C++ - eine Einführung

Transkript

1 Inhalt des Vortrags C++ - eine Einführung Wilfried Elmenreich Voraussetzungen Unterschiede C++ / Java C++ Grundkonzepte: Operatoren, Schleifen, I/O Klassenstruktur, Hauptprogramm Entwicklungschritte eines C++ Programms Softwaretipps für die Praxis Folien basieren auf dem Vortrag From Java to C++ von Ulrik Schröder Einführung in C++ 2 Meine Annahmen über Sie Sie kennen bereits die Grundelemente der Programmiersprache Java aus Einführung in das Programmieren: -Syntax - Konzept einer Compilersprache - Klassen und Objekte Möglicherweise kennen Sie auch C Sie wollen wissen wie man in C++ programmiert Sie wollen wissen was den Unterschied zwischen Java und C++ ausmacht Features in C++ welche Java nicht besitzt goto memory management: malloc, free structs and unions (Java verwendet hierfür nur ) header files ( / ) global variables, functions (only methods) preprocessor, typedef and defines (static final) implicit type conversions operator overloading multiple inheritance (Java verwendet stattdessen interfaces) templates Einführung in C++ 3 Einführung in C++ 4 Was C ++ nicht bietet Standards built-in types, sequence of evaluation,... Standard support für GUI programming kein AWT, Swing, Threads Networking Generators for documentation (javadoc) Reflection Garbage Collection Packages Machine (operating system) - independent object code Advantage: optimized machine code Disadvantage: need compiler per platform and compilation for target Bibliotheken für oben genannte Funktionen existieren, sind aber nicht Teil der C++-Sprache oder der STL (Standard template Library), z.b. QT LEDA Einführung in C++ 5 Hauptunterschiede C++ - Java Aus Programmierersicht Memory management Pointer Aus Anwendersicht Keine VM auf dem Zielsystem notwendig (eingebettete Systeme) Mehr Kontrolle, z.b. beim Löschen von Objekten (bessere Laufzeitabschätzung für Echtzeitsysteme) Bessere Performance (immer?) Einführung in C++ 6 1

2 Performance C++ vs. Java Integerarithmetik: unentschieden Floating Point: C++ ca. 30% schneller FileIO: C++ ist bis zu 35 mal schneller Objekthandling: Java ist etwa doppelt so schnell Java C++ Variablendeklaration und Initialisierung Variablentypen: bool, char, short, (unsigned) int, long, float, double Klassenvariablen mittels Schlüsselwort static Variablen müssen mit einem Buchstaben oder mit _ beginnen Initialisierung innerhalb der Definition möglich Deklaration ist zwingend vor der ersten Benutzung erforderlich int i = 3; float x = 10.0; i = i + 1; int j = i; Deklaration von mehreren Variablen eines Typs ist direkt möglich (wie in C) Beispiel: int i = 3; float x=10.0, y=1.23; Einführung in C++ 7 Einführung in C++ 8 Operatoren Arithmetische Operatoren: + - * / % pow(x,y) Vergleich < <= > >= ==!= Logik! && 0 entspricht false, ungleich 0 ist true Bit Operatoren ~ & ^ << >> Shift-Operatoren lassen Vorzeichen unbeeinflusst Zuweisungsoperatoren Zuweisungsoperatoren wie in C x = y x += y, x -= y x *= y, x/= y x %= y x >>= n, x <<= n x &= y, x = y x ^= y ermöglicht kompakten Code Einführung in C++ 9 Einführung in C++ 10 if else Ausdruck Schleifen if (Bedingung) else else-teil optional Bedingung kann ein beliebiger Ausdruck sein der einen numerischen Wert ergibt Klammern sinnvoll um Fehlerquellen zu vermeiden Vorsicht vor Seiteneffekten in Bedingung Einführung in C++ 11 while Schleife while (Bedingung) do-while Schleife do while (Bedingung) auf jeden Fall 1 Durchlauf for Schleife for (init-statement; test-expr; increment-expr) break springt aus der aktuellen (innersten) Schleife continue springt in die nächste Iteration Einführung in C

3 Arrays Sammlung von Elementen des gleichen Typs Deklaration float x[100]; Abrufen der Elemente x[0]; // erstes Element x[99]; // letzes Element Initialisierung float x[3] = {1.1, 2.2, 3.3}; float Y[] = {1.1, 1.2, 1.3}; Mehrdimensionale Arrays float x[4][4]; // Matrix int m[2][3] = { {1, 2, 3} {4, 5, 6} }; Einführung in C++ 13 Einbindung von Programmbiblioteken Einbinden von Programmbiblioteken über #include <headerfile> Beispiel: // Einlesen eines Wertes in Grad und Ausgabe der Sinusfunktion #include <iostream.h> #include <math.h> int main() { float angle; cin >> angle; // Winkel einlesen cout << sin(angle * M_PI / ) << endl; // M_PI ist in <math.h> definiert } Innerhalb von cout << können Funktionen benutzt werden Liste der verfügbaren Funktionen in math.h Einführung in C++ 14 Klassen und Objekte Grundstruktur einer Klassendefinition class Klassenname { einefunktion(..); public: Klassenname(...); // Konstruktor ~Klassenname(); // Destruktor }; Schlüsselwörter public, private, protected steuern Zugriff von außerhalb Konstruktoren (bzw. Destruktoren) gibt es immer, aber man kodiert sie oft nicht explizit Konstruktoren werden beim Erstellen eines Objektes dieser Klasse aufgerufen Klassenname k1(1,2); Einführung in C++ 15 Hauptprogramm Nötig für alle Programme (wie in C) Einfachstes Bespiel: int main() // Funktion fürs OS (ohne Argument) { // Anfang der Funktion // Rückmeldung ans OS (OK) } // Ende der Funktion Dateierweiterung:.C,.cc oder.cpp Beispiel mit Ein/Ausgabe # include <iostream.h> int main() { // Variablendefinition float a, b, c; // Eingabe cin >> a >> b >> c ; // Ausgabe cout << a <<, << b <<, << c << endl; } Einführung in C++ 16 I/O in C++ generic output stream wird mit << operator angesprochen cout ist in <iostream> im Namespace std deklariert #include <iostream> using namespace std;... int main( ) { cout << "Hello!"; std::cout <<... Deklarationen der Standardlibrary haben immer den namespace std! I/O Klassenhierarchie istream und ostream von ios abgeleitet iostream mittels Mehrfachvererbung von istream und ostream abgeleitet ios istream cin iostream ostream cerr cout clog Einführung in C++ 17 Einführung in C

4 I/O Formatierung - Zahlenbasis I/O Formatierung - Fließkommazahlen #include <iostream> int main( ) { int c; cout << "Please enter an integer value for variable c:\n c = "; cin >> c; cout << "\toctal\tdecimal\thexadecimal\n" << "\t0_" << oct << c << "\t" << dec << c << "\t0x" << hex << c << endl; // "normal" end of execution cout << << endl; cout.precision( 4 ); cout << "precision: " << cout.precision( ) << endl; cout << << endl; cout.setf(ios::fixed); cout << "fixed: " << << endl; precision: Einführung in C++ 19 Einführung in C++ 20 I/O Formatierung iomanip #include <iomanip> Definiert wird Breite des Ausgabefeldes für das folgende Argument Ausrichtung Füllzeichen cout << ' ' << setw( 10 ) <<"xxx" <<' ' << endl; xxx cout << ' ' << setw( 10 ) << setfill('*')<<"xxx" <<' ' << endl; *******xxx Formatierte Eingabe Operatoren analog zu jenen bei der formatierten Ausgabe: /* formatted input */ int i; double x; cout << "Enter a hex value: "; cin >> hex >> i; cout << "i = " << i << " = 0x" << hex << i << endl; ab i = 171 = 0xab cout << ' ' << setw( 10 ) << left <<"xxx" <<' ' << endl; cout << ' ' << setw( 10 ) << internal <<"xxx" <<' ' << endl; cout << ' ' << setw( 10 ) << right <<"xxx" <<' ' << endl; xxx******* ****xxx*** *******xxx cout << "Enter a floating point value: "; cin >> x; cout << "x = " << x << endl; e-3 x= Einführung in C++ 21 Einführung in C++ 22 Java Entwicklungsschritte Editor Java-Program ClassName.java e.g. Win Compiler $ javac javacclassname.java ClassName.class Java Virtual Machine (JVM) $ java javaclassname e.g. Mac, Unix, Handy OS,... via Internet Library Einführung in C++ 23 C++ Entwicklungsschritte Editor C++ source ClassName.cpp ClassName.h ClassName.o Compiler libraries Analyze, Analyze, check check consistency, consistency, generate generate code code Link Link further further $ gcc o main.exe Linker Non-standard! Platform-dependent! $ gcc c Wall in DevC++ main.exe executable Processor execute, execute, test, test, debug debug $./main.exe arg1 Einführung in C

5 C++ Programmierzyklus iterative yedit compile link run (test,debug) cycle Editor Compiler Linker make declarations definitions Object files in libraries Can also include global data and functions! *.exe test cases Einführung in C++ 25 Trennung Deklaration & Definition Definition (Implementierung) in.cpp-datei Deklaration (Struktur) in.h-datei (Headerfile) Bsp.: point.cpp #include point.h returns new point point point::add( point v ) { Object return point( x + v.x, y + v.y ); } // point::add( ) Class based visibility (like Java) Prevent multiple #ifndef POINT_H declarations #define POINT_H class point { private: double x, y; public: default values for arguments Association to class StdConstructor point( ) == point( 0 ) == point( 0, 0 ) point( double a=0, double b=0): x( a ), y( b ) { }; point add( point v ); }; // class point initialize #endif POINT_H Einführung in C++ 26 attributes Beispielprojekt mit Modul point Inkludieren des Headerfiles point.cpp #include "point.h" point point::add( point v ) { return point( x + v.x, y + v.y ); } void point::print( ) { cout << "(" << x << " " << y << ")"; } int main ( ) { main.cpp point u( 1.0 ), v( -0.5, 4.2 ), w; w = u.add( v ); cout << "u = "; u.print( ); cout << endl; cout << "v = "; v.print( ); cout << endl; cout << "w = "; w.print( ); cout << endl; instead of Java tostring( ) method could have also been defined in point.cpp object creation without new using three different constructors u = (1 0) v = ( ) Einführung in C++ w = ( ) 27 Kompilieren und Linken Jedes Modul separat kompilieren $ g++ c Wall pedantic-error -ansi point.cpp point.o $ g++ c Wall pedantic-error -ansi main.cpp main.o Objektdateien linken $ gcc o main main.o point.o main[.exe] Ausführen des Programms endlich! $./main Einführung in C++ 28 Auf ins Gefecht - womit Gnu Compiler unter Linux/Unix oder cygwin: Dev C++ grafische Oberfläche für Windows: oder Eclipse: aber Beispielabgabe muss korrekt auf dem System der Übung laufen! Einführung in C