Objektorientierte Programmierung mit C++ - Elektrotechnik

KN 28.05.2013
1. Begriffe
Objektorientierte Programmierung mit C++
Prozedurale Programmierung Objektorientierte Programmierung
Sprachen: C, Pascal, Cobol, Basic,...
Methode:
- Gesamtproblem in Teilprobleme zerlegen.
- Teilprobleme als Funktion realisieren.
- Daten werden in der jeweiligen Funktion
deklariert.
Vorteil:
schnellere Programme
Sprachen: C++, Smalltalk, EIFFEL,...
Methode:
- die beteiligten Objekte identifizieren
- Objekte enthalten Daten und
Möglichkeiten diese Daten zu verändern
Vorteil:
Literatur: RRZN-Skript „C++ für C-Programmierer“
große Programme sind besser wartbar
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2. Vergleich von C und C++
C++ existiert seit ca. 1983
Compiler: Borland C++, IBM xlC, gcc (GNU C++)
C++ wird von ANSI (American National Standardisation Institute) standardisiert
C++ ist eine Erweiterung von C
d.h. C-Programme können vom C++ Compiler übersetzt werden
es gibt a) nicht objektorientierte Erweiterungen
z.B.: strengere Typenkontrolle (Typ muß immer angegeben werden)
Kommentarzeichen //
neue Möglichkeiten für Funktionen etc...
b) objektorientierte Erweiterungen
z.B.: Einführung von Klassen und Vererbungsmechanismen
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3. Begriffe der objektorientierten Programmierung
3.1 Objekt und Klasse
Objekt ist eine Struktur die Daten- und Methoden (=Funktionen) enthält.
Klasse ist der Typ eines Objektes.
Beispiel:
class person
{
char name[20]; // Daten des Objekts
int alter;
void ausgabe(void); // Methoden des Objekts
void eingabe(void);
};
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Abweichung gegenüber C:
- Methoden (Funktionen) sind einem Objekt zugeordnet.
- Methoden verändern die Daten des Objektes.
bisher: Funktionen konnten von überall aufgerufen werden
nun: „Kapselung“ ( information hiding )
Daten und ihre Verarbeitung sind im Objekt konzentriert (bisher: verstreut)
= Vorteil bei großen Projekten
bisher: Daten waren im ganzen Programm manipulierbar
nun: Interaktion über definierte Schnittstellen
Daten werden durch Aufruf einer Methode verändert
Implementierung ist verborgen
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a) Objekte erzeugen
oder
b) Methoden ausführen
oder
Objekte erzeugen und Daten verändern
person maier; Deklaration wie in C
Objekt erzeugen
person *mueller; Zeiger deklarieren
mueller = new person; dynamisch (wie malloc in C)
Zeiger auf dynamisch erzeugtes Objekt
maier.ausgabe();
mueller->ausgabe();
d.h.: wie in C: - Zugriff auf eine Komponente einer Datenstruktur
- entweder mit Punkt-Operator oder Pfeil-Operator
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Übung: Windows-Anwendung in C++ erstellen
Windows ist eine graphische Benutzeroberfläche = GUI = Graphical User Interface
Es gibt diverse Entwicklungsumgebungen für GUI-Programmierung in C++
hier: wxWidgets (= C++ Klassen) in Verbindung mit wxDevCpp (= Compiler)
Vorteil: Cross-Plattform-Development (= für mehrere Betriebssysteme)
Web-Links: wxWidgets
http://de.wikipedia.org/wiki/Wxwidgets Erläuterung (deutsch)
http://www.wxwidgets.org/ Homepage (englisch)
wxDevCpp
http://de.wikipedia.org/wiki/Orwell_Dev-C%2B%2B (deutsch)
http://wxdsgn.sourceforge.net/ Homepage (englisch)
Buch: Julian Smart: “Cross-Platform GUI Programming with wxWidgets”
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1. Schritt: Anwendungsgerüst erstellen
- Ordner KN_SS2013 anklicken
- wxDevCppP7_64 (Symbol) anklicken
- File → New → Project, dann wxWidgetsFrame wählen
- dann einen Namen ausdenken (z.B. TasteUndText = Name der Anwendung)
- o.k. klicken
- dann neues Verzeichnis erstellen (möglichst auf USB-Stick)
- dort die *.dev – Datei abspeichern
- dann erscheint das Fenster „New wxFrame“
- dort alle Einstellungen übernehmen und auf „create“ klicken
- es erscheint die Darstellung eines Fensters
Test:
- das neu erstellte Projekt übersetzen und starten (F9 oder „compile and run“)
→ es sollte ein Anwendungsfenster erscheinen, das man mit der Maus schließen kann
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falls kein Anwendungsfenster erscheint, bzw Compiler nicht gestartet wird:
Tools → Compiler Options → Directories → Binaries auswählen
dort die folgende Datei zufügen
C:\Programme\wxDevCppP7\App\DevCpp\MingW32\bin
und „Add“ anklicken
danach sollte der Compiler startbereit sein...
Analyse des Quellcodes:
Es gibt: ein Anwendungsobjekt „TasteUndTextApp“ (Klasse: wxApp) → .cpp Datei
ein Anwendungsfenster „TasteUndTextFrm“ (Klasse: wxFrame) → .cpp Datei
dazu: Header-Dateien: „TasteUndTextApp.h“
„TasteUndTextFrm.h“
Installationsfehler beheben
App = Application, Frm = Frame
und: graphische Darstellung des Anwendungsfensters: „TasteUndTextApp.wxform“
und „Resource Definitions“: „TasteUndText.rc“ = Grafikelemente, Cursor, Icons etc.
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Schritt 2: Taste (Schaltfläche) und Textfenster der Anwendung hinzufügen
Taste:
im „Components“ Fenster (auf dem Bildschirm rechts)
- Common Controls (allgemeine Kontrollobjekte) mit Doppelklick öffnen
- wxButton anklicken und dann im Formularfenster mit der Maus platzieren
(mit gedrückter linker Maustaste einen Positionsrahmen erzeugen)
Textfenster:
im „Components“ Fenster (auf dem Bildschirm rechts)
- Common Controls (allgemeine Kontrollobjekte) mit Doppelklick öffnen
- wxRichTextCtrl anklicken und dann im Formularfenster mit der Maus platzieren
(mit gedrückter linker Maustaste einen Positionsrahmen erzeugen)
Test: Anwendung übersetzen und starten (F9)
→ Taste kann angeklickt werden, Texteingabe und Editieren ist möglich
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Schritt 3: Taste und Textfenster anpassen
Ziel: Beschriftung und Initialisierung der Grafikelemente anpassen
Taste:
- mit der Maus die Taste im Formularfenster (wxform) anklicken
- im „Property Inspector“ (Bildschirm links unten) „Properties“ auswählen
- Name → ändern in „Taste“
- Label → ändern in „bitte anklicken“
Textfenster:
- mit der Maus das Textfenster im Formularfenster (wxform) anklicken
- im „Property Inspector“ (Bildschirm links unten) „Properties“ auswählen
- Name → ändern in „Taste“
- Strings → anklicken: „edit strings“ → Text löschen
Test: Compile and Run ...
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Schritt 4: Tastenfunktion einbauen
Bei Tastatureingabe soll im Textfenster angezeigt werden, wie oft die Taste angeklickt
worden ist.
Hinweis: Maus, Tastatur u.a. erzeugen „events“ = Ereignisse
Diese werden in „event-tables“ (Ereignistabellen) mit Funktionen verknüpft
Taste:
- mit der Maus die Taste im Formularfenster (wxform) anklicken
- im „Property Inspector“ (Bildschirm links unten) „Events“ auswählen
- „OnClick“ auswählen→ anklicken
- im Fenster daneben (pull down Menü) → anklicken
- es öffnet sich der Quellcode „TasteUndTextFrm.cpp“, dort gibt es nun eine
Funktion TasteUndTextFrm::TasteKlick()
im Bereich: „insert your code here“ kann nun programmiert werden...
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Vorschlag:
- eine statische Variable deklarieren („zaehler“)
- diese zu Beginn auf 1 setzen
- den Zähler und den Text „. Tastenklick“ ausgeben + Zeilenumbruch
- Zähler inkrementieren
Hinweise: statische Ganzzahlvariable → static int
Inkrementieren mit ++
Text im Textfenster ausgeben → nachschauen in der „Class reference“
unter dem Stichwort wxRichTextCtrl → Methode WriteText
Variablentyp für Textvariablen: wxString
Text in String schreiben mit

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3.2. Vererbung
Klassen können aus bereits definierten Klassen abgeleitet werden
= „Ableitung“, „Vererbung“
„abgeleitete Klasse“ - hat die gleichen Daten und Methoden der „Basisklasse“
- kann Methoden hinzufügen oder ändern
- kann Daten hinzufügen
Vorteil: bereits erprobte Programmteile können übernommen werden
Beispiel:
class arbeiter: public person
{
char beruf[50];
}
das ist die Definition der Klasse arbeiter → Ein Objekt vom Typ Arbeiter enthält die
Daten name, alter (aus der Klasse person geerbt) und beruf
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Vererbungshierarchien:
Klasse
"person"
Klasse
"arbeiter"
Mehrfachvererbung:
name
alter
erbt
Beruf
erbt
Zulassungsdatum
Fahrzeugtyp
Klasse
"Fahrzeug"
Klasse
"Fahrzeughalter"
Ein Objekt vom Typ „Fahrzeughalter“ enthält die Daten name, alter, Beruf,
Fahrzeugtyp und Zulassungsdatum.
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erbt

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3.3. Polymorphismus
bedeutet: Wirkung der Methode hängt vom Objekt ab
Beispiel :
maier.ausgabe(); gibt name und alter aus
datum.ausgabe(); könnte z.B. das aktuelle Datum ausgeben
bei C: eine Funktion hat einen eindeutigen Namen, Wirkung ist eindeutig
bei C++: Methoden in unterschiedlichen Klassen können gleichen Namen haben
weitere Anwendung: Operatoren können „überladen“ werden
d.h. Wirkung eines Operators kann selbst definiert werden
Beispiel: „+“ Operator um Strings aneinanderzuhängen
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4. Klassen definieren und Objekte erzeugen
4.1 Daten und Methoden schützen
Prinzip: Nicht alle Methoden sollen von außen aufgerufen werden können
→ Einteilung in public (von außen zugänglich) und private.
Beispiel:
dann:
class person
{
public:
void ausgabe(void);
private:
void loeschen(void);
};
person maier;
maier.ausgabe(); ist erlaubt
maier.loeschen(); ist nicht erlaubt !
Sinn: Daten oder Methoden vor Zugriff schützen
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4.2 Konstruktoren
= eine Methode (Funktion) zum Initialisieren des Objektes (Anfangswerte zuweisen).
wird automatisch bei der Erzeugung eines Objektes aufgerufen.
hat den gleichen Namen wie die Klasse selbst.
Beispiel:
class person
{
char name[20];
person("unbekannt"); das ist der Konstruktor
}
Definition des Konstruktors (Operator :: bewirkt die Zuordung zur Klasse)
person::person(char *text)
{
strcpy(name,text);
}
d.h. bei der Erzeugung eines Objektes der Klasse person wird der name initialisiert
4.3 Destruktoren
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= Methode die ausgeführt wird, wenn ein Objekt entfernt wird
wird automatisch bei der Löschung eines Objektes aufgerufen.
hat den Namen der Klasse mit einem „~“ Zeichen davor
Beispiel:
class person
{
char name[20];
~person(void); das ist der Destruktor
}
Definition des Destruktors:
person::~person(void)
{
printf("Objekt wird geloescht");
}
d.h. bei der Löschung eines Objektes wird eine Meldung ausgegeben
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4.4 Steuerung des Vererbungsmechanismus
4.4.1 Deklaration abgeleiteter Klassen
Beispiel: Ableitung der Klasse x aus zwei Klassen y und z:
class x: public y, public z
{
...
};
... public y ... bedeutet: Zugriffsrechte in y bleiben auch in z erhalten
d.h. public bleibt public, private bleibt private
Problem: Methoden aus x können nicht auf private-Daten in y zugreifen
deswegen: dritte Art von Zugriffsrecht: protected
d.h.: Daten in der Basisklasse als protected deklarieren
dann kann auch eine abgeleitete Klasse darauf zugreifen
und: von außen ist kein Zugriff möglich
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4.4.2 Möglichkeiten der Ableitung von Klassen
a) class x: public y ...
die in y zugeordneten Zugriffsrechte bleiben erhalten
aus x kann auf public und protected Komponenten zugegriffen werden
b) class x: protected y ...
in y als public deklarierte Komponenten sind in x nun protected
aus x kann nur auf public Komponenten von y zugegriffen werden
c) class x: private y ...
alle Komponenten von y erhalten das Zugriffsrecht private
aus x kann auf keine Komponente von y zugegriffen werden
→ meist wird mit public abgeleitet.
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Zusammenfassung
Objektorientierte Programmierung = Daten und Methoden zusammenfassen
Klasse ist der Typ eines Objektes (ähnlich einer Datenstruktur in C)
Methoden = Funktionen eine Objektes
Vererbung = neue Klassen können von existierenden Klassen abgeleitet werden
Daten und Methoden der „Basisklasse“ werden übernommen
existierende Klassen können weiterverwendet und erweitert werden
Konstruktoren und Destruktoren = Objekte initialisieren und löschen
Zugriffsrechte: public, protected und private
steuern den Zugriff von außen auf die Daten des Objektes
steuern die Vererbung von Zugriffsrechten
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