Programmering i C++

Sivilingeniør Else Lervik er førstelektor ved Høgskolen i Sør-Trøndelag, Avdeling for informatikk og e-læring. Hun har tidligere vært med på å skrive den bestselgende læreboka Programmering i Java, som også er oversatt til engelsk og utgitt på John Wiley & Sons, Ltd. Sivilingeniør Mildrid Ljosland er høgskolelektor ved Høgskolen i SørTrøndelag, Avdeling for informatikk og e-læring. Hun er også med på å skrive læreboken Algoritmer og datastrukturer som utgis samtidig med denne boka.

Programmering i C++ er et samarbeidsprosjekt mellom Stiftelsen TISIP og Gyldendal Akademisk.

C++

Pedagogiske virkemidler: • cirka 500 oppgaver av ulike typer, mange med løsning på bokas nettside • syntaksrammer som viser bruken av de ulike språkkonstruksjonene • fullstendige programmer med kjøreresultater • ressursside på Internett, www.tisip.no/boker/, med eksempler, løsninger, bruk av ulike kompilatorer og relevante lenker

PROGRAMMERING I

Av temaer som behandles, kan nevnes: • kontrollstrukturer og funksjoner • tekststrenger (objekter av klassen string) • tabeller, adresser og pekere • datafiler og programmer fordelt på flere filer • klasser, funksjonsmedlemmer og datamedlemmer, konstruktører og destruktører • en-del-av-forhold, arv og polymorfi • utvidet bruksområde for operatorer (operator overloading) • vektorer og algoritmer fra Standard Template Library

Lervik Ljosland

Programmering i C++ gir opplæring i grunnleggende programmering, og krever ingen programmeringskunnskaper på forhånd. Hovedvekten er lagt på strukturert programmering, men objektorientert programmering dekkes også relativt grundig. Boka bygger på C++-standarden av 1998.

Programmering i C++

Gyldendal-TISIP-serien – databøker på norsk!

Gyldendal Akademisk og Stiftelsen TISIP ved Høgskolen i Sør-Trøndelag har gått sammen om å utvikle en portefølje av databøker på norsk som er skreddersydde for pensummarkedet ved universitet og høgskoler. De passer også godt for selvstudium og etterutdanning.

Målet med bokserien er å utvikle litteratur som er fullt på høyden med den engelskspråklige, både faglig og pedagogisk. Bøkene skal alltid være faglig à jour og ha gode nettsider som er tilpasset behovene til studenter og forelesere.

Per Borgesen: Dynamiske websider, 1. utgave 2003 Marie Christensen og Louis Harder Fischer: Utvikling av multimedier, 1. utgave 2004 Mads E. Eilertsen og Arne B. Mikalsen: Linux tjenestedrift, 1. utgave 2003 Helge Hafting og Mildrid Ljosland: Algoritmer og datastrukturer, 1. utgave 2003 Kjell Toft Hansen og Tore Mallaug: Databaser, 1. utgave 2003 Tore Berg Hansen og Greta Hjertø: Kvalitet og programvareutvikling, 1. utgave 2003 Svend Andreas Horgen: Webprogrammering i PHP, 1. utgave 2004 Stig Jensen: Introduksjon til datakommunikasjon, 1. utgave 2002 Else Lervik og Vegard B. Havdal: Programmering i Java, 3. utgave 2004 Else Lervik og Mildrid Ljosland: Programmering i C++, 1. utgave 2003 Geir Maribu: Praktisk Linux, 1. utgave 2003

Else Lervik | Mildrid Ljosland

Programmering i C++ En innføring i strukturert og objektorientert programmering

© Forfatterne, Stiftelsen TISIP og Gyldendal Norsk Forlag AS 2003 1. utgave, 3. opplag 2009 Boka er en utvidet og bearbeidet versjon av tittelen Grunnleggende programmering i C++ som ble utgitt på AdNotam Gyldendal i 1993.

ISBN 978-82-05-30733-9 Omslagsdesign: Kristin Berg Johnsen Layout: Designlaboratoriet Sats: Forfatterne Brødtekst: Times New Roman 11/11 Papir: 90 g One Matt Trykk: Dimograf, Polen 2009 Boka er utgitt i samarbeid mellom Gyldendal Akademisk og Stiftelsen TISIP Alle henvendelser om boka kan rettes til Gyldendal Akademisk Postboks 6730 St. Olavs plass 0130 Oslo www.gyldendal.no/akademisk akademisk@gyldendal.no www.tisip.no

Verken forfatterne, Stiftelsen TISIP eller Gyldendal Akademisk tar ansvar for at programmene i boka og på bokas internettside kan brukes til annet enn undervisningsformål.

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Forord Dette er ei lærebok i grunnleggende programmering, der C++ brukes som programmeringsspråk. Boka er tenkt brukt ved grunnkurs i programmering, fortrinnsvis på høgskolenivå, men også andre som ønsker en grunnleggende innføring i programmering, vil ha glede av boka.

Boka bygger på "Grunnleggende programmering i C++" og "Objektorientert programmering i C++" som kom ut i henholdsvis 1993 og 1994.

Strukturen til boka følger i hovedtrekk den første av disse bøkene, men flere av emnene i den andre boka er tatt med. Ti år er lang tid i databransjen, men C++ er fortsatt et meget aktuelt programmeringsspråk. Vi har derfor valgt å lage en ny utgave med de endringene som var nødvendige for å tilpasse den til dagens virkelighet.

De vesentligste endringene er: –

Klassen string benyttes i stedet for nullterminerte strenger, som nå kun er tatt med for helt spesielle anvendelser.

–

Det har kommet inn et kapittel om Standard Template Library (STL), der spesielt vektorer får en grundig behandling.

–

Mer stoff om klasser og objekter er tatt med, for eksempel konstruktører og destruktører, utvidelse av bruksområdet til operatorer ("operator overloading"), polymorfi og arv.

–

Boka har fått egen nettside, www.tisip.no/boker/cpp, og stoff som tidligere fulgte med på diskett, kan du nå finne der. Også løsning på småoppgavene ligger nå på denne nettsiden.

Vi takker …

–

Stiftelsen TISIP, som i sin tid gjorde det mulig for oss å skrive denne boka, og som nå gjør det mulig å få revidert den.

–

de mange studenter og andre som opp gjennom årene har brukt boka og kommet med verdifulle kommentarer og forslag.

–

student Ingvar Ljosland som har foretatt alle de trivielle endringene, slik at vi kunne konsentrere oss om de vesentlige tingene.

Trondheim juli 2003

Else Lervik

Mildrid Ljosland

Innhold Innledning

1

1 Datamaskiner og programmer 1-1 Datamaskiner, programmer og programmering 1-2 Fra kildekode til kjørbart program 1-3 Elementene i et C++-program 1-4 Livsløpet til programmer 1-5 Algoritmer og kontrollstrukturer Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

5 6 12 15 24 26 30 30

2 Program med sekvensiell struktur 2-1 Et program med sekvensiell struktur 2-2 Ord og setninger 2-3 Data 2-4 Kommentarer og programmeringsstandard 2-5 Tilordning og aritmetiske uttrykk 2-6 Å bruke interne variabler 2-7 Hva skjer ved innlesing og utskrift?

Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

33 34 35 40 50 51 55 57 61 62

3 Valg som kontrollstruktur 3-1 Et program med valg som kontrollstruktur 3-2 Blokker og rekkevidden til navn 3-3 if-setningen 3-4 Logiske uttrykk 3-5 Flervalgsetninger 3-6 Å programmere beslutningstabeller Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

65 66 70 74 79 84 88 90 91

4 Funksjoner med returverdi og inn-argumenter 4-1 Å bruke funksjoner – et eksempel 4-2 Å lage funksjoner 4-3 Flere funksjoner 4-4 Byggeklossprinsippet 4-5 Et gløtt bak kulissene Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

95 96 100 106 119 122 126 127

5 Løkke som kontrollstruktur 5-1 Et program med løkke som kontrollstruktur

131 132 vii

Innledning

viii

5-2 Data leses inn og behandles i løkke 5-3 Å huske en dataverdi fra et løkkegjennomløp til neste 5-4 Tellerkontrollerte løkker 5-5 Nøstede kontrollstrukturer 5-6 Kontroll av inndata 5-7 Testing og feilsøking Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

137 141 143 149 151 153 159 161

6 Tekststrenger 6-1 Strengobjekter 6-2 Strengobjekt som funksjonsargument og returverdi 6-3 Funksjoner knyttet til strengobjekt 6-4 Nullterminerte tekststrenger 6-5 Innlesing av tekst og tall om hverandre 6-6 Å omforme tekst til tall og omvendt 6-7 Pseudokode Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

165 166 174 180 188 190 194 199 201 202

7 Funksjoner med ut-argumenter 7-1 Verdioverføring 7-2 Referanseoverføring 7-3 Funksjoner på flere nivåer 7-4 Funksjoner med utvidet bruksområde 7-5 Funksjonsargument med standardverdi Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

205 206 212 219 228 230 232 233

8 Datatyper, operatorer og uttrykk 8-1 Uttrykk 8-2 De enkelte operatorene 8-3 Datatyper 8-4 Typeomforming Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

237 238 243 252 264 270 271

9 Tabeller 9-1 Datastrukturen tabell 9-2 Å definere og bruke en tabell 9-3 Aktuell og maksimal lengde av tabellen 9-4 Tabell som argument til en funksjon 9-5 Søking og sortering

273 274 276 284 287 291

Innhold

9-6 Flerdimensjonale tabeller Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

297 301 302

10 Objektorientert programmering 10-1 Eksempel på en klasse som byggekloss 10-2 Klasser som byggeklosser i et program 10-3 Å programmere med klasser 10-4 Tekststrenger som datamedlemmer 10-5 Relasjoner mellom objekter av samme klasse 10-6 Syntaksbeskrivelser og stil 10-7 Tabeller av objekter Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

307 308 316 318 326 330 332 334 336 337

11 Å bruke datafiler 11-1 Enkel bruk av datafiler 11-2 Strømmer og filer 11-3 Filobjekter som funksjonsargumenter 11-4 Feil ved filen, eller bare filslutt?

11-5 Tekstfiler og binærfiler 11-6 Å bruke binærfiler 11-7 Direkte tilgang til innholdet i en fil 11-8 Noen spesielle filfunksjoner Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

341 342 352 352 357 360 362 369 376 378 379

12 Å sette sammen flere filer til ett program 12-1 Kompilering og lenking 12-2 Navnerom 12-3 ISO/ANSI standardbibliotek 12-4 Å fordele programmet på flere filer Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

383 384 386 390 393 403 404

13 Mer om kontrollstrukturer 13-1 Betingelsesoperatoren og rekkefølgeoperatoren 13-2 Flervalgsetningen switch 13-3 Mer om for-setningen 13-4 do-while -setningen 13-5 Løkker – sammendrag 13-6 Hva er en kontrollstruktur?

Repetisjonsoppgaver

407 408 410 415 420 422 423 424 ix

Innledning

x

Programmeringsoppgaver

425

14 Mer om klasser 14-1 Funksjonsargumenter og returverdier 14-2 Konstruktører 14-3 Destruktører 14-4 En-del-av-forhold mellom objekter Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

427 428 435 447 448 459 461

15 Utvidet bruksområde for operatorer 15-1 Hva menes med å utvide bruksområdet for en operator?

15-2 Eksempel: klassen Broek 15-3 Å definere operatorer som ikke-medlemsfunksjoner 15-4 Spesielle ting å ta hensyn til Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

463 464 467 478 482 485 486

16 Adresser og pekere 16-1 Å lage og bruke en peker 16-2 Tabeller og pekere 16-3 Aritmetikk på og sammenlikning av pekere 16-4 Pekere må behandles med forsiktighet!

16-5 Peker til et objekt 16-6 new og delete 16-7 Fra flerdimensjonal til endimensjonal tabell 16-8 Peker til en tabell og en tabell av pekere Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

489 490 493 497 502 503 505 509 515 520 522

17 STL-vektorer og -algoritmer 17-1 Hva er STL? 17-2 Konteineren vektor 17-3 Iteratorer 17-4 Elevregisteret som et objekt 17-5 Algoritmer 17-6 Vektorer, et gløtt bak kulissene Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

525 526 526 535 538 544 559 568 569

18 Arv og polymorfi 18-1 Er-forhold og en-del-av-forhold 18-2 Et er-forhold er et arvehierarki

573 574 576

Innhold

18-3 Å implementere et arvehierarki 18-4 Å bruke objekter av avledede klasser 18-5 Arv av funksjoner med utvidet bruksområde 18-6 Medlemsfunksjoner med spesielle arveegenskaper 18-7 Vektorer og objekter i et arvehierarki 18-8 Syntaksbeskrivelser Repetisjonsoppgaver Programmeringsoppgaver

580 586 597 599 602 604 609 610

Litteratur

615

Vedlegg V-1 ASCII-tegnsettet V-2 Operatorer i C++ V-3 Reserverte ord V-4 Tallsystemer V-5 Strukturer V-6 Oversikt over standardbibliotekene V-7 Norsk/engelsk ordliste V-8 Programmeringsstandard

617 618 619 621 622 625 627 654 660

Stikkord

671

xi