Vorwort
Inhalt
1 Die Entwicklungsumgebung
1.1 Installation von Visual Studio für C++ Projekte
1.2 Ein erstes C++-Projekt
1.2.1 Ein Projekt für ein Standard-C++-Programm anlegen
1.2.2 Ein- und Ausgaben über die Konsole
1.2.3 Fehler beim Kompilieren
1.2.4 Den Quelltext auf Header-Dateien aufteilen
1.2.5 Ein Projekt für die Lösung der Übungsaufgaben
1.2.6 An einem Projekt weiterarbeiten
1.2.7 Der Start des Compilers von der Kommandozeile Ө
1.3 Der Quelltexteditor
1.3.1 Tastenkombinationen
1.3.2 Intellisense
1.3.3 Die Formatierung des Quelltexts
1.3.4 Definitionen einsehen
1.3.5 Symbole suchen
1.3.6 Namen umbenennen
1.3.7 Zeichenfolgen suchen und ersetzen
1.4 Kontextmenüs und Symbolleisten
1.5 Online-Dokumentation
1.5.1 Die Microsoft-Dokumentation
1.5.2 en.cppreference.com
1.6 Projekte und der Projektmappen-Explorer
1.6.1 Projekte, Projektdateien und Projektoptionen
1.6.2 Projektmappen und der Projektmappen-Explorer
1.7 Weiterführende Möglichkeiten Ө
1.7.1 Navigieren
1.7.2 Code-Ausschnitte
1.7.3 Aufgabenliste
1.7.4 Der Objektkatalog und die Klassenansicht Ө
1.7.5 Die Fenster von Visual Studio anordnen Ө
1.7.6 Einstellungen für den Editor Ө
1.8 Bereitstellung (Deployment) Ө
2 Elementare Datentypen und Anweisungen
2.1 Syntaxregeln
2.2 Variablen und Bezeichner
2.3 Ganzzahldatentypen
2.3.1 Die interne Darstellung von Ganzzahlwerten
2.3.2 Ganzzahlliterale und ihr Datentyp
2.3.3 Typ-Inferenz: Implizite Typzuweisungen mit auto
2.3.4 Initialisierungslisten und Konversionen
2.3.5 Zuweisungen und Standardkonversionen bei Ganzzahlausdrücken Ө
2.3.6 Operatoren und die „üblichen arithmetischen Konversionen“
2.3.7 Die Datentypen char und wchar_t
2.3.8 Der Datentyp bool
2.4 Kontrollstrukturen und Funktionen
2.4.1 Die if- und die Verbundanweisung
2.4.2 Die for-, die while- und die do-Schleife
2.4.3 Funktionen und der Datentyp void
2.4.4 Eine kleine Anleitung zum Erarbeiten der Lösungen
2.4.5 Wert- und Referenzparameter
2.4.6 Die Verwendung von Bibliotheken und Namensbereichen
2.4.7 Zufallszahlen
2.4.8 Default-Argumente
2.4.9 if und switch mit Variablendefinitionen
2.4.10 Programmierstil für Funktionen
2.4.11 Rekursive Funktionen
2.4.12 Die switch-Anweisung Ө
2.4.13 Bedingte Kompilation mit if constexpr Ө
2.4.14 Die Sprunganweisungen goto, break und continue Ө
2.4.15 Assembler-Anweisungen Ө
2.5 Gleitkommadatentypen
2.5.1 Die interne Darstellung von Gleitkommawerten
2.5.2 Der Datentyp von Gleitkommaliteralen
2.5.3 Standardkonversionen
2.5.4 Mathematische Funktionen
2.6 Der Debugger, Tests und Ablaufprotokolle
2.6.1 Der Debugger
2.6.2 Der Debugger – Weitere Möglichkeiten Ө
2.6.3 CPU Auslastung beobachten mit dem Leistungs-Profiler Ө
2.6.4 Speicherauslastung beobachten mit dem Leistungs-Profiler Ө
2.6.5 Systematisches Testen
2.6.6 Unittests: Funktionen, die Funktionen testen
2.6.7 Ablaufprotokolle
2.6.8 Symbolische Ablaufprotokolle
2.7 Konstanten
2.7.1 Laufzeitkonstanten mit const
2.7.2 Compilezeit-Konstanten mit constexpr
2.7.3 constexpr Funktionen
2.7.4 static_assert und Unittests zur Compilezeit
2.8 Kommentare
2.8.1 Kommentare zur internen Dokumentation
2.8.2 Intellisense- und Doxygen Kommentare
2.9 Exception-Handling Grundlagen: try, catch und throw
2.10 Namensbereiche – Grundlagen
2.11 Präprozessoranweisungen
2.11.1 Die #include-Anweisung
2.11.2 Makros Ө
2.11.3 Bedingte Kompilation
2.11.4 Pragmas Ө
2.12 Attribute
2.13 Der Visual Studio C++ Core Guidelines Checker
2.14 Module (C++20)
2.14.1 Installation und Einstellungen für Module in Visual Studio 2019 16.5
2.14.2 Die Standardbibliothek als Modul verwenden
2.14.3 Module definieren
2.15 Compiler Feature Test Makros
2.15.1 Der Präprozessorkonstanten-Ausdruck __has_include
2.15.2 Die __cpp_xxx-Makros
2.15.3 __has_cpp_attribute
3 Die Stringklassen: string, wstring usw.
3.1 Die Definition von Variablen eines Klassentyps
3.2 Einige Elementfunktionen der Klasse string
3.3 Raw-String-Literale (Rohzeichenfolgen)
3.4 Stringkonversionen
3.4.1 C++11-Konversionsfunktionen: to_string, stoi usw.
3.4.2 C++17-Konversionsfunktionen: to_chars und from_chars
3.4.3 Konversionen mit Stringstreams Ө
3.5 string_view –Strings zum Anschauen
3.6 Unicode-Strings Ө
3.7 Landespezifische Einstellungen Ө
3.8 Reguläre Ausdrücke Ө
4 Arrays und Container
4.1 Synonyme für Datentypen
4.1.1 Einfache typedef-Deklarationen
4.1.2 Synonyme für Datentypen mit using
4.2 Eindimensionale Arrays
4.2.1 Arrays im Stil von C
4.2.2 Arrays des Typs std::array
4.2.3 Dynamische Arrays des Typs std::vector
4.2.4 Arrays mit std::span als Parameter übergeben
4.2.5 Die Initialisierung von Arrays bei ihrer Definition
4.2.6 Vorteile von std::array und std::vector gegenüber C-Arrays
4.2.7 Ein einfaches Sortierverfahren (Auswahlsort)
4.3 Arrays als Container
4.4 Mehrdimensionale Arrays Ө
4.5 Dynamische Programmierung Ө
5 Einfache selbstdefinierte Datentypen
5.1 Mit struct definierte Klassen
5.2 Aufzählungstypen
5.2.1 Schwach typisierte Aufzählungstypen (C/C++03)
5.2.2 enum Konstanten und Konversionen Ө
5.2.3 Stark typisierte Aufzählungstypen (C++11)
6 Zeiger, dynamisch erzeugte Variablen und smart pointer
6.1 Die Definition von Zeigervariablen
6.2 Der Adressoperator, Zuweisungen und generische Zeiger
6.3 Explizite Konversionen Ө
6.4 Ablaufprotokolle für Zeigervariable
6.5 Dynamisch erzeugte Variablen
6.5.1 new und delete
6.5.2 Der Unterschied zu „gewöhnlichen“ Variablen
6.5.3 Der Smart Pointer Typ unique_ptr
6.5.4 Dynamische erzeugte eindimensionale Arrays
6.5.5 nothrow-new Ө
6.6 Stringliterale, nullterminierte Strings und char*-Zeiger
6.7 Memory Leaks finden
6.7.1 Mit Visual C++ memory-leaks finden Ө
6.7.2 Mit überladenen new- und delete-Operatoren memory-leaks finden Ө
6.8 Verkettete Listen
6.9 Binärbäume Ө
7 Überladene Funktionen und Operatoren
7.1 Inline-Funktionen Ө
7.2 Überladene Funktionen
7.2.1 Funktionen, die nicht überladen werden können
7.2.2 Regeln für die Auswahl einer passenden Funktion
7.3 Überladene Operatoren mit globalen Operatorfunktionen
7.3.1 Globale Operatorfunktionen
7.3.2 Die Ein- und Ausgabe von selbst definierten Datentypen
7.3.3 new und delete überladen
7.4 Referenztypen, Wert- und Referenzparameter
7.4.1 Wertparameter
7.4.2 Referenztypen
7.4.3 Referenzparameter
7.4.4 Referenzen als Rückgabetypen
7.4.5 Konstante Referenzparameter
7.5 Reihenfolge der Auswertung von Ausdrücken seit C++17
8 Objektorientierte Programmierung
8.1 Klassen
8.1.1 Datenelemente und Elementfunktionen
8.1.2 Der Gültigkeitsbereich von Klassenelementen
8.1.3 Datenkapselung: Die Zugriffsrechte private und public
8.1.4 Der Aufruf von Elementfunktionen und der this-Zeiger
8.1.5 Konstruktoren und Destruktoren
8.1.6 shared_ptr: Smart Pointer für Klassenelemente
8.1.7 OO Analyse und Design: Der Entwurf von Klassen
8.1.8 Klassendiagramme
8.1.9 Initialisierungslisten für Variablen, Argumente und Rückgabewerte
8.1.10 Initialisierungslisten als Parameter
8.1.11 Implizite Typzuweisungen mit auto
8.2 Klassen als Datentypen
8.2.1 Der Standardkonstruktor
8.2.2 Elementinitialisierer
8.2.3 friend-Funktionen und –Klassen
8.2.4 Überladene Operatoren mit Elementfunktionen
8.2.5 Der dreifache Vergleichsoperator <=> (Spaceship Operator)
8.2.6 Der Kopierkonstruktor
8.2.7 Der Zuweisungsoperator = für Klassen
8.2.8 Die Angaben =delete und =default
8.2.9 Konvertierende und explizite Konstruktoren Ө
8.2.10 Konversionsfunktionen mit und ohne explicit Ө
8.2.11 Statische Klassenelemente
8.2.12 inline Variablen, insbesondere static inline Datenelemente
8.2.13 Konstante Objekte und Elementfunktionen
8.2.14 std::function: Ein Datentyp für Funktionen und aufrufbare Objekte
8.2.15 Delegierende Konstruktoren Ө
8.2.16 Klassen und Header-Dateien
8.3 Vererbung und Komposition
8.3.1 Die Elemente von abgeleiteten Klassen
8.3.2 Zugriffsrechte auf die Elemente von Basisklassen
8.3.3 Verdeckte Elemente
8.3.4 Konstruktoren, Destruktoren und implizit erzeugte Funktionen
8.3.5 OO Design: public Vererbung und „ist ein“-Beziehungen
8.3.6 OO Design: Komposition und „hat ein“-Beziehungen
8.3.7 Konversionen zwischen public abgeleiteten Klassen
8.3.8 Mehrfachvererbung und virtuelle Basisklassen
8.4 Virtuelle Funktionen, späte Bindung und Polymorphie
8.4.1 Der statische und der dynamische Datentyp
8.4.2 Virtuelle Funktionen in C++03
8.4.3 Virtuelle Funktionen mit override in C++11
8.4.4 Die Implementierung von virtuellen Funktionen: vptr und vtbl
8.4.5 Virtuelle Konstruktoren und Destruktoren
8.4.6 Virtuelle Funktionen in Konstruktoren und Destruktoren
8.4.7 OO-Design: Einsatzbereich und Test von virtuellen Funktionen
8.4.8 OO-Design und Erweiterbarkeit
8.4.9 Rein virtuelle Funktionen und abstrakte Basisklassen
8.4.10 OO-Design: Virtuelle Funktionen und abstrakte Basisklassen
8.4.11 Interfaces und Mehrfachvererbung
8.4.12 Objektorientierte Programmierung: Zusammenfassung
8.5 R-Wert Referenzen und Move-Semantik
8.5.1 R-Werte und R-Wert Referenzen
8.5.2 move-Semantik
8.5.3 R-Werte mit std::move erzwingen
8.5.4 Move-Semantik in der C++11 Standardbibliothek
8.5.5 Move-Semantik für eigene Klassen
8.5.6 Perfect forwarding Ө
9 Namensbereiche
9.1 Die Definition von Namensbereichen
9.2 Die Verwendung von Namen aus Namensbereichen
9.3 Header-Dateien und Namensbereiche
9.4 Aliasnamen für Namensbereiche Ө
9.5 inline namespaces Ө
10 Exception-Handling
10.1 Die try-Anweisung
10.2 Exception-Handler und Exceptions der Standardbibliothek
10.3 throw-Ausdrücke und selbst definierte Exceptions
10.4 Exceptions weitergeben
10.5 Fehler und Exceptions
10.6 Die Freigabe von Ressourcen bei Exceptions: RAII
10.7 Exceptions in Konstruktoren und Destruktoren
10.8 noexcept
10.9 Exception-Sicherheit
10.10 Die Exception-Klasse system_error Ө
11 Containerklassen der C++-Standardbibliothek
11.1 Sequenzielle Container der Standardbibliothek
11.1.1 Die Container-Klasse vector
11.1.2 Iteratoren
11.1.3 Geprüfte Iteratoren (Checked Iterators)
11.1.4 Die bereichsbasierte for-Schleife
11.1.5 Iteratoren und die Algorithmen der Standardbibliothek
11.1.6 Die Speicherverwaltung bei Vektoren Ө
11.1.7 Mehrdimensionale Vektoren Ө
11.1.8 Gemeinsamkeiten und Unterschiede der sequenziellen Container
11.1.9 Die Container-Adapter stack, queue und priority_queue Ө
11.1.10 Container mit Zeigern
11.2 Allokatoren und polymorphic memory ressources
11.3 Assoziative Container
11.3.1 Die Container set und multiset
11.3.2 Die Container map und multimap
11.3.3 Iteratoren der assoziativen Container
11.3.4 Ungeordnete Assoziative Container (Hash-Container)
11.4 Zusammenfassungen von Datentypen
11.4.1 Wertepaare mit std::pair
11.4.2 Tupel mit std::tuple
11.4.3 Strukturierte Bindungen Ө
11.4.4 std::optional – Eine Klasse für einen oder keinen Wert
11.4.5 std::variant – Eine Klasse für Werte bestimmter Typen
11.4.6 std::any: Ein Datentyp für Werte beliebiger Typen Ө
12 Dateibearbeitung mit den Stream-Klassen
12.1 Stream-Variablen, ihre Verbindung mit Dateien und ihr Zustand
12.2 Fehler und der Zustand von Stream-Variablen
12.3 Lesen und Schreiben von Binärdaten mit read und write
12.4 Lesen und Schreiben mit den Operatoren << und >>
12.5 Dateibearbeitung im Direktzugriff Ө
12.6 Manipulatoren und Funktionen zur Formatierung von Texten Ө
12.7 Filesystem
13 Funktoren, Funktionsobjekte und Lambda-Ausdrücke
13.1 Der Aufrufoperator ()
13.2 Prädikate und Vergleichsfunktionen
13.3 Binder Ө
13.4 Lambda-Ausdrücke
13.5 Lambda-Ausdrücke – Weitere Konzepte Ө
13.5.1 Lambda-Ausdrücke werden zu Funktionsobjekten
13.5.2 Nachstehende Rückgabetypen
13.5.3 Generische Lambda-Ausdrücke
13.5.4 Lambda-Ausdrücke höherer Ordnung Ө
13.6 Kompatible function-Typen: Kovarianz und Kontravarianz Ө
14 Templates
14.1 Generische Funktionen: Funktions-Templates
14.1.1 Die Deklaration von Funktions-Templates mit Typ-Parametern
14.1.2 Spezialisierungen von Funktions-Templates
14.1.3 Fehlersuche bei Template-Instanziierungen
14.1.4 Funktions-Templates mit Nicht-Typ-Parametern
14.1.5 Explizit instanziierte Funktions-Templates Ө
14.1.6 Explizit spezialisierte und überladene Templates
14.1.7 Rekursive Funktions-Templates Ө
14.2 Generische Klassen: Klassen-Templates
14.2.1 Die Deklaration von Klassen-Templates mit Typ-Parametern
14.2.2 Spezialisierungen von Klassen-Templates
14.2.3 Klassen-Templates mit Nicht-Typ-Parametern
14.2.4 Explizit instanziierte Klassen-Templates Ө
14.2.5 Partielle und vollständige Spezialisierungen Ө
14.2.6 Vererbung mit Klassen-Templates Ө
14.2.7 Die Ableitung von Typ-Argumenten bei Klassen-Templates
14.2.8 Alias Templates Ө
14.3 Variablen-Templates Ө
14.4 Typ-Argument abhängige Templates mit Type Traits
14.4.1 Eine Konstruktion von type traits
14.4.2 Die type traits Kategorien
14.4.3 Type traits und static_assert
14.4.4 Templates mit if constexpr und type traits optimieren
14.4.5 Typ-Inferenz mit decltype
14.5 Variadische Templates
14.5.1 Variadische Funktions-Templates
14.5.2 Fold Ausdrücke
14.5.3 Variadische Klassen-Templates am Beispiel von std::tuple
14.6 Concepts
14.6.1 concepts mit requires-Ausdrücken
14.6.2 Vordefinierte concepts
14.6.3 Ein Ausblick auf ranges: Algorithmen mit concepts
14.7 Kovarianz und Kontravarianz
15 STL-Algorithmen und Lambda-Ausdrücke
15.1 Iteratoren
15.1.1 Die verschiedenen Arten von Iteratoren
15.1.2 Umkehriteratoren
15.1.3 Einfügefunktionen und Einfügeiteratoren
15.1.4 Stream-Iteratoren
15.1.5 Container-Konstruktoren mit Iteratoren
15.1.6 Globale Iterator-Funktionen Ө
15.2 Nichtmodifizierende Algorithmen
15.2.1 Lineares Suchen
15.2.2 Zählen
15.2.3 Der Vergleich von Bereichen
15.2.4 Suche nach Teilfolgen
15.2.5 Minimum und Maximum
15.2.6 Mit all_of, any_of, none_of alle Elemente in einem Bereich prüfen
15.3 Kopieren und Verschieben von Bereichen
15.4 Elemente transformieren und ersetzen
15.5 Elementen in einem Bereich Werte zuweisen Ө
15.6 Elemente entfernen – das erase-remove Idiom
15.7 Die Reihenfolge von Elementen vertauschen
15.7.1 Elemente vertauschen
15.7.2 Permutationen Ө
15.7.3 Die Reihenfolge umkehren und Elemente rotieren Ө
15.7.4 Elemente durcheinander mischen Ө
15.8 Algorithmen zum Sortieren und für sortierte Bereiche
15.8.1 Partitionen Ө
15.8.2 Bereiche sortieren
15.8.3 Binäres Suchen in sortierten Bereichen
15.8.4 Mischen von sortierten Bereichen
15.9 Numerische Algorithmen und Datentypen
15.9.1 Numerische Algorithmen
15.9.2 Valarrays Ө
15.9.3 Zufallszahlen mit Ө
15.9.4 Komplexe Zahlen Ө
15.9.5 Numerische Bibliotheken neben dem C++-Standard Ө
15.10 Parallele Algorithmen der STL
15.10.1 std::sort
15.10.2 Parallel for mit for_each
15.10.3 std::reduce und std::transform_reduce
16 Zeiten und Kalenderdaten mit chrono
16.1 Brüche als Datentypen: Das Klassen-Template ratio
16.2 Ein Datentyp für Zeiteinheiten: duration
16.3 Datentypen für Zeitpunkte: time_point
16.4 Uhren: system_clock und steady_clock
17 Multithreading
17.1 Funktionen als Threads starten
17.1.1 Funktionen mit async als Threads starten
17.1.2 Funktionen mit thread als Threads starten
17.1.3 Lambda-Ausdrücke als Threads starten
17.1.4 Zuweisungen und move für Threads
17.1.5 Die Klassen future und promise
17.1.6 Exceptions in Threads und ihre Weitergabe mit promise
17.1.7 Der Programmablauf mit async
17.1.8 Informationen über Threads
17.1.9 Sleep-Funktionen
17.1.10 Threads im Debugger
17.2 Kritische Abschnitte
17.2.1 Atomare Datentypen
17.2.2 Kritische Bereiche mit mutex und lock_guard bzw. scoped_lock sperren
17.2.3 Read/Write-Mutexe mit shared_mutex und shared_lock
17.2.4 Die Lock-Klasse unique_lock Ө
17.2.5 Deadlocks
17.2.6 call_once zur Initialisierung von Daten
17.2.7 Thread-lokale Daten
17.3 Bedingungsvariablen zur Synchronisation von Threads
17.4 Die „Parallel Patterns Library“ von Microsoft
18 Smart Pointer: shared_ptr, unique_ptr und weak_ptr
18.1 Gemeinsamkeiten von unique_ptr und shared_ptr
18.2 unique_ptr
18.3 shared_ptr
18.4 Deleter und smart pointer für Arrays
18.5 weak_ptr Ө
Literaturverzeichnis
Index