Der C++ - Programmierer - C++ lernen - Professionell anwenden - Lösungen nutzen

Inhalt

Vorwort

I.Teil I: Einführung in C++

1 Es geht los!

1.1 Historisches

1.2 Objektorientierte Programmierung

1.3 Compiler

1.4 Das erste Programm

1.4.1 Namenskonventionen

1.5 Integrierte Entwicklungsumgebungen

1.5.1 Code::Blocks

1.5.2 Eclipse

1.5.3 KDevelop

1.6 Einfache Datentypen und Operatoren

1.6.1 Ausdruck

1.6.2 Ganze Zahlen

1.6.3 Reelle Zahlen

1.6.4 Konstante

1.6.5 Zeichen

1.6.6 Logischer Datentyp bool

1.6.7 Referenzen

1.6.8 Regeln zum Bilden von Ausdrücken

1.6.9 Standard-Typumwandlungen

1.7 Gültigkeitsbereich und Sichtbarkeit

1.7.1 Namespace std

1.8 Kontrollstrukturen

1.8.1 Anweisungen

1.8.2 Sequenz (Reihung)

1.8.3 Auswahl (Selektion, Verzweigung)

1.8.4 Fallunterscheidungen mit switch

1.8.5 Wiederholungen

1.8.6 Kontrolle mit break und continue

1.9 Benutzerdefinierte und zusammengesetzte Datentypen

1.9.1 Aufzählungstypen

1.9.2 Arrays: Der C++-Standardtyp vector

1.9.3 Zeichenketten: Der C++-Standardtyp string

1.9.4 Strukturierte Datentypen

2 Einfache Ein- und Ausgabe

2.1 Standardein- und -ausgabe

2.2 Ein- und Ausgabe mit Dateien

3 Programmstrukturierung

3.1 Funktionen

3.1.1 Aufbau und Prototypen

3.1.2 Gültigkeitsbereiche und Sichtbarkeit in Funktionen

3.2 Schnittstellen zum Datentransfer

3.2.1 Übergabe per Wert

3.2.2 Übergabe per Referenz

3.2.3 Gefahren bei der Rückgabe von Referenzen

3.2.4 Vorgegebene Parameterwerte und variable Parameterzahl

3.2.5 Überladen von Funktionen

3.2.6 Funktion main()

3.2.7 Beispiel Taschenrechnersimulation

3.2.8 Spezifikation von Funktionen

3.3 Modulare Programmgestaltung

3.3.1 Steuerung der Übersetzung nur mit #include

3.3.2 Einbinden vorübersetzter Programmteile

3.3.3 Dateiübergreifende Gültigkeit und Sichtbarkeit

3.3.4 Übersetzungseinheit, Deklaration, Definition

3.3.5 Compilerdirektiven und Makros

3.4 Funktions-Templates

3.4.1 Spezialisierung von Templates

3.4.2 Einbinden von Templates

3.5 inline-Funktionen

3.6 Namensräume

3.7 C++-Header

3.7.1 Einbinden von C-Funktionen

4 Objektorientierung 1

4.1 Abstrakte Datentypen

4.2 Klassen und Objekte

4.2.1 inline-Elementfunktionen

4.3 Initialisierung und Konstruktoren

4.3.1 Standardkonstruktor

4.3.2 Allgemeine Konstruktoren

4.3.3 Kopierkonstruktor

4.3.4 Typumwandlungskonstruktor

4.4 Beispiel: Rationale Zahlen

4.4.1 Aufgabenstellung

4.4.2 Entwurf

4.4.3 Implementation

4.5 const-Objekte und Methoden

4.6 Destruktoren

4.7 Wie kommt man zu Klassen und Objekten? Ein Beispiel

4.7.1 Einige Analyse-Überlegungen

4.7.2 Formulierung des Szenarios in C++

4.8 Gegenseitige Abhängigkeit von Klassen

4.9 Delegierender Konstruktor

5 Intermezzo: Zeiger

5.1 Zeiger und Adressen

5.2 C-Arrays

5.2.1 C-Arrays und sizeof

5.2.2 Indexoperator bei C-Arrays

5.2.3 Initialisierung von C-Arrays

5.2.4 Zeigerarithmetik

5.3 C-Zeichenketten

5.4 Dynamische Datenobjekte

5.4.1 Freigeben dynamischer Objekte

5.5 Zeiger und Funktionen

5.5.1 Parameterübergabe mit Zeigern

5.5.2 Parameter des main-Programms

5.5.3 Gefahren bei der Rückgabe von Zeigern

5.6 Mehrdimensionale C-Arrays

5.6.1 Statische mehrdimensionale C-Arrays

5.6.2 Dynamisch erzeugte mehrdimensionale Arrays

5.6.3 Klasse für dynamisches zweidimensionales Array

5.7 Binäre Ein-/Ausgabe

5.8 Zeiger auf Funktionen

5.9 this-Zeiger

5.10 Komplexe Deklarationen lesen

5.11 Standard-Typumwandlungen für Zeiger

5.12 Zeiger auf Elementfunktionen und -daten3

5.12.1 Zeiger auf Elementfunktionen

5.12.2 Zeiger auf Elementdaten

6 Objektorientierung 2

6.1 Eine String-Klasse

6.1.1 Optimierung der Klasse MeinString

6.1.2 friend-Funktionen

6.2 Klassenspezifische Daten und Funktionen

6.2.1 Klassenspezifische Konstante

6.3 Klassen-Templates

6.3.1 Ein Stack-Template

6.3.2 Stack mit statisch festgelegter Größe

6.4 Template-Metaprogrammierung

6.5 Variadic Templates: Templates mitvariabler Parameterzahl

7 Vererbung

7.1 Vererbung und Initialisierung

7.2 Zugriffsschutz

7.3 Typbeziehung zwischen Ober- und Unterklasse

7.4 Code-Wiederverwendung

7.5 Überschreiben von Funktionen in abgeleiteten Klassen

7.6 Polymorphismus

7.6.1 Virtuelle Funktionen

7.6.2 Abstrakte Klassen

7.6.3 Virtueller Destruktor

7.7 Probleme der Modellierung mit Vererbung

7.8 Mehrfachvererbung

7.8.1 Namenskonflikte

7.8.2 Virtuelle Basisklassen

7.9 Standard-Typumwandlungsoperatoren

7.10 Typinformationen zur Laufzeit

7.11 Using-Deklaration für Klassen

7.12 Private- und Protected-Vererbung

8 Fehlerbehandlung

8.1 Ausnahmebehandlung

8.1.1 Exception-Spezifikation in Deklarationen

8.1.2 Exception-Hierarchie in C++

8.1.3 Besondere Fehlerbehandlungsfunktionen

8.1.4 Erkennen logischer Fehler

8.2 Speicherbeschaffung mit new

8.3 Exception-Sicherheit

9 Überladen von Operatoren

9.1 Rationale Zahlen — noch einmal

9.1.2 Ausgabeoperator <<

9.2 Eine Klasse für Vektoren

9.2.1 Index-Operator [ ]

9.2.2 Zuweisungsoperator =

9.2.3 Zuweisungsoperator und Vererbung

9.2.4 Mathematische Vektoren

9.2.5 Multiplikationsoperator

9.3 Inkrement-Operator ++

9.4 Typumwandlungsoperator

9.5 Smart Pointer:Operatoren -> und *

9.6 Objekt als Funktion

9.7 new und delete überladen

9.7.1 Speichermanagement mit malloc und free

9.7.2 Unterscheidung zwischen Heap- und Stack-Objekten

9.7.3 Fehlende delete-Anweisung entdecken

9.7.4 Eigene Speicherverwaltung

9.7.5 Empfehlungen im Umgang mit new und delete

9.8 Mehrdimensionale Matrizen

9.8.1 Zweidimensionale Matrix als Vektor von Vektoren

9.8.2 Dreidimensionale Matrix

10 Dateien und Ströme

10.1 Ausgabe

10.1.1 Formatierung der Ausgabe

10.2 Eingabe

10.3 Manipulatoren

10.3.1 Eigene Manipulatoren

10.4 Fehlerbehandlung

10.4.1 Exception ios::failure

10.5 Typumwandlung von Dateiobjekten nach bool

10.6 Arbeit mit Dateien

10.6.1 Positionierung in Dateien

10.6.2 Lesen und Schreiben in derselben Datei

10.7 Umleitung auf Strings

10.8 Ergänzungen

11 Einführung in die Standard Template Library(STL)

11.1 Das Konzept: Container, Iteratoren, Algorithmen

11.2 Iteratoren im Detail

11.3 Beispiel verkettete Liste

12 Reguläre Ausdrücke

12.1 Elemente regulärer Ausdrücke

12.1.1 Greedy oder lazy?

12.2 Interaktive Auswertung

12.3 Auszug des regex-APIs

12.4 Anwendungen

13 Threads

13.1 Die Klasse thread

13.2 Synchronisation

13.2.1 Thread-Group

13.3 Thread-Steuerung: pausieren, fortsetzen, beenden

13.4 Interrupt

13.5 Warten auf Ereignisse

13.6 Reader/Writer-Problem

13.6.1 Wenn Threads verhungern

13.6.2 Reader/Writer-Varianten

13.7 Thread-Sicherheit

II.Teil II: Bausteine komplexerAnwendungen

14 Grafische Benutzungsschnittstellen

14.1 Ereignisgesteuerte Programmierung

14.2 GUI-Programmierung mit Qt

14.2.1 Meta-Objektsystem

14.2.2 Der Programmablauf

14.2.3 Speicher sparen und lokal Daten sichern

14.3 Signale, Slots und Widgets

14.4 Dialog

14.5 Qt oder Boost?

14.5.1 Threads

14.5.2 Verzeichnisbaum durchwandern

15 Internet-Anbindung

15.1 Protokolle

15.2 Adressen

15.3 Socket

15.3.1 Bidirektionale Kommunikation

15.3.2 UDP-Sockets

15.3.3 Atomuhr mit UDP abfragen

15.4 HTTP

15.4.1 Verbindung mit GET

15.4.2 Verbindung mit POST

15.5 Mini-Webserver

16 Datenbankanbindung

16.1 C++-Interface

16.2 Anwendungsbeispiel

III.Teil III: Praktische Methoden und Werkzeuge der Softwareentwicklung

17 Abläufe automatisieren mit make

17.1 Quellen

17.2 Wirkungsweise

17.3 Variablen und Muster

17.4 Universelles Makefile für einfache Projekte

18 Unit-Test

18.1 Werkzeuge

18.2 Test Driven Development

18.3 Boost Unit Test Framework

18.3.1 Testaufbau

18.3.2 Beispiel: Testgetriebene Entwicklung einer Operatorfunktion

18.3.3 Fixture

18.3.4 Testprotokoll und Log-Level

18.3.5 Prüf-Makros

18.3.6 Kommandozeilen-Optionen

19 Werkzeuge zur Verwaltung von Projekten

19.1 Dokumentation und Strukturanalyse mit doxygen

19.1.1 Strukturanalyse

19.2 Versionskontrolle

19.2.1 Einrichtung des Servers

19.2.2 Exemplarische Benutzung

19.3 Projektverwaltung

19.3.1 Projektmanagement

19.3.2 Wiki für Software-Entwicklungsprojekte

IV.Teil IV: Das C++-Rezeptbuch:Tipps und Lösungen für typische Aufgaben

20 Sichere Programmentwicklung

20.1 Regeln zum Design von Methoden

20.2 Defensive Programmierung

20.2.1 double- und float-Werte richtig vergleichen

20.2.2 const verwenden

20.2.3 Anweisungen nach for/if/while einklammern

20.2.4 int und unsigned nicht mischen

20.2.5 Postfix++ mit Präfix++ implementieren

20.2.6 Ein Destruktor darf keine Exception werfen

20.2.7 Typumwandlungsoperatoren vermeiden

20.2.8 explicit-Konstruktoren bevorzugen

20.2.9 Leere Standardkonstruktoren vermeiden

20.2.10 Kopieren und Zuweisung verbieten

20.2.11 Vererbung verbieten

20.2.12 Defensiv Objekte löschen

20.3 Exception-sichere Beschaffung von Ressourcen

20.3.1 Sichere Verwendung von shared_ptr

20.3.2 shared_ptr für Arrays korrekt verwenden

20.3.3 Exception-sichere Funktion

20.3.4 Exception-sicherer Konstruktor

20.3.5 Exception-sichere Zuweisung

20.4 Aussagefähige Fehlermeldungohne neuen String erzeugen

20.5 Empfehlungen zur Thread-Programmierung

20.5.1 Warten auf die Freigabe von Ressourcen

20.5.2 Deadlock-Vermeidung

20.5.3 notify_all oder notify_one?

20.5.4 Performance mit Threads verbessern?

21 Von der UML nach C++

21.1 Vererbung

21.2 Interface anbieten und nutzen

21.3 Assoziation

21.3.1 Aggregation

21.3.2 Komposition

22 Performance, Wert- und Referenzsemantik

22.1 Performanceproblem Wertsemantik

22.2 Optimierung durch Referenzsemantik für R-Werte

22.3 Ein effizienter binärer Plusoperator

23 Effektive Programmerzeugung

23.1 Automatische Ermittlungvon Abhängigkeiten

23.1.1 Getrennte Verzeichnisse: src, obj, bin

23.2 Makefile für Verzeichnisbäume

23.2.1 Rekursive Make-Aufrufe

23.2.2 Ein Makefile für alles

23.3 Automatische Erzeugung von Makefiles

23.3.1 Makefile für rekursive Aufrufe erzeugen

23.4 Erzeugen von Bibliotheken

23.4.1 Statische Bibliotheksmodule

23.4.2 Dynamische Bibliotheksmodule

23.5 GNU Autotools

23.6 CMake

23.7 Code Bloat bei der Instanziierung von Templates vermeiden

23.7.1 extern-Template

23.7.2 Aufspaltung in Schnittstelle und Implementation

23.7.3 export-Template

24 Algorithmen für verschiedene Aufgaben

24.1 Algorithmen mit Strings

24.1.1 String splitten

24.1.2 String in Zahl umwandeln

24.1.3 Zahl in String umwandeln

24.1.4 Strings sprachlich richtig sortieren

24.1.5 Umwandlung in Klein- bzw. Großschreibung

24.1.6 Strings sprachlich richtig vergleichen

24.1.7 Von der Groß-/Kleinschreibung unabhängiger Zeichenvergleich

24.1.8 Von der Groß-/Kleinschreibung unabhängige Suche

24.2 Textverarbeitung

24.2.1 Datei durchsuchen

24.2.2 Ersetzungen in einer Datei

24.2.3 Code-Formatierer

24.2.4 Lines of Code (LOC) ermitteln

24.2.5 Zeilen, Wörter und Zeichen einer Datei zählen

24.2.6 CSV-Datei lesen

24.2.7 Kreuzreferenzliste

24.3 Operationen auf Folgen

24.3.1 Container anzeigen

24.3.2 Folge mit gleichen Werten initialisieren

24.3.3 Folge mit Werten eines Generators initialisieren

24.3.4 Folge mit fortlaufenden Werten initialisieren

24.3.5 Summe und Produkt

24.3.6 Mittelwert und Standardabweichung

24.3.7 Skalarprodukt

24.3.8 Folge der Teilsummen oder -produkte

24.3.9 Folge der Differenzen

24.3.10 Minimum und Maximum

24.3.11 Elemente rotieren

24.3.12 Elemente verwürfeln

24.3.13 Dubletten entfernen

24.3.14 Reihenfolge umdrehen

24.3.15 Anzahl der Elemente, die einer Bedingung genügen

24.3.16 Gilt X für alle, keins oder wenigstens ein Element einer Folge?

24.3.17 Permutationen

24.3.18 Lexikografischer Vergleich

24.4 Sortieren und Verwandtes

24.4.1 Partitionieren

24.4.2 Sortieren

24.4.3 Stabiles Sortieren

24.4.4 Partielles Sortieren

24.4.5 Das n.-größte oder n.-kleinste Element finden

24.4.6 Verschmelzen (merge)

24.5 Suchen und Finden

24.5.1 Element finden

24.5.2 Element einer Menge in der Folge finden

24.5.3 Teilfolge finden

24.5.4 Bestimmte benachbarte Elemente finden

24.5.5 Bestimmte aufeinanderfolgende Werte finden

24.5.6 Binäre Suche

24.6 Mengenoperationen aufsortierten Strukturen

24.6.1 Teilmengenrelation

24.6.2 Vereinigung

24.6.3 Schnittmenge

24.6.4 Differenz

24.6.5 Symmetrische Differenz

24.7 Heap-Algorithmen

24.7.1 pop_heap

24.7.2 push_heap

24.7.3 make_heap

24.7.4 sort_heap

24.7.5 is_heap

24.8 Vergleich von Containernauch ungleichen Typs

24.8.1 Unterschiedliche Elemente finden

24.8.2 Prüfung auf gleiche Inhalte

24.9 Rechnen mit komplexen Zahlen: Der C++-Standardtyp complex

24.10 Schnelle zweidimensionaleMatrix mit zusammenhängendem Speicher

24.10.1 Optimierung mathematischer Array-Operationen

24.11 Vermischtes

24.11.1 Erkennung eines Datums

24.11.2 Erkennung einer IP-Adresse

24.11.3 Erzeugen von Zufallszahlen

24.11.4 for_each — Auf jedem Element eine Funktion ausführen

24.11.5 Verschiedene Möglichkeiten, Container-Bereiche zu kopieren

24.11.6 Vertauschen von Elementen, Bereichen und Containern

24.11.7 Elemente transformieren

24.11.8 Ersetzen und Varianten

24.11.9 Elemente herausfiltern

24.11.10 Minimum und Maximum

24.11.11 Grenzwerte von Zahltypen

25 Ein- und Ausgabe

25.1 Datei- und Verzeichnisoperationen

25.1.1 Datei oder Verzeichnis löschen

25.1.2 Datei oder Verzeichnis umbenennen

25.1.3 Verzeichnis anlegen

25.1.4 Verzeichnis anzeigen

25.1.5 Verzeichnisbaum anzeigen

25.2 Tabelle formatiert ausgeben

25.3 Formatierte Daten lesen

25.3.1 Eingabe benutzerdefinierter Typen

25.4 Array als Block lesen oderschreiben

V.Teil V: Die C++-Standardbibliothek

26 Aufbau und Übersicht

26.1 Auslassungen

26.2 Beispiele des Buchs und die C++-Standardbibliothek

27 Hilfsfunktionen und -klassen

27.1 Relationale Operatoren

27.2 Unterstützung der Referenzsemantikfür R-Werte

27.3 Paare

27.4 Tupel

27.5 Funktionsobjekte

27.5.1 Arithmetische, vergleichende und logische Operationen

27.5.2 Funktionsobjekte zum Negieren logischer Prädikate

27.5.3 Binden von Argumentwerten

27.5.4 Zeiger auf Funktionen in Objekte umwandeln

27.6 Templates für rationale Zahlen

27.7 Zeit und Dauer

27.8 Hüllklasse für Referenzen

28 Container

28.1 Gemeinsame Eigenschaften

28.1.1 Initialisierungslisten

28.1.2 Konstruktion an Ort und Stelle

28.1.3 Reversible Container

28.2 Sequenzen

28.2.1 vector

28.2.2 vector<bool>

28.2.3 list

28.2.4 deque

28.2.5 stack

28.2.6 queue

28.2.7 priority_queue

28.2.8 array

28.3 Sortierte assoziative Container

28.3.1 map

28.3.2 multimap

28.3.3 set

28.3.4 multiset

28.4 Hash-Container

28.4.1 unordered_map

28.4.2 unordered_multimap

28.4.3 unordered_set

28.4.4 unordered_multiset

28.5 bitset

29 Iteratoren

29.1 Iterator-Kategorien

29.1.1 Anwendung von Traits

29.2 distance() und advance()

29.3 Reverse-Iteratoren

29.4 Insert-Iteratoren

29.5 Stream-Iteratoren

30 Algorithmen

30.1 Algorithmen mit Prädikat

30.1.1 Algorithmen mit binärem Prädikat

30.2 Übersicht

31 Nationale Besonderheiten

31.1 Sprachumgebungenfestlegen und ändern

31.1.1 Die locale-Funktionen

31.2 Zeichensätze und -codierung

31.3 Zeichenklassifizierung und-umwandlung

31.4 Kategorien

31.4.1 collate

31.4.2 ctype

31.4.3 numeric

31.4.4 monetary

31.4.5 time

31.4.6 messages

31.5 Konstruktion eigener Facetten

32 String

33 Speichermanagement

33.1 Smart Pointer unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr

33.2 new mit vorgegebenem Speicherort

33.3 Hilfsfunktionen

34 Optimierte numerische Arrays (valarray)

34.1 Konstruktoren

34.2 Elementfunktionen

34.3 Binäre Valarray-Operatoren

34.4 Mathematische Funktionen

34.5 slice und slice_array

34.6 gslice und gslice_array

34.7 mask_array

34.8 indirect_array

35 C-Header

35.1 <cassert>

35.2 <cctype>

35.3 <cerrno>

35.4 <cmath>

35.5 <cstdarg>

35.6 <cstddef>

35.7 <cstdio>

35.8 <cstdlib>

35.9 <cstring>

35.10 <ctime>

A Anhang

A.1 Programmierhinweise

A.2 C++-Schlüsselwörter

A.3 ASCII-Tabelle

A.4 Rangfolge der Operatoren

A.5 Compilerbefehle

A.6 Änderungen des C++-Standards

A.6.1 Änderungen/Erweiterungen der C++-SpracheConcepts

A.6.2 Änderungen/Erweiterungen der C++-Standardbibliothek

A.7 Lösungen zu den Übungsaufgaben

Kapitel 1

Kapitel 2

Kapitel 3

Kapitel 4

Kapitel 5

Kapitel 6

Kapitel 7

Kapitel 9

Kapitel 11

Kapitel 13

Kapitel 24

Kapitel 28

Kapitel 30

A.8 Installation der DVD-Software für Windows

A.8.1 Installation des Compilers und einiger Bibliotheken

A.8.2 Bei Verzicht auf die automatische Installation

A.8.3 Codeblocks einrichten

A.8.4 Integration von Qt in ein Code::Blocks-Projekt

A.9 Installation der DVD-Softwarefür Linux

A.9.1 Installation des Compilers

A.9.2 Installation von Boost

A.9.3 Installation von Code::Blocks

A.9.4 Code::Blocks einrichten

A.9.5 Beispieldateien entpacken

A.9.6 Installation von Qt4

A.9.7 Integration von Qt in ein Code::Blocks-Projekt

Literaturverzeichnis

Glossar

Register