Stroustrup Eine Tour durch C++

Der praktische Leitfaden für modernes C++.Übersetzung der 3. Auflage
1., 2023
ISBN: 978-3-7475-0627-1
Verlag: mitp Verlags GmbH & Co.KG
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark

E-Book, Deutsch, 408 Seiten

Reihe: mitp Professional

• Die neuesten Sprachfeatures im Überblick
• Verfasst vom Entwickler von C++
• Übersetzung der 3. Auflage

Dieses Buch bietet erfahrenen Programmierern einen praktischen Überblick über C++20 nach ISO-Standard und damit ein klares Verständnis für den Einsatz von modernem C++. Anhand vieler Codebeispiele und hilfreicher Praxistipps wird ein Großteil der Hauptfeatures der Sprache sowie der Standardbibliothek behandelt, die für den effektiven Einsatz unverzichtbar sind.

Stroustrup stellt die einzelnen Sprachfeatures von C++ vor und zeigt, wie sie im Kontext der unterstützten Programmierstile eingesetzt werden, beispielsweise der objektorientierten oder generischen Programmierung. Seine Tour beginnt mit den Grundlagen und setzt den Fokus anschließend auf fortgeschrittene Techniken, wobei er insbesondere auf die neueren Sprach-features eingeht.

Dieses Buch deckt zahlreiche Features ab, die mit C++20 neu eingeführt wurden, darunter Module, Konzepte, Koroutinen und Bereiche. Selbst einige schon jetzt verfügbare Komponenten, die nicht vor C++23 in den Standard integriert werden sollen, werden vorgestellt.

Wenn Sie bereits Programmierkenntnisse in C++ oder einer anderen Sprache haben, ist dies die kompakteste und verständlichste Einführung, um die Besonderheiten und Vorteile von modernem C++ kennenzulernen.

Aus dem Inhalt

• Die Grundlagen: Funktionen, Referenzen, Zeiger und mehr
• Benutzerdefinierte Typen
• Modularität
• Fehlerbehandlung
• Klassen
• Operationen
• Templates
• Konzepte und generische Programmierung
• Die Standardbibliothek
• Strings und reguläre Ausdrücke
• Streams
• Algorithmen
• Bereiche (Ranges)
• Zeiger und Container
• Utilities
• Numerik
• Nebenläufigkeit
• Zahlreiche Ratschläge für die effektive Programmierung aus den »C++ Core Guidelines«

Zielgruppe

Fortgeschrittene Programmierer

Autoren/Hrsg.

Stroustrup, Bjarne

Leseproben

Kapitel 1:
Die Grundlagen

1.1  Einführung

Dieses Kapitel präsentiert ganz formlos die Notation von C++, das Speicher- und Berechnungsmodell von C++ sowie die grundlegenden Mechanismen, nach denen Code zu einem Programm zusammengefügt wird. Dies sind die Komponenten, die man vor allem in C sieht und die einen Programmierstil bilden, der als bezeichnet wird.

1.2  Programme

C++ ist eine kompilierte Sprache. Damit ein Programm ausgeführt werden kann, muss sein Quelltext durch einen Compiler verarbeitet werden. Dabei werden Objektdateien erzeugt, die dann ein Linker zu einem ausführbaren Programm kombiniert. Ein C++-Programm besteht typischerweise aus vielen Quellcodedateien (meist einfach genannt).

Ein ausführbares Programm wird für eine bestimmte Hardware/System-Kombination erzeugt; es kann nicht von z. B. einem Android-Gerät auf einen Windows-PC übertragen werden. Wenn es um die Portabilität von C++-Programmen geht, dann meinen wir üblicherweise die Portabilität des Quellcodes; das heißt, dass der Quellcode erfolgreich auf einer Vielzahl von Systemen kompiliert und ausgeführt werden kann.

Der ISO-C++-Standard definiert zwei Arten von Entitäten:

• , wie integrierte Typen (z. B. und ) und Schleifen (z. B. - und -Anweisungen)

• , wie etwa Container (z. B. und ) und I/O-Operationen (z. B. und )

Bei den Komponenten der Standardbibliothek handelt es sich um völlig normalen C++-Code, der von jeder C++-Implementierung bereitgestellt wird. Das heißt, die C++-Standardbibliothek kann selbst in C++ implementiert werden, was auch so ist (mit sehr geringfügigem Einsatz von Maschinencode für Dinge wie -Kontextwechsel). Das impliziert, dass C++ für die anspruchsvollsten Aufgaben im Bereich der Systemprogrammierung ausreichend ausdrucksstark und effizient ist.

C++ gehört zu den statisch typisierten Sprachen. Das heißt, der Typ jeder Entität (wie etwa Objekt, Wert, Name und Ausdruck) muss dem Compiler an der Stelle bekannt sein, an der sie benutzt wird. Der Typ eines Objekts bestimmt die Menge der Operationen, die darauf angewendet werden können, sowie seine Anordnung im Speicher.

1.2.1  Hello, World!

Das kleinstmögliche C++-Programm ist

int main(){}

Es definiert eine Funktion namens , die keine Argumente entgegennimmt und nichts tut.

Geschweifte Klammern, , drücken in C++ eine Gruppierung aus. Hier kennzeichnen sie den Anfang und das Ende des Funktionskörpers. Der doppelte Schrägstrich, , startet einen Kommentar, der bis zum Zeilenende reicht. Ein Kommentar ist für die menschlichen Leserinnen und Leser vorgesehen; der Compiler ignoriert Kommentare.

Jedes C++-Programm muss genau eine globale Funktion namens besitzen. Das Programm startet, indem es diese Funktion ausführt. Der Integer-Wert , der von zurückgegeben wird, falls er vorhanden ist, ist der Rückgabewert des Programms an »das System«. Wird kein Wert zurückgegeben, erhält das System einen Wert, der einen erfolgreichen Abschluss des Programms signalisiert. Ist der von zurückgegebene Wert ungleich null, bedeutet dies ein Fehlschlagen des Programms. Nicht alle Betriebssysteme und Ausführungsumgebungen machen Gebrauch von diesem Rückgabewert: Linux/Unix-Systeme tun es, Windows-Umgebungen dagegen nur selten.

Üblicherweise erzeugt ein Programm irgendeine Ausgabe. Hier ist ein Programm, das schreibt:

import std;

int main()
{
std::cout << "Hello, World!\n";
}

Die Zeile weist den Compiler an, die Deklarationen der Standardbibliothek zur Verfügung zu stellen. Ohne diese Deklarationen wäre der Ausdruck

std::cout << "Hello, World!\n"

sinnlos. Der Operator (»ausgeben«) schreibt sein zweites Argument auf sein erstes. In diesem Fall wird das String-Literal auf den Standard-Ausgabe-Stream geschrieben. Ein String-Literal ist eine Folge von Zeichen, die von doppelten Anführungszeichen umgeben sind. In einem String-Literal kennzeichnet der Backslash gefolgt von einem anderen Zeichen ein einzelnes »Sonderzeichen«. Hier ist das Newline-Zeichen. Es werden also die Zeichen geschrieben, gefolgt von einem Newline, also dem Steuerzeichen für eine neue Zeile.

gibt an, dass der Name (Bezeichner) im Namensraum der Standardbibliothek (§3.3) zu finden ist. Ich lasse das normalerweise weg, wenn es um Standardeigenschaften geht. §3.3 zeigt, wie man Namen aus einem Namensraum auch ohne explizite Qualifizierung sichtbar machen kann.

Die Direktive ist neu in C++20. Es ist noch nicht im Standard verankert, dass die gesamte Standardbibliothek als Modul vorhanden ist. Das wird in §3.2.2 erklärt. Falls Sie Probleme mit haben, probieren Sie das altmodische und herkömmliche

#include

Das wird in §3.2.1 erklärt und hat in allen C++-Implementierungen seit 1998 funktioniert (§19.1.1).

Im Prinzip wird der gesamte ausführbare Code in Funktionen gepackt und direkt oder indirekt aus heraus aufgerufen. Zum Beispiel:

import std;
using namespace std;
double square(double x)
{
return x*x;
}

void print_square(double x)
{
cout << "das Quadrat von " << x << " ist " << square(x) << "\n";
}

int main()
{
print_square(1.234)
}

Der »Rückgabetyp« zeigt an, dass die Funktion keinen Wert zurückgibt.

1.3  Funktionen

Die wichtigste Möglichkeit, irgendetwas in einem C++-Programm erledigen zu lassen, besteht darin, dafür eine Funktion aufzurufen. Über das Definieren einer Funktion legen Sie fest, wie eine Operation durchgeführt werden soll. Eine Funktion kann nur aufgerufen werden, wenn sie zuvor deklariert wurde.

Eine Funktionsdeklaration legt den Namen der Funktion, den Typ des zurückgelieferten Werts (falls vorhanden) und die Anzahl und Typen der Argumente fest, die in einem Aufruf angegeben werden müssen. Zum Beispiel:

Elem* next_elem();
void exit(int);
double sqrt(double);

In einer Funktionsdeklaration steht der Rückgabetyp vor dem Namen der Funktion; die Argumenttypen stehen hinter dem Namen und werden in Klammern eingeschlossen.

Die Semantik der Argumentübergabe ist identisch mit der Semantik der Initialisierung (§3.4.1). Das heißt, die Argumenttypen werden geprüft und falls notwendig findet eine implizite Konvertierung der Argumenttypen statt (§1.4). Zum Beispiel:

double s2 = sqrt(2);
double s3 = sqrt("three");

Man sollte den Wert einer solchen Prüfung und Typkonvertierung zum Compile-Zeitpunkt nicht unterschätzen.

Eine Funktionsdeklaration könnte Argumentnamen enthalten. Dies kann für den Leser eines Programms hilfreich sein, doch der Compiler ignoriert solche Namen einfach, solange die Deklaration nicht auch eine Funktionsdefinition ist. Zum Beispiel:

double sqrt(double d);
double square(double);

Der Typ einer Funktion besteht aus ihrem Rückgabetyp, gefolgt von einer Abfolge ihrer Argumenttypen in runden Klammern. Zum Beispiel:

double get(const vector

Eine Funktion kann Member (Mitglied) einer Klasse sein (§2.3, §5.2.1). Bei einer solchen...

Über Autor(innen)

Bjarne Stroustrup hat C++ entwickelt und die erste Implementierung geschrieben. Derzeit ist er Professor an der Columbia University und hat zuvor bei AT&T Bell Labs an der Texas A&M University sowie bei Morgan Stanley gearbeitet. Dr. Stroustrup erhielt zahlreiche Auszeichnungen, unter anderem den The National Academy of Engineering's Charles Stark Draper Prize for Engineering für die Konzeptionierung und Entwicklung der Programmiersprache C++. Er ist Mitglied der National Academy of Engineering und Fellow von IEEE, ACM, CHM und dem Churchill College Cambridge.