1 Über dieses Buch

25

1.1 Der C++-Standard

26

1.2 Verwendete Formatierungen

27

2 Vom Problem zum Programm

29

2.1 Was ist Programmieren?

30

2.2 Softwareentwicklungsmethoden

30

2.3 Entwurfsmuster

32

2.4 Algorithmen

33

2.5 Ressourcen

34

3 Programmieren in C++

36

3.1 Übersetzen

37

3.2 Aktuelle Compiler

37

3.2.1 Gnu C++

39

3.2.2 Clang++ der LLVM

39

3.2.3 Microsoft Visual Studio

39

3.3 Entwicklungsumgebungen

39

3.4 Die Kommandozeile unter Ubuntu

41

3.4.1 Ein Programm erstellen

42

3.4.2 Automatisieren mit Makefile

44

3.5 Die IDE »Microsoft Visual Studio Express« unter Windows

44

3.6 Schneller

47

3.7 Aufgaben

47

4 Ein ganz schneller Überblick

49

4.1 Kommentare

50

4.2 Die »include«-Direktive

50

4.3 Die Standardbibliothek

51

4.4 Die Funktion »main()«

51

4.5 Typen

51

4.6 Variablen

52

4.7 Initialisierung

52

4.8 Ausgabe auf der Konsole

53

4.9 Anweisungen

53

4.10 Aufgaben

54

5 Ohne Eile erklärt

56

5.1 Leerräume, Bezeichner und Token

58

5.2 Kommentare

59

5.3 Funktionen und Argumente

60

5.4 Seiteneffekt-Operatoren

61

5.5 Die »main«-Funktion

62

5.6 Anweisungen

64

5.7 Ausdrücke

66

5.8 Zuweisungen

68

5.9 Typen

69

5.9.1 Der Typ »int«

71

5.9.2 Der Typ »bool«

72

5.9.3 Die Typen »const char*« und »std::string«

72

5.9.4 Parametrisierte Typen

73

5.10 Variablen – Deklaration, Definition und Initialisierung

74

5.11 Details zur »include«-Direktive

75

5.12 Eingabe und Ausgabe

76

5.13 Der Namensraum »std«

77

5.14 Aufgaben

79

6 Programmiertechnik, 1. Dan: Lesbarer Code

81

6.1 Kommentare

81

6.2 Dokumentation

82

6.3 Einrückungen und Zeilenlänge

83

6.4 Zeilen pro Funktion und Datei

84

6.5 Klammern und Leerzeichen

84

6.6 Namen

86

7 Operatoren

89

7.1 Operatoren und Operanden

90

7.2 Überblick über Operatoren

90

7.3 Arithmetische Operatoren

91

7.4 Bitweise Arithmetik

92

7.5 Zuweisungsoperatoren

93

7.6 Post- und Präinkrement sowie Post- und Prädekrement

94

7.7 Relationale Operatoren

95

7.8 Logische Operatoren

95

7.8.1 Kurzschluss-Auswertung

95

7.8.2 Alternative Token

96

7.9 Pointer- und Dereferenzierungsoperatoren

97

7.10 Besondere Operatoren

97

7.11 Funktionsähnliche Operatoren

99

7.12 Operatorreihenfolge

100

7.13 Aufgaben

101

8 Eingebaute Typen

103

8.1 Eingebaute Datentypen

105

8.2 Eingebaute Datentypen initialisieren

105

8.3 Ein schneller Überblick

106

8.4 Ganzzahlen

107

8.4.1 Operationen auf Ganzzahlen

108

8.4.2 Arithmetische Typumwandlung

109

8.4.3 Ganzzahl-Überlauf

110

8.4.4 Ganzzahl-Literale

111

8.4.5 Alias-Zahlentypen

112

8.4.6 Fließkomma-Literale

115

8.4.7 Die Fließkomma-Besonderheiten

116

8.4.8 Fließkomma-Interna

117

8.5 Wahrheitswerte

118

8.6 Zeichentypen

119

8.6.1 Internationale Zeichen

121

8.6.2 Unicode in C++

122

8.7 Aufgaben

122

9 Strings und Streams

124

9.1 Der Zeichenkettentyp »string«

124

9.1.1 Initialisierung

126

9.1.2 Funktionen und Methoden

127

9.1.3 Andere Stringtypen

127

9.2 Streams

129

9.3 Eingabe- und Ausgabeoperatoren

130

9.3.1 »getline«

131

9.3.2 Dateien für die Ein- und Ausgabe

131

9.3.3 Manipulatoren

132

9.3.4 Der Manipulator »endl«

133

9.4 Aufgaben

134

10 Behälter und Zeiger

135

10.1 Parametrisierte Typen

136

10.2 Die einfachen Sequenzcontainer

136

10.2.1 »array«

137

10.2.2 »vector«

139

10.3 Weitere Container

141

10.3.1 Sequenzbasierte Container

141

10.3.2 Assoziative Container

142

10.4 Container-Gemeinsamkeiten

144

10.5 Algorithmen

145

10.6 Zeiger und C-Arrays

146

10.6.1 Zeigertypen

146

10.6.2 C-Arrays

146

10.7 Aufgaben

147

11 Funktionen

148

11.1 Deklaration und Definition einer Funktion

149

11.2 Funktionstyp

150

11.3 Funktionen verwenden

150

11.4 Eine Funktion definieren

151

11.5 Mehr zu Parametern

152

11.5.1 Call-by-Value

153

11.5.2 Call-by-Reference

153

11.5.3 Konstante Referenzen

154

11.5.4 Aufruf als Wert, Referenz oder konstante Referenz?

155

11.6 Funktionskörper

156

11.7 Parameter umwandeln

158

11.8 Funktionen überladen

160

11.9 Default-Parameter

162

11.10 Beliebig viele Argumente

163

11.11 Alternative Schreibweise zur Funktionsdeklaration

164

11.12 Spezialitäten

165

11.12.1 noexcept

165

11.12.2 constexpr

165

11.12.3 Gelöschte Funktionen

166

11.12.4 Spezialitäten bei Klassenmethoden

166

11.13 Aufgaben

167

12 Anweisungen im Detail

169

12.1 Anweisungsblock

171

12.1.1 Freistehende Blöcke und Gültigkeit von Variablen

172

12.2 Die leere Anweisung

174

12.3 Deklarationsanweisung

175

12.4 Ausdrucksanweisung

176

12.5 Die if-Anweisung

176

12.6 »while«-Schleife

179

12.7 »do-while«-Schleife

180

12.8 »for«-Schleife

181

12.9 Die bereichsbasierte »for«-Schleife

182

12.10 Die »switch«-Verzweigung

183

12.11 »break«-Anweisung

187

12.12 Die »continue«-Anweisung

188

12.13 Die »return«-Anweisung

189

12.14 Die »goto«-Anweisung

190

12.15 »try-catch«-Block und »throw«

192

12.16 Zusammenfassung

193

12.17 Aufgaben

193

13 Ausdrücke im Detail

196

13.1 Berechnungen und Seiteneffekte

197

13.2 Arten von Ausdrücken

198

13.3 Literale

199

13.4 Bezeichner

200

13.5 Klammern

201

13.6 Funktionsaufruf und Index-Zugriff

201

13.7 Zuweisung

201

13.8 Typumwandlung

203

13.9 Aufgaben

204

14 Fehlerbehandlung

205

14.1 Fehlerbehandlung mit Rückgabewerten

207

14.2 Was ist eine Ausnahme?

210

14.2.1 Ausnahmen auslösen und behandeln

211

14.2.2 Aufrufstapel abwickeln

212

14.3 Kleinere Fehlerbehandlungen

213

14.4 Weiterwerfen – »rethrow«

213

14.5 Die Reihenfolge im »catch«

214

14.5.1 Kein »finally«

215

14.5.2 Exceptions der Standardbibliothek

215

14.6 Typen für Exceptions

216

14.7 Wenn eine Exception aus »main« herausfällt

217

14.8 Aufgaben

217

15 Programmiertechnik, 2. Dan: Modularisierung

219

15.1 Programm, Bibliothek, Objektdatei

219

15.2 Bausteine

220

15.3 Trennen der Funktionalitäten

221

16 Erste eigene Datentypen

225

16.1 Initialisierung

226

16.2 Rückgabe eigener Typen

227

16.3 Methoden statt Funktionen

228

16.4 Das bessere »drucke«

231

16.5 Eine Ausgabe wie jede andere

232

16.6 Methoden inline definieren

233

16.7 Implementierung und Definition trennen

234

16.8 Initialisierung per Konstruktor

235

16.8.1 Member-Defaultwerte in der Deklaration

238

16.8.2 Konstruktor-Delegation

238

16.8.3 Default-Werte für die Konstruktor-Parameter

239

16.8.4 »init«-Methode nicht im Konstruktor aufrufen

240

16.8.5 Exceptions im Konstruktor

241

16.9 Struktur oder Klasse?

241

16.9.1 Kapselung

242

16.9.2 Public und Private, Struktur und Klasse

242

16.9.3 Daten mit »struct«, Verhalten mit »class«

243

16.9.4 Initialisierung von Typen mit privaten Daten

243

16.10 Zusammenfassung

245

16.11 Aufgaben

245

17 Verwendung eigener Datentypen

248

17.1 Klassen als Werte verwenden

251

17.1.1 Wert-Parameter

251

17.1.2 Rückgaben

252

17.1.3 Performance beim Zurückgeben

253

17.2 Konstruktoren nutzen

253

17.3 Typumwandlungen

254

17.4 Kapseln und entkapseln

256

17.4.1 Entkapseln

256

17.4.2 Setzen Sie Konvertierungsmethoden sparsam ein

257

17.4.3 Totale Kapselung

258

17.4.4 Flüssiges Programmieren

259

17.4.5 Methoden mit »const« markieren

260

17.5 Typen lokal einen Namen geben

260

17.6 Typdeduktion mit »auto«

263

17.7 Eigene Klassen in Standardcontainern

266

17.8 Aufgaben

268

18 Namespace und Static

270

18.1 Der Namensraum »std«

270

18.2 Anonymer Namensraum

274

18.3 »static« macht lokal

275

18.4 »static« teilt gern

276

18.5 »static« macht dauerhaft

279

18.6 Zusammenfassung

281

18.7 Aufgaben

281

19 Const

284

19.1 Const-Parameter

285

19.2 Const-Methoden

286

19.3 Const-Variablen

288

19.4 Const-Rückgaben

289

19.4.1 Const zusammen mit static

292

19.4.2 Noch konstanter mit »constexpr«

293

19.4.3 »constexpr« als Rückgabe

295

19.5 Const-Korrektheit

296

19.6 Zusammenfassung

297

19.7 Aufgaben

298

20 Vererbung

300

20.1 Beziehungen

301

20.1.1 Hat-ein-Komposition

301

20.1.2 Hat-ein-Aggregation

301

20.1.3 Ist-ein-Vererbung

302

20.1.4 Nicht: ist eine instanz-von

302

20.2 Vererbung in C++

303

20.3 Hat-ein versus ist-ein

304

20.4 Gemeinsamkeiten finden

304

20.5 Abgeleitete Typen erweitern

307

20.6 Methoden überschreiben

308

20.7 Wie Methoden funktionieren

309

20.8 Virtuelle Methoden

310

20.9 Konstruktoren in Klassenhierarchien

312

20.10 Typumwandlung in Klassenhierarchien

314

20.10.1 Die Vererbungshierarchie aufwärts unwandeln

314

20.10.2 Die Vererbungshierarchie abwärts umwandeln

314

20.10.3 Referenzen behalten auch die Typinformation

315

20.11 Wann virtuell?

315

20.12 Andere Designs zur Erweiterbarkeit

317

20.13 Aufgaben

318

21 Der Lebenszyklus von Klassen

321

21.1 Erzeugung und Zerstörung

322

21.2 Temporary: Kurzlebige Werte

324

21.3 Der Destruktor zum Konstruktor

325

21.3.1 Kein Destruktor nötig

327

21.3.2 Ressourcen im Destruktor

328

21.4 Yoda-Bedingung

330

21.5 Konstruktion, Destruktion und Exceptions

331

21.6 Kopieren

333

21.7 Zuweisungsoperator

335

21.8 Streichen von Methoden

339

21.9 Verschiebeoperationen

340

21.10 Operatoren

344

21.11 Eigene Operatoren in einem Datentyp

348

21.12 Besondere Klassenformen

353

21.12.1 Abstrakte Klassen und Methoden

353

21.12.2 Aufzählungsklassen

355

21.13 Aufgaben

356

22 Programmiertechnik, 3. Dan: Die Nuller-Regel

359

22.1 Die großen Fünf

359

22.2 Hilfskonstrukt per Verbot

360

22.3 Die Nullerregel und ihr Einsatz

361

22.4 Ausnahmen von der Nullerregel

362

23 Zeiger

367

23.1 Adressen

368

23.2 Zeiger

369

23.3 Heapspeicher und Stapelspeicher

372

23.3.1 Der Stapel

372

23.3.2 Der Heap

374

23.4 Smarte Pointer

376

23.4.1 »unique«

378

23.4.2 »shared«

382

23.5 Rohe Zeiger

385

23.6 C-Arrays

390

23.6.1 Rechnen mit Zeigern

391

23.6.2 Verfall von C-Arrays

392

23.6.3 Dynamische C-Arrays

393

23.6.4 Zeichenkettenliterale

394

23.7 Iteratoren

396

23.7.1 Mehr Funktionalität mit Iteratoren

398

23.7.2 Zeiger als Iteratoren

399

23.8 Zeiger im Container

400

23.9 Die Ausnahme: Wann das Wegräumen nicht nötig ist

400

23.10 Aufgaben

402

24 Makros

405

24.1 Der Präprozessor

406

24.2 Vorsicht vor fehlenden Klammern

410

24.3 Vorsicht vor Mehrfachausführung

410

24.4 Typvariabilität von Makros

411

24.5 Zusammenfassung

413

24.6 Aufgaben

414

25 Schnittstelle zu C

416

25.1 Mit Bibliotheken arbeiten

417

25.2 C-Header

418

25.3 C-Ressourcen

421

25.4 »void«-Pointer

422

25.5 Daten lesen

423

25.6 Das Hauptprogramm

424

25.7 Zusammenfassung

425

25.8 Aufgaben

425

26 Template-Funktionen

427

26.1 Überladung

428

26.2 Ein Typ als Parameter

429

26.3 Funktionskörper einer Template-Funktion

429

26.4 Zahlen als Template-Parameter

431

26.5 Viele Funktionen

432

26.6 Parameter mit Extras

432

26.7 Template-Methoden sind auch nur Funktionen

435

26.8 Template-Funktionen in der Standardbibliothek

436

26.9 Iteratoren statt Container als Template-Parameter

437

26.10 Beispiel: Informationen über Zahlen

439

26.11 Aufgaben

440

27 Eine Klasse als Funktion

442

27.1 Werte für einen »function«-Parameter

443

27.2 C-Funktionspointer

444

27.3 Die etwas andere Funktion

445

27.4 Praktische Funktoren

448

27.5 Algorithmen mit Funktoren

450

27.6 Anonyme Funktionen alias Lambda-Ausdrücke

451

27.6.1 Lambdas mit Zugriff nach außen

452

27.6.2 Für Ihre Bequemlichkeit

454

27.7 Aufgaben

455

Anhang

457

A C++11-Besonderheiten

458

B Operator-Präzedenzen

470

C Lösungen

472