C++

Vorwort ... 25

TEIL I. Grundlagen ... 29

1. Das C++-Handbuch ... 31

1.1 ... Neu und modern ... 32

1.2 ... »Dan«-Kapitel ... 32

1.3 ... Darstellung in diesem Buch ... 33

1.4 ... Verwendete Formatierungen ... 33

1.5 ... Sorry for my Denglish ... 34

2. Programmieren in C++ ... 37

2.1 ... Übersetzen ... 38

2.2 ... Übersetzungsphasen ... 39

2.3 ... Aktuelle Compiler ... 40

2.4 ... Entwicklungsumgebungen ... 41

2.5 ... Die Kommandozeile unter Ubuntu ... 43

2.6 ... Die IDE »Visual Studio Code« unter Windows ... 47

2.7 ... Das Beispielprogramm beschleunigen ... 54

3. C++ für Umsteiger ... 55

4. Die Grundbausteine von C++ ... 63

4.1 ... Ein schneller Überblick ... 66

4.2 ... Ohne Eile erklärt ... 71

4.3 ... Operatoren ... 100

4.4 ... Eingebaute Datentypen ... 116

4.5 ... Undefiniertes und unspezifiziertes Verhalten ... 157

5. Guter Code, 1. Dan: Lesbar programmieren ... 159

5.1 ... Kommentare ... 160

5.2 ... Dokumentation ... 160

5.3 ... Einrückungen und Zeilenlänge ... 161

5.4 ... Zeilen pro Funktion und Datei ... 162

5.5 ... Klammern und Leerzeichen ... 163

5.6 ... Namen ... 164

6. Höhere Datentypen ... 167

6.1 ... Der Zeichenkettentyp »string« ... 168

6.2 ... Streams ... 174

6.3 ... Behälter und Zeiger ... 181

6.4 ... Die einfachen Sequenzcontainer ... 183

6.5 ... Algorithmen ... 189

6.6 ... Zeiger und C-Arrays ... 189

7. Funktionen ... 191

7.1 ... Deklaration und Definition einer Funktion ... 192

7.2 ... Funktionstyp ... 193

7.3 ... Funktionen verwenden ... 194

7.4 ... Eine Funktion definieren ... 195

7.5 ... Mehr zu Parametern ... 197

7.6 ... Funktionskörper ... 201

7.7 ... Parameter umwandeln ... 203

7.8 ... Funktionen überladen ... 205

7.9 ... Defaultparameter ... 208

7.10 ... Beliebig viele Argumente ... 209

7.11 ... Alternative Schreibweise zur Funktionsdeklaration ... 210

7.12 ... Spezialitäten ... 211

8. Anweisungen im Detail ... 215

8.1 ... Der Anweisungsblock ... 218

8.2 ... Die leere Anweisung ... 221

8.3 ... Deklarationsanweisung ... 221

8.4 ... Die Ausdrucksanweisung ... 224

8.5 ... Die »if«-Anweisung ... 224

8.6 ... Die »while«-Schleife ... 229

8.7 ... Die »do-while«-Schleife ... 231

8.8 ... Die »for«-Schleife ... 232

8.9 ... Die bereichsbasierte »for«-Schleife ... 234

8.10 ... Die »switch«-Verzweigung ... 236

8.11 ... Die »break«-Anweisung ... 240

8.12 ... Die »continue«-Anweisung ... 241

8.13 ... Die »return«-Anweisung ... 242

8.14 ... Die »goto«-Anweisung ... 243

8.15 ... Der »try-catch«-Block und »throw« ... 245

8.16 ... Zusammenfassung ... 247

9. Ausdrücke im Detail ... 249

9.1 ... Berechnungen und Seiteneffekte ... 250

9.2 ... Arten von Ausdrücken ... 251

9.3 ... Literale ... 253

9.4 ... Bezeichner ... 253

9.5 ... Klammern ... 254

9.6 ... Funktionsaufruf und Indexzugriff ... 254

9.7 ... Zuweisung ... 255

9.8 ... Typumwandlung ... 257

10. Fehlerbehandlung ... 259

10.1 ... Fehlerbehandlung mit Fehlercodes ... 261

10.2 ... Was ist eine Ausnahme? ... 264

10.3 ... Kleinere Fehlerbehandlungen ... 267

10.4 ... Weiterwerfen -- »rethrow« ... 268

10.5 ... Die Reihenfolge im »catch« ... 268

10.6 ... Typen für Exceptions ... 271

10.7 ... Wenn eine Exception aus »main« herausfällt ... 272

11. Guter Code, 2. Dan: Modularisierung ... 273

11.1 ... Programm, Bibliothek, Objektdatei ... 273

11.2 ... Bausteine ... 274

11.3 ... Trennen der Funktionalitäten ... 275

11.4 ... Ein modulares Beispielprojekt ... 277

TEIL II. Objektorientierte Programmierung und mehr ... 289

12. Von der Struktur zur Klasse ... 291

12.1 ... Initialisierung ... 294

12.2 ... Rückgabe eigener Typen ... 295

12.3 ... Methoden statt Funktionen ... 297

12.4 ... Das bessere »drucke« ... 300

12.5 ... Eine Ausgabe wie jede andere ... 302

12.6 ... Methoden inline definieren ... 303

12.7 ... Implementierung und Definition trennen ... 304

12.8 ... Initialisierung per Konstruktor ... 305

12.9 ... Struktur oder Klasse? ... 313

12.10 ... Zwischenergebnis ... 318

12.11 ... Eigene Datentypen verwenden ... 318

12.12 ... Typinferenz mit »auto« ... 335

12.13 ... Eigene Klassen in Standardcontainern ... 339

13. Namensräume und Qualifizierer ... 343

13.1 ... Der Namensraum »std« ... 344

13.2 ... Anonymer Namensraum ... 347

13.3 ... »static« macht lokal ... 349

13.4 ... »static« teilt gern ... 350

13.5 ... Ferne Initialisierung oder »static inline«-Datenfelder ... 353

13.6 ... Garantiert zur Compilezeit initialisiert mit »constinit« ... 354

13.7 ... »static« macht dauerhaft ... 354

13.8 ... »inline namespace« ... 356

13.9 ... Zusammenfassung ... 358

13.10 ... »const« ... 358

13.11 ... Flüchtig mit »volatile« ... 380

14. Guter Code, 3. Dan: Testen ... 383

14.1 ... Arten des Tests ... 383

14.2 ... Frameworks ... 391

14.3 ... Boost.Test ... 396

14.4 ... Hilfsmakros für Assertions ... 400

14.5 ... Ein Beispielprojekt mit Unittests ... 403

15. Vererbung ... 417

15.1 ... Beziehungen ... 418

15.2 ... Vererbung in C++ ... 421

15.3 ... Hat-ein versus ist-ein ... 422

15.4 ... Gemeinsamkeiten finden ... 422

15.5 ... Abgeleitete Typen erweitern ... 425

15.6 ... Methoden überschreiben ... 426

15.7 ... Wie Methoden funktionieren ... 427

15.8 ... Virtuelle Methoden ... 429

15.9 ... Konstruktoren in Klassenhierarchien ... 431

15.10 ... Typumwandlung in Klassenhierarchien ... 433

15.11 ... Wann virtuell? ... 434

15.12 ... Andere Designs zur Erweiterbarkeit ... 436

16. Der Lebenszyklus von Klassen ... 439

16.1 ... Erzeugung und Zerstörung ... 440

16.2 ... Temporary: kurzlebige Werte ... 442

16.3 ... Der Destruktor zum Konstruktor ... 444

16.4 ... Yoda-Bedingung ... 449

16.5 ... Konstruktion, Destruktion und Exceptions ... 450

16.6 ... Kopieren ... 452

16.7 ... Zuweisungsoperator ... 455

16.8 ... Streichen von Methoden ... 459

16.9 ... Verschiebeoperationen ... 461

16.10 ... Operatoren ... 466

16.11 ... Eigene Operatoren in einem Datentyp ... 470

16.12 ... Besondere Klassenformen ... 478

17. Guter Code, 4. Dan: Sicherheit, Qualität und Nachhaltigkeit ... 483

17.1 ... Die Nullerregel ... 483

17.2 ... RAII -- Resource Acquisition Is Initialization ... 489

18. Spezielles für Klassen ... 499

18.1 ... Dürfen alles sehen -- »friend«-Klassen ... 499

18.2 ... Non-public-Vererbung ... 504

18.3 ... Signaturklassen als Interfaces ... 510

18.4 ... Multiple Vererbung ... 514

18.5 ... Rautenförmige multiple Vererbung -- »virtual« für Klassenhierarchien ... 524

18.6 ... Literale Datentypen -- »constexpr« für Konstruktoren ... 528

19. Guter Code, 5. Dan: Klassisches objektorientiertes Design ... 531

19.1 ... Objekte in C++ ... 533

19.2 ... Objektorientiert designen ... 534

TEIL III. Fortgeschrittene Themen ... 555

20. Zeiger ... 557

20.1 ... Adressen ... 558

20.2 ... Zeiger ... 560

20.3 ... Gefahren von Aliasing ... 562

20.4 ... Heapspeicher und Stapelspeicher ... 563

20.5 ... Smarte Pointer ... 567

20.6 ... Rohe Zeiger ... 576

20.7 ... C-Arrays ... 582

20.8 ... Iteratoren ... 588

20.9 ... Zeiger als Iteratoren ... 590

20.10 ... Zeiger im Container ... 590

20.11 ... Die Ausnahme: wann das Wegräumen nicht nötig ist ... 591

21. Makros ... 595

21.1 ... Der Präprozessor ... 596

21.2 ... Vorsicht vor fehlenden Klammern ... 600

21.3 ... Featuremakros ... 601

21.4 ... Information über den Quelltext ... 602

21.5 ... Warnung vor Mehrfachausführung ... 603

21.6 ... Typvariabilität von Makros ... 604

21.7 ... Zusammenfassung ... 607

22. Schnittstelle zu C ... 609

22.1 ... Mit Bibliotheken arbeiten ... 610

22.2 ... C-Header ... 611

22.3 ... C-Ressourcen ... 614

22.4 ... »void«-Pointer ... 615

22.5 ... Daten lesen ... 616

22.6 ... Das Hauptprogramm ... 617

22.7 ... Zusammenfassung ... 618

23. Templates ... 619

23.1 ... Funktionstemplates ... 621

23.2 ... Funktionstemplates in der Standardbibliothek ... 631

23.3 ... Eine Klasse als Funktion ... 637

23.4 ... C++ Concepts ... 654

23.5 ... Templateklassen ... 662

23.6 ... Templates mit variabler Argumentanzahl ... 677

23.7 ... Eigene Literale ... 681

TEIL IV. Die Standardbibliothek ... 693

24. Container ... 695

24.1 ... Grundlagen ... 696

24.2 ... Iteratoren-Grundlagen ... 709

24.3 ... Allokatoren: Speicherfragen ... 714

24.4 ... Containergemeinsamkeiten ... 717

24.5 ... Ein Überblick über die Standardcontainerklassen ... 719

24.6 ... Die sequenziellen Containerklassen ... 723

24.7 ... Assoziativ und geordnet ... 769

24.8 ... Nur assoziativ und nicht garantiert ... 805

24.9 ... Containeradapter ... 837

24.10 ... Sonderfälle: »string«, »basic_string« und »vector<char>« ... 840

24.11 ... Sonderfälle: »vector<bool>«, »array<bool,n>« und »bitset<n>« ... 842

24.12 ... Sonderfall: Value-Array mit »valarray<>« ... 845

25. Containerunterstützung ... 855

25.1 ... Algorithmen ... 857

25.2 ... Iteratoren und Ranges ... 858

25.3 ... Iteratoradapter ... 860

25.4 ... Algorithmen der Standardbibliothek ... 861

25.5 ... Parallele Ausführung ... 863

25.6 ... Liste der Algorithmusfunktionen und Range-Adapter ... 866

25.7 ... Elemente verknüpfende Algorithmen aus »<numeric>« und »<ranges>« ... 892

25.8 ... Kopie statt Zuweisung -- Werte in uninitialisierten Speicherbereichen ... 899

25.9 ... Eigene Algorithmen ... 901

25.10 ... Eigene Views und Range-Adapter schreiben ... 903

26. Guter Code, 6. Dan: Für jede Aufgabe der richtige Container ... 907

26.1 ... Alle Container nach Aspekten sortiert ... 907

26.2 ... Rezepte für Container ... 913

26.3 ... Algorithmen je nach Container unterschiedlich implementieren ... 919

27. Streams, Dateien und Formatierung ... 921

27.1 ... Ein- und Ausgabekonzept mit Streams ... 922

27.2 ... Globale, vordefinierte Standardstreams ... 922

27.3 ... Methoden für die Aus- und Eingabe von Streams ... 925

27.4 ... Fehlerbehandlung und Zustand von Streams ... 929

27.5 ... Streams manipulieren und formatieren ... 933

27.6 ... Streams für die Dateiein- und Dateiausgabe ... 945

27.7 ... Streams für Strings ... 961

27.8 ... Streampuffer ... 966

27.9 ... »filesystem« ... 969

27.10 ... Formatieren ... 971

28. Standardbibliothek -- Extras ... 979

28.1 ... »pair« und »tuple« ... 979

28.2 ... Reguläre Ausdrücke ... 987

28.3 ... Zufall ... 997

28.4 ... Mathematisches ... 1006

28.5 ... Systemfehlerbehandlung mit »system_error« ... 1033

28.6 ... Laufzeittypinformationen -- »<typeinfo>« und »<typeindex>« ... 1043

28.7 ... Hilfsklassen rund um Funktoren -- »<functional>« ... 1047

28.8 ... »optional« für einen oder keinen Wert ... 1055

28.9 ... »variant« für einen von mehreren Typen ... 1056

28.10 ... »any« hält jeden Typ ... 1058

28.11 ... Spezielle mathematische Funktionen ... 1059

28.12 ... Schnelle Umwandlung mit »<charconv>« ... 1060

29. Threads -- Programmieren mit Mehrläufigkeit ... 1063

29.1 ... C++-Threading-Grundlagen ... 1064

29.2 ... Gemeinsame Daten ... 1082

29.3 ... Andere Möglichkeiten zur Synchronisation ... 1100

29.4 ... Im eigenen Speicher mit »thread_local« ... 1104

29.5 ... Mit »condition_variable« auf Ereignisse warten ... 1105

29.6 ... Einmal warten mit »future« ... 1110

29.7 ... Atomics ... 1122

29.8 ... Koroutinen ... 1127

29.9 ... Zusammenfassung ... 1133

A. Guter Code, 7. Dan: Richtlinien ... 1137

A.1 ... Guideline Support Library ... 1138

A.2 ... C++ Core Guidelines ... 1139

B. Cheat Sheet ... 1153

Index ... 1157