OMSI / Teil 1 / C++ Andreas Blunk. 5. April 2006, Berlin

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1 OMSI / Teil 1 / C++ Andreas Blunk 5. April 2006, Berlin Zusammenfassung Dieses Dokument ist eine Ergänzung zu den Folien von C++ aus dem 1. Teil der Vorlesung Objektorientierte Modellierung, Spezifikation und Implementierung (OMSI) im Wintersemester 2005/2006. Es ersetzt weder die Vorlesung noch die Folien. Inhaltsverzeichnis 1 Inhalt der Folien 2 2 Ergänzungen zu den Folien aus der Vorlesung Datentypen Zeiger auf Felder Referenztypen Konstantentypen Strukturtypen Ausdrücke Reihenfolge Funktionen Deklaration Eigene Ergänzungen Exceptions Komponentenzeiger Für einfache Datentypen Für Elementfunktionen

2 1 Inhalt der Folien 1 Inhalt der Folien Der Schwerpunkt der Vorlesung liegt auf der Diskussion von Konzepten anhand von Beispielen. Es werden C++-spezifische Konzepte und semantische Unterschiede gleichartiger Konzepte in Bezug auf Java erörtert (C++ für Java-Kenner). VL Einführung Eigenschaften von C++ und Unterschiede zu Java VL Einführung Historie Einführung Vergleich zwischen Java und C Einführung Java: Objects by Reference Einführung C++: Objects by Value Einführung Lexik (Kommentare, Operatoren, Schlüsselwörter) VL Einführung Lexik (cont.) Datentypen build-in Typen, Enumerations, Felder, typedefs Datentypen Zeiger (Art der Typisierung, Speicherfreigabe) VL Datentypen Zeiger (Klassen, Felder siehe auch 2.1.1) Datentypen Zeichenketten Datentypen std::string 52 Datentypen Referenztypen siehe auch VL Datentypen Konstantentypen siehe auch Datentypen Strukturtypen (struct, class, union) siehe auch VL6 62 Ausdrücke Vergleich zu Java; Reihenfolge siehe auch Funktionen Deklaration vs. Definition (siehe auch 2.3.1) 66 Funktionen static 67 Funktionen inline 68 Funktionen default arguments 2

3 1 Inhalt der Folien VL7 69 Funktionen default arguments Funktionen linkage Direktive, name mangling, overloading 71 Anweisungen while, do, for, if Anweisungen lokale Blöcke, Prinzip von Definition und Vernichtung 74 Anweisungen Wo und wie lange leben Objekte? Anweisungen Switch 78 Exceptions Syntax VL Exceptions Ablauf (exception handling) Exceptions stack unwinding, re-throw, std::terminate Exceptions exception specifications (Java vs. C++), Destruktoren VL Klassen Klassenkonzept 91 Klassen Arten von Konstruktoren, Destruktor 92 Klassen Objekt-Identität 93 Klassen Deklarationen, Typen 94 Klassen Konstruktorparameter: direct and copy inizialization (elision) 95 Klassen Konstruktoren: Exceptions werden re-thrown Klassen Initialisierung vs. Zuweisung VL Klassen Resource acquisition is initialization (of an object) 106 Klassen Copy-Konstruktor: shallow copy, deep copy Klassen static member VL Klassen spezielle Zeigertypen auf Member (neue Operatoren) Klassen Vererbung VL Klassen Vererbung: Copy-Konstruktor 115 Klassen Vererbung: implizite Projektion Klassen Vererbung: Zugriffsrechte 118 Klassen Vererbung: overload resolution vs. access check 119 Klassen Vererbung: keine IST-EIN-Relation bei private-vererbung 120 Klassen Friends 3

4 1 Inhalt der Folien VL Klassen Friends 123 Klassen Intermezzo: Fehler im Code finden 124 Klassen Muster: Unikat 125 Klassen Muster: Singleton 126 Klassen Muster: Factory 127 Klassen Muster: No Klassen Polymorphie von Zeigern und Referenzen, virtual, binding 131 Klassen vptr, vtbl VL Klassen vptr, vtbl 135 Klassen kovariante Ergebnistypen Klassen überdeckung virtueller Funktionen VL Klassen virtuelle Konstruktoren bzw. Destruktoren?? Klassen Überladung bei abgeleiteten Klassen 145 Klassen abstrakte Klassen 146 Klassen Operatoren mit nutzerdefinierter Semantik VL Klassen Operatoren 158 Klassen The three common levels of exception safety. 159 Klassen exception safe copy assignement Klassen wurde in der Vorlesung nicht mehr gelesen 4

5 2 Ergänzungen zu den Folien aus der Vorlesung 2 Ergänzungen zu den Folien aus der Vorlesung 2.1 Datentypen Zeiger auf Felder Korrektes C++? Wenn ja, was wird ausgegeben? using std;... cout<<1[ ]<<2[ ]<<endl; Das C++ ist korrekt und die Ausgabe ist das Zeichen <. cout Ausgabe << Shift-Operator 1[ ]<<2[ ] Zeiger auf das erste Zeichen in der Zeichenkette ]<<2[ << Shift-Operator endl; Zeilenende p[1] = *(p+1) = *(1+p) = 1[p] Referenztypen Call-By-Reference Das folgende Programm mit Referenzen: void f(int& r) { r++; } int i = 1; f(i); // Effekt nach außen ist in seiner Wirkung äquivalent zu einem Programm mit Zeigern: void f(int* r) { *r++; } int i = 1; f(&i); // Effekt nach außen Konstantentypen const T t; // der Typ von t ist: const T int* const i; // die Adresse des ref. Objekt ist konstant const int* i; // der Zeiger ref. ein konstantes Objekt int f[10] <=> int* const f // Werte änderbar const int f[10] <=> const int* const f // Werte nicht änderbar char* p = xyz ; // Typ: const char* // Einzige Ausnahme! Schreibender Zugriff verboten! 5

6 2 Ergänzungen zu den Folien aus der Vorlesung Strukturtypen alignment 2.2 Ausdrücke Reihenfolge ((f(x) + g(y)) + h(x,y) Es ist unbestimmt in welcher Reihenfolge f, g und h aufgerufen werden! std::cout<<foo()<<foo()<<foo(); Auch hier ist die Reihenfolge unbestimmt! 2.3 Funktionen Deklaration Falsch: class A { B* myb; } // Deklaration von B?? class B { A* mya; } Richtig: class A { class B* myb; } class B { A* mya; } 6

7 3 Eigene Ergänzungen 3 Eigene Ergänzungen 3.1 Exceptions Sprachmittel zur Behandlung von Fehlern, die im Programmablauf auftreten kann insbesondere zur Behandlung von Fehlern in Konstruktoren eingesetzt werden (weil Exceptions sind ohne Parameter und Rückgabewerte) Exceptions sind Objekte mit entsprechenden Fehlerklassen Motivation: Möglichkeit den normalen Datenfluß von der Fehlerbehandlung zu trennen Fehlerklassen (Parametrisierung, Hierarchien) catch(string::rangeerror error) {.. error.index.. } bei lokalen Objekten müssen Kopien angelegt werden, falls diese an die Fehlerklasse übergeben werden. Grund: diese könnten beim Stack-Unwinding zerstört werden! Möglichkeit alle Fehler gemeinsam oder spezielle Fehler einzeln zu behandeln geordneter Rückzug Stack-Unwinding (Vernichtung lokaler Objekte nacheinander in allen Gültigkeitsbereichen) selbst wenn Fehler nicht behandelt wird: kein Programmabbruch sondern Programm wird geordnet beendet im Gegensatz zu exit() werden alle Destruktoren lokaler Objekte gerufen Kein Rücksprung zu einer auslösenden Exception! Es wird nach catch() fortgesetzt! catch(...) bedeutet: beliebige Exceptions werden gefangen catch() { throw; } wirft den Fehler erneut nach weiter oben set terminate() für anderes Fehler beim Programmende durch terminate() Aber: terminate()-funktion parameterlos und ohne Rückgabewerte Wenn ein Destruktor, der wegen einer Exception aufgerufen wurde, selbst eine Exception auslöst, dann wird terminate() gerufen. Keine Überlagerung von Exceptions! Exception Specifications beschreiben, welche Exceptions von einer Funktion nach außen gereicht werden können. Intern ist mehr möglich! void f () throw (String::RangeError); 7

8 3 Eigene Ergänzungen unexpected() wird gerufen, falls nicht in throw()-liste und keine interne Behandlung, danach wird terminate() gerufen set unexpected() für anderes Verhalten 3.2 Komponentenzeiger Für einfache Datentypen Zeiger auf eine Integer-Komponente von KLASSE. int KLASSE::* intptr; Zuweisung der Adresse der Integer-Komponente xyz von KLASSE. intptr = &KLASSE::xyz; Zugriff auf die Komponente über den Zeiger. KLASSE obj; obj.*intptr = 7; Das gleiche, aber mit einem Objektzeiger. KLASSE* op = &obj; op->*intptr = 7; Für Elementfunktionen Deklaration von funcptr als Zeiger auf eine Funktion der Klasse KLASSE, die ohne Parameter aufgerufen wird und den Rückgabetype void besitzt. void (KLASSE::*funcPtr) (); Die gleiche Deklaration mit der Definition eines eigenen Datentyp. typedef void (KLASSE::*KlassenFunktion) (); KlassenFunktion funcptr; Elementfunktion, auf die funcptr zeigt, für Objekt obj aufrufen. KLASSE obj; (obj.*funcptr) (); 8

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