Informatik I/II PVK Dienstag Informatik 1 Tag 2. Informatik I/II PVK2 Ablauf heute Rekursion Structs...

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Informatik I/II PVK

DienstagInformatik 1 Tag 2

Informatik I/II PVK 2

Ablauf heute

Rekursion Structs Verkettete Listen Klassen Ein-/Ausgabe (strings, streams) Vererbung

Rekursion

Eine Funktion kann sich selbst aufrufen Auf diese Art wird ein Problem in ein oder mehrere

kleinere Probleme der gleichen Art aufgeteilt, bis das zu lösende Teilproblem trivial ist.

Bsp.: Fibonachi-Berechnung Erzeuge die Folge: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 25, 38, ... int fib(int n) {

if (n == 1 || n == 0) return 1;

return fib(n-1) + fib(n-2);

Rekursion 2

Eine Rekursion benötigt immer eine Abbruchbedingung

Ansonsten spannt sich der Baum immer weiter auf Die Rekursion wird als Alternative zur Iteration

angesehen Jeder neue Funktionsaufruf benötigt neue Variablen

auf dem Stack Bei zu grosser Rekursionstiefe kann es zu einem

Stack Overflow kommen Rekursion wird noch genauer in Informatik II behandelt

Prüfungsfrage 2

Rekursion als Lösungweg finden Finde kleineres Problem, welches sich wieder als

ursprüngliches Problem formulieren lässt Finde Abbruchbedingungen (d.h. Triviale Lösungen) Implementiere Funktion

Prüfungsfrage 2

Auf Basis des Pascalschen Dreiecks lässt sich auch eine Rekursionsformel für den Binomialkoeffizienten angeben:

Programmieren Sie nun die Funktion int binomRek(int n, int k) als rekursive Funktion, welche erneut den Binomialkoeffizienten berechnet.

Lösung des vorherigen Slide

int binomRek(int n, int k)

if (n == k || k == 0) return 1;

else return binomRek(n-1, k) + binomRek(n-1, k-1);

Structs

Ein Struct ist ein Datentyp der mehrere Werte verschiedener Typen (auch Pointer) speichern kann.

struct circle {

char label[20];

float radius;

int posX, posY;

Structs sind die Vorläufer von Klassen

circle c; // Deklaration c = {„c1“, 3.24, 1, 4}; // Initialisierung

Structs 2

Wir können auf einzelne Mitglieder des structs mit . zugreifen:

c.label = „small circle“; Selbstverständlich können wir auch Arrays und Pointers

von structs anfertigen:

circle allCircles[5]; circle* c_ptr = &c;

Structs können einfach kopiert werden:

circle p = c; double area(circle c);

Eine Union gibt uns die Wahl welche Variable wir speichern wollen. Wir können aber nur eine von den aufgelisteten wählen.

union one {

int i;

float f;

double d;

} var_1; Im Speicher braucht eine Union so viel Platz wie der

grösste Typ aus der Liste

Enumeration

Enumerations erlauben es uns schöne Auflistungen mit Namen zu machen

enum Color {red, white, black}; Hinter den Namen stehen aber nur Integer (red == 0, white

== 1, etc.) Zuweisung findet nur über die definierten Namen statt:

Color c = red; (nicht etwa 0) Es ist auch explizite Nummerierung möglich:

enum bits {one = 1, two = 2, four = 4};

Verkettete Liste

Wir haben eine Menge von Elementen, welche bestimmte Relationen oder eine Reihenfolge haben.

Alle Elemente haben irgendwelche Daten Die Relationen sind über Pointer gelöst

string name: Kevin string name: Ben

Person* geschwister[20] Person* geschwister[20]

Person* mutter Person* mutter

string name: Nina

Person* geschwister[20]

Person* mutter

Verkettete Liste 2

struct Person {

string name;

Person* geschwister[20];

Person* mutter;

} Person* m = new Person; m->name = „Nina“; Person* k = new Person; k->name = „Kevin“; k->mutter = m;

Prüfungsaufgabe 3

Liste oder Baum gegeben mit Elementen mit gewissen Relationen

Definieren eines structs Aufbauen des Baums (create) Implementieren von einer oder mehreren

Funktionenen (Suche, Löschen, Insert etc.)

Klassen

Klassen besitzen viele Eigenschaften von structs Klassen und structs erlauben uns unsere eigenen

Datentypen zu definieren Mit Klassen versteckt man die Daten und kontrolliert deren

Zugriff und das Interface mit anderen Strukturen Man erzeugt so eine Abstrahierung der Daten Klassen haben Membervariablen und Methoden

(Memberfunktionen) Eine Klasse wird implementiert indem zuerst die

Klassendeklaration bestimmt wird (.h Datei) und dann die Methoden bestimmt werden (.cpp Datei)

Klassendeklaration

class Car { // class Deklaration

private:

char model[30];

int wheels;

double speed;

Person* driver;

public:

void accelerate(double a);

void brake();

}; // Achtung Semikolon am Schluss

public, private and proctected

public: Sichtbar und Zugriff von aussen erlaubt Person* getDriver();

private: Unsichtbar und Zugriff nicht erlaubt

protected: Unsichtbar und Zugriff nur von abgeleiteten Klassen

erlaubt

Headerfiles

Die Klassendeklaration befindet sich immer in Headerfiles. Durch Einfügen von einem Headerfile (#include „MyClass.h“) wird das Interface der Klasse bekannt.

Um später Probleme mit mehrfacher Deklaration einer Klasse zu vermeiden (man darf die Klasse nur einmal deklarieren), sollten alle Headerfiles sog. Headerguards haben.

#ifndef _MyClass.h_

#define _MyClass.h_

class MyClass { … };

#endif

Konstruktoren

Ein Konstruktor ist eine spezielle Funktion, welche bei der Initialisierung eines Objekts verwendet wird

Der Name eines Konstruktors entspricht dem der Klasse und hat keinen Rückgabewert

Car(Color c); Car::Car(Color c) { … }

Es dürfen mehrere Konstruktoren mit unterschiedlichen Parametern existieren

Car(int seats, int wheels);

Konstruktor 2

Explizit: Car myCar = Car(4, 4); Implizit: Car myCar(red); Dynamisch: Car* myCar = new Car(5,4); Der Defaultkonstruktor nimmt keine Argumente an Auch möglich: Car myCar = red;

Dies kann mit explicit ausgeschalten werden und: umgekehrt nicht mit Konstruktoren machbar

Copy-Konstruktor:

Car myCar = yourCar; Car build(Tools t, Metal m);

Destruktor

Der Destruktor eines Objekts wird aufgerufen wenn sein Gültigkeitsbereich ausläuft oder es mit delete gelöscht wurde.

~Car(); Car::~Car() { … }

Frage: Muss Person* driver gelöscht werden?

Objekte

Ein Objekt ist eine Variable einer Klasse

Car myCar; Zugriff auf private Variablen (oder Methoden) ist von aussen

nicht möglich

myCar.wheels = 5; // geht nicht Zugriff auf public Variablen (oder Methoden) ist erlaubt

myCar.accelerate(5.2); // kein Problem

Methoden

Methoden sind Memberfunktionen und müssen somit im Klassenscope definiert werden.

Car::accelerate(double a) { this->speed += a; } this ist ein Pointer auf das aktuelle Objekt. Man erhält so

Zugriff auf eigene Variablen (private auch)

Da Methode in Klassenscope definiert ist, darf es Methoden mit gleichem Namen (und Argument und Rückgabewert) in unterschiedlichen Klassen geben.

static

Vielleicht wollen wir eine Variable die für alle Objekte gilt. Diese Variable ist nicht unbedingt konstant aber sie gilt für

alle Objekte gleichermassen. static double Car::accidentProb = 0.7;

Oder wir brauchen eine Funktion für die wir kein Objekt brauchen

static void Car::changeColor(Car& auto, Color c);

Car::changeColor(Car& auto, Color c) { … } Car::changeColor(myCar, black);

Konstante Variable: const int maxSize = 5; Für Pointer:

const int* pt = &maxSize; *pt += 1; // invalid Die Variable lässt sich über den Pointer nicht ändern,

der Pointer selbst lässt sich aber ändern pt = &minSize;

const 2

Für Pointer:

int age = 23; int* const pt = &age; *pt = 10; // valid pt = &gender; // invalid

Das ist genau wie bei Arrays!!

const 3

int doStuff(const Person& daddy, Car& c)

daddy.repairCar(c);

} Wir wollen daddy nicht verändern mit diesem Aufruf

void Person::repairCar(Car& c) const; Die Funktion repairCar verändert nichts an der Person Mehr dazu auf:

http://www.orxonox.net/wiki/PerformanceTips#constandconst

String Klasse

Die String Klasse erleichtert uns das Arbeiten mit Zeichenketten.

So implementiert diese Klasse die Addition von zwei Strings → Konkatenation oder die Zuweisung (das Kopieren) von Strings

Die String Klasse liefert uns auch Länge des Strings und vielerlei Methoden um Strings zu manipulieren (Bsp.: insert, copy, substr etc.)

Mehr findet ihr auf: http://www.cplusplus.com/reference/string/string/

streams Ein- und Ausgabe sind in C++ über sog. Streams realisiert

Für cout braucht man <iostream>

Für Ein-/Ausgabe von/in Datei brauchen wir <fstream> (Filestream)

In Unix ist fast alles ein „file“ open() // Öffnen eines Files

close() // Schliessen eines Files

eof() // End of File

>> // Formatiertes Lesen von Files

<< // Formatiertes Schreiben von Files

read() // schnelles, unformatiertes Lesen von Binärdaten

write() // schnelles, unformatiertes Schreiben von Binärdaten

streams 2

Einbindung des Headers #include <fstream> Definition eines File-Pointers: ofstream fout; Öffnen der Datei: fout.open("myDat"); Datei lesen/schreiben: fout << "Hello World!"; Schliessen der Datei: fout.close();

Mehr von fstream: http://www.cplusplus.com/reference/iostream/fstream/

Überladung von Operatoren Wir wollen zwei Objekte einer Klasse „addieren“ können.

Wir müssen deshalb den Operator + überladen (d.h. für unsere Klasse neu definieren)

Snowball operator+(const Snowball& s) const; Snowball Snowball::operator+(const Snowball& s) const { }

Operatoren können auch auf zwei Objekte unterschiedlicher Klassen angewendet werden

Circle operator*(double a); circ2 = circ1 * 4.5;

Präzendenz und Syntax des Originaloperators müssen eingehalten werden, ansonsten kann man mit Operatorenüberladung aber so gut wie alles anstellen.

friend

circ2 = 4.5 * circ1; Umgekehrte Reihenfolge müssen wir auch überladen.

Problem: double hat keinen Zugriff auf unsere Klasse

friend Circle operator*(double a, Circle c); Circle operator*(double a, Circle c) { }

friend erlaubt einer anderen Klasse Zugriff auf versteckte Variablen und Funktionen

friend class OtherClass; friend Funktionen sind nicht vererbbar

Vererbung

Falls wir Klassen mit Gemeinsamkeiten haben, können wir diese Gemeinsamkeiten in einer Basisklasse vereinen von denen die Klassen dann erben.

Es gibt drei Arten von Vererbung: public, private und protected

Vererbung erzeugt eine is a Relation zwischen zwei Klassen

GeoObj

Rect Circle

Ableiten

class Circle : public GeoObj { … }; Wenn man eine Instanz von Circle erstellt wird zuerst der

Basiskonstruktor von GeoObj aufgerufen Alle privaten Member bleiben privat, alle public Member

werden Teil des public Interface der Klasse class Circle : private GeoObj { … };

Alle Member von GeoObj werden private und können nicht weitervererbt werden

class Circle : protected GeoObj { … }; public und protected Member werden protected

Konstruktoren bei Ableitung

Wir können den Konstruktor der Basisklasse mit dem Konstruktor der Abgeleiteten Klasse aufrufen:

Circle::Circle(const char* label, Color c, double radius) : GeoObj(label, c) { … }

So kann man auf die privaten Membervariablen der Basisklasse zugreifen

virtual

Array mit Basisklasse GeoObj* objects[10]; Circle* c = new Circle(„Kreis1“, red, 3.5); objects[0] = c; std::cout << objects[0]->area();

Wird die area Methode von GeoObj oder von Circle aufgerufen?

Im Normalfall die von GeoObj, falls wir das aber nicht wollen, so müssen wir die area Methode mit virtual deklarieren.

virtual double area();

virtual 2

Ist eine Methode mit virtual deklariert, so wird zur Laufzeit entschieden wohin gesprungen wird → ineffizient

Das wird auch dynamic binding genannt Wegen Ineffizienz sollten nur Methoden die von der

abgeleiteten Klasse neu definiert werden mit virtual deklariert werden

Eine Klasse ist virtuell wenn mindestens eine Methode der Klasse virtuell ist.

Konstruktoren sind nie virtuell, Destruktoren sollten virtuell sein

Abstrakte Klassen

Von einer abstrakten Klasse lassen sich keine Objekte erzeugen

Macht Sinn, wenn Basisklasse nicht vollständig ist Eine Klasse ist abstrakt falls sie eine rein virtuelle

Methode deklariert virtual double area() = 0;

Prüfungsaufgabe 4

Objektorientierung Oftmals sehr unterschiedliche

Klassenkonstrukte Meistens eine Teilaufgabe zu

Operatorenüberladung und Vererbung

Fragen zu Pointer

Super Tutorial: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/pointers/

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