Einführung in die Programmierung

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1 : Inhalt Einführung in die Programmierung Wintersemester 2008/09 Prof. Dr. Günter Rudolph Lehrstuhl für lgorithm Engineering Fakultät für Informatik TU Dortmund Einfache Datentypen Zahldarstellungen im Rechner ezeichner Datendefinition, Zuweisung, Initialisierung Erste Programme (mit usgabe) 2 Reelle Zahlen Reelle Zahlen In C/C++ gibt es zwei Datentypen für reelle Zahlen: Float vs. Long: beide 4 yte, aber riesiger Unterschied im Wertebereich! it yte Wertebereich Name in C/C++ Stellen Wie geht das denn? 32 4 ± 3.4 * ± 3.4 * float 7 Durch Verlust an Genauigkeit im niederwertigen ereich der Zahl! 64 8 ± 1.7 * ± 1.7 * double 15 Repräsentation ist standardisiert: IEEE-Standard P754 (1985) eispiel: float (32 bit) Stellen = signifikante Stellen v Vorzeichen e 7 e 0 Exponent m 22 m 0 Mantisse 3 4 1

2 Reelle Zahlen Repräsentation ist standardisiert: IEEE-Standard P754 (1985) eispiel: float (32 bit) v e 7 e 0 m 22 m 0 Reelle Zahlen float pi1 = ; double pi2 = ; 7 signifikante Stellen 15 signifikante Stellen korrekte unsigned char 0 M 255 normiert: 1 m 2, wobei virtuelles it m 23 = 1 Weitere gültige Schreibweisen: Festkommazahl (fixed format) e5 Fließkommazahl (floating point).345 chtung: Dezimaldarstellung immer mit Punkt, niemals mit Komma! e = E e Einfache Datentypen Zeichen Ein Zeichen wird in einem yte gespeichert (char) Zuordnung: Zeichen Zahl (Code) SCII (merican Standard Code for Information Interchange), 7-it-Code Einige wichtige nicht druckbare Steuerzeichen: horizontal tabulation line feed carriage return DLE SP P ` p DC1 DC2 DC3 DC4 NK SYN ET CN EM SU ESC FS GS RS US! # $ % & ( ) * +, -. / : ; < = >? C D E F G H I J K L M N O Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ a b c d e f g h i j k l m n o q r s t u v w x y z ~ DEL 0 NUL SOH STX ETX EOT ENQ CK EL S T LF VT FF CR SO SI Steuerzeichen null space NUL DLE SP P ` p SOH DC1! 1 Q a q STX DC2 2 R b r ETX DC3 # 3 C S c s EOT DC4 $ 4 D T d t ENQ NK % 5 E U e u CK SYN & 6 F V f v EL ET 7 G W g w S CN ( 8 H X h x T EM ) 9 I Y i y LF SU * : J Z j z VT ESC + ; K [ k FF FS, < L \ l CR GS - = M ] m SO RS. > N ^ n ~ SI US /? O _ o DEL delete 7 8 2

3 Zeichen Zeichen Zeichen werden gemäß ihrem Code als Zahl gespeichert deshalb kann man mit Zeichen rechnen: char c = 7 ; int zahl = c 0 ; Code von 7 ist 55 Code von 0 ist 48 Resultat: zahl = 7 und man kann Zeichen vergleichen: a < b ist wahr, weil 97 < 98 Erst bei der usgabe wird Datentyp char wieder als Zeichen interpretiert. Datendefinition: char Zeichen; Zuweisung: Zeichen = x ; Darstellbare Zeichen: uchstaben: a bis z und bis Z Ziffern: 0 bis 9 Satzzeichen: z..! oder : Sonderzeichen: oder > oder oder Leerzeichen Steuerzeichen \a alarm (EL) \ nführungsstriche mit Fluchtsymbol \b backspace \ Hochkomma \t horizontal tabulator (T) \? Fragezeichen (Umschalter): \ \n new line \\ backslash 9 10 Zeichenketten (Strings) Datendefinition etc. kommt später! Das erste C++ Programm: neinanderreihung von Zeichen Gekennzeichnet durch doppelte Hochkommata: eispiele: Dies ist eine Zeichenkette! Dies ist eine Zeichenkette! #include <iostream> int main() std::cout << Das ist eine Zeichenkette! << \n ; return 0; Das ist jetzt\nneu. Das ist jetzt neu. \ The C++ Programming Language\ \n\tby. Stroustrup The C++ Programming Language by. Stroustrup 11 #include <iostream> bindet Ein-/usgabemöglichkeit aus ibliothek ein int main() kennzeichnet Hauptprogramm, gibt Datentyp integer zurück std::cout ist der usgabestrom; alles rechts von << wird ausgegeben return 0 gibt den Wert 0 an das etriebssystem zurück (0: alles OK!) 12 3

4 Noch ein C++ Programm: Einfache Datentypen #include <iostream> #include <climits> int main() std::cout << "int: " << INT_MIN << "... " << INT_MX << std::endl; return 0; #include <climits> bindet Konstanten für Wertebereiche ein INT_MIN und INT_MX sind Konstanten aus ibliothek climits std::endl ist eine Konstante für eginn einer neuen Zeile 13 Logischer Datentyp bool Zum Speichern von Wahrheitswerten wahr und falsch Wertevorrat: und Datendefinition: bool b; Zuweisung: b = ; oder: int x = 9; b = x > 7; Zum Überprüfen von edingungen Operationen: Name ND OR NOT C/C++!!b eispiel b x < 7 b x > 8 14 Wahrheitstafeln Weitere ableitbare Operationen! NND NOR (Implikation) XOR (ntivalenz)!( )!( )!!! Priorität der Operatoren 1. NOT 2. ND 3. OR!!

5 uswertung von links nach rechts bbruch, sobald Ergebnis feststeht: = = eispiel: bool =, = ;!! keine uswertung 17 oolesche usdrücke Vergleiche: < <= > >= ==!= kleiner kleiner oder gleich größer größer oder gleich gleich ungleich chtung: == testet auf Gleichheit = wird bei einer Zuweisung verwendet 18 Exkurs: namespace std Wofür werden boolesche usdrücke gebraucht? um edingungen formulieren zu können um den Kontrollfluss steuern zu können für Fallunterscheidungen: if edingung wahr then mache etwas; #include <iostream> int main() int a = 10, b = 20; if (a < b) std::cout << kleiner ; if (a > b) std::cout << groesser ; if (a == b) std::cout << gleich ; return 0; später mehr Im Standard-Namensraum wird Standardfunktionalität bereitgestellt: z.. usgaben auf den ildschirm, Eingaben von der Tastatur, #include <iostream> using namespace std; int main() int a = 10, b = 20; if (a < b) std::cout << kleiner ; if (a > b) std::cout << groesser ; if (a == b) std::cout << gleich ; return 0; führt zu kleineren Programmtexten falls Compiler einen ezeichner nicht findet, dann Erweiterung mit std. eispiel: ezeichner??? std::ezeichner

6 nmerkung: In Programmiersprache C und vor 1993 auch in C++ existierte kein boolescher Datentyp! Stattdessen: Simulation mit Datentyp int Konvention: Wert ungleich Null bedeutet sonst eispiele: int x = 8; if ( x ) x = 0; char c = y ; if ( c ) c = \n ; Das ist auch jetzt noch möglich! Empfehlung: esser den booleschen Datentyp verwenden! Woher weiß man, was man in C++ schreiben darf und was nicht? Natürliche Sprache festgelegt durch - lphabet - Orthografie - Wortbedeutungen - Grammatik ktueller C++ Standard: ISO/IEC 14882:2002 Es wurde u.a. eine formale Grammatik für C++ festgelegt (für alle verbindlich) Grafische Darstellung Ganzzahl mit Vorzeichen := Ziffer := Ziffernfolge Ohne Pfeile: von links nach rechts, von oben nach unten Festkommazahlen := + - Ziffernfolge:= Ziffer Ziffernfolge. Ziffernfolge. Ziffernfolge

7 Grafische vs. textuelle Darstellung von Grammatiken Grafische Darstellung anschaulich aber Platz raubend Textuelle Darstellung kompakter und automatisch zu verarbeiten Ziel eschreibung von syntaktisch korrekten C++ Programmen Konkreter Sie sollen lernen, formale Grammatiken zu lesen und zu verstehen, - um sie in dieser Veranstaltung für ihre Zwecke nutzen zu können, - um einen fundamentalen Formalismus in der Informatik kennen zu lernen, - um andere Programmiersprachen leichter erlernen zu können. Definition Eine kontextfreie Grammatik G = (N, T, S, P) besteht aus einer endlichen Menge von Nichtterminalen N, einer endlichen Menge von Terminalen T, einem Startsymbol S N, einer endlichen Menge von Produktionsregeln der Form u v, wobei - u N und - v eine endliche Sequenz von Elementen von N und T ist, sowie der Randbedingung N T = eispiel T = +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 N = Z,, D S = Z Z + Z - Z D D D 0 D 1 D 9 = P Kompaktere Notation: Z + - D D D eispiel T = +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 N = Z,, D S = Z Z + - D D D Nichtterminale sind Platzhalter. Man kann dort eine Produktionsregel anwenden. Der Ersetzungsprozess endet, wenn alle Nichtterminale durch Terminale ersetzt worden sind. 28 7

8 eispiel T = +, -, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 N = Z,, D S = Z Z + - D D D Können wir mit dieser Grammatik +911 erzeugen? Start mit Z +, wende Produktionsregel D auf an, ergibt Z +D Wende D auf an, ergibt Z +DD Wende D auf an, ergibt Z +DDD, Wende D 9 auf das erste D, D 1 auf die übrigen D an, ergibt Z Notation der Grammatik im C++ uch von jarne Stroustrup Nichtterminale: Wörter in kursiver Schrift Terminale: Zeichen in nicht proportionaler Schrift lternativen wie - D sind dargestellt via - D: eins von Optionale (Nicht-)Terminale durch tiefgestelltes opt - sign opt 30 eispiel: ezeichner identifier: nondigit identifier nondigit identifier digit nondigit: eins von universal-character-name _ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z digit: eins von universal-character-name: \u hex-quad \U hex-quad hex-quad hex-quad: hex hex hex hex hex: eins von digit a b c d e f C D E F 31 8

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