) -Funktion access_specifier (public/private/protected): member_n+1; member_n+2; member_n+m; 9 10 Konstruktor Funktion im körper, die denselben Namen wie die Klasse trägt Garantieren korrekte Initialisierung jeder Instanz Werden direkt in die Instanzdeklaration integriert car my_car (0.0, phantom-black, INFPROFI ); Muss nicht definiert werden, soll aber! Wenn nicht definiert: Standardkonstruktor car my_car; Destruktor Garantieren korrektes löschen jeder Instanz mit dynamischem Speicher Destruktor enthält dann die delete-aufrufe für alle dynamischen Elemente Namensgebung: ~ +Name des Konstruktors Zugriff auf Attribute und Funktionen Durch Punkt-Operator (bzw. -> bei Pointern auf Instanzen) Zugriffsrechte Private Zugriff nur von Elementen derselben Klasse Public Zugriff durch alle (also z.b. andere, main() usw. ) Protected Zugriff durch Elemente derselben Klasse und von vererbten

3 Pointer auf sind Typen! (wie int, float ) car * etech_car_ptr; etech_car_ptr = new car (0.0, jetblue, INFPROFI ) etech_car_ptr->show(); this Expliziter Zugriff auf Element des aktuellen Objekts Wird kein this verwendet, dann wird die offensichtliche Variable verwendet z.b. wird in der Funktion setter die Variable int x der Klasse A vom parameter int x überdeckt, also würde beim Aufruf x dieser Parameter verwendet werden class A { private: int x; public: void setter(int x) { this->x = x; A my_a; my_a.setter(6) Prüfungsbeispiel: (FS08) Wir implementieren die History eines Browsers. Gegeben: Gefragt: Stack für strings Implementierung der Klasse Chistory Implementierung backward() Implementierung enter(string s) 13 Operator Overloading Operator Overloading II Kommando: Eigentlicher Aufruf: Beispiel: Klasse list Overloading einer liste mit [ ] Klasse c = a + b (alles z.b. ints) c = a.operator+(b); int2d addieren/subtrahieren: // Operator overloading int2d operator+(int2d &) const; int2d operator-(int2d &) const; Was ist mit Aufrufen wie: int2d p1,p2; p1 = p2 * 2; // Operator overloading int2d::int2d operator*(int) const; Und mit p1 = 2 * p2;?? // Wir bräuchten etwas wie int2d operator*(int, int2d) const; - Kann aber nicht Teil der Klasse int2d sein (sondern müsste in der Klasse int festgelegt werden! - Lösung: friend-functions Friends Inheritance Basics Neu: Deklarieren von externen Objekten als friend Friends einer Klasse dürfen auch auf deren private members zugreifen! Basisklasse: (z.b. Fahrzeug) Friend-Funktionen dürfen z.b. auf als private deklarierte Felder zugreifen als private deklarierte Felder verändern friend int my_func(...); Friend- dürfen z.b. Funktionen beinhalten, die auf als private deklarierte Felder zugreifen friend class my_class; Abgeleitete Klasse: (z.b. Auto) Spezialisierung der Basisklasse is-a Relation (vs. Has-a relation (kennen wir)) Instantiierung: Erst Basiskonstruktor, dann abgeleiteter Konstruktor

4 Inheritance Basics Dynamic Binding Public/Private/Protected Inheritance Public: Private: Public Daten der Basisklasse können über Public Interface verwendet werden (public bleibt public) Public und Protected members der Basisklasse werden zu Private members der abgeleiteten Klasse Protected: Public und Protected members der Basisklasse werden zu Protected members der abgeleiteten Klasse (z.b. für Mehrfachvererbung) Private-Members werden nicht vererbt - daher wird ja überhaupt der Zugriffs-Specifier protected benötigt! Members der Funktion haben Static Type normal_ptr ist ein Objekt mit static type * car Dynamic Type normal_ptr hat ab Zeile [4] den dynamic type * audi Es ist sinnvoll, die spezialisierte show()-funktion aus der Klasse audi aufzurufen! Wird auch gemacht, sofern show() als virtual deklariert ist [1] car normal_car; [2] audi audi_car; [3] car * normal_ptr = &normal_car; [4] normal_ptr = &audi_car; [5] normal_ptr->show(); Dynamic Binding Virtuelle und Abstrakte Dynamic types sind zur compilezeit nicht bekannt! Virtuelle Funktion: virtual show() { cout << Make it so << endl; Die korrekten bzw. spezialisierten Funktionen können (zur Laufzeit) ausgewählt und ausgeführt werden Rein Virtuelle Funktion: virtual show() { // abstrakte Funktion, da kein Funktionskörper! Riesennutzen: Zum Beispiel bei list of cars, deren Elemente (mit static type car) als dynamic typeaudi oder vw haben können Virtuelle Klasse: Mindestens eine virtuelle Funktion Abstrakte Klasse: Mindestens eine rein virtuelle Funktion Achtung: Es ist NICHT möglich, Instanzen einer abstrakten Klasse zu erzeugen Diese hätten Funktionen ohne Inhalt bzw. ohne Funktionskörper Multiple Inheritance class Person {... protected: age, name... class Musician : public Person {... protected: instrument... class Student : public Person {... protected: semester, subject... class StudentMusician : public Student, public Musician {... Das Diamantenproblem: StudentMusician erbt von Student und Musician, also wird z.b. age doppelt vererbt. (die * hier sind keine Pointer, sondern zeigen an, dass eine Funktion geerbt wurde) Probleme mit members in Person (age, name): Werden über Student und über Musician vererbt Multiple inheritance has received criticism and as such is not implemented in many languages. Criticisms includes: Increased complexity Semantic ambiguity often summarized as the diamond problem 23 4

5 Template-Funktionen Template- Deklarieren einer Template-Funktion mit template-typen template <class T> T min(t a, T b) { if (a < b) return a; else return b; Bei Aufruf der Funktion erzeugt der Compiler eine nicht-template-funktion, die zum Aufruf passt int a, b = 4, c = 5; a = min(b, c); int a, b = 4; double c = 5.3; a = min(b, c); int min(int a, int b) no matching function call Deklarieren einer Template-Klasse mit template-typen template <class T> class Element { T inhalt; Element * next; ; Instanziieren der Klasse: Element(T new_inhalt) { inhalt = new_inhalt; next = 0; Element<int> start(43); Element<int> * start = new Element<int>(100); Makefiles Skript-Sprache, die Abhängigkeiten zwischen Dateien eines Projekts beschreibt target: depends_on command Einfaches Makefile (erzeugt Objektcode): myfile.o : myfile.cpp g++ -c myfile.cpp Datenstrukturen Mehrstufig: myprog.o : myfile.o myfile2.o g++ myfile.o myfile2.o o myprog myfile.o : myfile.cpp g++ -c myfile.cpp myfile2.o : myfile2.cpp g++ -c myfile2.cpp 27 Datenstruktur: Linked List Datenstruktur: Linked List...mit Structs und Pointern Operationen: Deklaration: insert, delete, init, clear,... struct listelement { int inhalt; listelement *next; ; listelement * my_list; Unterarten: Doppelt verlinkte Listen, Zyklische Listen (Ringpuffer) struct listelement { int inhalt; listelement *next; ; listelement * my_list; my_list->next->next->inhalt; // Insert first element into list listelement * node = new listelement; node->key = 25; node->next = 0; my_list = node; // Create list

6 Datenstruktur: Stack Last-In-First-Out Datenstruktur Operationen: push(...) pop() init() size() clear() (Binär)Bäume struct treeelement { int inhalt; treeelement *left, *right; ; treeelement *root; Realisiert als... Dynamisches Array Liste Folien online unter Informatik I (D-ITET) PrüfungsVorbereitungsKurs, simonmayer@student.ethz.ch ETH Zürich 6