Ohne C zu C++: Eine aktuelle Einführung für Einsteiger ohne C-Vorkenntnisse in die objekt-orientierte Programmierung mit C++

347 Pages·2001·16.54 MB·German

by  Peter P. Bothner

Peter P. Bothner
Wolf-Michael Kahler
OhneCzuC++
Ole Bilcher der Reihe .Ausbildung und rudium" bi ten praxisorientiene Einfilh
rungen filrdfe Aus-und Weiterblldung sowl Bausteine rureln erfolgreiche beruf:-
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von Ekkehard Kaler von Michael Bel6wenger
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und Uwe Bernhardt
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Peter P. Bothner
Wolf-Michael Kahler
OhneCzuC++
Eine aktuelle EinfUhrung fUr Einsteiger
ohne C-Vorkenntnisse
in die objekt-orientierte Programmierung mit C++
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vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
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1. Auflage September 2001
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betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften.
Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf saurefreiem Papier
ISBN-13 :978-3-528-05780-0 e-ISBN-13:978-3-322-83093-7
DOl: 10.1007/978-3-322-83093-7
... schon mal vorab:
In diesem Buch gibt es kein
"Hello world" -Programm!
Vorwort
Bei der Herstellung von Anwendungssoftware wird heutzutage in zunehmendem Maf3e
objekt-orientiert programmiert. Dabei ist C++ die am haufigsten eingesetzte Program
miersprache. Da die Elemente der Programmiersprache C in C++ integriert sind, besitzt
C++ einen machtigen Sprachumfang. Diese von professionellen Programmierern geschatz
te Leistungsfahigkeit macht es dem Programmieranfanger nicht leicht, C++ zu erlernen.
Bei einer Einfiihrung in die objekt-orientierte Programmierung mit C++ kommt daher
der Art und der Reihenfolge, in der die einzelnen Sprachelemente vorgestellt werden, ein~
besondere Bedeutung zu.
Da C++ als objekt-orientierte Weiterentwicklung der Programmiersprache C entstanden
ist, werden in vielen C++-Biichern zunii.chst die Sprachelemente von C beschrieben. Erst
danach werden die C++-spezifischen Sprachelemente erlautert, die die objekt-orientierte
Programmierung im Hinblick auf die grundlegenden Konzepte - wie z.B. das Klassen
Konzept, die Vererbung und den Polymorphismus - erst ermoglichen. hn Unterschied zu
einem derartigen klassischen Aufbau von C++-Biichern ist dieses Buch nicht in einen
C-Teil und einen C++-Teil gegliedert, sondern stellt von Anfang an die Denkweise der
objekt-orientierten Programmierung in den Vordergrund. Dabei werden vom Leser weder
C-Kenntnisse noch Vorkenntnisse in der Programmierung erwartet.
Dieses Buch ist nicht als Nachschlagewerk konzipiert, in dem die Sprachelemente sum
marisch aneinandergereiht sind. Vielmehr werden die wichtigsten Begriffe der objekt
orientierten Programmierung und die Sprachelemente von C++ schrittweise an einem
durchgiingigen einfachen Anwendungsbeispiel vorgestellt. Bei dieser praxisorientierten Ein
fiihrung werden die einzelnen Sprachelemente erst dann erlautert, wenn sie zur Program
mierung eines Losungsplans benotigt werden.
hn Hinblick auf die Planung und Umsetzung von Losungsplanen wird der Leser zusatz
lich mit dem Einsatz von Werkzeugen vertraut gemacht, die den Prozess der Software
Herstellung unterstiitzen. Hierzu werden unter anderem Grafiken - wie z.B. die UML
Notation und die Struktogramm-Darstellung - verwendet, die die Kurzbeschreibung von
Losungskomponenten erleichtern. Diese Darstellungstechniken sollen dem Programmier
anfanger nicht nur den Einsatz von Werkzeugen nahe bringen, sondern ihm auch bewusst
machen, dass es sich bei der Programmierung um eine erlernbare ingenieurma6ige Tatig
keit - und nicht um eine besondere Form kiinstlerischen Schaffens - handelt.
vi
In dieser Einfiihrung wird auch erlautert, wie zwischen dem Anwender und dem erstellten
Software-Produkt - durch den Einsatz von Fenstern - kommuniziert werden kann. Da sich
der fenster-gestiitzte Dialog nicht mehr auf die Beantwortung von Eingabeanforderun
gen beschriinkt, sondern Ereignisse - wie z.B. die Betatigung von Schaltflii.chen innerhalb
eines Fensters - bestimmte Anforderungen zur Ausfiihrung bringen konnen, miissen ent
sprechende Kommunikationsmechanismen der Programmierung zugiinglich sein. Diese Art
von Programmierung zlihlt nicht nur zu den Starken von objekt-orientierten Programmier
sprachen, sondern bestimmt auch vornehmlich deren Einsatzfeld.
Bei der Programmierung in C++ verwenden wir exemplarisch die Programmierumge
bung "Visual C++, Version 6.0" der Firma "Microsoft", die bei der professionellen Pro
grammierung eine marktfiihrende Position einnimmt. Dieses Vorgehen solI dem Leser ver
mitteln, wie sich der Programmierer heutzutage bei der Losung von Problemstellungen
unterstiitzen lassen kann. Der Einsatz dieser Programmierumgebung stellt keine Ein
schriinkung im Hinblick auf die grundlegenden ProblemlOsungen dar, deren Entwicklung
den Leser dieses Einfiihrungsbuches an die Basistechniken der C++-Programmierung her
anfiihren solI .
... und iibrigens: Die Programmzeilen der grundlegenden Programme, die in diesem Buch
vorgestellt werden, sind unter der WWW-Adresse .. www.uni-bremen.de/-cppkurs" abruf
bar.
Den Herren cando inf. M. Skibbe und Dipl.-Biologe M. Ellola danken wir fiir die kritische
Durchsicht des Manuskriptes und die zahlreichen Verbesserungsvorschlage.
Bremen/ Ritterhude Peter P. Bothner und Wolf-Michael Kahler
im August 2001
Inhaltsverzeichnis
1 Probiemstellung und Planung der Losung 1
1.1 Problemstellung und Problemanalyse . 1
1.2 Ansatz fUr einen Losungsplan . . 2
1.3 Formulierung des Losungsplans . 4
1.3.1 Der Begriff des "Objekts" 4
1.3.2 Der Begriff der "Klasse" . 6
1.3.3 Der Begriff der "Instanz" 8
1.3.4 Der Begriff der "Member-Funktion" 11
1.3.5 Der Begriff der "Message" . . . . . . 14
1.3.6 Programmierumgebung und Klassen 16
1.3.7 Zusammenfassung .. 19
2 Entwicklung des Losungsplans 21
2.1 Vereinbarung der Klasse "WerteErfassung" 21
2.1.1 Deklaration der Member-Funktionen 21
2.1.2 Deklaration der Konstruktor-Funktion 22
2.1.3 Deklaration einer Klasse ....... . 23
2.1.4 Header-Dateien und Direktiven . . . . 25
2.2 Vereinbarung von AusfUhrungs-Funktion und Bibliotheks-Funktionen . 27
2.2.1 Die Ausfiihrungs-Funktion "main" .27
2.2.2 Kommentare . . . . . . 29
2.2.3 Programm-Dateien ........ . 29
2.2.4 Bibliotheks-Funktionen ..... . 31
2.3 Entwicklung der Konstruktor-und Member-Funktionen 33
2.3.1 Definition der Konstruktor-Funktion ...... . 33
2.3.2 Die speziellen Instanzen "ein", "eout" und Literalkonstanten 34
2.3.3 Besehreibung der Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . 35
viii INHALTSVERZEICHNIS
2.3.4 Initialisierungs-Anweisung . 37
2.3.5 Zuweisung und Ausdrucke . 37
2.3.6 Die while-Anweisung .... 41
2.3.7 Die Pseudo-Variable "this" 42
2.3.8 Die Member-Funktion "durchfuehrenErfassung" 43
2.3.9 Die Member-Funktion "sammelnWerte" 44
2.3.10 Die Member-Funktion "anzeigenWerte" 46
2.3.11 Die for-Anweisung ........... . 49
2.3.12 Einsatz globaler Variablen ....... . 50
2.3.13 Zusammenstellung der Funktions-Definitionen . 51
3 Durchitihrung des Losungplans 53
4 Erweiterung des Losungsplans 63
4.1 Parallele Erfassung ................. . 63
4.1.1 Ansatz zur .Anderung der Losungs-Strategie 63
4.1.2 Funktions-Aufruf mit Argumenten .. . 64
4.1.3 Vereinbarung einer Klassen-Funktion ... . 07
4.1.4 .Anderung des bisherigen Losungsplans . . . 69
4.1.5 Entwicklung eines Losungsplans fUr die parallele Erfassung 71
4.1.6 Konstruktor-Funktion mit Initialisierungsliste .... 71
4.1.7 .Anderungen in "WerteErfassung.h" und "Main.cpp" 76
4.1.8 Die if-Anweisung .............. . 77
4.1.9 Losungsplan fUr die parallele Erfassung ..... . . 80
4.2 Berechnung und Anzeige des Durchschnittswertes . . . . . . 81
4.2.1 Losungsplan zur Berechnung des Durchschnittswertes 81
4.2.2 Funktions-Ergebnis und return-Anweisung . 82
4.2.3 Vereinbarung der Klasse "WerteErfassung" ..... . 83
4.2.4 .Anderung der Programm-Dateien ........... . 84
4.2.5 Definition der Member-Funktion "berechnenDurchschnitt" . 84
4.2.6 Definition der Member-Funktion "anzeigenDurchschnitt" 87
4.3 Wandlung und Verarbeitung der erfassten Werte . . . . . . . . 88
4.3.1 Einsatz eines Sammlers der Basis-Klasse "CUIntArray" 88
4.3.2 Erganzung der Bibliotheks-Funktionen ......... . 91
4.3.3 Verschachtelung von Funktions-Aufrufen ........ . 92
4.3.4 Erganzung der Programm-Datei "WerteErfassung.cpp" 93
INHALTSVERZEICHNIS ix
5 Spezialisierung des Losungsplans 97
5.1 Vererbung ............ . 97
5.2 Klassen-Hierarchie und Polymorphismus 99
5.3 Entwicklung eines L6sungsplans. . . . . · 102
5.3.1 Strukturierung des L6sungsplans · 102
5.3.2 Vereinbarung einer Unterklasse . · 104
5.3.3 Instanziierung aus einer abgeleiteten Klasse .105
5.4 Der L6sungsplan .................. . · 109
5.5 Virtuelle Member-Funktionen ........... . · 111
5.6 L6sung Ullter Einsatz einer virtuellen Member-Funktion . 114
5.7 Ausfiihrung von iiberdeckten Member-Funktionen. . . . . 116
5.8 Uberladen von Member-Funktionen und Signatur von Funktionen . . 118
5.9 Uberdeckung von Member-Variablen . 120
5.10 Abstrakte Klassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.11 Sortierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.11.1 Problemstellung und Strukturierung des L6sungsplans . 123
5.11.2 Beschreibung des L6sungsplans . 124
5.11.3 Die L6sung . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6 Hierarchische Gliederung von Losungspliinen 133
6.1 Berechnung der Kennzahl "Median" ..... . 133
6.1.1 Die Problemstellung . . . . . . . . . . . . 133
6.1.2 Festlegung der Klassen-Deklarationen . .134
6.1.3 Definition der Member-Funktion "median" .137
6.1.4 Die Programm-Datei "Main.cpp" bei der Median-Berechnung · 139
6.1.5 Alternative L6sung . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
6.2 Berechnung der Kennzahl "Modus" . . . . . . . . . . . . · 148
6.2.1 Problemstellung und Strukturierung der L6sung .148
6.2.2 Definition der Member-Funktion "modus" .... · 150
6.2.3 Mehrfachverzweigung und switch-Anweisung .. · 155
6.2.4 Die Programm-Datei "Main.cpp" bei der Modus-Berechnung · 157
7 Weiterentwicklung des Losungsplans 159
7.1 Zugriff auf Member-Variablen und Vorwarts-Deklaration . · 159
7.2 Berechnung mehrerer Kennzahlen .. · 164
7.3 Freund-Funktion und Freund-Klasse · 168
7.4 Funktions-Schablonen ....... . 176
7.5 Einsatz der Mehrfachvererbung .. . 181
7.6 Hierarchische Gliederung von Klassen 190