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Text File | 1990-10-04 | 19.2 KB | 585 lines

(( Listings: Zeilenumfang )))))))))))))))))) ,,&TIMETEST.CPP 42 ,,&TIMECLSS.H 88 ,,&TIMECLSS.CPP 94 ,,&BUG1.CPP 34 ,,&BUG2.CPP 45 ,,&BUG3.CPP 57 ,,&BUG4.CPP 57 ,,dHöhere Weihen für C-Programmierer ,,uC++, die Krone der Schöpfung ,,avon Thole Groeneveld ,,eDie Programmiersprache C++ ist Anfang der achtziger Jahre bei den AT&T Laboratorien von Bjarne Stroustrup entwickelt worden. Sie stellt eine Weiterentwicklung von C dar, mit dem Ziel, syntaktische Ungereimtheiten zu beseitigen sowie dem Anfänger den Einstieg durch einfachere Ein- und Ausgabefunktionen zu erleichtern. Außerdem sollte die Fehlersuche durch verbesserte Typenüberprüfung vereinfacht werden. C++ bietet also nicht nur erweiterte Funktionen sondern darüber hinaus im bisher bekannten Sprachumfang die elegantere Möglichkeit, große Programm-Projekte zu gestalten. ,,gW,,neiter, schneller, höher. Diese Schlagworte beziehen sich in zunehmenden Maße nicht nur auf Sportliche Leistungen, sondern sind symptomatisch für die Compiler- entwicklung der letzten Jahre. C++ bietet jedoch nicht nur mehr, sondern präsentiert altgewohntes dem Anfänger wesentlich mundgerechter. Eine einfachere Ein- und Ausgabe machen beispielsweise komplizierte Format- anweisungen gänzlich überflüssig. Zeichenketten können über sogenannte "Streams" bequem und geräteunabhängig zwischen Modulen ausgetauscht und ausgegeben werden. C++ ist keine neue Sprache, sondern versteht sich vielmehr als Obermenge von C. Im Prinzip läßt sich jedes C Programm von einem C++ Compiler übersetzen. Da der C++ Compiler eine sehr strenge Typenüberprüfung vornimmt, werden sich die wenigsten C Programme jedoch ohne "Warnings" compilieren lassen. ,,zSicherheit durch Prototyping ,,nDiese genaue Typenüberprüfung und auch das Autoprototyping sorgen dafür, daß durch schlampiges Programmieren entstandene und im allgemeinen schwer lokalisierbare Fehler erst gar nicht auftreten. Autoprototyping bedeutet, daß die Typen der Übergabe-- und Rückgabe- parameter vor dem Aufruf der Funktion bekannt sein müssen. ,,zVon SIMULA zu C++ ,,nC++ ist aber nicht nur ein ver- bessertes C, sondern beinhaltet in letzter Konsequenz eine ganz andere Programmierphilosophie, das objekt- orientierte Programmieren. Dieses Konzept wurde erstmals für die 1967 in Norwegen entwickelte Sprache SIMULA benutzt, die, wie der Name schon sagt, hauptsächlich zur Programmierung von Simulationen verwendet wird. Leider blieb SIMULA und damit auch die OOP - Technik lange relativ unbekannt. Das änderte sich erst durch das Aufkommen von SMALLTALK in den siebziger Jahren. Dabei erregte aber weniger die Programmiersprache als die aufwendig mit einer Maus bedienbare graphische Benutzeroberfläche die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit. Außerdem sind die meisten SMALLTALK-Systeme so rechen- und speicherintensiv, daß sie Work- stations mit einigen MIPS und Mega- bytes brauchen und damit für die Mehrheit der einfachen PC-Benutzer uninteressant bleiben. ,,zHybridsprachen ,,nWirklich populär wurden objekt- orientierte Sprachen erst durch die sogenannten Hybridsprachen. Darunter versteht man herkömmliche Programmier- sprachen wie Pascal und C, die um objektorientierte Sprachelemente erweitert wurden. Der große Vorteil liegt darin, daß der Neuling keine vollkommen neue Sprache lernen muß und ihm damit der Einstieg erleichtert wird. Zudem sinkt die Effizienz, auf die bei der Implementierung eines C++ Compilers sehr großen Wert gelegt wird, kaum im Vergleich zu herkömmlichen Sprachen. Diese Tatsache wird besonders für Hersteller von professioneller Soft- ware wichtig sein und die Entscheidung für ihren Umstieg auf C++ erleichtern. ,,zWieso, weshalb, warum? ,,nDoch was ist überhaupt objekt- orientiertes Programmieren und braucht man so etwas überhaupt? Sicherlich macht es keinen Sinn, kleine übersichtliche Programme durch den geheimnisvollen Anflug des gefürchteten Zeitgeistes nun objektorientiert zu programmieren. Wirklich effizient ist dieses Konzept erst bei größeren und unübersicht- lichen Programmen. Ziel ist es, daß komplexe Gesamtproblem in einzelne Einheiten, sogenannte Objekte, auf- zuspalten. Diese Objekte bearbeiten dann völlig selbstständig die ihnen zugeteilte Aufgabe und kommunizieren mit ihrer Umgebung über eine genau dokumentierte Schnittstelle. ,,zModularität durch Objekte ,,nIn einem solchen Objekt sind nicht nur die Funktionen, sondern auch die von ihnen manipulierten Daten zusammengefaßt. Diese Daten stellen so etwas wie den inneren Status des Objektes dar. Normalerweise sollte auf sie nur über den Umweg einer Funktion zugegriffen werden, um fehlerhafte Angaben abfangen zu können. C++ erlaubt aber aus Effizienzgründen auch den direkten Zugriff. Deklariert werden Objekte in einer sogenannten Klassendeklaration. Der Programmierer legt hier die verwendeten Variablen und ihre Typen fest. Funktionen, die diese Daten manipulieren sowie deren Übergabe-- und Rückgabeparametern werden ebenfalls hier festgelegt. Daten und Funktionen können außerdem noch gegen Zugriff von außerhalb geschützt werden. Gegen brutalen Pointerzugriff bewahren diese Mechanismen zwar nicht, doch wer auf geschützte Objekte direkt zugreift weiß entweder was er tut oder sollte die Finger von der objektorientierten Programmierung lassen. ,,zDie Privatsphäre von Objekten ,,nAuf Daten und Funktionen, denen das Schlüsselwort "public" voransteht, kann von außen zugegriffen werden. Sie sind die Schnittstelle, durch die sich das Objekt mit der Außenwelt unterhält. Alles, was nach dem Schlüsselwort "private" steht, bleibt in der Privatsphäre des Objektes, zu der niemand anders als die Mitglieder des Objektes Zutritt haben. Zusätzlich darf eine Klassen- deklaration Konstruktoren und Destruktoren enthalten. Konstruktoren werden zu Beginn der Lebenszeit von Objekten automatisch aufgerufen. Sie garantieren eine korrekte Initialisierung der Objekte. Destruktoren werden automatisch am Ende der Lebenszeit, also beim Verlassen einer Funktion, aufgerufen. ,,zMüllabfuhr im Speicher ,,nDestructoren beseitigen praktisch den übrig gebliebenen Speichermüll, den das Objekt während seiner Lebens- zeit angesammelt hat. Durch das freigeben angeforderter System- resourcen wird so etwas wie eine halbautomatische Garbage Collection durchgeführt. Als einfaches Beispiel für Konstruktoren, Destruktoren, öffentliche und private Bereiche habe ich die Klasse Time geschrieben. Darüber hinaus zeigt sie die Möglichkeiten von C++ zur Ein- und Ausgabe von Objekten, den Gebrauch von sogenannten statischen Daten und Funktionen und die Definition von arithmetischen und vergleichenden Operatoren. ,,zVon Freunden und Mitgliedern ,,nObjekte der Klasse Time speichern Uhrzeiten ab und können diese mit Hilfe ihrer Member- und Friend- funktionen manipulieren. Als Daten besitzt Time drei Integervariablen zur Speicherung von Stunde, Minute und Sekunde. Diese Daten sollen gleich zu Beginn ihrer Lebenszeit mit korrekten Werten initialisiert werden. Dazu werden im öffentlichen Teil der Klasse drei Konstruktorfunktionen mit dem Klassennamen "Time" deklariert. Sie unterscheiden sich nur durch ihre Parameter, die in Klammern bei der Definition der Variablen im Programm- text angegeben werden. Für einen C++ Compiler ist es übrigens kein Problem, zwischen gleichnamigen Funktionen zu unterscheiden. Lediglich der Funktionstyp und die Anzahl der Übergabeparameter müssen unterschiedlich sein. Man bezeichnet diese Methode auch als "Überladen von Funktionen". ,,zFamilienidylle im Speicher ,,nDie erste der drei beschriebenen Konstruktorfunktionen hat keine Parameter, sondern weißt den drei Variablen Defaultwerte zu. Aus diesem Grund heißt ein solcher Konstruktor auch Defaultkonstruktor. Die zweite Konstruktorfunktion hat drei Parameter für Stunde, Minute und Sekunde. Dabei sind die letzten beiden Parameter optional und können bei der Definition von Variablen der Klasse Time weg- gelassen werden. Der Compiler setzt die in der Funktionsdeklaration angegebenen Defaultparameter ein. Die dritte Konstruktorfunktion schließlich verwendet zur Initialisierung eine bereits vorhandene Variable von Typ Time, die der Funktion als Referenz übergeben wird. ,,zHaben sie Referenzen? ,,nStroustrup hat den Referenztyp neu in die Sprachdefinition eingeführt. Er entspricht in etwa der VAR Deklaration der Übergabeparameter in einem PASCAL Programm. Dabei wird der Funktion nicht die Variable sondern ein versteckter Zeiger auf sie übergeben. Durch die Verwendung eines Zeigers entsteht besonders bei größeren Objekten ein deutlicher Zeitgewinn. Allerdings bleiben Manipulationen an dem übergebenen Objekt auch nach der Beendigung der Funktion bestehen. Um diese zu verhindern, wurde bei der Deklaration der Übergabeparameter das Schlüsselwort "const" hinzugefügt. Der Destruktor einer Klasse ist durch eine Tilde (~) und dem Klassennamen gekennzeichnet. In unserem Fall hat er nichts weiter zu tun als einen lapidaren Kommentar von sich zu geben. Man könnte ihn auch weglassen, aber dann hätten wir ja kein Beispiel mehr für unseren Destructor. ,,zMit der Zeit gehen ,,nEin Mitglied (Memberfunktion) der Klasse Time stellt die Funktion ,,kvoid Time::SetTo (int, int, int) ,,n dar. Ihre Aufgabe ist es, während des Programmablaufes die Werte von Stunde, Minute und Sekunde zu ändern. Wenn nun beispielsweise "t" ein Objekt der Klasse Time ist, so würde der Aufruf ,,kt.SetTo (12,30); ,,n t.hour auf 12, t.min auf 30 und t.sec auf 0 setzen. Ein direkter Zugriff auf diese Variablen ist nicht möglich, da sie im privaten Bereich der Klasse Time deklariert wurden. Einem alten C Hasen mag diese Art des Funktionsaufrufes ein wenig fremd vorkommen. Verständlicher wird ihm die Sache vielleicht, wenn man die interne Interpretation des Ausdrucks offen- bart. Die Funktionsdeklaration wird dabei zu ,,kvoid SetTo (Time* this,int,int,int) ,,n und der Funktionsaufruf zu ,,kSetTo (&t,12,30); ,,n ,,zDer this-Operator ,,nUnserer Funktion wird ein impliziter Zeiger auf das Objekt als erstes Argument übergeben. Dieser Zeiger, auf den der Programmierer durch das Schlüsselwort "this" zugreifen kann, ermöglicht die Manipulation von Daten in statischen Funktionen wie CheckFlag und CheckParam. Als Konsequenz daraus können statische Funktionen keine Daten verändern, die speziell ein bestimmtes Objekt betreffen. Ihnen ist es nur möglich, auf sogenannte Klassenvariablen zuzugreifen. Klassenvariablen sind allen Objekte einer Klasse gemeinsam zugänglich. Die Klasse Time hat eine Klassenvariable vom Typ TimeFlag. Sie gibt nach einer mathematischen Operation zwischen zwei Objekten an, ob die Operation korrekt verlaufen ist oder ob es einen Über- oder Unterlauf gegeben hat. Time::flag muß extra noch einmal global definiert (Klassendeklarationen stellen keinen Speicherplatz bereit!) und initialisiert werden. ,,zObjektorientierte Parameterprüfung ,,nCheckParam überprüft nur die ihr übergebenen Parameter darauf hin, daß sie in einem zulässigen Bereich liegen. Dabei bedient es sich keiner in der Klassendeklaration benutzten Variablen. ChekParam wurde als statische Funktion deklariert, da solche Funktionen wegen des fehlenden impliziten Arguments schneller sind. Ein wirklich interessantes Feature ist die Möglichkeit von C++ zum Überladen von mathematischen Operatoren. ,,zÜberladen von Operatoren Time benutzt zwei arithmetische Operatoren zur Summen- und Differenzbildung und mehrere Vergleichsoperatoren. Bei allen diesen Funktionen, die nichts anderes sind als selbstdefinierte Operatoren, handelt es sich um "friend" - Funktionen. Sie sind kein Bestandteil der Klasse, haben aber die volle Zugriffsberechtigung auf den privaten Teil der ihnen übergebenen Objekte. Jede mit der Klasse Time befreundete Operatorfunktion besitzt zwei Parameter. Der erste bezeichnet das Objekt, das in einem Ausdruck links vom Operator steht, während der zweite für den rechts vom Operator stehenden Ausdruck gilt. Den Ausdruck "t3 = t1 + t2;" wandelt der Compiler also um in "t3 = operator + (t1, t2);" und ruft die ent- sprechende Funktion auf. Selbst der Ausdruck "t3 = 12 - t1;" wird akzeptiert. ,,zImplizite Typenkonversation ,,nDies mag zuerst verwundern, ver- langt doch die Deklaration anstatt der Zahl "12" den Typ "const Time&". Der Compiler gibt an dieser Stelle jedoch nicht auf. Er versucht vielmehr, einen zu der Klasse Time gehörigen Konstruktor zu finden, der eine Integerzahl in ein Objekt der Klasse Time verwandeln kann. Da es diesen in der Tat gibt, wird der Compiler eine solche Code- zeile ohne zu meckern korrekt übersetzen. Diese Technik der Typ- umwandlung nennt sich implizite Typen- konversion. Etwas verdächtig sieht auch die Deklaration der Funktion ,,kConvertToSeconds,,n aus, an deren Ende das Schlüsselwort "const" steht. Es sagt aus, daß der Programmcode des Funktionskörpers keinerlei Veränderungen an den Daten des Objekts vornehmen darf. Sein Status bleibt also konstant. Der tiefere Sinn für diese Deklaration liegt in dem Aufruf der Funktion in den Operator- funktionen. Diese dürfen selbst die Ihnen übergebenen Objekte der Klasse Time nicht verändern. Rufen diese Objekte aber eine ihrer Member- funktionen auf, so könnten sie ihre Daten verändern. Aus diesem Grunde erlaubt der Compiler den Operator- funktionen nur solche Funktionen anzuwenden, die den Status der Time- objekte auf keinen Fall verändern. ,,zErsatz für printf und scanf ,,nDie Ein- und Ausgabe hat sich in C++ gründlich geändert und ver- einfacht. Man ist nicht mehr ausschließlich auf komplizierte und fehleranfällige Formatanweisungen angewiesen. Als Alternative werden die sogenannten "streams" (=Ströme) angeboten, die den Datentransport zwischen den Variablen und den I/O - Objekten regeln. Fließen die Daten von einer Variable zu einem I/O - Objekt, so ist das eine Ausgabe und anders- herum eine Eingabe. Die in der Includedatei <iostream.h> definierte Variable cout ist ein Objekt der Klasse ostream_withassign und für die Ausgabe zuständig. Dazu hat die Klasse ostream_withassign (bzw. ihre Elternklasse ostream) einige "<<" Operatoren für die gängigsten Daten- typen überladen. Der Compiler sucht sich dann die passende Operatorfunktion heraus. Das Interessante an diesen Funktionen ist, daß beliebig viele auch vom Typ verschiedene Variablen aneinander gehängt werden können. Möglich wird diese Technik durch den Rückgabe- parameter der Funktionen, der per Referenz stehts auf cout verweist. Dabei wird die Funktion, die den nächsten Datentyp behandelt, als Ausgabeobjekt weiterverwendet. Cout wird also praktisch von einer Funktion zur nächsten weiter gereicht. ,,zVereinfachte Eingabefunktion ,,nFür die Eingabe gilt im Prinzip das Obengesagte. Als Operator wird ">>" statt "<<" verwendert, um die umgekehrte Richtung des Datenflußes zu verdeutlichen. In unserer Beispielklasse Time sind natürlich auch die I/O - Operatoren nach dem gleichen Schema überladen. Damit wird eine wesentlich komfort- ablere und einheitliche Ein- und Ausgabe erhalten. Dazu wurden zwei friend Operatorfunktionen deklariert, die als ersten Parameter eine Referenz auf das Ein- bzw. Ausgabeobjekt und als zweiten eine Referenz auf ein Objekt vom Typ Time haben. Rückgabe- parameter ist die Referenz auf den ersten Eingangsparameter, also das I/O - Objekt. Der Ausgabeoperator benutzt die Streammanipulatorfunktion setw(int), um die minimale Feldbreite für die nächste Ausgabe auf zwei zu setzen. Eventuell auftretende Leerstellen werden durch eine '0' aufgefüllt. Der Eingabeoperator liest Stunde, Minute und Sekunde zunächst in temporäre Variablen ein. Die istream Member- funktion get() filtert Trennzeichen zwischen den einzelnen Eingaben heraus. Der Aufruf des Konstruktors Time::Time(int,int,int) sorgt dafür, daß das einlesende Timeobjekt auf jeden Fall korrekte (wenn bei fehler- hafter Eingabe auch nicht die gewünschten) Werte erhält. ,,zMit Inline-Code gegen Overhead ,,nUm den Overhead des Funktions- aufrufes zu verringern, wurden einige Funktionen als inline definiert. Sie müssen dann allerdings mit in das Includefile hinein geschrieben werden. Der Compiler baut sie dann, solange sie nicht zu groß werden, wie Makros aber mit voller Typenüberprüfung in den Programmtext ein. Der Vorteil der höheren Geschwindigkeit wird aber durch den Nachteil des größeren Programmcodes erkauft. Es liegt also am Programmierer, Schwerpunkte zu setzten. Leider compilierte der Turbo C++ Compiler die Timeklasse nur, wenn bei den Compileroptionen das "Out-of-line Inline Functions" Flag gesetzt wird. In diesem Fall werden alle Inline- funktionen wie ganz normale Funktionen aufgerufen, um das Programm leichter debuggen zu können. Setzt man dieses Flag nicht, steigt der Compiler beim Übersetzen der Ausgabeoperatorfunktion mit einer falschen Fehlermeldung aus. ,,zBugs im Turbo C++ ,,nGrund dafür ist die Stream- manipulatorfunktion ,,ksetw(int),,n aus <iomanip.h>. Diese Funktion hat als Rückgabeargument ein Objekt der Klasse smanip_int, die den "<<" Operator mit den Übergabeparametern ostream& und smanip_int& und dem Rück- gabeparameter ostream& überladen hat. Auf diese Weise sollte sich die Funktion setw(int) schön in die Kette der Ausgabevariablen einfügen lassen. Der Ausgabeoperator von smanip_int gibt keine Zahl aus, sondern bringt das ihm übergebene Ausgabeobjekt (cout) dazu, die minimale Feldbreite auf das Argument von setw zu setzen. Wie gesagt, das alles passiert nur, wenn das entsprechende Compilierflag gesetzt ist. Grund des Fehlers ist aber nicht die Klasse smanip_int und auch nicht ostream(_withassign). Es scheint vielmehr ein Bug im Compiler zu sein, der dafür sorgt, daß dieser nicht mit der Zeilenexpansion zurecht kommt. Abhilfe kann die Verwendung der Memberfunktion width(int) schaffen. ,,zProbleme mit Zeilenexpansion ,,nStatt "os << setw(2) << t.hour <<" schreibt man dann "os.width(2); os << t.hour <<" Das sieht zwar nicht so elegant aus, erfüllt aber auch seinen Zweck. Eine andere Möglichkeit wäre bei der Übersetzung des Implementationsmoduls TIMECLSS. CPP auf die Zeilenexpansion zu verzichten und sie bei der Compilierung von TIMETEST.CPP wieder einzuschalten. Die dritte Möglichkeit besteht darin, mit einer "#pragma Option -vi-" Direktive die Expansion kurzfristig für den Ausgabeoperator von Time auszuschalten und danach wieder einzuschalten. Leider unterstütz Turbo C++ im Augenblick diese #pragma-Option noch nicht. ,,zBorlands Compiler ,,nZum Turbo C++ bleibt ansonsten noch zu sagen, daß ich den Compiler für ein hervorragendes Werkzeug zur objekt- orientierten Programmierung halte. In der vorliegenden Form wird er sicher- lich die Primitivimplementation der OOPS-Technik von Turbo Pascal (kein automatischer Aufruf von Konstruktoren und Destruktoren, keine privaten und öffentlichen Bereiche, kein Überladen von Funktionen und Operatoren usw. usw.) entweder ins Abseits drängen oder Borland dazu anregen, Turbo Pascal mit ähnlichen Features aus- zustatten. (us)