Schrödinger programmiert C++

Er kennt Schrödinger wohl am besten: Dieter Bär. War ein Bier mit ihm trinken und ist zu Recht stolz, dass sein Kumpel in die Liga der echten Programmierer aufgestiegen ist. Bär kann nicht nur C++, auch C und Perl kann er auch nicht lassen.

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An den Leser ... 2


Schrödingers Büro ... 4


Schrödingers Werkstatt ... 6


Schrödingers Wohnzimmer ... 8


Impressum ... 10


Inhaltsverzeichnis ... 12


Vorwort ... 23


1. Wir richten uns ein ...: Entwicklungsumgebungen für C++ ... 25


Brauche ich eine IDE zum Programmieren? ... 26

Multikulturelle Sachen ... 27

Mikroweiche Sachen ... 28

Die X-Sachen ... 29

Angebissene Äpfel ... 30

Lass uns endlich loslegen ... ... 31

Übersetzen mit einer Entwicklungsumgebung ... 31

g++ und clang++ ... 35

... am Ende läuft es ... 37



2. Elefanten können nicht fliegen, aber Schrödinger kann programmieren: Erste Schritte in C++ ... 39


Was ist eigentlich ein Computerprogramm? Ganz kurz und knapp für alle Schrödingers ... 40

Die Sache mit dem main-Dings ... ... 41

Unser erstes main-Dings soll laufen ... ... 43

Endlich entspannen und träumen! ... 46

Kreuz und quer oder alles in Reih und Glied? ... 47

Kein Kommentar? ... 47

Wie komme ich hier zum Bildschirm ...? ... 48

Auf dem Weg zum Bildschirm ... 50

Badewanne schon voll? ... 50

Gib mir fünf ... 51

Stream me up, Scotty ... 51

Gegenseitige Wahrnehmung ... ... 52

Manipulieren oder selber steuern? ... 53

Noch ein wenig Brain-Streaming ... 54



3. Verschiedene Typen für einen bestimmten Zweck: Die C++-Basistypen ... 57


Starke Typen ... 58

Mein Name ist Schrödinger ... 59

Fundamentale und faule Typen ... 59

Deklaration und Definition ... 60

Ganzer Kerl dank ... ... 61

Zeichenfolgen von Ganzzahlen ... 62

Positive und/oder negative Haltung und ein Endteil ... 62

Die Sache mit der Wahrheit ... ... 63

Was nehmen wir für einen Typen? ... 65

Die Welt der ganzen Kerle ... 66

Was für den einen das Komma, ist für den anderen der Punkt ... ... 67

Das Pünktchen in der Werkstatt ... 68

Am Ende war das Pünktchen ... ... 69

Zeichensalat ... 70

Doch ein ganzer Kerl? ... 71

Turmbau zu Babel ... 72

Zum Flüchten ... ... 73

Unicode-Unterstützung ... 73

Zeichen für die Welt ... 74

Erste "Zeichen" für eine Pause ... 76

Auf die Größe kommt es an ... ... 78

Je größer, desto besser ... 79

The Final Frontier ... 81

Gut, dass es Grenzen gibt ... ... 83



4. Von Zahlen verweht ...: Arbeiten mit Zahlen ... 85


Manueller Rechenschieber ... 86

Erweiterter Grundrechenzuweisungsoperator ... 87

Futter für den Prozessor ... 88

Kopfrechnen ... 90

Achtung vor den Doppelgängern ... 90

Nachsitzen in Mathe ... 92

Wenn Grenzen überschritten werden ... 92

Ungenaues Pünktchen ... 94

Schwächen offenlegen ... 95

Mir raucht der Kopf ... 97

Mathematische Spezialitäten ... 99

Keine Ahnung, aber ich verwende es trotzdem ... 101

Am Ende der Mathewelt ... 104

Den Typ mag ich nicht ... 106

Lass ihn doch ... ... 106

Automatische Promotion ... 107

Mit dem Hammer auf die Schraube ... 108

Warum man sich nicht auf JEDEN Typ einlassen sollte ... ... 110

Der sanfte Typ ... 112

Automatische Typenableitung ... 114



5. Eigene Entscheidungen treffen oder das Ganze nochmal bitte: Kontrollstrukturen in C++ ... 115


Endlich selbstständig sein und eigene Entscheidungen treffen ... 116

Verzweigung, Abzweigung oder Kreuzung ... 119

Wrong turn? ... 121

Ein ganz anderer Fall ... 125

Den Fall bearbeiten ... 127

Den Fall analysieren ... 129

Also sprach Zarathustra ... 131

Immer diese Wiederholungen ... 134

Ein Schritt vor oder einer zurück ... ... 134

After a while ... ... 135

Now for it! ... 136

Fußnoten nicht vergessen! ... 137

Nach oben oder nach unten ... 137

Und alles noch einmal ... ... 138



6. Von gleichen und unterschiedlichen Typen, dem Sternchen und anderen ungemütlichen Sachen: Arrays, Strings, Vektoren, Strukturen und Zeiger ... 141


Gleiche Typen in einer Reihe aufstellen ... 142

Die Frickel- und Fummelfraktion von Ze ... 143

Die Ze-Strings ... 144

Gib mir rohen Input (Bio-Arrays) ... 145

Das macht keinen Spaß ... 147

Krankheiten von Ze-Arrays und Ze-Strings ... 148

Die gleichen Typen in einer Reihe aufstellen und wieder zurück ... 150

Die Komfortklasse(n) von Ze++ ... 150

Reduzierter Bioanteil in vector ... 151

Reduzierter Bioanteil in string ... 152

Nie mehr Bio(-Arrays) ... 153

Am Ende hat es doch noch Spaß gemacht ... 155

Die Mischlinge ... 157

Zugriff auf die Mischlinge ... 158

Endlich echte Schuhdaten ... 159

Die gemischten Typen sind echt nützlich ... 162

Von Unionen, Aufzählungen und Synonymen ... 164

1, 2, Freddy kommt vorbei, 3, 4, schließe deine Tür ... ... 165

Die Lehre der Synonymie ... 169

Leipziger Allerlei ... 170

typedef Schrödinger hat_alles_kapiert_t ... 172

Weißt du, wie viele Sternlein am Himmel stehen? ... 174

Ich weiß, wo du wohnst ...! ... 175

Einbruch in fremde Wohnungen ... 176

Wohnorte ermitteln ... 176

Sternenkunde ... 177

Ze-Zeugs, Zeiger und wo soll das hinführen ...?! ... 178

Zeiger auf nichts ...! ... 180

Wo geht's hier zur "Milky Way"? ... 181

Wo gibt's hier frischen RAM? ... 183

Alles neu ... 183

Speicherhalde und Müllbeseitigung ... 184

RAM mit WoW-Freunden auf Anfrage ... 186

RAM Unleashed ... 189



7. Funktionen, das Ende von Copy & Paste ...: Funktionen ... 193


Die Geister, die ich rufen will ... 194

Meine Hausgeister ... 195

Erster Kontakt zum Jenseits ... 197

Geisterjäger im Wohnzimmer ... 199

Opfergaben für die Geister ... 201

Als Kopie übergeben (Call-by-Value) ... 201

Als Adresse übergeben (Call-by-Reference) ... 202

Referenzen als Funktionsparameter ... 203

Ze-Zeugs als Funktionsparameter ... 204

Strukturen und Klassen als Parameter ... 205

Unsere Gaben wurden angenommen ... ... 206

Unendliche Stille ... 208

Das Jenseits antwortet dir ... 211

Zeiger als Rückgabewert ... 212

Dinge, die man besser nicht beschwören sollte ... ... 212

Referenzen als Rückgabewert ... 214

Die Stille ist zerrissen ... 215

Hausgeister zurückgeben ... ... 217

Jetzt bist du ein Medium ... 218

Spezielle Geister ... 220

Werte für den Notfall ... ... 220

Gleicher Name, unterschiedliche Typen ... 221

Rollerblades für Funktionen? ... 221

main Programmende ... 223

Jenseits von Eden ... 224

Am Ende der Geisterwelt ... 227



8. Wie aus Chaos Ordnung entsteht: Schlüsselwörter für Typen, Namensbereiche und die Präprozessor-Direktiven ... 229


Eigenschaften ohne Ende ... 230

Klasse, die Speicherklasse ... 230

Typqualifikationen ... 232

... und für die Funktionen auch noch Extrawürstchen ... 233

Mindesthaltbarkeitsdatum ändern ... 234

Gleich-Gültigkeitsbereich ... 238

Extrawurst-Gültigkeitsbereich ... 241

Einen neuen Lebensraum schaffen ... 242

Betreten des neuen Lebensraumes ... 243

Using me ... 244

Ein eigenes kleines Königreich ... 246

Anti-Globalisierung ... 249

Anonymer Lebensraum ... 250

Lebensraum im Wohnzimmer ... 252

Das #Ding vor dem Compiler ... 255

#include "paste ohne copy" ... 256

#define "Symbol" und "Makro" ... 256

Die Übersetzung dirigieren ... 258

#Ich bestimme, was #du bekommst ... 259

"No such file or directory", oder wo bin ich hier ... ... 260

Makros und Symbole, oder doch lieber nicht? ... 261

#Ich h### all## v##sch###t ... 263

Und jetzt alle zusammen! ... 265

Die Zutaten für den leckeren Kuchen ... 266

"Symbol(s) not found", oder eine Zutat fehlt ... 267

Die Einkaufsliste mit den Zutaten ... 268

Eine nützliche Einkaufsliste, was alles so in einer Headerdatei verwendet werden könnte/sollte/muss ... ... 268

Die Zutaten vorbereiten und abwiegen ... 269

... und jetzt alles in die Schüssel ... 270

Rein ins Vergnügen ... 271

Meister der Quelldateien ... 275



9. Von Hexenmeistern, Todesrittern und Datenkapseln: Klassen ... 277


Oben-ohne-Programmierung ... 278

Klasse, Klassen! ... 279

Objekte zum Mitnehmen ... 279

Ein Objekt erblickt das Licht der Welt ... 280

Kontrolle: Du kommst hier nicht durch ... 282

Bei Klassendefinitionen den Überblick behalten ... 284

Tieferer Einblick in die Elementfunktionen der Datenkapsel ... 286

Du darfst hier nur lesen ... 288

Elementfunktionen voll im Einsatz ... 289

Toll, diese Klassenfunktionen ... 291

Objekte erstellen ... 293

Objekte auf die Welt bringen ... 294

Zugriff auf die Öffentlichkeit der Klasse ... 295

Indirekter Zugriff auf die Öffentlichkeit ... 295

Objekte verwenden ... 296

Die Geschichte von Objekten ... 299

Aufbauen und vernichten ... 302

Dienst nach Vorschrift ... 302

Wir übernehmen selbst ... ... 303

Konstruktoren mit mehreren Parametern ... 304

Konstruktoren effektiver initialisieren ... 305

Klassenelemente direkt initialisieren ... 306

Am Ende alles wieder saubermachen ... ... 306

Frühjahrsputz ... 307

(K)ein Kartenhaus ... 310

Deep inside ... 312

Spezielle Konstruktoren ... 312

Praxis Dr. Schrödinger ... 315

Wohnung von Dr. Schrödinger ... 317

The Big Three ... 318

Spezielle Daten in der Kapsel ... 319

Gute Freunde kann niemand trennen ... ... 321

*Gong* Die letzte Runde wird eingeläutet ... 323

Kampfanalyse ... 328



10. Kino + WoW + Programmieren = viel Spaß: Überladen von Operatoren ... 331


Eigene Rechengesetze ... 332

Gestatten: operator ... 332

Gesetze für die Herren Operatoren ... 333

Operatoren nur für Freunde ... 334

Die Pärchen verwenden die Operatoren ... 335

Mit vereinten Kräften ... 337

Glückliche Pärchen ... 340

Einsame Operatoren überladen ... 344

Das einsame Leben der einsamen Operatoren ... 346

Am Ende bleibt ein einsamer Operator ... 349

Weitere Operatoren überladen ... 351

Logisch? Fast immer! ... 351

"Typenverbiegenumwandler" überladen ... 351

Input-Output-Kompott ... ... 352

Spezielle Operatorüberladungen in der Praxis ... 354

Spezialitäten auf dem Sofa ... 360

Funktionsobjekte ... 360

Indexoperator [ ] überladen ... 361

new und delete überladen ... 361



11. Schrödinger macht sein Testament: Abgeleitete Klassen ... 363


Erben ohne Erbschaftssteuer ... 364

Ewig schleichen die Erben ... 367

Damit keiner leer ausgeht ... 371

Jetzt das Kleingedruckte lesen ... 373

Zugriffsrechte für den Beerbten ... 373

News: Konstruktoren vererben (C++11) ... 376

Das Kleingedruckte in der Praxis ... 377

So macht erben langsam Spaß ... 380

Private Mitglieder durchreichen ... ... 381

Erbe verwenden und erweitern ... 382

Redefinition ... 383

Use me ... ... 383

Unser Anlageberater verwaltet das Erbe ... 385

Ordentlich angelegt ... 387

Konstruktives und destruktives Vererben ... 389

Implizite Klassenumwandlung ... 391

Wer bekommt was ... ... 392

Keiner geht leer aus ... ... 394

Mehrfachvererbung ... 396

Mehrfachvererbung in der Praxis ... 398

Lohnt sich die Mehrfachvererbung überhaupt? ... 401

Virtuelles Vererben ... 403

Virtuelle Teilchen verwenden ... 405

Zwischen Virtualität und Realität ... 406

Abstrakte Welten ... 408

Ein alter Bekannter ... ... 408

Abstrakte Vielgestaltigkeit ... 410

Jetzt wird es vielseitig -- Polymorphie ... 411

Virtuelle Zerstörungskraft ... 413

Was vom Abstrakten übrig blieb ... 414

Was bist du denn? ... 415

override und final ... 416



12. Ausstechformen für die Plätzchen: Templates ... 419


Funktionen zum Ausstechen ... 420

Verschiedene Teigsorten ... 422

Plätzchen backen ... 424

Am Ende sind nur noch Krümel da ... ... 428

Klassen zum Ausstechen ... 429

Klassen-Ausstecher-Elementfunktion definieren ... 430

Klassen-Ausstecher-Elementfunktion überschreiben ... 431

Objekte ausstechen ... 432

Klassen-Ausstecher in der Praxis ... 433

Klassen-Ausstecher in der Wohnung ... 438



13. Der Schleudersitz für den Notfall: Ausnahmebehandlung ... 441


Versuchen, werfen und auffangen ... 442

Noch ein paar Hinweise für das Werfen ... 444

Jetzt schmeiß schon! ... 446

Was passiert danach ...? ... 447

Homerun ... 450

Mit Klassen um sich schmeißen ... 453

Nix wie weg hier ... 453

Schmeißen mit ganzen Klassen ... 455

Homerun mit Klassen ... 458

(Standard-)Ausnahmen im Angebot ... 461

What ist dein Problem ...? ... 462

Ausnahmen im System ... 463

Wir probieren es aus ... 464

Logischer Fehler: out_of_range ... 464

Logischer Fehler: invalid_argument ... 465

Logischer Fehler: length_error ... 466

Logischer Fehler: ios_base::failure ... 467

Standardausnahme-Kontrolle ... 468

Ausnahme-Spezifikation und noexcept ? ... 470

noexpect ... 470

Hasta la vista, baby ... 471

Ausnahmen verweigern ... 472

Keine Erwartungen ... 474



14. Unterwäsche, 100 % Baumwolle, Doppelripp: Die Standardklasse string ... 475


Schurz, Schürzen, Schürzenjäger ... 476

Strings anlegen und zuweisen ... 476

Zugriff auf die einzelnen Zeichen ... 479

Wie groß isses denn? ... 480

Rohe Strings ... 480

Noch mehr Unterwäsche ... 481

Und noch mehr davon ... 483

Klamottenkiste ... 485

String konvertieren und manipulieren ... 485

Such! ... 486

Überladene Operatoren und Ein-/Ausgabe ... 488

Ich kann's nicht mehr hören: Strings ... 490

Alles sauber dank "Schwarzer Zwerg" ... 494



15. Ströme ohne Isolierkabel verwenden: Der Umgang mit Streams und Dateien ... 495


Gib aus den Strom ... 496

Rohe Eier raus ... ... 498

Mehr formatierter Output bitte ... 499

Wir schwenken die Flagge ... ... 500

Jetzt ist es raus ... ... 502

Wir ändern die Richtung ... 505

Rohe Eier rein ... ... 505

Wo ist mein Input? ... 507

Jetzt ist es drin ... ... 511

Wir manipulieren die Ströme ... 513

Manipulation ist alles ... ... 516

Ordentlich manipuliert ... ... 520

Auch ein Strom hat seine Fehler ... 522

Erst den Strom abstellen ... ... 524

Die Sicherung ist geflogen ... 525

Kann man auch was speichern? ... 526

Datei-Slang ... 526

Vorhandene Ströme für Dateien ... 527

Strom für die Datei anschließen ... 527

Plug-ins für den Dateistrom ... 528

Den Dateistecker ziehen ... 530

Alles gesichert ...? ... 531

Sauber lesbare Sache ... 531

Stück für Stück ... 532

Zeile für Zeile ... 534

Ganze Happen ... ... 535

Wahlfreier Zugriff ... 536

Daten wiederherstellen ... 537

Ein Strom für einen String? ... 541

Schürzenjäger-Strom ... 543

Ohne Isolation ... 545



16. Ausstechformen für Faule: Einführung in die Standard Template Library (STL) ... 547


Fertigkuchen von Dr. STL ...? ... 548

Verschiedene Behälter (Container) ... 549

Algorithmen und Iteratoren ... 551

Besser als "Selbermachen" ... 552

... und schmeckt auch noch gut! ... 555

Detaillierteres Arbeiten mit sequenziellen Fertigkuchen ... 558

Behälter erstellen ... 558

Zutaten hinzufügen ... 559

Zugriff auf den Teig ... 560

Wie viel passt rein, und wie viel ist drin ...? ... 561

Raus damit ...! ... 561

Tausch mit mir, oder gib mir alle ... 562

Mixen, sortieren und rühren ... 562

Sequenzielle Fertigkuchen abschmecken ... 563

Bereit zum Essen ... ... 568

Detaillierteres Arbeiten mit assoziativen Fertigkuchen ... 570

set und multiset ... 571

map und multimap ... 572

Bitte ein Bit-Feld ...! ... 572

Assoziative Kuchen backen ... 573

(multi)set me up, baby! ... 573

Now (multi)map me! ... 575

Bitte ein Bit! ... 576

Auch assoziative Kuchen kann man essen ... 579

Zwischen Fertigkuchen und weiteren Zutaten ... 581

Funktionsobjekte ... 581

Kategorie von Iteratoren ... 583

Iterator-Adapter ... 585

Die Hilfsmittel für Fertigkuchen und Zutaten im Einsatz ... 586

Hilfe für den Iterator ... 588

Allmählich wird es öde ... ... 589

Die fleißigen Arbeiter ... 592

Nicht-modifizierende Algorithmen ... 592

Modifizierende Algorithmen ... 593

Löschende Algorithmen ... 594

Mutierende Algorithmen ... 595

Sortierende Algorithmen ... 596

Algorithmen für sortierte Bereiche ... 597

Algorithmen verwenden ... 598

Ende gut, alles gut ... ... 602



17. Schöne neue Welt C++11: C++11 - der neue Standard ... 605


C++ auf dem neuesten Stand(ard) ... 606

auto/decltype ... 607

Einfachere Initialisierung ... 607

Lambda-Funktionen ... 608

Range-based-loop ... 608

Explizite delete- und default-Funktionen ... 609

nullptr ... 609

constexpr ... 610

Ein Konstruktor ruft einen anderen Konstruktor auf ... 611

Move your body ... 611

Neues Zeugs im Einsatz ... 613

auto/decltype ... 613

{}-Initialisierer verwenden ... 613

Lambda-Funktion ... 614

Move my own class ... 615

Cool, das neue Zeugs ... 616

Weitere nützliche Features ... 617

Noch mehr Neuigkeiten ... ... 619

Ein neues Array? ... 619

Eine neue verkettete Liste? ... 620

Hasch? Ist das nicht illegal?! ... 620

Neue Algorithmen ... 621

Tuple? Tulpe? ... 622

Neue Planeten braucht das Universum ... 623

Neue Backmischungen sind auch gut ... 626

Kluge Zeiger ... 628

Ich bin der Klügste hier (shared_ptr) ... 630

Schwacher Zeiger (weak_ptr) ... 631

Egoistischer, aber kluger Zeiger (unique_ptr) ... 633

Klug auch in der Praxis ... 634

Bist du auch so klug ...? ... 637

Von Hieroglyphen und regulären Ausdrücken ... 639

Mini-Sprachkurs zu den Hieroglyphen ... 639

Objekt für die Hieroglyphen ... 643

Die Algorithmen für Hieroglyphen ... 643

Suchergebnis analysieren ... 644

Suchen mit Hieroglyphen ... 645

Cleopatra ist da ... ... 652

Parallele Welten ... 654

Viele Fäden erzeugen ... 655

Bist du jetzt ein Faden oder nicht? ... 657

Argumente für den Thread ... 657

Wir nehmen jetzt die Fäden in die Hand ... 658

Nur nicht den Faden verlieren ... 661

Schütze deine Daten ... 663

Ein Schloss für den Mutex ... 666

Sicheres Initialisieren ... 667

Totgesperrt ... 668

Einmal bitte ... ... 670

Am Ende des Fadens ... ... 672

"Konditions"-Variable ...? ... 672

Zusammenfassung ... 674



18. C++ 14 -- der Neue!: C++14 -- der allerneueste Standard ... 675


Schon wieder ein neuer Standard? ... 676

Der Compiler weiß es doch sowieso immer besser ... 677

Dann mach es doch auch selbst bei den Lambda-Funktionen ... 677

Gammelcode an den Compiler verraten? ... 678

Etwas für die Bitverdreher unter uns ... 679

Und dann noch etwas für die Zahlenzerstückler ... 680

Mr. Holmes, bitte übernehmen Sie ... ... 681

Der Tanz mit den Lambda-Parametern ... 682

Alte Sachen aufheben oder ausmisten? ... 683

Mir reicht es jetzt mit der neuen Welt ... 684

Noch ein paar mehr C++14-Sachen ... 685



Index ... 689