Effektiv Programmieren in C und C++: Eine aktuelle Einführung mit Beispielen aus Mathematik, Naturwissenschaft und Technik

493 Pages·2001·24.95 MB·German

by  Dietmar Herrmann (auth.)

Dietmar Herrmann
Effektiv Programmieren
in C und C++
Die Bücher der Reihe ~Ausbildung und Studium~ bieten praxisorientierte
Einführungen für die Aus- und Weiterbildung sowie Bausteine für ein
erfolgreiches berufsqualil1zierendes Studium.
Unter anderem sind erschienen:
Turbo Pa_I We.-laer für Einführung In UNIX
Auablldun, und Studium von Wemer Brecht
von Ekkehard Kaier
Grundkurs JAVA
o.lphl EHentIals von Dietmar Abts
von Ekkehard Kaler
PLjI für Workstatlona
Pro. ...m mleren mit Fortran 90 von Eberhard $Iunn
von Hans-Peler Bäumer
Modul. . KI ....n . V.rtrip
Wlrtsehafhmathenlatlk mit von Karlheinz Hug
dem Comput.r
Aufbaukurs Wirtschafts..
von Hans Benker
Informatik
D.tentMink-E"lineerln, von Dietmar Abts und Wilhelm Mülder
von Alfred Moos und Gerhard Daues
Onll..-Publlahln, für Studenten
Vlaual haie:: EHentlala und W1nenschaftler
von Ekkehard Kaier ' von Michael BeißlI'enger
Exc::el fOr BetrIebswirte Vlsual h.le für
von Robert Horvat technische An_ndunpn
und Kambiz Koochaki von ]ürgen Radel
Praktische Gnlndkurs AllOrithmen
Systemprogramml.run, und Datanstnlkturen
von Helmut Weber von Andreas Solymosi
und Utrich Grude
Inpnl.urmathematlk mit
Compl.lten.lpbra-Systemen Theorie und Praxla
von Hans Benker
von Rene Steiner
Exeel für Technlk.r
und Inpnleure ObJektorientierte
von Hans-Jürgen Holland ProBJ'Smmlarun,ln JAVA
und Uwe Bemhardt von Dito Rauh
RelatIonai. . und objekt Gnlndkurs Wirtschafts
relatIonai. . SQL Informatik
von Wolf-Michael Kähler von Dletmar Abts und Wilhelm Mülder
Kostenstellanrechnung Mana,ementvon
mit SAP-R/3- Gaschlftapt"OZ. ...n
von Franz Klenger und Ellen Falk von Andreas Gadatsch
Kalms
effektiv Pro. ...m mleren
OBERON InCundC++
von B. Marincek, J.L. Marais von Dietmar Henmann
und E. fe1ler
Studlenfiihrer
WIrtschaftlIInformatIk
von Peler Mertens, Peter Chamoni,
Dieter Ehrenberg, Joachim Griese,
Lutz /. Heinri~h und Karl Kurbel (Hrsg.)
Vieweg
Dietmar Herrmann
Effektiv Programmieren
in C und C++
Eine aktuelle Einführung
mit Beispielen aus Mathematik,
Naturwissenschaft und Technik
5., überarbeitete und verbesserte Auflage
~
vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei
Der Deutschen Bibliothek erhältlich.
1. Auflage 1989
2., überarbeitete Auflage 1990 (Nachdruck 1991)
3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 1996
4., aktualisierte und erweiterte Auflage 1999
5., überarbeitete und verbesserte Auflage Februar 2001
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001
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Buch ist auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweiß
folie besteht aus Polyäthylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei
der Herstellung noch bei der Verbrennung Schadstoffe freisetzen.
Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf säurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-44655-0 ISBN 978-3-322-94365-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-94365-1
Die vierte Auflage dieses Buchs ist so freundlich aufgenom
men worden, dass der Verlag sich zur Herausgabe einer Folge
auflage entschlossen hat.
Obwohl sich im Bereich der Programmiersprachen einige
Neuerungen ergeben haben, hat C seine grundlegende Position
als Programmiersprache behalten:
• Microsoft hat eine auf der C-Syntax basierende Program
miersprache C# (gesprochen C sharp) als Konkurrenzpro
dukt zu Java entwickelt. Damit ist C nun Mutter einer gan
zen Sprachenfamilie geworden.
• Die wichtigste Neuerung ist die Verabschiedung der neuen
ANSI/ISO Norm 9899:1999, die die frühere ANSI!ISO Norm
9899:1990 ersetzt. Diese neue Version von C wird nun C99
genannt. Bereits 1995 kam es zu einer Erweiterung der C
Norm durch das Amendment 1, das die Verwendung von in
ternationalen Zeichensätzen mittels der Norm ISO/IEC
10646 regelte.
Die neue C-Norm enthält neben anderem:
• neue Datentypen wie long long oder long double,
• erweiterte int-Typen wie int32_t,
• von C++ übernommene Elemente wie const, sizeof, Kom
mentare mit / / und die Blockstruktur von Kontrollanwei
sungen.
Wie man sieht, ist das Programmieren in C immer noch aktuell;
das Erlernen der C-Syntax liefert Zugang zur erfolgreichsten
Familie der Programmiersprachen (C, C++, Java, C#).
v
Vorwort
Die Möglichkeit zum Download des Quelleodes aller im Buch
enthaltenen Programme besteht bei der Internet-Adresse:
http://www.informatik.fh-muenchen.de/-dietmar
Wichtig für das Herunterladen ist, dass die Java-Option Ihres
Browsers aktiviert ist.
In der vorliegenden 5. Auflage habe ich insbesondere den Er
fordernissen der neuen deutschen Rechtschreibung Rechnung
getragen, aber auch ansonsten das Werk nochmals durchge
sehen und einige kleinere Verbesserungen durchgeführt.
Möge die Anerkennung auch dieser Auflage möglichst breit
zuteil werden. Sollten Sie Fragen oder Hinweise ahben, freue
ich mich auf eine Nachricht.
Anzing, Januar 2001
Dietmar Herrmann (dietmar. [email protected])
Vorwort zur 4. Auflage
C hat sich schon seit vielen Jahren als die wichtigste professi
onelle Programmiersprache bewährt. Seit langem hat C sein
textgebundenes UNIX-Image überwunden und ist an allen
Maschinen in einer grafisch-visuellen Benutzeroberfläche
vertreten.
Das Buch ist als Arbeitsbuch für alle Leser geschrieben, die
selbst am Rechner Erfahrungen in dieser wichtigen Program
miersprache sammeln wollen. Das Buch ist kein Lehrbuch,
das mit einigen wenigen Programmfragmenten enzyklopä
disch alle Sprachelemente in systematischer Weise abhandelt
Der Leser kann sich vielmehr an über 150 C-Programmen bei
spielorientiert in die Sprache einarbeiten. Die Neuerungen der
ANS I C-Norm, die fast alle in C++ ihren Niederschlag gefun
den haben, werden ausführlich referiert. Die Darstellung setzt
voraus, dass der Leser seinen Rechner und sein Betriebs
system kennt und nach dem Laden des Quelltexts in einen
Editor das Programm mittels eines C- bzw. C++-Compilers
zum Laufen bringt.
Das Buch ist ursprünglich aus Aufzeichnungen für Kurse aus
dem Bereich Lehrerausbildung entstanden, es wurde mehrfach
als Basis für eine Vorlesung "Programmieren 1 und 2" an der
Fachhochschule München verwendet. Die vorliegende 4. Auf
lage wurde gänzlich überarbeitet, aktualisiert und erweitert.
Die Bedeutung von C ist in den letzten Jahren durch die Ein
führung der Programmiersprache C++ noch wesentlich ge
wachsen. B. STROUSTRUP wählte bewusst C als Basis für seine
objektorientierte Spracherweiterung. Eine vertiefte Kenntnis
von C ist sicher ein idealer Einstieg in C++. Das Buch bietet in
den Kapiteln 18 bis 20 einen elementaren Einstieg in die ob
jektorientierte Programmierweise.
Da auch James Gosling die CIC++-Syntax für seine Program
miersprache JAVA gewählt hat, ist die C-Syntax zur universel
len Ausdrucksweise geworden und hat die Pascal-Syntax
VII
Vorwort zur 4. Auflage
längst verdrängt. Obwohl die Philosophie von JA VA eine
ganze andere als die von C ist, kann man mit C-Kenntnissen
JA VA-Programme weitgehend verstehen, da dort alle Kon
trollstrukturen, Datentypen (bis auf array und enum) und die
Funktionen übernommen wurden. Die Datentypen Boolesche
Werte (boolean) und Zeichenketten (strings) sind in JAVA,
anders als in C++, vordefinierte Klassen.
Kapitel 1 liefert einen Überblick in die Entstehung und Philo
sophie von C. Kapitel 2 legt die Grundlagen der Syntax von
C, die im Gegensatz zu anderen Programmiersprachen ge
wöhnungsbedürftig ist.
Ausführlich werden im Kapitel 3 die einfachen Datentypen,
ihre Speicherformate, mögliche Typumwandlungen (casts),
die Fallstricke der Computer-Arithmetik und die grundlegen
den Ein- und Ausgabefunktionen dargestellt.
Die grundlegenden Kontrollstrukturen behandelt Kapitel 4. Das
folgende Kapitel 5 zeigt das Arbeiten mit Reihungen und Zei
chenketten. In C sind die Pointer aus Kapitel 6 ganz eng mit
Reihungen verbunden, die die knifflige Seite von C darstellen.
Die Funktionen werden in Kapitel 7 ausführlich und umfas
send dargestellt. Seine Flexibilität verdankt C vor allem der
Vielfalt von Funktionen, seien es mathematische, Zeichenket
ten- oder System-Funktionen.
Nach einer kurzen Diskussion der Speicherklassen in Kapi
tel 8 folgt in Kapitel 9 eine breite Darstellung von Operatoren
in C. Die Schreib- und Verwendungsweisen von Operatoren
von C sind nicht immer selbsterklärend, da manche Operato
ren in mehrfacher Bedeutung angewandt werden. Hinzu
kommt noch, dass in C++ fast alle Operatoren durch Überla
den weitere Bedeutungen erhalten können.
Kapitel 10 beginnt mit der Rekursion als spezielle Program
miertechnik. Diese Techniken werden dann im Kapitel 15
fortgesetzt durch eine Diskussion weiterer Techniken wie Tei
le-und-Herrsche-, Backtracking- und Branch & Bound
Methoden.
VIII
In Kapitel 11 erfolgt die Behandlung der höheren Datentypen
wie Aufzählungstypen, Verbunde, Strukturen und Bitfelder,
Diese werden ergänzt durch die selbst definierten, dynami
schen Datentypen wie Listen, Binärbäume u. a. in Kapitel 12.
Hinweise zum Präprozessor und zum Einbinden von Biblio
theksfunktionen liefert Kapitel 13. Die Standard-Ein- und Aus
gabe behandelt Kapitel 14.
MS-DOS-spezifisch ist Kapitel 16, das einige Beispiele zur
Systemprogrammierung zeigt. Den Abschluss des C-Teils bil
det Kapitel 17, das zehn Programme aus der Numerischen
Mathematik, Statistik und Grafik enthält.
Der C++-Teil des Buchs beginnt in Kapitel 18 mit einer Ein
führung in das objektorientierte Programmieren (OOP). Im
folgenden Kapitel 19 kann der Leser den Übergang von C
nach C++ nachvollziehen. Hier finden sich Neuerungen wie
Inline- und Template-Funktionen, Default-Parameter und die
objektorientierte Ein- u. Ausgabe.
Kapitel 20 enthält zehn C++-Programmen aus verschiedenen
Bereichen wie Wirtschaft, Numerik, Statistik, Physik und Astro
nomie. Sie zeigen, in welcher Vielfalt die Klassen - als selbst
definierte Datentypen - in den Naturwissenschaften Anwen
dung finden.
Den Abschluss des Buchs bildet das Kapitel 21, in dem das
Arbeiten mit der Standard Template Library (STL) aufzeigt. Die
se Bibliotheken liefern die wichtigsten Algorithmen und Daten
strukturen in Form von Template, d. h. datentypunabhängig.
Jeder Programmierer kann diese Templates, z. B. <vector'> mit
beliebigen eigenen Daten bzw. Klassen füllen. Dies ist eine er
hebliche Arbeitserleichterung für Programmierer.
Alle C/C++-Programme dieses Buches können Sie als Datei er
halten per Internet unter der URL:
http://www.informatik.fh-muenchen.de/-dietmar
Die im Buch enthaltene Programme entsprechen weitgehend
dem ANSI C++-Standard und sollten daher von allen gängigen
IX
VOIWort zur 4. Auflage
C- Compilern, die meist auch C++-Programme übersetzen
können, fehlerfrei akzeptiert werden.
Dem Vieweg-Verlag, insbesondere Herrn Dr. R. Klockenbusch,
danke ich für die Herausgabe des Buches nunmehr in der
4.Auflage. Besondere Unterstützung erfuhr ich durch Herrn
Th. Kregeloh, der das Layout des Buches erstellte, meine Bit
map-Grafiken ins Vektorformat umwandelte und auch die
Microsoft-Version der Grafikprogramme schrieb.
Anzing, Juli 1999
Dietmar Herrmann (dietmar. [email protected])
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