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

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Teil I: Einführung in C++

1 Es geht los!
1.1 Historisches
1.2 Objektorientierte Programmierung
1.3 Compiler
1.4 Das erste Programm
o 1.4.1 Namenskonventionen
1.5 Integrierte Entwicklungsumgebungen
o 1.5.1 Code::Blocks
o 1.5.2 Eclipse
1.6 Einfache Datentypen und Operatoren
o 1.6.1 Ausdruck
o 1.6.2 Ganze Zahlen
o 1.6.3 Reelle Zahlen
o 1.6.4 Konstante
o 1.6.5 Zeichen
o 1.6.6 Logischer Datentyp bool
o 1.6.7 Referenzen
o 1.6.8 Regeln zum Bilden von Ausdrücken
o 1.6.9 Standard-Typumwandlungen
1.7 Gültigkeitsbereich und Sichtbarkeit
o 1.7.1 Namespace std
1.8 Kontrollstrukturen
o 1.8.1 Anweisungen
o 1.8.2 Sequenz (Reihung)
o 1.8.3 Auswahl (Selektion, Verzweigung)
o 1.8.4 Fallunterscheidungen mit switch
o 1.8.5 Wiederholungen
o 1.8.6 Kontrolle mit break und continue
1.9 Benutzerdefinierte und zusammengesetzte Datentypen
o 1.9.1 Aufzählungstypen
o 1.9.2 Arrays: Der C++-Standardtyp vector
o 1.9.3 Zeichenketten: Der C++-Standardtyp string
o 1.9.4 Strukturen
o 1.9.5 Typermittlung mit auto
o 1.9.6 Unions und Bitfelder
2 Einfache Ein- und Ausgabe
2.1 Standardein- und -ausgabe
2.2 Ein- und Ausgabe mit Dateien
3 Programmstrukturierung
3.1 Funktionen
o 3.1.1 Aufbau und Prototypen
o 3.1.2 Gültigkeitsbereiche und Sichtbarkeit in Funktionen
o 3.1.3 Lokale static-Variable: Funktion mit Gedächtnis
3.2 Schnittstellen zum Datentransfer
o 3.2.1 Übergabe per Wert
o 3.2.2 Übergabe per Referenz
o 3.2.3 Gefahren bei der Rückgabe von Referenzen
o 3.2.4 Vorgegebene Parameterwerte und variable Parameterzahl
o 3.2.5 Überladen von Funktionen
o 3.2.6 Funktion main()
o 3.2.7 Beispiel Taschenrechnersimulation
o 3.2.8 Spezifikation von Funktionen
3.3 Modulare Programmgestaltung
o 3.3.1 Steuerung der Übersetzung nur mit #include
o 3.3.2 Einbinden vorübersetzter Programmteile
o 3.3.3 Dateiübergreifende Gültigkeit und Sichtbarkeit
o 3.3.4 Übersetzungseinheit, Deklaration, Definition
o 3.3.5 Compilerdirektiven und Makros
3.4 Funktions-Templates
o 3.4.1 Spezialisierung von Templates
o 3.4.2 Einbinden von Templates
3.5 inline-Funktionen
3.6 Namensräume
3.7 C++-Header
o 3.7.1 Einbinden von C-Funktionen
4 Objektorientierung 1
4.1 Abstrakte Datentypen
4.2 Klassen und Objekte
o 4.2.1 inline-Elementfunktionen
4.3 Initialisierung und Konstruktoren
o 4.3.1 Standardkonstruktor
o 4.3.2 Allgemeine Konstruktoren
o 4.3.3 Kopierkonstruktor
o 4.3.4 Typumwandlungskonstruktor
4.4 Beispiel: Rationale Zahlen
o 4.4.1 Aufgabenstellung
o 4.4.2 Entwurf
o 4.4.3 Implementation
4.5 const-Objekte und Methoden
4.6 Destruktoren
4.7 Wie kommt man zu Klassen und Objekten? Ein Beispiel
o 4.7.1 Einige Analyse-Überlegungen
o 4.7.2 Formulierung des Szenarios in C++
4.8 Gegenseitige Abhängigkeit von Klassen
4.9 Konstruktor und mehr vorgeben oder verbieten
4.10 Delegierender Konstruktor
5 Intermezzo: Zeiger
5.1 Zeiger und Adressen
5.2 C-Arrays
o 5.2.1 C-Arrays und sizeof
o 5.2.2 Indexoperator bei C-Arrays
o 5.2.3 Initialisierung von C-Arrays
o 5.2.4 Zeigerarithmetik
5.3 C-Zeichenketten
5.4 Dynamische Datenobjekte
o 5.4.1 Freigeben dynamischer Objekte
5.5 Zeiger und Funktionen
o 5.5.1 Parameterübergabe mit Zeigern
o 5.5.2 Parameter des main-Programms
o 5.5.3 Gefahren bei der Rückgabe von Zeigern
5.6 this-Zeiger
5.7 Mehrdimensionale C-Arrays
o 5.7.1 Statische mehrdimensionale C-Arrays
o 5.7.2 Dynamisch erzeugte mehrdimensionale Arrays
o 5.7.3 Klasse für dynamisches zweidimensionales Array
5.8 Binäre Ein-/Ausgabe
5.9 Zeiger auf Funktionen
5.10 Komplexe Deklarationen lesen
5.11 Standard-Typumwandlungen für Zeiger
5.12 Zeiger auf Elementfunktionen und -daten
o 5.12.1 Zeiger auf Elementfunktionen
o 5.12.2 Zeiger auf Elementdaten
6 Objektorientierung 2
6.1 Eine String-Klasse
o 6.1.1 Optimierung der Klasse MeinString
o 6.1.2 friend-Funktionen
6.2 Klassenspezifische Daten und Funktionen
o 6.2.1 Klassenspezifische Konstante
6.3 Klassen-Templates
o 6.3.1 Ein Stack-Template
o 6.3.2 Stack mit statisch festgelegter Größe
6.4 Template-Metaprogrammierung
6.5 Variadic Templates: Templates mit variabler 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
Polymorphismus
o Virtuelle Funktionen
o Abstrakte Klassen
o Virtueller Destruktor
Probleme der Modellierung mit Vererbung
Mehrfachvererbung
o Namenskonflikte
o Virtuelle Basisklassen
Standard-Typumwandlungsoperatoren
Typinformationen zur Laufzeit
Using-Deklaration für Klassen
Private- und Protected-Vererbung
8 Fehlerbehandlung
8.1 Ausnahmebehandlung
o 8.1.1 Exception-Spezifikation in Deklarationen
o 8.1.2 Exception-Hierarchie in C++
o 8.1.3 Besondere Fehlerbehandlungsfunktionen
o 8.1.4 Erkennen logischer Fehler
o 8.1.5 Arithmetische Fehler / Division durch 0
8.2 Speicherbeschaffung mit new
8.3 Exception-Sicherheit
9 Überladen von Operatoren
9.1 Rationale Zahlen -- noch einmal
o 9.1.1 Arithmetische Operatoren
o 9.1.2 Ausgabeoperator <<
9.2 Eine Klasse für Vektoren
o 9.2.1 Index-Operator [ ]
o 9.2.2 Zuweisungsoperator =
o 9.2.3 Mathematische Vektoren
o 9.2.4 Multiplikationsoperator
9.3 Inkrement-Operator ++
9.4 Typumwandlungsoperator
9.5 Smart Pointer: Operatoren -> und *
o 9.5.1 Smart Pointer und die C++-Standardbibliothek
9.6 Objekt als Funktion
o 9.6.1 Lambda-Funktionen
9.7 new und delete überladen
o 9.7.1 Speichermanagement mit malloc und free
o 9.7.2 Unterscheidung zwischen Heap- und Stack-Objekten
o 9.7.3 Fehlende delete-Anweisung entdecken
o 9.7.4 Eigene Speicherverwaltung
o 9.7.5 Empfehlungen im Umgang mit new und delete
9.8 Mehrdimensionale Matrizen
o 9.8.1 Zweidimensionale Matrix als Vektor von Vektoren
o 9.8.2 Dreidimensionale Matrix
9.9 Zuweisung bei Vererbung
10 Dateien und Ströme
10.1 Ausgabe
o 10.1.1 Formatierung der Ausgabe
10.2 Eingabe
10.3 Manipulatoren
o 10.3.1 Eigene Manipulatoren
10.4 Fehlerbehandlung
10.5 Typumwandlung von Dateiobjekten nach bool
10.6 Arbeit mit Dateien
o 10.6.1 Positionierung in Dateien
o 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 Container, Iteratoren, Algorithmen
11.2 Iteratoren im Detail
11.3 Beispiel verkettete Liste
12 Reguläre Ausdrücke
12.1 Elemente regulärer Ausdrücke
o 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
o 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
o 13.6.1 Wenn Threads verhungern
o 13.6.2 Reader/Writer-Varianten
13.7 Thread-Sicherheit

Teil II: Bausteine komplexer Anwendungen

14 Grafische Benutzungsschnittstellen
14.1 Ereignisgesteuerte Programmierung
14.2 GUI-Programmierung mit Qt
o 14.2.1 Meta-Objektsystem
o 14.2.2 Der Programmablauf
o 14.2.3 Speicher sparen und lokal Daten sichern
14.3 Signale, Slots und Widgets
14.4 Dialog
14.5 Qt oder Boost?
o 14.5.1 Threads
o 14.5.2 Verzeichnisbaum durchwandern
15 Internet-Anbindung
15.1 Protokolle
15.2 Adressen
15.3 Socket
o 15.3.1 Bidirektionale Kommunikation
o 15.3.2 UDP-Sockets
o 15.3.3 Atomuhr mit UDP abfragen
15.4 HTTP
o 15.4.1 Verbindung mit GET
o 15.4.2 Verbindung mit POST
15.5 Mini-Webserver
16 Datenbankanbindung
16.1 C++-Interface
16.2 Anwendungsbeispiel

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
o 18.3.1 Beispiel: Testgetriebene Entwicklung einer Operatorfunktion
o 18.3.2 Fixture
o 18.3.3 Testprotokoll und Log-Level
o 18.3.4 Prüf-Makros
o 18.3.5 Kommandozeilen-Optionen
19 Werkzeuge zur Verwaltung von Projekten
19.1 Dokumentation und Strukturanalyse mit doxygen
o 19.1.1 Strukturanalyse
19.2 Versionskontrolle
o 19.2.1 Einrichtung des Servers
o 19.2.2 Exemplarische Benutzung
19.3 Projektverwaltung
o 19.3.1 Projektmanagement
o 19.3.2 Wiki für Software-Entwicklungsprojekte

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
o 20.2.1 double- und float-Werte richtig vergleichen
o 20.2.2 const verwenden
o 20.2.3 Anweisungen nach for/if/while einklammern
o 20.2.4 int und unsigned/size_t nicht mischen
o 20.2.5 size_t oder auto statt unsigned int verwenden
o 20.2.6 Postfix++ mit Präfix++ implementieren
o 20.2.7 Ein Destruktor darf keine Exception werfen
o 20.2.8 Typumwandlungsoperatoren vermeiden
o 20.2.9 explicit-Konstruktoren bevorzugen
o 20.2.10 Leere Standardkonstruktoren vermeiden
o 20.2.11 Kopieren und Zuweisung verbieten
o 20.2.12 Vererbung verbieten
o 20.2.13 Defensiv Objekte löschen
20.3 Exception-sichere Beschaffung von Ressourcen
o 20.3.1 Sichere Verwendung von shared_ptr
o 20.3.2 shared_ptr für Arrays korrekt verwenden
o 20.3.3 unique_ptr für Arrays korrekt verwenden
o 20.3.4 Exception-sichere Funktion
o 20.3.5 Exception-sicherer Konstruktor
o 20.3.6 Exception-sichere Zuweisung
20.4 Aussagefähige Fehlermeldung ohne neuen String erzeugen
20.5 Empfehlungen zur Thread-Programmierung
o 20.5.1 Warten auf die Freigabe von Ressourcen
o 20.5.2 Deadlock-Vermeidung
o 20.5.3 notify_all oder notify_one?
o 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
o 21.3.1 Aggregation
o 21.3.2 Komposition
22 Performance, Wert- und Referenzsemantik
22.1 Performanceproblem Wertsemantik
o 22.1.1 Auslassen der Kopie
o 22.1.2 Temporäre Objekte bei der Zuweisung
22.2 Optimierung durch Referenzsemantik für R-Werte
o 22.2.1 Bewegender Konstruktor
o 22.2.2 Bewegender Zuweisungsoperator
22.3 Ein effizienter binärer Plusoperator
o 22.3.1 Kopien temporärer Objekte eliminieren
o 22.3.2 Verbesserung durch verzögerte Auswertung
23 Effektive Programmerzeugung
23.1 Automatische Ermittlung von Abhängigkeiten
o 23.1.1 Getrennte Verzeichnisse: src, obj, bin
23.2 Makefile für Verzeichnisbäume
o 23.2.1 Rekursive Make-Aufrufe
o 23.2.2 Ein Makefile für alles
23.3 Automatische Erzeugung von Makefiles
o 23.3.1 Makefile für rekursive Aufrufe erzeugen
23.4 Erzeugen von Bibliotheken
o 23.4.1 Statische Bibliotheksmodule
o 23.4.2 Dynamische Bibliotheksmodule
23.5 GNU Autotools
23.6 CMake
23.7 Code Bloat bei der Instanziierung von Templates vermeiden
o 23.7.1 extern-Template
o 23.7.2 Aufspaltung in Schnittstelle und Implementation
24 Algorithmen für verschiedene Aufgaben
24.1 Algorithmen mit Strings
o 24.1.1 String splitten
o 24.1.2 String in Zahl umwandeln
o 24.1.3 Zahl in String umwandeln
o 24.1.4 Strings sprachlich richtig sortieren
o 24.1.5 Umwandlung in Klein- bzw. Großschreibung
o 24.1.6 Strings sprachlich richtig vergleichen
o 24.1.7 Von der Groß-/Kleinschreibung unabhängiger Zeichenvergleich
o 24.1.8 Von der Groß-/Kleinschreibung unabhängige Suche
24.2 Textverarbeitung
o 24.2.1 Datei durchsuchen
o 24.2.2 Ersetzungen in einer Datei
o 24.2.3 Code-Formatierer
o 24.2.4 Lines of Code (LOC) ermitteln
o 24.2.5 Zeilen, Wörter und Zeichen einer Datei zählen
o 24.2.6 CSV-Datei lesen
o 24.2.7 Kreuzreferenzliste
24.3 Operationen auf Folgen
o 24.3.1 Container anzeigen
o 24.3.2 Folge mit gleichen Werten initialisieren
o 24.3.3 Folge mit Werten eines Generators initialisieren
o 24.3.4 Folge mit fortlaufenden Werten initialisieren
o 24.3.5 Summe und Produkt
o 24.3.6 Mittelwert und Standardabweichung
o 24.3.7 Skalarprodukt
o 24.3.8 Folge der Teilsummen oder -produkte
o 24.3.9 Folge der Differenzen
o 24.3.10 Minimum und Maximum
o 24.3.11 Elemente rotieren
o 24.3.12 Elemente verwürfeln
o 24.3.13 Dubletten entfernen
o 24.3.14 Reihenfolge umdrehen
o 24.3.15 Anzahl der Elemente, die einer Bedingung genügen
o 24.3.16 Gilt X für alle, keins oder wenigstens ein Element einer Folge?
o 24.3.17 Permutationen
o 24.3.18 Lexikografischer Vergleich
24.4. Sortieren und Verwandtes
o 24.4.1 Partitionieren
o 24.4.2 Sortieren
o 24.4.3 Stabiles Sortieren
o 24.4.4 Partielles Sortieren
o 24.4.5 Das n.-größte oder n.-kleinste Element finden
o 24.4.6 Verschmelzen (merge)
24.5 Suchen und Finden
o 24.5.1 Element finden
o 24.5.2 Element einer Menge in der Folge finden
o 24.5.3 Teilfolge finden
o 24.5.4 Bestimmte benachbarte Elemente finden
o 2.5.5 Bestimmte aufeinanderfolgende Werte finden
o 24.5.6 Binäre Suche
24.6 Mengenoperationen auf sortierten Strukturen
o 24.6.1 Teilmengenrelation
o 24.6.2 Vereinigung
o 24.6.3 Schnittmenge
o 24.6.4 Differenz
o 24.6.5 Symmetrische Differenz
24.7 Heap-Algorithmen
o 24.7.1 pop_heap
o 24.7.2 push_heap
o 24.7.3 make_heap
o 24.7.4 sort_heap
o 24.7.5 is_heap
24.8 Vergleich von Containern auch ungleichen Typs
o 24.8.1 Unterschiedliche Elemente finden
o 24.8.1 Prüfung auf gleiche Inhalte
24.9 Rechnen mit komplexen Zahlen: Der C++-Standardtyp complex
24.10 Schnelle zweidimensionale Matrix
o 24.10.1 Optimierung mathematischer Array-Operationen
24.11 Singleton
o 24.11.1 Implementierung mit einem Zeiger
o 24.11.2 Implementierung mit einer Referenz
o 24.11.3 Meyers' Singleton
24.12 Vermischtes
o 24.12.1 Erkennung eines Datums
o 24.12.2 Erkennung einer IP-Adresse
o 24.12.3 Erzeugen von Zufallszahlen
o 24.12.4 for_each -- Auf jedem Element eine Funktion ausführen
o 24.12.5 Verschiedene Möglichkeiten, Container-Bereiche zu kopieren
o 24.12.6 Vertauschen von Elementen, Bereichen und Containern
o 24.12.7 Elemente transformieren
o 24.12.8 Ersetzen und Varianten
o 24.12.9 Elemente herausfiltern
o 24.12.10 Grenzwerte von Zahltypen
o 24.12.11 Minimum und Maximum
25 Ein- und Ausgabe
25.1 Datei- und Verzeichnisoperationen
o 25.1.1 Datei oder Verzeichnis löschen
o 25.1.2 Datei oder Verzeichnis umbenennen
o 25.1.3 Verzeichnis anlegen
o 25.1.4 Verzeichnis anzeigen
o 25.1.5 Verzeichnisbaum anzeigen
25.2 Tabelle formatiert ausgeben
25.3 Formatierte Daten lesen
o 25.3.1 Eingabe benutzerdefinierter Typen
25.4 Array als Block lesen oder schreiben

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 Referenzsemantik für R-Werte
27.3 Paare
27.4 Tupel
Funktionsobjekte
o Arithmetische, vergleichende und logische Operationen
o Funktionsobjekte zum Negieren logischer Prädikate
o Binden von Argumentwerten
o Funktionen in Objekte umwandeln
Templates für rationale Zahlen
Zeit und Dauer
Hüllklasse für Referenzen
28 Container
28.1 Gemeinsame Eigenschaften
o 28.1.1 Initialisierungslisten
o 28.1.2 Konstruktion an Ort und Stelle
o 28.1.3 Reversible Container
28.2 Sequenzen
o 28.2.1 vector
o 28.2.2 vector
o 28.2.3 list
o 28.2.4 deque
o 28.2.5 stack
o 28.2.5 queue
o 28.2.7 priority_queue
o 28.2.8 array
28.3 Sortierte assoziative Container
o 28.3.1 map
o 28.3.2 multimap
o 28.3.3 set
o 28.3.4 multiset
28.4 Hash-Container
o 28.4.1 unordered_map
o 28.4.2 unordered_multimap
o 28.4.3 unordered_set
o 28.4.4 unordered_multiset
28.5 bitset
29 Iteratoren
29.1 Iterator-Kategorien
o 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
o 30.1.1 Algorithmen mit binärem Prädikat
30.2 Übersicht
31 Nationale Besonderheiten
31.1 Sprachumgebungen festlegen und ändern
o 31.1.1 Die locale-Funktionen
31.2 Zeichensätze und -codierung
31.3 Zeichenklassifizierung und -umwandlung
31.4 Kategorien
o 31.4.1 collate
o 31.4.2 ctype
o 31.4.3 numeric
o 31.4.4 monetary
o 31.4.5 time
o 31.4.6 messages
31.5 Konstruktion eigener Facetten
32 String
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
35.2
35.3
35.4
35.5
35.6
35.7
35.8
35.9
35.10

A Anhang

A.1 Programmierhinweise
A.2 C++-Schlüsselwörter
A.3 ASCII-Tabelle
A.4 Rangfolge der Operatoren
A.5 Compilerbefehle
A.6 Lösungen zu den Übungsaufgaben
A.7 Installation der DVD-Software für Windows
A.7.1 Installation des Compilers und der Entwicklungsumgebung
A.7.2 Installation der Boost-Bibliothek
A.7.3 Installation von Qt
A.7.4 Codeblocks einrichten
A.7.5 Integration von Qt in ein Code::Blocks-Projekt
A.7.6 Bei Verzicht auf die automatische Installation
A.8 Installation der DVD-Software für Linux
A.8.1 Installation des Compilers
A.8.2 Installation von Boost
A.8.3 Installation von Code::Blocks
A.8.4 Code::Blocks einrichten
A.8.5 Beispieldateien entpacken
A.8.6 Installation von Qt4
A.8.7 Integration von Qt in ein Code::Blocks-Projekt

Glossar

Literaturverzeichnis

Register