Von Java nach C++ Frank Weichert, Heinrich Müller Informatik VII Universität Dortmund

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1 Von Java nach C++ Frank Weichert, Heinrich Müller Informatik VII Universität Dortmund Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

2 Übersicht Einleitung Literatur Vergleich zwischen C++ und Java Klassen in C++ Übersetzungsprozess von C++-Programmen Programmieren in Visual Studio Ausgewählte C++-Konzepte Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

3 Einleitung C makes it easy to shoot yourself in the foot, C++ makes it harder, but when you do, it blows away your whole leg. (Bjarne Stroustrup) Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

4 Literatur Die C++-Programmiersprache, Bjarne Stroustrup, Addison-Wesley Visual C++, Frank Budszuhn, Addison-Wesley Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

5 C++ vs. Java Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

6 C++ vs. Java typisches Programm #include <iostreams.h> int main() { return 0; } import java.awt.*; class Test{ public static void main(string[] argv){ } } Dateinamen beliebig, Konvention *.cpp, *.h <Klassenname>.java generierter Code - Maschinencode - plattformabhängig -*.exe - Java-Byte-Code - plattformunabhängig -*.class Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

7 C++ vs. Java bedingte Anweisungen, Schleifen, Verbundanweisungen, identisch Funktionen globale Funktionen möglich Felder int a[4]; int a[] = {1,2,3}; keine Überprüfung auf Array-Grenzen identisch Methoden müssen in einer Klasse stehen int a[] = new int[4]; int a[] = {1,2,3}; Felder sind Objekte, Überprüfung auf Array-Grenzen Konstanten const double pi=3.14; final double pi=3.14; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

8 C++ vs. Java (Variablen-) Deklaration keine Default-Werte int a[4]; Default-Werte int a[] = new a[4]; Speicherverwaltung durch den Programmierenden automatisch durch den Garbage Collector Eingabe- und Ausgabeanweisungen cin >> x; cout << x; x=iohelp.read(); System.out.println(x); Boolescher Datentyp bool boolean Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

9 C++ vs. Java Type-Casting (explizite Konvertierung) a) (Typ) Ausdruck in C++ und Java erlaubt Beispiel: int a=3; double b=(double) a / 2; // b = 1.5 b) Typ (Ausdruck) nur in C++ erlaubt Beispiel: int a=3; double b= double(a) / 2; // b = 1.5 Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

10 C++ vs. Java Zusätzliche Java-Funktionalität Automatische Speicherverwaltung Code ist (direkt) systemportabel Strings und Felder Applets Multitasking durch Thread-Modell Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

11 C++ vs. Java Zusätzliche C++-Funktionalität (1) Zeiger (Pointer) Kontrolle des Memory Management Templates Operator-Overloading Mehrfachvererbung Präprozessor Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

12 C++ vs. Java Zusätzliche C++-Funktionalität (2) Einschränkung des Wertebereichs in C++ per unsigned möglich z.b. int: bis unsigned int: 0 bis Symbolische Konstanten Präprozessorbefehl, erkennbar am # -Zeichen #define PI=3.14 (kein ; am Zeilenende) Typdeklaration Definiert neuen Namen für einen Datentyp typedef int Index; Index a=3; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

13 Ein einfaches Programm - Quellcodes Java: class BV{ } public static void main(string[] argv){ System.out.println "C++ in der Bildverarbeitung!"; } C++: #include <iostream> using namespace std; int main(int argc){ cout << "C++ in der Bildverarbeitung!"; return 0; } Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

14 Ein einfaches Programm - Übersetzen Java: Dateiname: BV.java Übersetzen: javac BV.java Ausführen: java BV (Java Byte-Code) (Java Virtual Machine) C++: Dateiname: BV.cpp Übersetzen: cl /c BV.cpp Linken: link BV.obj cl BV.cpp Ausführen: BV Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

15 Klassen in C++ Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

16 Klassen in C++ Klassen in C++ = Deklaration + Implementierung Headerdatei (.h) Implementationsdatei (.cpp) Studierende.h: class Studierende{ }; Studierende.cpp: #include "Studierende.h" Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

17 Klassen in C++: Aufbau der Headerdatei Studierende.h: class Studierende{ Konstruktor Destruktor Methoden Attribute public: Studierende(); ~Studierende(); void setzematrikelnummer(int nummer); int gibmatrikelnummer(); private: int matrikelnummer; }; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

18 Klassen in C++: Aufbau der Headerdatei Spezifizierung einer Klasse mit class Klassen sind immer public Konstruktoren und Destruktoren Konstruktoren: Instanziierung von Objekten Destruktoren: Löschen von instanziierten Objekten (~ vorangestellt) Deklaration von Methoden und Variablen (Instanz-) Variablen dürfen bei der Deklaration nicht initialisiert werden Modifier werden nicht separat spezifiziert Klassendefinition wird mit Semikolon beendet Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

19 Klassen in C++: Aufbau der Implementationsdatei Einbinden der Headerdatei mit include Durch den Klassennamen und dem Bereichsoperator :: wird die Zugehörigkeit zur Klasse gekennzeichnet Studierende.cpp: #include "Studierende.h" Studierende::Studierende(){} Studierende::~Studierende(){} void Studierende::setzeMatrikelnummer(int nummer){ matrikelnummer = nummer; } int Studierende::gibMatrikelnummer(){ return matrikelnummer; } Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

20 Klassen in C++: Aufbau der Implementationsdatei Präprozessoranweisung #include "Studierende.h bindet Headerdatei ein. Nennung von Fully Qualified Names z.b.: Studierende::Studierende() :: wird als Bereichsoperator (Scope Operator) bezeichnet inline-spezifikation möglich z.b.: inline int Studierende::gibMatrikelnummer(){ return matrikelnummer; } Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

21 Übersetzungsprozess von C++-Programmen Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

22 Übersetzen von C++-Programmen Übersetzungsprozess besteht aus drei Komponenten 1. Präprozessor: Vorverarbeitung des Quellcodes 2. Compiler: Überführt Quellcode in Objektcode 3. Linker: Fasst alle Objektdateien zu einem ausführbaren Programm zusammen Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

23 Übersetzen von C++-Programmen Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

24 Übersetzen von C++-Programmen Präprozessor Präprozessorbefehle beginnen mit dem #-Zeichen Sucht im Quellcode nach speziellen Befehlen, z.b. - #include einbinden von Headerdateien a) <name> Standard Libraries aus Systemverzeichnis z.b.: #include <iostream> b) name eigene Dateien aus Projektverzeichnis z.b.: #include "Studierende.h" -> Problem: mehrfache Deklarationen - #define führt textuelle Ersetzungen (Konstanten) aus. z.b.: #define pi #ifdef, #ifndef, Konditionales Kompilieren z.b.: #ifdef DEBUG #endif Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

25 Übersetzen von C++-Programmen Präprozessor -> Problem: mehrfache Deklarationen Lösung: Headerdatei um konditionalen Kopf erweitern z.b.: Studierende.h: #ifndef STUDIERENDE_H #define STUDIERENDE_H class Studierende{ }; #endif Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

26 Übersetzen von C++-Programmen Compiler Generiert aus dem vom Präprozessor vorverarbeiteten Quellcode den Objektcode. Maschinennahe Objektcodedatei kann noch offene Aufrufe enthalten und nicht ausgeführt werden. Überprüfung auf syntaktische Korrektheit - Fehlermeldungen z.b.: error C2065: 'h': nichtdeklarierter Bezeichner - Warnungen z.b.: warning C4244: 'Initialisierung': Konvertierung von 'double' in 'int', möglicher Datenverlust Objektcode wird nur erzeugt, sofern keine Fehler aufgetreten sind. Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

27 Übersetzen von C++-Programmen Linker Generiert (vollständig) ausführbares Programm Fasst die - Objektdateien des Projektes, - Code aus Standard Libraries und - zusätzliche Libraries zusammen Zwei mögliche Link-Modi -statisch - dynamisch Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

28 Programmieren in Visual Studio Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

29 C++-Programm mit Visual Studio Neues Projekt anlegen: Datei -> Neu -> Projekt Projekttyp festlegen Projektnamen und Verzeichnis auswählen Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

30 C++-Programm mit Visual Studio Initiales Arbeitsfenster der Entwicklungsumgebung Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

31 C++-Programm mit Visual Studio Klasse hinzufügen (Header- und Implementationsdatei) Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

32 C++-Programm mit Visual Studio Typ der Klasse auswählen, die hinzugefügt werden soll Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

33 C++-Programm mit Visual Studio Klassennamen festlegen Modifikator und Basisklasse (optional) bestimmen Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

34 C++-Programm mit Visual Studio Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

35 C++-Programm mit Visual Studio Ausführbares Programm erstellen - Kompilieren (Strg+F7) - Programm ausführen (Strg+F5) - Programm unter Debugger ausführen (F5) Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

36 C++-Programm mit Visual Studio Dateitypen von Visual-Studio Extension *.cpp *.h *.exe *.dsp *.dsw *.obj *.rc *.res C++-Quelldatei C++-Headerdatei Ausführbares Programm Informationen zum Projekt. Projekt kann über dsp- Datei geöffnet werden Informationen zum Arbeitsbereich. Dieser sollte auch über diese Datei geöffnet werden. Nicht eingebundene Kompilate (Objekt-Dateien) Ressourcen-Skriptdatei Bedeutung Binäre Ressourcendatei des Linkers Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

37 Ausgewählte C++-Konzepte Komplexe Datentypen Zeiger und Referenzen Vererbung STL Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

38 Komplexe Datentypen Benutzerdefinierter Datentyp mit eindeutigem Namen typedef struct{ double x, y, z; } vector3d; int main() { vector3d veca = {0.4, 4, 6.2}; vector3d vecb; vecb = veca; // vecb = {0.4, 4, 6.2} double a = veca.z; // a = 6.2 Zugriff auf Elemente mit. -Operator Bei Zuweisungen werden komplette Strukturen kopiert Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

39 Ausgewählte C++-Konzepte Komplexe Datentypen Zeiger und Referenzen Vererbung STL Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

40 Objekte instanziieren und löschen ProgrammStudierende.cpp: #include "Studierende.h" int main(int argc, char* argv[]){ Studierende* einstudent = new Studierende(); delete einstudent; } return 0; Instanziierung eines Objektes vom Typ Studierende Studierende*: Variablendeklaration einstudent: Zeiger auf Studierende new: Ruft Konstruktor auf und legt Objekt vom angegebenen Typ im Speicher an delete ruft Destruktor der Klasse auf und gibt den zuvor belegten Speicher wieder frei (kein Garbage Collector wie in Java) Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

41 Zeiger und Referenzen Anweisung: Studierende* einstudent = new Studierende(); Repräsentierung: 0x0000 0x1200 Studierende int matrikelnummer Speicher Studierende* einstudent = 0x1200 0xffff Klasseninstanz Zeiger Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

42 Zeiger und Referenzen Zeiger (Pointer): Variable, dessen Wert auf die Position (Speicheradresse) eines anderen Objektes zeigt. eigener Datentyp typisiert durch Zeichen * gekennzeichnet Beispiel: a) kein Zeiger: int a; b) mit Zeiger: int* a; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

43 Zeiger und Referenzen Adresse Speicherstelle, die für ein Objekt zur Verfügung gestellt wird. Die Adresse wird bei der Objekt- Instanziierung und der damit verbundenen Bereitstellung des benötigten Speichers vergeben. Inhalt Wert (Daten), der für ein Objekt unter einer Adresse gespeichert wird. Initiale Belegung erfolgt durch den Konstruktor. Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

44 Zeiger und Referenzen Pointer: Pointer (Pointervariable) ist eine Variable in der eine Adresse gespeichert wird. Die Variable hat den identischen Typ wie die Variable, deren Adresse gespeichert wird. Dereferenzierungsoperator * : Zugriff auf den Wert, der in der Pointervariablen gespeicherten Adresse steht ( Wert, auf den der Pointer verweist ) Referenzoperator & : Liefert für eine Variable die zugehörige Speicheradresse Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

45 Zeiger und Referenzen Pointer-Deklaration Adresse Name int *iptr;??? iptr Pointer-Deklaration und Initialisierung Adresse Name int *iptr=0; NULL iptr Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

46 Zeiger und Referenzen Deklaration eines primitiven Datentyps Adresse Name int i=423; i Pointer-Initialisierung und Adressoperator Adresse Name int *iptr=0; iptr = &i; NULL iptr Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

47 Zeiger und Referenzen Vereinfachte grafische Repräsentierung Adresse Name i i 423 Adresse Name iptr iptr Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

48 Zeiger und Referenzen Initialisierung von Pointern int a = 423; a 423 int b = 78; b 78 int *ptr_1 = &b; ptr_1 int *ptr_2 = ptr_1; ptr_2 int *ptr_3 = &a; ptr_3 Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

49 Zeiger und Referenzen Pointer Aliasing: Zwei Pointer enthalten dieselbe Adresse a 423 *ptr_1 = *ptr_3; ptr_2 = ptr_3; b ptr_1 ptr_ ptr_3 Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

50 Zeiger und Referenzen Zeigervariablen können auch auf einen weiteren Zeiger verweisen Auch iteriete Pointer-Anwendungen sind möglich Jeder * -Operator im Ausdruck entspricht einer Dereferenzierung int a = 423; a 423 int *ptr = &a; ptr int **ptrptr = 0; ptrptr = &ptr; ptrptr NULL Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

51 Zeiger und Referenzen Anwendungsbeispiel #include <iostream> #include "Studierende.h" using namespace std; int main(int argc, char* argv[]){ Studierende* einstudent = new Studierende(); einstudent->setzematrikelnummer(88456); Studierende zweiterstudent; zweiterstudent.setzematrikelnummer(87393); Studierende* ptr_zweiterstudent = &zweiterstudent; cout << ptr_zweiterstudent << endl; Studierende* dritterstudent = NULL; dritterstudent->setzematrikelnummer(89263); delete einstudent; delete dritterstudent; return 0; } Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

52 Zeiger und Referenzen Zeiger einstudent, der auf Objekt vom Typ Studierende zeigt Über Operator -> (Dereferenzieren) Methode aufrufen ( es wird einem Zeiger gefolgt ) Studierende* einstudent = new Studierende(); einstudent->setzematrikelnummer(88456); zweiterstudent als (statische) Instanz Methodenaufruf für statische Instanzen über Punktoperator Studierende zweiterstudent; zweiterstudent.setzematrikelnummer(87393); Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

53 Zeiger und Referenzen Pointer auf statische Instanz über Referenzoperator & Studierende* ptr_zweiterstudent = &zweiterstudent; cout << ptr_zweiterstudent << endl; Zeiger für ein Objekt, der mit NULL initialisiert wird Methodenaufruf führt zu einem Laufzeitfehler (Exception) Studierende* dritterstudent = NULL; dritterstudent->setzematrikelnummer(89263); Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

54 Ausgewählte C++-Konzepte Komplexe Datentypen Zeiger und Referenzen Vererbung STL Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

55 Vererbung einfache Vererbung: Klasse Bachelor erbt von Klasse Studierende Vererbungsoperator : (entspricht extends in Java) Studierende Bachelor Studierende.h: class Studierende{ }; Bachelor.h: #include "studierende.h" class Bachelor : public Studierende{ public: Bachelor(); ~Bachelor(); }; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

56 Vererbung Mehrfachvererbung: Klasse Bachelor erbt von Klassen Studierende und HiWi Studierende HiWi Bachelor Bachelor.h: #include "studierende.h" #include "HiWi.h" class Bachelor : public Studierende, public HiWi{ public: Bachelor(); ~Bachelor(); }; Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

57 Ausgewählte C++-Konzepte Komplexe Datentypen Zeiger und Referenzen Vererbung STL Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

58 STL Standard-Template-Library (kurz STL) Vordefinierte Templates für viele Anwendungsbereiche STL gliedert sich in drei Teilbereiche auf: 1.) Container: Speicherstrukturen, z.b. Bäume, Listen, 2.) Algorithmen: Operatoren für Container-Klassen, z.b. Sortieren einer Liste 3.) Iteratoren: Traversierungsoperatoren für Container-Klassen Einbinden der Headerdateien per include ohne Endung.h Beispiel: #include<list> Notwendigkeit des korrekten Namespace, geschieht durch die Anweisung using namespace std; Infos zur STL: Silicon Graphics Inc., Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS

59 STL Anwendungsbeispiel: #include <list> #include "Studierende.h" using namespace std; int main(int argc, char* argv[]){ Studierende* student1 = new Studierende(); Studierende* student2 = new Studierende(); } list<studierende*> listestudierende; listestudierende.push_back(student1); listestudierende.push_back(student1); Einbinden der Headerdatei für die Container-Klasse list. Instanziierung einer Liste listestudierende, die Zeiger auf Objekte vom Typ Studierende speichern kann. Methode push_back fügt Zeiger auf Typ Studierende der Liste an. Von Java nach C++, LS VII, Universität Dortmund, SS