1 PG 1 Hochschule Darmstadt Prof.Dr. H.P Voraussetzung Belegung Pr-vorleistung Pr-form ... OO Analyse und Design Prüfung PAD1 angetreten Praktikum K ... (Assembler-Sprachen)

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PG 1PG 1

Programmieren 1

Hochschule Darmstadt

Prof.Dr. H.P.Weber


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Inhalt von Programmieren 1

1 Einführung2 Grundelemente der C++ Programmierung 3 Einführung in Klassen und Objekte 4 Kontrollanweisungen: Teil 1 5 Kontrollanweisungen: Teil 2 6 Funktionen und eine Einführung in Rekursion 7 arrays und vectors, Suchen und Sortieren 8 Zeiger, C-Arrays und C-Strings 9 Klassen – genauer betrachtet: Teil 1

10 Klassen – genauer betrachtet: Teil 211 Operatorüberladung und Fallstudien Array und String


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11Einführung


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1.1 Organisatorisches1.2 Programmiersprachen1.3 Geschichte von C und C++1.4 C++ Standardbibliothek1.5 Typische C++ Entwicklungsumgebung


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1.1 Organisatorisches

• Stellung von ‘Programmieren 1’ im Studium– 1. Semester: Programmieren / Algorithmen und

Datenstrukturen 1• Prozedurale + objektorientierte Programmierung• Konsolenanwendungen mit C++

– 2. Semester: Programmieren / Algorithmen undDatenstrukturen 2• Objektorientierte + generische Programmierung• Konsolenanwendungen mit C++

– 3. Semester: Nutzerzentrierte Softwareentwicklung• Grapische Benutzeroberflächen mit Java

– 4. Semester: Entwicklung webbasierter Anwendungen• Webprogrammierung mit HTML5, Javascript, PHP


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1.1 Organisatorisches

• Stellung von PAD1 im Studium

Modul Voraussetzung Belegung Pr-vorleistung Pr-form

Programmieren 1 (PAD1) - Praktikum P

Programmieren 2 (PAD2) Prüfung PAD1 angetreten Praktikum P

OO Analyse und Design Prüfung PAD1 angetreten Praktikum K

Mikroprozessorsysteme Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 angetreten

Praktikum K

Nutzerzentrierte Softwareentwicklung

Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 angetreten

Praktikum K

Software Engineering Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 angetreten

Praktikum K

Datenbanken Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 angetreten

Praktikum K

Betriebssysteme Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 angetreten

Praktikum K

GDV, EWA, VS, PSE Prüfung PAD1 bestandenPrüfung PAD2 bestanden

Praktikum K


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1.1 Organisatorisches• Literatur

– H.M.Deitel,P.J.Deitel: C++ How To Program, 10th ed(oder auch: 9th-5th ed); Prentice-Hall; 2016 /2014/2011/2010/2007/2005

– Basistext der Vorlesung, deshalb primär empfohlen. – U.Breymann: Der C++ Programmierer, 4.Aufl.; Hanser; 2015

– Deutschsprachiges Standardwerk zu Sprachsyntax und Objektorientierung. – Stroustrup, Bjarne: Die C++ Programmiersprache, 4.Auflage; Hanser;

2015 – Die definitive Referenz vom Entwickler von C++.

– R. Sedgewick: Algorithmen in C++ (Teil 1-4), 3.Auflage ; Addison-Wesley; 2002

– Standardwerk zu Algorithmen und Datenstrukturen.

– Außerdem: www.cplusplus.com– Gute Referenz für die Bearbeitung der Aufgaben im Praktikum. – In praktischer Prüfung lokal auf Rechner verfügbar.


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1.1 Organisatorisches• Software

– Für eingeschriebene Studenten der Hochschule Darmstadt sind im Rahmen des ‘Microsoft Imagine’-Programmskostenlos erhältlich:

– Visual Studio 2017 Enterprise bzw. Community– Quelle:

– Anmelden über Kurz-URL "link.h-da.de/imagine"– Erforderlich für die Anmeldung

– h_da Benutzer-ID– h_da Kennwort

– Microsoft Visual Studio 2013 Professional– ist auf den Rechnern im Praktikum vorhanden


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1.1 Organisatorisches• Vorlesung, Praktikum, individuelles Üben

– Programmieren ist ein Handwerk, das geübt werden muss.– ‚Üben‘ heißt zunächst: Sich allein mit Aufgabenstellung,

Entwicklungsumgebung (und Vorlesungsfolien!) um eine Lösung bemühen.

– Teamarbeit macht erst Sinn, wenn jeder für sich die Aufgabe im wesentlichen gelöst hat. Das gilt uneingeschränkt für die Programmierausbildung; in der beruflichen Praxis sind durchaus andere Modelle möglich.


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– Kalkulieren Sie ausreichend Zeit zum individuellen Üben in Ihren Zeitplan ein – in der Vorlesung ist dafür keine Zeit und im Praktikum nur eingeschränkt.

– Notebooks in der Vorlesung sind nicht verboten, aber erfahrungsgemäß (außer bei großer Selbstdisziplin) eher kontraproduktiv.


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– In der Vorlesung wird der Stoff systematisch zunächst begrifflich und dann an konkreten Beispielen dargestellt.

– Für Studenten mit wenig Programmiererfahrung drei Phasen:• Vorbereitung der Vorlesung anhand der vorher bereitgestellten

Folien• Vorlesung mit Möglichkeit zur Diskussion der Begriffe und

Beispiele• Nachbereitung durch eigenes Üben und Bearbeiten der

Praktikumsaufgaben


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1.1 Organisatorisches• Ablauf eines Praktikumstermins

– Ausgabe der Aufgabenstellung (Download von meinerWebsite) ca. 14 Tage vor Praktikumstermin

– Vorbesprechung in der Vorlesung– Zu Hause: Programmcode entwerfen und eintippen

• Am besten schon mit Visual Studio 2017 (oder 2013)• Auf dem mitgebrachten eigenen Notebook sind auch

beliebige andere C++-Entwicklungsumgebungen erlaubt.• Code für komplettes Projekt ins Praktikum mitbringen

– Im Praktikum: Übersetzung, Inbetriebnahme mit Visual C++, Testen, mit Praktikumspartner durchsprechen / abgleichen (Zeitrahmen: einschließlich Abnahme maximal drei Stunden)

– Abnahme/Testierung durch Betreuer


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1.1 Organisatorisches• Regeln zum Praktikum

– 5 von 5 möglichen Testaten sind Pflicht für erfolgreichePraktikumsteilnahme

– Testate gibt es grundsätzlich nur zum jeweiligen Termin– Bewertung: ‘teilgenommen’ als Eintrag im OBS

• Dies ist die Voraussetzung für die Zulassung zur ‘Klausur’, d.h. zur Praktischen Prüfung.

– Anmeldung und Gruppeneinteilung für das Praktikumdurch OBS

– Termine und Aufgabenstellungen auf meiner Website– Durchführung in Zweiergruppen


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1.2 Programmiersprachen

• Maschinensprachen– prozessorabhängige Codierung von Befehlen, Adressen und

Daten als Bitmuster

• Maschinenorientierte Programmiersprachen (Assembler-Sprachen)

– prozessorabhängige mnemonische Codierung von Befehlen, Adressen und Daten;

– ein Assembler-Befehl ergibt einen Maschinenbefehl

• Problemorientierte Programmiersprachen– den zu bearbeitenden (z.B. nummerischen, kommerziellen,

technischen, ...) Problemen angepasste Formulierung von Programmen

– eine Anweisung ergibt viele Maschinenbefehle– portabel, da prozessorunabhängig


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• Problemorientierte Programmiersprachen– An englischer Umgangssprache orientiert

• Benutzen übliche mathematische Schreibweise• Beispiel:

area = PI * radius * radius;

– Einzelne Anweisungen bewältigen substanzielle Aufgaben.– Müssen durch Übersetzungsprogramme in Maschinensprache

übersetzt werden (‘Compiler’)• Das komplett übersetzte Programm wird dann ausgeführt.

– Andere Möglichkeit: Interpreter• Führen Hochsprachen-Programme direkt

(d.h. Anweisung für Anweisung) aus• Ausführung ist langsamer als bei compiliertem Programm


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• Prozedurale Programmiersprachen:– FORTRAN (FORmula TRANslator)– COBOL (COmmon Business Oriented Language)– ALGOL (ALGOrithmic Language)– PASCAL– C

• Funktionale Programmiersprachen:– LISP, Haskell, ML– F#, Scala

• Logische Programmiersprachen:– PROLOG


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• Objektorientierte Programmiersprachen:– SMALLTALK– EIFFEL– C++– Java– C#

• Skriptsprachen:– Perl (Practical Extraction and Report Language)– Python – PHP (Hypertext Preprocessor, Personal Home Page Tools)– Javascript– Ruby


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1.3 Geschichte von C und C++

• Geschichte von C– Entstanden aus CPL (‘Combined Programming Language’,

Cambridge und London, Anfang der 1960er)– Über BCPL (‘Basic CPL’, Martin Richards, 1967)

und B (Ken Thompson, 1970)• “Ungetypte” Sprachen

– Entwickelt von Dennis Ritchie (Bell Laboratories, 1972)• Ergänzung von Datentypen

– Sprache, in der UNIX entwickelt wurde– Unabhängig von der eingesetzten Hardware

• portable Programme können geschrieben werden– ANSI und ISO Standard für C wurde 1990 veröffentlicht und

1999 sowie 2011 ergänzt (‘C99’, ‘C11’)


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1.3 Geschichte von C und C++• Geschichte von C++

– Erweiterung von C• Entwickelt von Bjarne Stroustrup (Bell Laboratories) seit

Anfang der 1980er– Stellt neue Eigenschaften zur Verfügung, um C auf ein höheres

Niveau zu heben• Ergänzung: objektorientierte Programmierung

– Objekte: wiederverwendbare Softwarekomponenten• Modellieren Dinge der realen Welt

• Ergänzung: generische Programmierung– Parametrisierte Funktionen und Datentypen

– Im August 2011 wurde ein in vielen Punkten erweiterter und ergänzter ISO Standard für C++ verabschiedet (‘C++ 11’).

– Die aktuelle Version (‘C++ 14’) gilt seit Ende 2014 und unterscheidetsich von C++11 nur durch kleinere Korrekturen und Ergänzungen.


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1.4 C++ Standardbibliothek

• C++ Programme– Aufgebaut aus Teilen, die

• ‘Funktionen’ und• ‘Klassen’ genannt werden

• C++ Standardbibliothek– Reichhaltige Sammlung von existierenden Funktionen

und Klassen• Wiederverwendbar in neuen Anwendungen


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Betrachtung zum Software Engineering

• Verwende einen “Baukasten”-Ansatz, umProgramme zu schreiben.

• Vermeide, das Rad neu zu erfinden.• Benutze vorhandene Teile, wann immer möglich.

Diese sogenannte Wiederverwendung von Software ist ein zentrales Element der objektorientierten und generischen Programmierung.


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Beim Programmieren in C++ werden üblicherweise die folgenden Bausteine benutzt:• Funktionen und Klassen der C++

Standardbibliothek, • Funktionen und Klassen der verschiedensten

Fremdanbieter,• selbstdefinierte Funktionen und Klassen.


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Tipp zur Performanz

Die Nutzung von Funktionen und Klassen der C++ Standard-Bibliothek anstelle des Schreibens von eigenen Versionen wird meist die Performanz des Programms verbessern, da die Standardbibliothek auf Effizienz optimiert wurde. Diese Vorgehensweise verkürzt auch die Entwicklungszeit für ein Programm.


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Portabilitäts-Tipp

Die Nutzung von Funktionen und Klassen der C++ Standard-Bibliothek anstelle von eigenen Versionen verbessert die Portabilität des Programms, da die Standardbibliothek Bestandteil jeder C++ Implementierung ist.


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Umfangreiche Klassenbibliotheken wiederverwendbarer Softwarekomponenten sind im Internet verfügbar.

Viele dieser Bibliotheken sind kostenlos:- .NET-Klassenbibliothek- Qt-Klassenbibliothek- Boost-Klassenbibliothek (Teile davon sind zukünftige

Erweiterungen des C++-Standards)


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1.5 Typische C++ Entwicklungsumgebung• C++ Programme werden in 6 Phasen entwickelt

– Editieren• Programmierer schreibt Programm

(und speichert Quellcode auf Festplatte)– Präprozessor

• Ergänzungen und Ersetzungen auf Textebene– Compilieren

• Compiler übersetzt C++ Programm in Maschinensprache– Linken

• Objektcode mit weiteren Funktionen und Daten verbinden– Laden

• Übertragen des ausführbaren Programms in den Arbeitsspeicher– Ausführen

• Das (Maschinensprachen-)Programm Befehl für Befehl ausführen


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Fig. 1.1 | Typische C++ Entwicklungsumgebung.


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Praxis-Tipp

C++ Programme sollten auf möglichst einfache und unkomplizierte Weise geschrieben werden. Man spricht vom KISS-Prinzip (“keep it small and simple”).

Die Programmiersprache sollte nicht durch bizarre Verwendungen und Konstruktionen überansprucht werden.


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Praxis-Tipp

Es ist wichtig, die Dokumentation für die Version von C++ zu lesen, die man verwendet.Man sollte dies möglichst häufig tun, um ein Gefühl für die Möglichkeiten von C++ und den korrekten Gebrauch dieser Möglichkeiten zu bekommen.


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Praxis-Tipp

Rechner und Compiler sind gute Lehrer: Falls man nach dem Studium der C++-Dokumentation noch nicht sicher ist, wie eine Eigenschaft von C++ funktioniert, sollte man mit einem kleinen Testprogramm experimentieren und ‘schauen was passiert’. Jede Compilermeldung sollte genau studiert werden und mit Hilfe des Debuggers die Zusammenhänge klargemacht werden.

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