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Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS 2002 1 Programmieren Teil: Objektorientierung Franz-Josef Behr WS 2002/2003.

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1 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Programmieren Teil: Objektorientierung Franz-Josef Behr WS 2002/2003

2 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Literatur P.Prinz, U.Kirch-Prinz: C ++, Lernen und professionell anwenden, MITP-Verlag, 1999C ++, Lernen und professionell anwenden Martin Auppele: Die Kunst der Programmierung mit C++. Exakte Grundlagen für die professionelle Softwareentwicklung. Vieweg, ISBN , 1042 S.Die Kunst der Programmierung mit C++. Exakte Grundlagen für die professionelle Softwareentwicklung Stroustrup, Bjarne: Die C++-Programmiersprache; Addison-Wesley, 2000, 1048 S.Die C++-Programmiersprache Liberty, Jesse: C++ in 21 Tagen. Markt und Technik, 2000 Louis, Dirk: C/C++ Kompendium, Markt & Technik, 2000, 1259 S.

3 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Was gibts überhaupt? Klassen und Objekte Konstruktoren Konstruktoren für dynamische Objekte Destruktor Der this-zeiger Felder von Objekten Eigene Datentypen und Streams Speicherverwaltung in C++

4 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Was gibts heute?

5 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Eigenschaften von C++ –Enthält C als Teilmenge (modular, effizient, maschinennah, portabel) –Erweiterungen zu C sind Referenzen, Templates, Ausnahmebehandlung,... –Mischsprache (nicht rein objektorientiert, kennt auch Standardtypen und prozedurale Abläufe) –Formatfreie Sprache –strenge Typkontrolle durch Compiler –Unterstützt Konzepte der OOP (Kapselung, Vererbung, Polymorphie)

6 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Geschichte von C++ Anfang der 80er Jahre von Bjarne Stroustrup von AT&T entwickelt. echte Obermenge von C - jedes gültige C- Programm ist auch ein gültiges C++- Programm. Anstoß zur Entwicklung: Bewältigung der Komplexität, das Betriebssystem UNIX so aufzuteilen, daß es auch auf mehreren CPUs laufen konnte. 1985: AT&T entwickelt ersten kommerziellen C++-Compiler seit 1990: ANSI-Komitee X3J16 zur Standardisierung von C++.

7 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassisches, prozedurales Konzept Daten und Funktionen keine Einheit. Problemfelder: –Fehlerhafte, unzulässige Zugriffe, –Nicht-initalisierte Variablen, –... Funktion

8 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objektorientiertes Konzept Kennzeichen: Datenabstraktion Datenkapselung Vererbung Polymorphie Eigenschaften Methoden Objekt 1Objekt 2 [Erhoffte] Vorteile:: Kein Bruch zwischen Design und Implementierung, Höhere Softwaresicherheit Wiederverwendung von Code Nachricht

9 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Warum Objektorientierung? Objektorientierung nicht nur bei Programmierung, sondern auch in –Datenbanktechnologie, GIS-Technologie, –Entwurf von Benutzeroberflächen, –Analyse und Software-Design. Grundidee: Objekte der realen Welt abbilden. Objekte sind Bausteine für Programme.

10 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekt - Definition Definition: Ein Objekt ist eine Software-Einheit, die aus Daten (Attributen) und Funktionalitäten (Verhalten, Methoden) besteht.

11 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Eigenschaften / Attribute Definition: Ein Attribut ist eine benannte, charakteristische Eigenschaft eines Objekts bzw. aller Objekte (Instanzen) einer Klasse. Eigenschaften werden als Attribute geführt. Diese sind –Datenelemente eines bestimmten Datentyps, –Bezeichnet durch einen Namen, –In denen Werte gespeichert und aus denen Werte ausgelesen werden können. Beispiele: –Name eines Professors: Attribut = Name, Wert = Behr, Typ = Zeichenkette –Hähnchen in der Mensa: Attribut = Knusprigkeit, Wert = 2, Typ = ganzzahlig

12 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Gebäude...: Eigenschaften Grundfläche: 45 qm Anzahl Stockwerke: 3 Einheitswert: 21900,--... Methoden... Gebäude 2: Eigenschaften Grundfläche: 45 qm Anzahl Stockwerke: 3 Einheitswert: 21900,--... Methoden... Beispiel für Abstraktion Eigenschaften Grundfläche Anzahl Stockwerke Einheitswert... Methoden Errichten Abreissen Reinigen... Gebäude Abstraktion Instanziierung Gebäude 1: Eigenschaften Grundfläche: 45 qm Anzahl Stockwerke: 3 Einheitswert: 21900,--... Methoden... Objekte

13 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kapselung Definition: Kapselung bedeutet, dass Daten und Implementation nach außen hin unsichtbar sind. Der Zugriff auf die Eigenschaften (Attribute und Methoden) von Objekten wird nur gemäß der Schnittstellenbeschreibung gewährt (öffentliche Schnittstelle). Ziele: –Verbergen möglicherweise komplizierter Einzelheiten, –Klare Definition der Schnittstelle, –Unabhängigkeit der Benutzung eines Objekts von seiner Implementierung im Detail – Implementierung austauschbar. Quelle:

14 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kapselung Eigenschaften: private Setzen und Abfragen nur über get- und set-Methoden Methoden Eigenschaften Öffentliche Schnittstellen Objekt

15 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zusammengesetzte Datentypen - Strukturen Struktur (struct, record): –Zusammengesetzter heterogener Datentyp –Zusammenfassung von Variablen beliebiger Datentypen – Gemeinsame Verarbeitung dieser Elemente/Daten/Werte Deklaration struct IdentifiervariableDefinition {;}; struct GeoPoint { double dftEasting, dftNorthing; };

16 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Definition von Variablen des Typs "Struktur" Definition einer Strukturvariablen erfolgt analog zur bekannten Variablendefinition durch Typname Variablenname Beispiel: struct GeoPoint { double dftEasting, dftNorthing; }; Point p1, p2, pn;

17 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriff auf Elemente einer Strukturvariablen Verwendung des Zugriffs-/Auswahloperators zwischen Name der Strukturvariablen und Membername Bsp.: p1.dftEasting = ; p1.dftNorthing = ; Struktur = Bezugsrahmen für Membernamen Definition gleichnamiger Variablen erlaubt! double dftEasting = ; p1.dftEasting = dftEasting;

18 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Sie können Strukturen kopieren mittels Zuweisungsoperator = GePoint p2; p2 = p1; Zeiger auf Strukturen analog zu anderen Zeigern: strukturname * pointername; GeoPoint* ptrGeoPoint = &p1; Zugriff auf Member via Zeiger: –Dereferenzierung * (incl. Klammern () ) und Auswahloperator. (* ptrGeoPoint).dftEasting += 10; –Verweisoperator -> ptrGeoPoint->dftNorthing -= 10; Strukturvariablen – Kopieren... ptrGeoPoint verweist auf die Stelle im Speicher, an der p1 gespeichert ist.

19 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Sicherheit? The use of struct s is discouraged since these only contain public data. In interfaces with other languages (such as C), it may, however, be necessary to use structs.

20 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Ausgangssituation: C-Strukturen Zusammenfassung zusammengehörender Daten + Erlaubte Operationen + Zugriffskontrollmechanismen + Weitere Spezialitäten = C++ > > >

21 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen Erweiterung von Strukturen Zusammenfassung zusammengehörender Daten (Attribute) + erlaubte Operationen (Methoden) Klassen werden deklariert und definiert Schablone für zu erzeugende Variablen Variablen von Klassen = Objekte Erzeugung von Objekten über spezielle Methoden KonstruktorenKonstruktoren Zerstörung von von Objekten DestruktorDestruktor Zugriffsmechanismen für geschützte und öffentliche Bereiche Klassen stehen untereinander in einer hierarchischen Ordnung

22 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Deklaration einer Klasse Ähnlich wie Deklaration von Strukturen Schlüsselwort class (statt struct) class CGeoPoint { private: char szId[20]; double dftEasting; double dftNorthing; };

23 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Anlegen von Objekten class CGeoPoint p1, p2, p3; P P P

24 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Unterschiede zwischen Strukturen und Klassen Unterschiede: –syntaktisch: Schlüsselwort class (statt struct) –semantisch: Zugriff nicht ohne weiteres möglich Datenkapselung mittels Schlüsselwörter –private kein Zugriff von außen möglich –public Definition von öffentlichen Attributen Wenn alle Attribute einer Klasse == public: Klasse entspricht Struktur!

25 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Fragespiel Nennen Sie die Unterschiede zwischen einer Struktur und einer Klasse in C++.

26 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassendeklaration classtyp Standard: class Ebenfalls möglich: struct, union, da diese spezielle C++-Klassen darstellen. Empfehlung: nur class verwenden Generelle Form: classtyp klassenname { public: ELEMENTE protected: ELEMENTE private: ELEMENTE } instanzen; Klassenname Name der zu deklarierenden Klasse

27 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassendeklaration II Public, protected, private Zugriffsmodifizierer, legen fest, auf welche Elemente der Klasse von außen zugegriffen werden kann. Generelle Form: classtyp klassenname { public: ELEMENTE protected: ELEMENTE private: ELEMENTE } instanzen; ELEMENTE Deklaration und ggf. Definition von Datenelementen und Elementfunktionen instanzen Definition von Instanzen (Variablen) dieses Klassentyps Optional (an dieser Stelle)!

28 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Deklaration und Definition Die Deklaration einer Klasse sagt dem Compiler, um welche Klasse es sich handelt, welche Daten sie aufnimmt und welche Funktionen sie ausführt. Die Deklaration der Klasse bezeichnet man als Schnittstelle (Interface), da der Benutzer hieraus die Einzelheiten zur Interaktion mit der Klasse entnehmen kann. Die Schnittstelle speichert man in der Regel in einer.h-Datei, einer sogenannten Header-Datei. Die Funktionsdefinition sagt dem Compiler, wie die Funktion arbeitet. Man bezeichnet die Funktionsdefinition als Implementierung der Klassenmethode und legt sie in einer.cpp-Datei ab. Die Implementierungsdetails der Klasse sind nur für den Autor der Klasse von Belang. Klienten der Klasse - das heißt, die Teile des Programms, die die Klasse verwenden - brauchen nicht zu wissen (und sich nicht darum zu kümmern), wie die Funktionen implementiert sind. Quelle: Liberty, Jesse: C++ in 21 Tagen. Markt und Technik, 2000

29 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Hello World – objektorientiert II Klasse, Instanziierung und Aufruf in main. #include #include class MyMessage { public: MyMessage (char * pszString) { strcpy(szMessage,pszString);} void show() { cout << szMessage << endl;} private: char szMessage[256]; }; int main(int argc, char* argv[ ], char* envp[ ]) { MyMessage hello("Hello World!"); hello.show();cout << PROGNAME << " finished." << endl; return 0; }

30 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Deklaration von Objekten Voraussetzung: Klasse ist definiert. Wie bei Variablen üblich, erfolgt die Deklaration durch Angabe des Datentyps und den Namen des Objekts. Syntax: Klassenname Objektbezeichner1 [Objektbezeichner2,...]; Beispiel CGeoPoint p1; Effekt: –Für die Daten des Objekts p1 wird der entsprechende Speicherplatz reserviert. –Es erfolgt keine Initialisierung ( Konstruktoren!).Konstruktoren –Sind die Datenelemente public, so können den Datenelementen Werte zugewiesen werden usw. Instanziierung

31 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriff auf Elemente Zugriff auf Elemente kann nur auf public-Elemente erfolgen. Zugriff erfolgt wie bei Strukturvariablen mit Hilfe des Punkt- oder des Pfeiloperators. Beispiel für Zugriff auf Datenelemente: CGeoPoint p1; p1.dftEasting = ; p1.dftNorthing = ; Beispiel für Zugriff auf Elementfunktionen: CGeoPoint p1; p1.setcoords( , );

32 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriff auf Elemente über den Pfeiloperator Wenn ein Zeiger (pointer) auf ein Objekt weist, kann auf public- Elemente über den Pfeiloperator -> zugegriffen werden. CGeoPoint::setCoords(double x, double y) { dftEasting = x; dftNorthing = y; } CGeoPoint::printCoords() { cout setCoords( , );// Koord.setzen ptPoint->printCoords(); // Koord. ausgeben p3.printCoords(); // für p3 natürlich identische Ausgabe.

33 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Konstruktoren Werden durch Definition von Instanzen (= Variablen eines Klassentyps) aufgerufen Name des Konstruktors: identisch mit Klassennamen i. d. R. im public-Bereich, für uneingeschränkten Zugriff. Konstruktor besitzt keinen Ergebnistyp – auch nicht void! Dient der Initialisierung von Datenelementen der Klasse Ein Konstruktor kann nicht direkt aufgerufen werden (um z.B. eine nochmalige Initialisierung zu erreichen). Die Verknüpfung von Instanzbildung und Initialisierung durch den Konstruktor entspricht dem objektorientierten Prinzip der Kapselung.

34 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Default-Konstruktor Kein selbstdefinierter Konstruktor? Compiler erzeugt minimalen Standardkonstruktor (ohne Initialisierung) selbst. Ist wenigstens ein eigener Konstruktor definiert, muss auch der parameterlose Default-Konstruktor selbst definiert werden, soll er denn zur Verfügung stehen.

35 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Verwendung mehrerer Konstruktoren Werden mehrere Konstruktoren definiert ("Überladen von Funktionen"), kann einer dieser Konstruktoren für die Instanziierung ausgesucht werden. CGeoPoint::CGeoPoint() // Konstruktor { cout << "Default-Konstruktor aufgerufen" << endl; strcpy(id,"0"); dftEasting = 0.0; dftNorthing = 0.0; } CGeoPoint::CGeoPoint(double x, double y) // Konstruktor 2 { cout << "Konstruktor 2 aufgerufen (" << x << ", " << y << ")" <

36 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Aufgabe Schreiben Sie einen weiteren Konstruktor, der ein Punktobjekt mit Punktnummer, Rechts- und Hochwert initialisiert. Testen Sie Ihren Konstruktor, in dem Sie weitere Objekte über diesen Konstruktor definieren und sich ihre Werte anzeigen lassen (Memberfunktion displayValues).

37 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Fragespiel Was macht –Ein Konstruktor? –Ein Destruktor? Wie lautet die Syntax? Warum mehrere Konstruktoren? Was ist eine Instanz?

38 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Initialisierung mittels Initialisierungsliste Initialisierungsliste enthält alle Initialisierungen, die beim Aufruf des Konstruktors ausgeführt werden. durch einen Doppelpunkt (:) vom Funktionskopf getrennt; wird vor dem eigentlichen Anweisungsteil eines Konstruktors ausgeführt class CGeoPoint { private: char id[20]; double dftEasting; double dftNorthing; public: CGeoPoint::CGeoPoint(double x, double y): dftEasting(x), dftNorthing(y) {strcpy(id,"0"); }... int main() {CGeoPoint p1( , ); …

39 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Vergleich Initialisierungsliste / Zuweisung Für Referenzen und konstante Attribute die einzige Möglichkeit, Werte zu setzen.

40 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Konstruktoraufruf mit Wertzuweisung Wenn Konstruktor nur einen Parameter hat, kann man den Übergabewert beim Definieren des Objekts auch einfach zuweisen, statt eine eingeklammerte Übergabe auszuführen: class CGeoPoint {...} CGeoPoint::CGeoPoint(char * szInitId) // Konstruktor { cout << "Konstruktor 4 für Punkt " << szInitId << endl; strcpy(szId,szInitId);dftEasting = 0.0;dftNorthing = 0.0; }... // Definition eines Objekts mit zugewiesenem Parameterwert: CGeoPoint p3b = "10";

41 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kopierkonstruktor Definition: Klassenname::Klassenname(const Klassenname & Muster); Kein eigener Kopierkonstruktor? Compiler erzeugt minimalen Standard-Kopierkonstruktor. Dieser kopiert die Daten des übergebenen Objekts in das neue Objekt. Beispiele für Aufruf: class CGeoPoint p20 = p3; class CGeoPoint p21(p3);

42 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kopierkonstruktor: Beispiel CGeoPoint::CGeoPoint (const CGeoPoint & SamplePoint) { cout << "Kopierkonstruktor aufgerufen (" << SamplePoint.szId << ")" <

43 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kopierkonstruktoren für dynamische Elemente Problem: Duplizierung nicht ausreichend, da –sonst beide Elemente auf identischen Speicherplatz verweisen würden, –Probleme bei der Speicherfreigabe zu erwarten sind. lLength Hallo\0 szBuffer str2 str1MyString str1("Hallo"); MyString str2 = str1; ?

44 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Kopierkonstruktoren für dynamische Elemente Kopierkonstruktor für Klassen muss dynamische Elemente selbst definieren. Kopiervorgang muss nicht die Zeiger, sondern die Datenelemente kopieren!

45 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Standard-Zuweisung Standard-Zuweisung neben Default-Konstruktor, Kopierkonstruktor und Destruktor implizit definierte Standard-Methode. Zuweisung erfolgt datenelementweise auf existierendes Objekt, Kann mehrfach vorgenommen werden. Aufrufbeispiel: class CGeoPoint p20, p21; p21 = 20 = p2; Beispiel: ->

46 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Standard-Zuweisung: Syntax Syntax: Objektklasse operator=( const Objektklasse & Muster ) { … } Aufrufbeispiel: class CGeoPoint p20, p21; p21 = 20 = p2; Ansatz: Überladen des Operators =. Die Aktionen, die bei der Zuweisung ausgeführt werden sollen, sind durch eine Methode mit Namen operator=() festgelegt. Eine Zuweisung s1 = s2 entspricht somit dem Aufruf dieser Methode: s1.operator=(s2); Der Parameter von operator=() ist eine Referenz auf das Objekt, das auf der rechten Seite der Zuweisung steht.

47 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Standard-Zuweisung: Beispiel CGeoPoint operator=( const CGeoPoint & OtherObject) { cout << "Standardzuweisung (" << OtherObject.szId << ")" <

48 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Standard-Zuweisung: Problem Problem: Einfache Zuweisung nicht ausreichend, wenn eine Klasse dynamische Objekte enthält. Standardzuweisung für Klassen mit dynamischen Elementen selbst definieren.

49 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Standard-Zuweisung für dynamische Elemente MyString MyString::operator=(const MyString & MySourceString) { if ( this != &MySourceString) // falls keine Selbstzuweisung { lLength = MySourceString.lLength; delete [ ] pszBuffer; pszBuffer = new char(lLength + 1); // einschl. Platz für Null- Terminator strcpy(pszBuffer,MySourceString.pszBuffer); } return *this; }

50 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Destruktor Aufgabe: "Abbau" ordnungsgemäß aufgebauter Objekte, wie z.B. Speicherplatzfreigabe Andere Aufgaben, wie z.B. Schließen von Dateien,... Destruktor zerstört die Datenelemente von Objekten in umgekehrter Reihenfolge, wie sie aufgebaut wurden.

51 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Definition eines Destruktors Definition: Klassenname::~Klassenname() { } Aufruf: –Bei Ende eines Blocks für alle lokal deklarierten Objekte, die nicht zur Speicherklasse static gehören –Bei allen sonstigen Objekten (global oder static definiert) am Programmende. CGeoPoint::~CGeoPoint() // Destruktor { cout << "Destruktor aufgerufen für Punkt " << szId <

52 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriffsmethoden Datenkapselung Datenelemente eines Objekts gehören normalerweise in den private-Bereich einer Klasse. Setzen und Auslesen von Werten erfolgt über Zugriffsmethoden (set- und get-Methoden). Vorteile: –Zugriffsmethoden können Bereichsprüfungen vornehmen und fehlerhafte Werte abfangen –Zugriffsmethoden verstecken implementationsabhängige Details von Klassen. Es ist jederzeit möglich, die interne Darstellung von Daten zu ändern, während die öffentliche Schnittstelle unverändert bleibt.

53 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriffsmethoden II get-Methoden set-Methode CGeoPoint::setCoords(double x, double y) { this->dftEasting = (x > && x dftNorthing = (y > && y < ) ? y : 0.0; } double CGeoPoint::getEasting() { return dftEasting; } double CGeoPoint::getNorthing() { return dftNorthing; }

54 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Zugriffsmethoden: Namenskonventionen Abfragen, z.B.: int getProperty() Setzen: setProperty(int value) bei Bool-Werten auch: bool isProperty() // hat das Objekt // die Eigenschaft … Zugriffsmethoden aus Performancegründen immer inline deklarieren!

55 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Anmerkung zu Zugriffsrechten Beliebige Anzahl und Reihenfolge von private und public Dennoch: –Attribute gleicher Zugriffsrechte zusammenfassen –Beginne mit kleinstem Zugriffsrecht Warum soll ich Attribute privat deklarieren? Prinzip der Kapselung Aber dann kann ich doch nicht mehr drauf zugreifen!? Dafür besitzen Klassen (öffentliche und geschützte) Methoden :-) Methoden von Klassen Kontrollierter Zugriff auf geschützte Attribute Sicherung konsistenter Attributwerte

56 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Deklaration von Elementfunktionen... innerhalb innerhalb der Klassendeklaration (analog zu Attributen) Zugriffsrechte wie Attribute Gleicher Name, unterschiedliche Parameterlisten Überladen von Methoden class Wertepaar { private: int wert1; int wert2; public: void setzeWert1( int w ); void setzeWert1( ); int holeWert1( void ); void setzeWert2( int w ); int holeWert2( void ); };

57 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Bedeutung der Elementfunktionen Typischerweise: "Kleine" Elementfunktionen stellen das öffentliche Interface der Klasse dar Integrität der Daten und ausreichende Funktionalität werden sichergestellt. Effizienter Aufruf als inline-Funktion durch –explizite Definition (vorangestelltes Schlüsselwort inline) oder –Implizite Definition durch innerhalb der Klassendefinition (Schlüsselwort inline kann, aber muss nicht stehen; Lesbarkeit!)

58 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS const bei Objekten Ein Objekt kann wie jede Variable auch als const deklariert werden Objekt muss natürlich initialisiert werden! Objekt kann nicht mehr verändert werden. Deklaration einer Elementfunktion als const: Feste Zusage, dass die Methode die Werte der Datenelemente der Klasse auf keinen Fall ändert. Beispiel: double CGeoPoint::getX(void) const; Methoden, die nur lesend auf Daten zugreifen, müssen als solche gekennzeichnet sein, um einen Zugriff auf const-Objekte zu ermöglichen! Das Schlüsselwort const gehört zur Signatur der Funktion read-only- und"normale" Variante möglich!

59 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS const - Empfehlung Verwenden Sie const, wo immer möglich! Deklarieren Sie Elementfunktionen, die den Zustand des Objekts nicht ändern sollen, stets als const. Der Compiler kann Ihnen dann die Fehlersuche erleichtern. Das geht schneller und ist weniger aufwendig, als wenn Sie es selbst machen müssten!

60 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Der Zeiger this Elementfunktionen arbeiten mit dem Objekt, für das die Elementfunktion aufgerufen wurde. Information (= Adresse des aktuellen Objekts) wird über ein "unsichtbares" Argument übergeben. Adresse steht der Elementfunktion über den konstanten Zeiger this zur Verfügung. Über den Zeiger this können Elemente direkt angesprochen werden. Zugriff über *this auf das Objekt als Ganzes, z.B. Rückgabe: return *this; CGeoPoint::setCoords(double x, double y) { this->dftEasting = x; this->dftNorthing = y; }

61 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekte als Argumente: call by value ein übergebenes Objekt wird in ein lokales Objekt kopiert. Achtung: Nach Abschluss der Funktion wird der Destruktor aufgerufen! // Objekt als Argument CGeoPoint p2("2", , ); CGeoPoint p3("3",0.0,0.0) cout << "Back from isEqual. Result: " << isEqual(p2,p3) << endl; inline bool isEqual(CGeoPoint p1, CGeoPoint p2) { cout << "Start isEqual (" << p1.getID() << ", " << p2.getID() << endl; return (strcmp(p1.getID(),p2.getID()) == 0 && p1.getEasting() == p2.getEasting() && p1.getNorthing() == p2.getNorthing()); }

62 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekte als Argumente: call by reference Schnellere Performance, da kein neues Objekt angelegt und vernichtet werden muss. Über Referenzen oder Zeiger // Objekt als Argument CGeoPoint p2("2", , ); CGeoPoint p3("3",0.0,0.0) cout << "Back from isEqual. Result: " << isEqual(p2,p3) << endl; inline bool isEqual(CGeoPoint & p1, CGeoPoint & p2) { cout << "Start isEqual (" << p1.getID() << ", " << p2.getID() << endl; return (strcmp(p1.getID(),p2.getID()) == 0&& p1.getEasting() == p2.getEasting() && p1.getNorthing() == p2.getNorthing()); }

63 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekte als Argumente: call by reference mit Zeiger Objekt als Zeiger-Argument: Funktion / Methode kann verändernd darauf zugreifen. Beispiel: Vertauschen zweier Objekte void geoPoint::swapValues(CGeoPoint* p1) { CGeoPoint myTempPoint = *p1; *p1 = *this; *this = myTempPoint; return; } CGeoPoint p7("7",70.0,70.0); CGeoPoint p8("8",80.0,80.0); p8.swapValues(&p7);

64 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekt als Return-Wert Rückgabe eines Objekts in Kopie nur bei kleineren Objekten sinnvoll. Lokales Objekt wird zerstört. Beispiel: CGeoPoint createPointByFunction(void) { CGeoPoint myNewPoint("10",10.0,10.0); return myNewPoint; } // Rückgabe eines Objekts in Kopie CGeoPoint p10; p10 = createPointByFunction(); p10.printCoords();

65 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Objekt als Return-Wert als Referenz Effizienter als zuvor genanntes Verfahren geoPoint& createPointByFunctionWithReference(void) { geoPoint myNewPoint("10",11.0,11.0); return myNewPoint; } // Rückgabe eines Objekts als Referenz geoPoint p11; p11 = createPointByFunctionWithReference (); p11.printCoords();

66 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Felder von Objekten (Klassen-Arrays) Geeignet für Verwaltung vieler Objekte einer Klasse Deklaration gemäß C-Syntax #include #include "geoPoint.h" int main() { CGeoPoint geoPointArray[] = { CGeoPoint(), CGeoPoint("2", , ), CGeoPoint( , ), "4" }; cout << "Anzahl angelegter Objekte: " << sizeof(geoPointArray) / sizeof(CGeoPoint) << endl; return 0; }

67 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Eigene Datentypen und Streams Die beiden Operatoren > können mit eigenen Datentypen überladen werden. Wichtig ist die Signatur, als Ergebnis wird immer eine Referenz auf den aktuellen Stream zurückgeliefert. ostream& operator >(istream&, MeineKlasse);

68 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Eigene Datentypen und Streams: Beispiel Überladen wird der Operator <<, um direkt Objekte der Klasse CGeoPoint ausgeben zu können. ostream& operator<<(ostream& output, const CGeoPoint& myPoint) { cout.precision(2); // 2 Stellen für Nachkommastellen cout.setf(ios::fixed); // normales Format, keine Exponentendarstellung return output << "Rechtswert = " << myPoint.dftEasting << " " << "Hochwert = " << myPoint.dftNorthing; } … CGeoPoint p10("2", , ); cout << p10 << endl;

69 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen-Arrays Beispiel I typedef struct { char id[20]; double easting; double northing; } geoPointStruct; const int MAX = 10; class GeoPointList { geoPointStruct list[MAX]; int numInList; public: GeoPointList::GeoPointList(): numInList(0) // constructor { } ~GeoPointList() // destructor { }

70 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen-Arrays Beispiel II int Full() { if (numInList >=MAX) return 1; else return 0; } int Empty() { if (numInList==0) return 1; else return 0; } int Size() { return numInList; }

71 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen-Arrays Beispiel III int Add(geoPointStruct geoPoint) { if (!Full()) { list[numInList++]=geoPoint; return 0; // returns 0 if OK } return 1; } int Get(geoPointStruct& addr, int i) { if (i < Size()) { addr=list[i]; return 0; // returns 0 if OK } return 1; } };

72 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Methoden mit Objekt als Argument Elementfunktion verknüpft "ihr" Objekt mit [einem] anderen, das als Argument übergeben wird. void geoPoint::getValuesFrom(geoPoint& p1) { strcpy(id,p1.getID()); easting = p1.getEasting(); northing = p1.getNorthing(); return; } geoPoint p6("6",10.0,20.0); geoPoint p4("4", , ); p6.getValuesFrom(p4);

73 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Speicherverwaltung in C++ Speicherverwaltung muss –richtig funktionieren –effektive Performance zeigen. Jedoch: In C wie C++ können "Lücken" im Speicher entstehen ("Speicherlecks")

74 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Speicherverwaltung mit new und delete Statt malloc() und free() in C werden die Operatoren new und delete verwendet. new stellt Speicher auf dem sog. Heap bereit; dieser Speicherbereich kann durch Swapping auf der Festplatte sehr groß werden große Flexibilität in der Softwareentwicklung. new und delete für Standard-Datentypen und Objekte verwendbar!

75 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS new und delete für Standard-Datentypen Syntax: Zeiger_auf_Typ = new Typ; new reserviert Speicherplatz für eine Variable des angegebenen Typs und gibt die Adresse zurück. Beispiel: long* plPunktnummer; plPunktnummer = new long; Speicherplatz für eine Variable des Typs long wird reserviert und die Adresse dem Zeiger plPunktnummer zugewiesen. Initialisierung ist über Angabe des Werts in Klammern möglich. plPunktnummer = new long(4711);

76 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS new und delete für Standard-Datentypen: Beispiel #include long *plPunktnummer; int main() { plPunktnummer = new long( ); cout << "An der Adresse " << plPunktnummer << " findet sich der Wert " << *plPunktnummer << "." << endl; delete plPunktnummer; return 0; }

77 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS new und delete für Felder Syntax: Zeiger_auf_Typ = new Typ[anzahl]; new reserviert Speicherplatz für insgesamt anzahl Feldelemente des angegebenen Typs und gibt die Adresse zurück. Beispiel: long *plPunktnummer, lAnzahl = 10; plPunktnummer = new long[lAnzahl]; Speicherplatz für 10 Variable des Typs long wird reserviert und die Adresse dem Zeiger plPunktnummer zugewiesen. Ansprache der Feldelemente. plPunktnummer[0] = *plPunktnummer; plPunktnummer[1] = *(plPunktnummer+1);... Angabe von Initialisierungswerten ist nicht möglich.

78 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS new und delete für Felder II Wurde Speicher für ein Feld mit new reserviert, muss zur Freigabe des Speichers der Operator delete [ ] aufgerufen werden. Beispiel: long *pv = new long[100];... delete [ ] pv;

79 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS new und delete: Vorteile Operand für new = Typ des anzulegenden Objekts. keine sizeof-Angabe notwendig! Compiler kennt Typ Objekt wird korrekt über einen Konstruktor erzeugt. Auch ein dynamisch erzeugtes Objekt kann initialisiert werden. new liefert immer einen Zeiger mit dem richtigen Typ zurück. kein casting notwendig! delete ruft für Objekte den Destruktor auf. Objekte werden "ordnungsgemäß" zerstört. Nicht genug Speicherplatz vorhanden? New-Handler wird aufgerufen. Funktion zur zentralen Fehlerbehandlung. Notwendigkeit, bei Reservieren von Speicher einen Rückgabewert abzufragen, entfällt! Eigener New-Handler kann installiert werden. new und delete sind Operatoren können überladen werden. für eigene Klassen optimierte Speicherverwaltung möglich.

80 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Speicherverwaltung für Klassen Ein Aufruf von new für Klassen entspricht dem Aufruf für Standard- Datentypen Verwendet werden der Konstruktor bzw. – je nach Initalisierungsliste – verschiedene Konstruktoren. #include #include "geoPointWithNew.h" int main() { cout << "Start Program" << endl; geoPoint* pP1, *pP2; pP1 = new geoPoint(); pP2 = new geoPoint("2", , ); delete pP1; // Loeschen der Punktobjekte delete pP2; // mit Freigabe des Speichers cout << "End Program" << endl; return 0; }

81 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Speicherverwaltung für Feld von Objekten #include #include "geoPointWithNew.h" int main() { geoPoint *pP2; pP2 = new geoPoint("2", , ); const long MAX_COUNT = 10; geoPoint * pPList = new geoPoint[MAX_COUNT]; pPList[1] = geoPoint(); pPList[1] = geoPoint( , ); pPList[2] = *pP2; pPList[3] = geoPoint("3", , ); for (int i=0; i <= 3; i++) { pPList[i].printCoords(); } delete pP2; // mit Freigabe des Speichers delete [ ] pPList; cout << "End Program" << endl; return 0; }

82 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Speicherverwaltung für Feld von Objekten: Ergebnis

83 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Anhang

84 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen fassen Attribute zusammen Klassen werden deklariert und definiert Schablone für zu erzeugende Variablen Variablen von Klassen = Objekte class xypoint { double x; double y; long pnr; };... class p1 xypoint;

85 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen verfügen über Zugriffsmechanismen Zugriffsmechanismen definieren geschützte und öffentliche Bereiche class geoPoint { private:... public: char szId[20]; double dftEasting; double dftNorthing;...

86 Hochschule für Technik, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef BehrSS Klassen verfügen über weitere Mechanismen Erzeugung von Objekten über spezielle Methoden Konstruktoren Zerstörung von von Objekten Destruktor Klassen stehen untereinander in einer hierarchischen Ordnung geoPoint::geoPoint() // Konstruktor { strcpy(szId,"1"); dftEasting = 0.0; dftNorthing = 0.0; } geoPoint::~geoPoint() // Destruktor { }


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