Einführung in C++ Oliver Rheinbach. Büro T03 R03 D53 Tel

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1 Einführung in C++ Oliver Rheinbach Büro T03 R03 D53 Tel Universität Duisburg-Essen Fachbereich Mathematik

2 O. Rheinbach 2 Einführung in C++ Dienstag, den bis Dienstag Dienstag 16:15 Uhr - 17:45 Uhr T03 R03 D89 oder T03 R03 D95 (PC-Pool) oliver.rheinbach@uni-due.de, Büro T03 R03 D53 Entwicklungsumgebung MS Visual Studio 2008 MSDN Academic Alliance Lizenz 2

3 O. Rheinbach 3 MSDN Academic Alliance MS Windows 7 Professional (x86 und x64) MS Windows Mobile uvm. Entwicklungsumgebung für Windows: Microsoft Visual Studio.NET Academic C++ C# J# Jedes Mitglied des Fachbereichs kann die Lizenzen zur Forschung und Lehre verwenden und auch zwei Installationen auf privaten Rechnern vornehmen. Dazu muss MSDNAA-Lizenz unterschrieben werden. 3

4 O. Rheinbach 4 Informationen zu MSDNAA und dem ELMS-Software Center Die MSDNAA Lizenzbedingungen schließen kommerzielle Nutzung und Nutzung zum Betrieb der IT-Infrastruktur aus. Alle Studierenden der Mathematik erhalten mit Ihrer Einschreibung automatisch einen ELMS-Login (bezahlt aus Studienmitteln). Was ist zu tun? Auf der obigen Seite des ZIM den Link auf das ELMS-Softwarecenter suchen. Auf Anmelden klicken, auf Ich habe mein Kennwort vergessen klicken, dort vorname.nachname@stud.uni-due.de eintragen. Das Kennwort wird an die Uni-Adresse (!) geschickt. 4

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6 O. Rheinbach 6 MSDNAA-Lizenz Solange die MSDNAA-Lizenz läuft, dürfen Studierende und Mitarbeiter diese Software kostenfrei für Forschung und Lehre nutzen. Auch nach Ablauf der Lizenz darf die Software weiter genutzt werden, Neuinstallationen sind aber untersagt. Studierende dürfen die getätigten Installation auch nach dem Studium weiterverwenden, provided you continue to follow MSDNAA programm guidelines (aus dem Text der MSDNAA-Lizenz). Wichtigste Bedingung ist die nicht-kommerzielle Nutzung. 6

7 O. Rheinbach 7 MS Visual Studio Professional 2008 Im ELMS-Center auf Software klicken. in das Suchen -Feld Visual Studio 2008 eintragen Bestellen und kostenlos herunterladen: Visual Studio 2008 Professional Edition (x86 and x64 WoW)-DVD(German) ggfs: MSDN Library for Visual Studio 2008 (x86 and x64 WoW) - DVD 7

8 O. Rheinbach 8 Empfohlene Literatur: Einführung in C++ Zum Einstieg: Ulrich Breymann, C++ - Einführung und Professionelle Programmierung, Euro, 9. Auflage, Hanser Verlag, 2007, ca. 20 Exemplare (davon 10 der 9. Auflage) in der MNT-Bibliothek vorhanden, weitere aus Duisburg bestellbar. Für Profis: Bjarne Stroustrup, Die C++ Programmiersprache, Euro, 4. Auflage, Addison-Wesley, 2000, verschiedene Auflagen in Deutsch/Englisch in der Bibliothek in Duisburg und Essen Spezifisch für den Microsoft-Umgebung: Andre Willms, Einstieg in Visual C , Euro, Galileo Press, 2007 Jedes andere, aktuelle C++-Buch (kein C, kein C#!). 8

9 O. Rheinbach 9 Ziel des Kurses Beherrschen von der strukturierten und objektorientierten Programmierung mit C++. Programmierkenntnisse (in einer beliebigen Sprache) sind hilfreich für Numerik I, Kryptographie,... Zielgruppe: Studenten ohne Programmierkenntnisse und Umsteiger von anderen Programmiersprachen. Bestehen des Kurses verlangt erfolgreiches Bearbeiten der Programmierübungen, des Abschlussprojektes und Bestehen eines kleinen Tests. 9

10 O. Rheinbach 10 Was ist eine Programmiersprache? Hauptspeicher Speichert Daten und Programme in Form von Binärzahlen ( Bytes ), etwa CPU/Prozessor Führt die Programme im Speicher aus, liest und schreibt in den Speicher und auf Bildschirm, Festplatte, Netzwerk. 10

11 O. Rheinbach 11 Hauptspeicher Speichert achtstellige Binärzahlen (=1 Byte), d.h. Zahlen zwischen 0 und = Jedes Byte hat eine eindeutige Nummer ( Adresse ) im Adressraum. PCs haben heute Hauptspeicher in den Gigabytes, Mobiltelephone zwischen 10 und 500 Megabytes (iphone 3GS: 256 MB, HTC Touch HD2: 576 MB) und Supercomputer (verteilten) Hauptspeicher > 1 Terabyte. 1 Terabyte= Bytes, 1 Gigabyte= Bytes, 1 Megabyte= Bytes 11

12 O. Rheinbach 12 Auch Zeichen werden als Binärzahlen abgespeichert! Auch Zeichen werden als Binärzahlen dargestellt: Auszug aus der ASCII-Tabelle (Binärdarstellung, Oktaldarstellung, Dezimaldarstellung, Hexadezimaldarstellung, Zeichen). 12

13 O. Rheinbach 13 Prozessoren Es gibt eine große Anzahl unterschiedlicher Prozessoren. PCs enthalten heute entweder Intel-Core-2-/Intel-Corei7- oder AMD-Athlon/Phenom- Prozessoren. Auch Apple-Rechner enthalten heute Prozessoren der Firma Intel. Prozessoren sind getaktet, in jedem Takt wird (etwa) ein Befehl abgearbeitet Der Takt aktueller PC-Prozessoren liegt zwischen mehreren 100 Mhz (iphone: 400 Mhz= Takte pro Sekunde) bei einem Mobiltelefon und mehreren Ghz (IBM Power6: 5 Ghz = /s) 13

14 O. Rheinbach 14 Prozessoren 40 Jahre lang, bis ca verdoppelte sich die Rechenleistung der neusten Prozessoren alle 18 Monate (Mooresches Gesetz). ABER: Es gibt theoretische Grenzen für die Leistung eines Einzelprozessors, gegeben durch die Lichtgeschwindigkeit und einzelne Atome als Transistoren. Es treten physikalische Probleme auf, das Mooresche Gesetz gilt seit ca schon nicht mehr. Lösung: Paralleles Rechnen auf dem Desktop: Mehrere Prozessoren (Kerne/ Cores ) in einem Chip, Mehrkernprozessoren. 14

15 O. Rheinbach 15 Prozessoren und ihre Maschinensprache Prozessoren sind Automaten, sie verstehen nur Maschinensprache, etwa: 00004f a Gravierende Nachteile! 1. Maschinensprache ist spezifisch für einen Prozessortyp, etwa Intel x86, ARM, PowerPC, Itanium, Cell usw. 2. Sie ist für Menschen schlecht lesbar. 15

16 O. Rheinbach 16 Assembler Assemblercode ist für Menschen lesbar gemachte Maschinensprache. andl movl subl movl movl imull movl movl leave ret $-16, %esp $0, %eax %eax, %esp $2, -4(%ebp) -4(%ebp), %eax -4(%ebp), %eax %eax, -4(%ebp) $0, %eax 16

17 O. Rheinbach 17 Hochsprache Äquivalenter Code in einer Hochsprache (C/C++) int i; i=2; i=i*i; Ein Übersetzungsprogramm (Compiler oder Interpreter) muss diese Befehle in Maschinensprache übersetzen, bevor der Prozessor sie ausführen kann. 17

18 O. Rheinbach 18 Warum C++? Für fast alle Computer kann in C++ entwickelt werden. C++ ist die objektorientierte Erweiterung von C. Die am weitesten verbreiteten Betriebssysteme Windows, Linux und MacOS sind in C geschrieben. C++ ist weit verbreitet, seit 1998 ANSI-standardisiert und portabel. C++ ist Java sehr ähnlich. Java wurde ursprünglich bei SUN Microsystems als eine vereinfachte C++- Variante entwickelt. 18

19 O. Rheinbach 19 Warum C++? (2) C++ kann kompiliert werden, ist daher schnell und geeignet für Numerik/wissenschaftliches Rechnen, High Performance Computing. Betriebssysteme: Windows, Linux/Unix, MacOS X, uvm. Architekturen: Vom Smartphone bis zum Supercomputer C++ gehört zu denen von Microsoft im.net- Framework unterstützten Sprachen. Damit kann C++ zu Maschinensprache kompiliert werden, aber auch in die Common Intermediate Language (ähnlich Java- Bytecode) übersetzt werden. 19

20 O. Rheinbach 20 Aufgaben bis zum nächsten Mal MS Visual Studio herunterladen und installieren. Elektronische Zugangskarte (weiße Karte) für den PC-Pool besorgen, beim ZIM in der Schützenbahn oder beim e-point in der roten Bibliothek. Eine Mail an schreiben, mit der Kartennummer, damit die Karte für das elektronische Schloss freigeschaltet werden kann. Uni-Account+Passwort bereithalten (zum Einloggen im PC-Pool). 20

21 O. Rheinbach 21 Kursmaterialien? Dieser Kurs orientiert sich (zum Teil) an dem Buch von Breymann und verwendet (zum Teil) auch die zugehörigen, frei herunterladbaren Folien, siehe 21