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

Hochschule für Technik, StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr SS 2002

1

ProgrammierenTeil: Objektorientierung

Franz-Josef Behr

WS 2002/2003


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Literatur

• P.Prinz, U.Kirch-Prinz: C ++, Lernen und professionell anwenden, MITP-Verlag, 1999

• Martin Auppele: Die Kunst der Programmierung mit C++. Exakte Grundlagen für die professionelle Softwareentwicklung. Vieweg, ISBN 3-528-15481-0, 1042 S.

• Stroustrup, Bjarne: Die C++-Programmiersprache; Addison-Wesley, 2000, 1048 S.

• Liberty, Jesse: C++ in 21 Tagen. Markt und Technik, 2000

• Louis, Dirk: C/C++ Kompendium, Markt & Technik, 2000, 1259 S.


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Was gibt’s überhaupt?

• Klassen und Objekte• Konstruktoren• Konstruktoren für dynamische Objekte• Destruktor• Der this-zeiger• Felder von Objekten• Eigene Datentypen und Streams• Speicherverwaltung in C++


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Was gibt’s heute?


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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)


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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++.


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Klassisches, prozedurales Konzept

• Daten und Funktionen keine Einheit.• Problemfelder:

– Fehlerhafte, unzulässige Zugriffe,

– Nicht-initalisierte Variablen,

– ...

Funktion Funktion Funktion


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Objektorientiertes Konzept

Kennzeichen:• Datenabstraktion• Datenkapselung• Vererbung• Polymorphie

Eigenschaften

Methoden

Eigenschaften

Methoden

Objekt 1 Objekt 2

[Erhoffte] Vorteile::• Kein Bruch zwischen Design

und Implementierung,• Höhere Softwaresicherheit• Wiederverwendung von

Code

Nachricht

Nachricht


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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.

Re a lw e lt

M o d e ll

M o d e llie ru n g, Ab stra ktio n ,Au ssch n itt


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Objekt - Definition

• Definition:Ein Objekt ist eine Software-Einheit, die aus Daten (Attributen) und Funktionalitäten (Verhalten, Methoden) besteht.

R ealw e lt

M ode ll

E ntität

O bjekt

Identität

E igenschaften

Verha lten

Facheigenschaften

O bjektgeom etrie

D arstellung

M etaeigenschaften

fach liche S ich t,A bstraktion,K ategoris ierung


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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“


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Gebäude ...:

Eigenschaften•Grundfläche: 45 qm•Anzahl Stockwerke: 3•Einheitswert: 21900,--

...Methoden

•...

Gebäude 2:


...Methoden

•...

Beispiel für Abstraktion

Eigenschaften•Grundfläche•Anzahl Stockwerke•Einheitswert...

Methoden•Errichten•Abreissen•Reinigen•...

GebäudeA

bst

rakt

ion

Inst

anzi

ieru

ng Gebäude 1:


...Methoden

•...

Objekte


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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: http://asi-www.informatik.uni-hamburg.de/lehre/nf/


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Kapselung

• Eigenschaften: private• Setzen und Abfragen nur über get- und set-Methoden

Methoden

Methoden

Met

ho

den

Met

ho

den

EigenschaftenEigenschaftenEigenschaftenÖffentlicheSchnittstellen

ÖffentlicheSchnittstellen

Objekt


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Zusammengesetzte Datentypen - Strukturen

• Struktur (struct, record):

– Zusammengesetzter heterogener Datentyp

– Zusammenfassung von Variablen beliebiger Datentypen

Gemeinsame Verarbeitung dieser Elemente/Daten/Werte

• Deklaration

struct Identifier variableDefinition{ ; } ;

struct GeoPoint{ double dftEasting, dftNorthing;};


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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;


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Zugriff auf Elemente einer Strukturvariablen

• Verwendung des Zugriffs-/Auswahloperators zwischen Name der Strukturvariablen und Membername

• Bsp.:

p1.dftEasting = 3513189.891;p1.dftNorthing = 5404181.142;

• Struktur = Bezugsrahmen für Membernamen Definition gleichnamiger Variablen erlaubt!

double dftEasting = 3500000;p1.dftEasting = dftEasting;


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• 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.


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Sicherheit?

• The use of structs is discouraged since these only contain public data.

• In interfaces with other languages (such as C), it may, however, be necessary to use structs.


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Ausgangssituation: C-Strukturen

Zusammenfassung zusammengehörender Daten

+Erlaubte Operationen

+ Zugriffskontrollmechanismen

+

Weitere Spezialitäten

=

C++

>

>

>


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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 Konstruktoren• Zerstörung von von Objekten Destruktor• Zugriffsmechanismen für geschützte und öffentliche Bereiche• Klassen stehen untereinander in einer hierarchischen Ordnung


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Deklaration einer Klasse

• Ähnlich wie Deklaration von Strukturen Schlüsselwort class (statt struct)

class CGeoPoint{

private:char szId[20];double dftEasting;double dftNorthing;

};


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Anlegen von Objekten

• class CGeoPoint p1, p2, p3;

P13500000.05400000.0

P23500005.05400000.0

P33500005.05400005.0


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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!


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Fragespiel

• Nennen Sie die Unterschiede zwischen einer Struktur und einer Klasse in C++.


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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


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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)!


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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


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Hello World – objektorientiert II

• Klasse, Instanziierung und Aufruf in main.

#include <iostream.h>#include <string.h>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;}


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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!).– Sind die Datenelemente public, so können den Datenelementen Werte

zugewiesen werden usw.

Instanziierung


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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 = 3500000.0;p1.dftNorthing = 5400000.0;

• Beispiel für Zugriff auf Elementfunktionen:CGeoPoint p1;p1.setcoords(3500000.0,5400000.0);


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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 << "Point " << id << ": " << dftEasting << ", " << dftNorthing << " " <<endl;}...CGeoPoint p3, *ptPoint;

ptPoint = &p3; // ptPoint zeigt auf p3;ptPoint->setCoords(3600000.0, 5500000.0);// Koord.setzenptPoint->printCoords(); // Koord. ausgebenp3.printCoords(); // für p3 natürlich identische

Ausgabe.


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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.


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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.


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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 << ")" <<endl;

strcpy(id,"0"); dftEasting = x; dftNorthing = y;}...

CGeoPoint p1;p1.dftEasting = 3500000.0; p1.dftNorthing = 5400000.0;CGeoPoint p2(3500000.0,5400000.0);


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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

Fragespiel

• Was macht– Ein Konstruktor?

– Ein Destruktor?

• Wie lautet die Syntax?• Warum mehrere Konstruktoren?• Was ist eine Instanz?


38

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(3500000.0,5400000.0); …


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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";


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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

Kopierkonstruktor: Beispiel

CGeoPoint::CGeoPoint (const CGeoPoint & SamplePoint){

cout << "Kopierkonstruktor aufgerufen (" << SamplePoint.szId << ")" <<endl;

strcpy(szId,SamplePoint.szId);dftEasting = SamplePoint.dftEasting;dftNorthing = SamplePoint.dftNorthing;

}


43

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

lLength

Hallo\0

szBuffer

szBuffer

str2

str1 MyString str1("Hallo");MyString str2 = str1; ?


44

Kopierkonstruktoren für dynamische Elemente

Kopierkonstruktor für Klassen muss dynamische Elemente selbst definieren.

Kopiervorgang muss nicht die Zeiger, sondern die Datenelemente kopieren!


45

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

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.


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Standard-Zuweisung: Beispiel

CGeoPoint operator=( const CGeoPoint & OtherObject)

{cout << "Standardzuweisung (" <<

OtherObject.szId << ")" <<endl;strcpy(szId,OtherObject.szId);dftEasting = OtherObject.dftEasting;dftNorthing = OtherObject.dftNorthing;return *this;

}

Datentyp: Referenz auf CGeoPoint


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Standard-Zuweisung: Problem

• Problem: Einfache Zuweisung nicht ausreichend, wenn eine Klasse dynamische Objekte enthält. Standardzuweisung für Klassen mit dynamischen Elementen selbst definieren.


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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-

Terminatorstrcpy(pszBuffer,MySourceString.pszBuffer);

}return *this;

}


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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

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 <<endl;}


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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.


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Zugriffsmethoden II

get-Methoden

set-Methode

CGeoPoint::setCoords(double x, double y){

this->dftEasting = (x > 3000000 && x < 4000000) ? x : 0.0;this->dftNorthing = (y > 5300000 && y < 5900000) ? y : 0.0;

}

double CGeoPoint::getEasting(){

return dftEasting;}

double CGeoPoint::getNorthing(){

return dftNorthing;}


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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!


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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


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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 );};


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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

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!


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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!


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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;

}


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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 ArgumentCGeoPoint p2("2",3500000.0,5400000.0);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

Objekte als Argumente: call by reference

• Schnellere Performance, da kein neues Objekt angelegt und vernichtet werden muss.

• Über Referenzen oder Zeiger

// Objekt als ArgumentCGeoPoint p2("2",3500000.0,5400000.0);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

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

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 KopieCGeoPoint p10;p10 = createPointByFunction();p10.printCoords();


65

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 ReferenzgeoPoint p11;p11 = createPointByFunctionWithReference ();p11.printCoords();


66

Felder von Objekten (Klassen-Arrays)

• Geeignet für Verwaltung vieler Objekte einer Klasse• Deklaration gemäß C-Syntax

#include <iostream.h>#include "geoPoint.h"int main(){

CGeoPoint geoPointArray[] ={

CGeoPoint(),CGeoPoint("2",3500000.0,5400000.0),CGeoPoint(3500003.0,5400003.0),"4"

};cout << "Anzahl angelegter Objekte: " <<

sizeof(geoPointArray) / sizeof(CGeoPoint) << endl;return 0;

}


67

Eigene Datentypen und Streams

• Die beiden Operatoren << und >> können mit eigenen Datentypen überladen werden.

• Wichtig ist die Signatur, als Ergebnis wird immer eine Referenz auf den aktuellen Stream zurückgeliefert.

ostream& operator<< (ostream&, MeineKlasse);

istream& operator>>(istream&, MeineKlasse);


68

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 Nachkommastellencout.setf(ios::fixed); // normales Format, keine Exponentendarstellungreturn output << "Rechtswert = " << myPoint.dftEasting << " "

<< "Hochwert = " << myPoint.dftNorthing;}

…CGeoPoint p10("2",3500000.0,5400000.0);cout << p10 << endl;


69

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

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

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

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",3500000.0,5400000.0);p6.getValuesFrom(p4);


73

Speicherverwaltung in C++

• Speicherverwaltung muss– richtig funktionieren

– effektive Performance zeigen.

• Jedoch:In C wie C++ können "Lücken" im Speicher entstehen ("Speicherlecks")


74

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!


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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);


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new und delete für Standard-Datentypen: Beispiel

#include <iostream.h>long *plPunktnummer;int main(){ plPunktnummer = new long(1234567); cout << "An der Adresse " << plPunktnummer << " findet sich der Wert " << *plPunktnummer << "." << endl; delete plPunktnummer; return 0;}


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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.


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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;


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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.


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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 <iostream.h>#include "geoPointWithNew.h"int main(){

cout << "Start Program" << endl;geoPoint* pP1, *pP2;pP1 = new geoPoint();pP2 = new geoPoint("2",3500000.0,5400000.0);delete pP1; // Loeschen der Punktobjektedelete pP2; // mit Freigabe des Speicherscout << "End Program" << endl;return 0;

}


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Speicherverwaltung für Feld von Objekten


geoPoint *pP2;pP2 = new geoPoint("2",3500000.0,5400000.0);const long MAX_COUNT = 10;geoPoint * pPList = new geoPoint[MAX_COUNT];pPList[1] = geoPoint();pPList[1] = geoPoint(3500000,5400000);pPList[2] = *pP2;pPList[3] = geoPoint("3",3500003,5400003);for (int i=0; i <= 3; i++){

pPList[i].printCoords();}delete pP2; // mit Freigabe des Speichersdelete [ ] pPList;cout << "End Program" << endl;return 0;

}


geoPoint *pP2;pP2 = new geoPoint("2",3500000.0,5400000.0);const long MAX_COUNT = 10;geoPoint * pPList = new geoPoint[MAX_COUNT];pPList[1] = geoPoint();pPList[1] = geoPoint(3500000,5400000);pPList[2] = *pP2;pPList[3] = geoPoint("3",3500003,5400003);for (int i=0; i <= 3; i++){

pPList[i].printCoords();}delete pP2; // mit Freigabe des Speichersdelete [ ] pPList;cout << "End Program" << endl;return 0;

}


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Speicherverwaltung für Feld von Objekten: Ergebnis


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Anhang


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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;


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Klassen verfügen über Zugriffsmechanismen

• Zugriffsmechanismen definieren geschützte und öffentliche Bereiche

class geoPoint{private:...public: char szId[20]; double dftEasting;double dftNorthing;...


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