C++

Vorwort ... 23




TEIL I Grundlagen ... 27



1. Das C++-Handbuch ... 29


1.1 ... Neu und Modern ... 30

1.2 ... »Dan«-Kapitel ... 30

1.3 ... Darstellung in diesem Buch ... 31

1.4 ... Verwendete Formatierungen ... 31

1.5 ... Sorry for my Denglish ... 32



2. Programmieren in C++ ... 35


2.1 ... Übersetzen ... 36

2.2 ... Übersetzungsphasen ... 36

2.3 ... Aktuelle Compiler ... 38

2.4 ... Entwicklungsumgebungen ... 39

2.5 ... Die Kommandozeile unter Ubuntu ... 40

2.6 ... Die IDE »Microsoft Visual Studio Community« unter Windows ... 44

2.7 ... Das Beispielprogramm beschleunigen ... 46



3. C++ für Umsteiger ... 49


4. Die Grundbausteine von C++ ... 55


4.1 ... Kommentare ... 58

4.2 ... Die »include«-Direktive ... 58

4.3 ... Die Standardbibliothek ... 58

4.4 ... Die Funktion »main()« ... 59

4.5 ... Typen ... 59

4.6 ... Variablen ... 60

4.7 ... Initialisierung ... 60

4.8 ... Ausgabe auf der Konsole ... 61

4.9 ... Anweisungen ... 61

4.10 ... Ohne Eile erklärt ... 62

4.11 ... Operatoren ... 85

4.12 ... Eingebaute Datentypen ... 98

4.13 ... Undefiniertes und unspezifiziertes Verhalten ... 132



5. Guter Code, 1. Dan: Lesbar programmieren ... 135


5.1 ... Kommentare ... 135

5.2 ... Dokumentation ... 136

5.3 ... Einrückungen und Zeilenlänge ... 137

5.4 ... Zeilen pro Funktion und Datei ... 138

5.5 ... Klammern und Leerzeichen ... 139

5.6 ... Namen ... 140



6. Höhere Datentypen ... 143


6.1 ... Strings und Streams ... 144

6.2 ... Der Zeichenkettentyp »string« ... 144

6.3 ... Streams ... 148

6.4 ... Behälter und Zeiger ... 155

6.5 ... Die einfachen Sequenzcontainer ... 156

6.6 ... Algorithmen ... 161

6.7 ... Zeiger und C-Arrays ... 161



7. Funktionen ... 163


7.1 ... Deklaration und Definition einer Funktion ... 164

7.2 ... Funktionstyp ... 165

7.3 ... Funktionen verwenden ... 165

7.4 ... Eine Funktion definieren ... 167

7.5 ... Mehr zu Parametern ... 168

7.6 ... Funktionskörper ... 172

7.7 ... Parameter umwandeln ... 173

7.8 ... Funktionen überladen ... 175

7.9 ... Default-Parameter ... 177

7.10 ... Beliebig viele Argumente ... 179

7.11 ... Alternative Schreibweise zur Funktionsdeklaration ... 179

7.12 ... Spezialitäten ... 180



8. Anweisungen im Detail ... 185


8.1 ... Der Anweisungsblock ... 188

8.2 ... Die leere Anweisung ... 190

8.3 ... Deklarationsanweisung ... 191

8.4 ... Die Ausdrucksanweisung ... 192

8.5 ... Die »if«-Anweisung ... 193

8.6 ... Die »while«-Schleife ... 195

8.7 ... Die »do-while«-Schleife ... 197

8.8 ... Die »for«-Schleife ... 198

8.9 ... Die bereichsbasierte »for«-Schleife ... 200

8.10 ... Die »switch«-Verzweigung ... 202

8.11 ... Die »break«-Anweisung ... 206

8.12 ... Die »continue«-Anweisung ... 207

8.13 ... Die »return«-Anweisung ... 207

8.14 ... Die »goto«-Anweisung ... 209

8.15 ... Der »try-catch«-Block und »throw« ... 210

8.16 ... Zusammenfassung ... 212



9. Ausdrücke im Detail ... 213


9.1 ... Berechnungen und Seiteneffekte ... 214

9.2 ... Arten von Ausdrücken ... 215

9.3 ... Literale ... 216

9.4 ... Bezeichner ... 216

9.5 ... Klammern ... 217

9.6 ... Funktionsaufruf und Index-Zugriff ... 218

9.7 ... Zuweisung ... 218

9.8 ... Typumwandlung ... 220



10. Fehlerbehandlung ... 221


10.1 ... Fehlerbehandlung mit Fehlercodes ... 223

10.2 ... Was ist eine Ausnahme? ... 226

10.3 ... Kleinere Fehlerbehandlungen ... 229

10.4 ... Weiterwerfen -- »rethrow« ... 229

10.5 ... Die Reihenfolge im »catch« ... 230

10.6 ... Typen für Exceptions ... 232

10.7 ... Wenn eine Exception aus »main« herausfällt ... 233



11. Guter Code, 2. Dan: Modularisierung ... 235


11.1 ... Programm, Bibliothek, Objektdatei ... 235

11.2 ... Bausteine ... 236

11.3 ... Trennen der Funktionalitäten ... 237

11.4 ... Ein modulares Beispielprojekt ... 238

11.5 ... Spezialthema: Unity-Builds ... 249




TEIL II Objektorientierte Programmierung und mehr ... 251



12. Von der Struktur zur Klasse ... 253


12.1 ... Initialisierung ... 255

12.2 ... Rückgabe eigener Typen ... 256

12.3 ... Methoden statt Funktionen ... 257

12.4 ... Das bessere »drucke« ... 260

12.5 ... Eine Ausgabe wie jede andere ... 262

12.6 ... Methoden inline definieren ... 263

12.7 ... Implementierung und Definition trennen ... 264

12.8 ... Initialisierung per Konstruktor ... 265

12.9 ... Struktur oder Klasse? ... 271

12.10 ... Zwischenergebnis ... 275

12.11 ... Verwendung eigener Datentypen ... 276

12.12 ... Typinferenz mit »auto« ... 291

12.13 ... Eigene Klassen in Standardcontainern ... 294



13. Namensräume und Qualifizierer ... 297


13.1 ... Der Namensraum »std« ... 297

13.2 ... Anonymer Namensraum ... 301

13.3 ... »static« macht lokal ... 303

13.4 ... »static« teilt gern ... 303

13.5 ... »static« macht dauerhaft ... 306

13.6 ... Zusammenfassung ... 309

13.7 ... Const ... 310

13.8 ... Flüchtig mit »volatile« ... 324



14. Guter Code, 3. Dan: Testen ... 327


14.1 ... Arten des Tests ... 327

14.2 ... Frameworks ... 335

14.3 ... Boost.Test ... 339

14.4 ... Hilfsmakros für Assertions ... 343

14.5 ... Ein Beispielprojekt mit Unittests ... 346



15. Vererbung ... 359


15.1 ... Beziehungen ... 360

15.2 ... Vererbung in C++ ... 362

15.3 ... Hat-ein versus ist-ein ... 363

15.4 ... Gemeinsamkeiten finden ... 364

15.5 ... Abgeleitete Typen erweitern ... 366

15.6 ... Methoden überschreiben ... 367

15.7 ... Wie Methoden funktionieren ... 368

15.8 ... Virtuelle Methoden ... 370

15.9 ... Konstruktoren in Klassenhierarchien ... 372

15.10 ... Typumwandlung in Klassenhierarchien ... 373

15.11 ... Wann virtuell? ... 375

15.12 ... Andere Designs zur Erweiterbarkeit ... 376



16. Der Lebenszyklus von Klassen ... 379


16.1 ... Erzeugung und Zerstörung ... 380

16.2 ... Temporary: kurzlebige Werte ... 382

16.3 ... Der Destruktor zum Konstruktor ... 383

16.4 ... Yoda-Bedingung ... 387

16.5 ... Konstruktion, Destruktion und Exceptions ... 389

16.6 ... Kopieren ... 390

16.7 ... Zuweisungsoperator ... 393

16.8 ... Streichen von Methoden ... 396

16.9 ... Verschiebeoperationen ... 398

16.10 ... Operatoren ... 403

16.11 ... Eigene Operatoren in einem Datentyp ... 406

16.12 ... Besondere Klassenformen ... 411



17. Guter Code, 4. Dan: Sicherheit, Qualität und Nachhaltigkeit ... 415


17.1 ... Die Nuller-Regel ... 415

17.2 ... RAII -- Resource Acquisition Is Initialization ... 420



18. Spezielles für Klassen ... 429


18.1 ... Darf alles sehen -- »friend«-Klassen ... 429

18.2 ... non-public-Vererbung ... 434

18.3 ... Signatur-Klassen als Interfaces ... 439

18.4 ... Multiple Vererbung ... 443

18.5 ... Rautenförmige multiple Vererbung -- »virtual« für Klassenhierarchien ... 452

18.6 ... Literale Datentypen -- »constexpr« für Konstruktoren ... 456



19. Guter Code, 5. Dan: Klassisches objektorientiertes Design ... 459


19.1 ... Objekte in C++ ... 461

19.2 ... Objektorientiert designen ... 462




TEIL III Fortgeschrittene Themen ... 481



20. Zeiger ... 483


20.1 ... Adressen ... 484

20.2 ... Zeiger ... 485

20.3 ... Gefahren von Aliasing ... 487

20.4 ... Heapspeicher und Stapelspeicher ... 489

20.5 ... Smarte Pointer ... 492

20.6 ... Rohe Zeiger ... 501

20.7 ... C-Arrays ... 506

20.8 ... Iteratoren ... 511

20.9 ... Zeiger als Iteratoren ... 513

20.10 ... Zeiger im Container ... 513

20.11 ... Die Ausnahme: wann das Wegräumen nicht nötig ist ... 514



21. Makros ... 517


21.1 ... Der Präprozessor ... 518

21.2 ... Vorsicht vor fehlenden Klammern ... 521

21.3 ... Vorsicht vor Mehrfachausführung ... 522

21.4 ... Typvariabilität von Makros ... 523

21.5 ... Zusammenfassung ... 526



22. Schnittstelle zu C ... 527


22.1 ... Mit Bibliotheken arbeiten ... 528

22.2 ... C-Header ... 529

22.3 ... C-Ressourcen ... 532

22.4 ... »void«-Pointer ... 532

22.5 ... Daten lesen ... 533

22.6 ... Das Hauptprogramm ... 534

22.7 ... Zusammenfassung ... 535



23. Templates ... 537


23.1 ... Funktionstemplates ... 538

23.2 ... Funktionstemplates in der Standardbibliothek ... 547

23.3 ... Eine Klasse als Funktion ... 551

23.4 ... Templateklassen ... 565

23.5 ... Templates mit variabler Argumentanzahl ... 576

23.6 ... Eigene Literale ... 580




TEIL IV Die Standardbibliothek ... 591



24. Container ... 593


24.1 ... Grundlagen ... 594

24.2 ... Iteratoren-Grundlagen ... 601

24.3 ... Allokatoren: Speicherfragen ... 605

24.4 ... Container-Gemeinsamkeiten ... 607

24.5 ... Ein Überblick über die Standardcontainer-Klassen ... 608

24.6 ... Die sequenziellen Containerklassen ... 612

24.7 ... Assoziativ und geordnet ... 647

24.8 ... Nur assoziativ und nicht garantiert ... 678

24.9 ... Container-Adapter ... 706

24.10 ... Sonderfälle: »string«, »basic string« und »vector<char>« ... 707

24.11 ... Sonderfälle: »vector<bool>«, »array<bool,n>« und »bitset<n>« ... 708

24.12 ... Sonderfall: Value-Array mit »valarray<>« ... 711



25. Container-Unterstützung ... 721


25.1 ... Algorithmen ... 721

25.2 ... Iteratoren ... 723

25.3 ... Iterator-Adapter ... 723

25.4 ... Algorithmen der Standardbibliothek ... 724

25.5 ... Liste der Algorithmusfunktionen ... 726

25.6 ... Kopie statt Zuweisung -- Werte in uninitialisierten Speicherbereichen ... 740

25.7 ... Eigene Algorithmen ... 741



26. Guter Code, 6. Dan: Für jede Aufgabe der richtige Container ... 745


26.1 ... Alle Container nach Aspekten sortiert ... 745

26.2 ... Rezepte für Container ... 750

26.3 ... Iteratoren sind mehr als nur Zeiger ... 756

26.4 ... Algorithmen je nach Container unterschiedlich implementieren ... 758



27. Streams ... 761


27.1 ... Ein- und Ausgabekonzept ... 761

27.2 ... Globale, vordefinierte Standardstreams ... 762

27.3 ... Methoden für die Aus- und Eingabe von Streams ... 764

27.4 ... Fehlerbehandlung und Zustand von Streams ... 768

27.5 ... Streams manipulieren und formatieren ... 771

27.6 ... Streams für die Dateiein- und Dateiausgabe ... 782

27.7 ... Streams für Strings ... 796

27.8 ... Streampuffer ... 801



28. Standardbibliothek -- Extras ... 805


28.1 ... »pair« und »tuple« ... 805

28.2 ... Reguläre Ausdrücke ... 812

28.3 ... Zufall ... 821

28.4 ... Mathematisches ... 830

28.5 ... Systemfehlerbehandlung mit »system error« ... 849

28.6 ... Laufzeit-Typinformationen -- »<typeinfo>« und »<typeindex>« ... 858

28.7 ... Hilfsklassen rund um Funktoren -- »<functional>« ... 862

28.8 ... Ausblick auf C++17 ... 869



29. Threads -- Programmieren mit Mehrläufigkeit ... 875


29.1 ... C++-Threading-Grundlagen ... 876

29.2 ... Gemeinsame Daten ... 891

29.3 ... Andere Möglichkeiten zur Synchronisation ... 904

29.4 ... Im eigenen Speicher mit »thread local« ... 908

29.5 ... Mit »condition variable« auf Ereignisse warten ... 909

29.6 ... Einmal warten mit »future« ... 914

29.7 ... Atomics ... 924

29.8 ... Zusammenfassung ... 930

29.9 ... Ausblick auf C++17 ... 932




TEIL V Über den Standard hinaus ... 933



30. Guter Code, 7. Dan: Richtlinien ... 935


30.1 ... Guideline Support Library ... 936

30.2 ... C++ Core Guidelines ... 937



31. GUI-Programmierung mit Qt ... 951


31.1 ... Ein erstes Miniprogramm ... 955

31.2 ... Objektbäume und Besitz ... 966

31.3 ... Signale und Slots ... 967

31.4 ... Klassenhierarchie von Qt ... 987

31.5 ... Eigene Widgets mit dem Qt Designer erstellen ... 990

31.6 ... Widgets anordnen ... 996

31.7 ... Dialoge erstellen mit »QDialog« ... 1000

31.8 ... Vorgefertigte Dialoge von Qt ... 1008

31.9 ... Eigenen Dialog mit dem Qt Designer erstellen ... 1015

31.10 ... Grafische Bedienelemente von Qt (Qt-Widgets) ... 1031

31.11 ... Anwendungen in einem Hauptfenster ... 1037

31.12 ... Zusammenfassung ... 1048



Cheat Sheet ... 1052


Index ... 1055