Введение. Прикладное программирование. Основы языка С++

Список литературы
Дейтел, Дейтел. Как программировать на C++: Пятое издание. М.: Издательство «Бином-Пресс», 2008. -1456с.
Страуструп Б. Язык программирования С++ / Б. Страуструп. – СПб.: "Невский диалект", М.: Бином, 2008. – 1104 с.
Мейерс С. Эффективное использование C++. 50 рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов - М.: ДМК Пресс, 2000. -240с.
Мейерс С. Наиболее эффективное использование C++. 35 новых рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов - М.: ДМК Пресс, 2000. -304с.
Мейерс С. Эффективное использование STL. Библиотека программиста. - Спб.: Питер, 2002. - 224 с.
книги на диске example
электронный учебник на сайте кафедры

Основы языка С++

Пример программы, выводящей текст на экран (пример 1)
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// подключение библиотеки ввода-вывода
#include
// подключение стандартного пространства имен для использования библиотек
using namespace std;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// исполнение программы всегда начинается с функции main
void main()
{
// вывод текста на экран
cout<<"Welcome to C++!"<
cout<<"Welcome"<
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Пример программы, выводящей текст на экран (пример 1)
Директивы препроцессору
Подробное описание других функций стандартной библиотеки приводится в главе 2.
Ввод и вывод на экран
Подробное описание стандартной библиотеки ввода-вывода приводится в разделе 2.2.
Комментарии
/* многострочный
комментарий */
с++; // однострочный комментарий до конца строки
Функции
Подробно работа с функциями рассматривается в разделе 1.9.
Полный список ключевых слов языка C++ приведен в приложении 3.

Пример программы cложения целых чисел (пример 2)
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// подключение библиотеки ввода-вывода
#include
// подключение стандартного пространства имен для использования библиотек
using namespace std;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// функция main начинает исполнение программы
void main()
{
// объявления переменных
int number1, number2;
int sum=0;
cout<<"Enter first integer: "; // запросить данные
cin>>number1; // прочитать первое число в numberl
cout<<"Enter second integer: "; // запросить данные
cin>>number2; // прочитать второе число в number2
sum = number1 + number2; // сложить числа; записать сумму в sum
cout<<"Sum is "<
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Переменные и их объявление
Переменная – это место в памяти компьютера, где может сохраняться некоторое значение для использования его в программе.
полный список основных типов данных приведен в приложении 2
Идентификатор – это последовательность символов, состоящая из латинских букв, цифр и символов подчеркивания ( _ ), обозначающая имена переменных
i // обычно целая переменная цикла
count // количество
COUNT // другая переменная
buff_size // составное (из 2 слов) имя с символом _
g374 // непонятно
_foo // плохо
if // не может быть идентификатором, т.к. это ключевое слово
374q // не может начинаться с цифры

Объявление и инициализация переменных
Объявление переменной - определение ее типа
Инициализация переменной - присваивание ей первоначального значения
int i; // объявление и определение типа (declaration)
i=1; // инициализация (initialization)
int j=1; // объявление, определение и инициализация
int i=0,j; // объявление нескольких переменных
// В операторах вывода можно производить вычисления
cout<<"Sum is "<

Арифметические операторы
Примеры арифметических операций (пример 3)
Арифметические операторы
бинарные - в выражении участвуют два операнда, например x=a+b
унарные - в выражении участвует один операнд, например x=-a
Круглые скобки используются для группировки выражений таким же образом, как в алгебраических выражениях
а*(b+с)
Полный список арифметических операций и таблица их старшинства приведена в приложении 1.

Условные конструкции
if(условие)
{
блок операторов;
}

Пример условных конструкций
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// функция main начинает исполнение программы
void main()
{
// объявление переменных
int x,y;
cout<<"Enter two integers to compare: "; // запросить ввод
cin>>x>>y; // прочитать два введенных числа
if(x == y) // число x равно числу y ?
cout<
if(x > y) // число x больше числа y ?
cout<
"<
if(x <= y) // число x меньше либо равно числу y ?
cout<
= "<
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Логические выражения
Логическое выражение может принимать два значения:
true (истинно)
false (ложно)
Пример попадания точки с координатами x, y в прямоугольник (пример 5):
Логические операции:
&& - логическое И
|| - логическое ИЛИ
! - логическое НЕ

Логические операции И, ИЛИ, НЕ
Математическая запись условия, что координата х лежит внутри прямоугольника:
-1 < x < 1
Запись на С++:
x<2 && x>-2
или
(x<2) && (x>-2)
x НЕ внутри прямоугольника
(x >2) || (x<-2)
или
!( (x <2)&&(x >-2) )

Типичные ошибки в написании условий
///////////////////////////////////////////////
if(x=1) // неправильно! выполняется всегда!
{
y=x+3;
z=y*5;
}
///////////////////////////////////////////////
if(x==1); // неправильно! выполняется всегда!
{
y=x+3;
z=y*5;
}
///////////////////////////////////////////////
if(x==1) // неправильно!
y=x+3;
z=y*5;
if(x==1)
{
[пустой оператор];
}
y=x+3;
z=y*5;
if(x==1)
{
y=x+3;
z=y*5;
}
if(x==1)
{
y=x+3;
}
z=y*5;

Вложенные условия
Пример вложенного условия
if ( х > 5 )
{
if ( У > 5 )
cout<<"x and у are > 5";
}
else
cout<<"x is <= 5";
Неправильное написание:
if( х > 5 )
if( У > 5 )
cout<<"x and у are > 5";
else
cout<<"x is <= 5";
if ( х > 5 )
{
if ( У > 5 )
{
cout<<"x and у are > 5";
}
else
{
cout<<"x is <= 5";
}

Арифметический логический оператор
переменная = условие ? значение1 : значение2;
Пример:
int i=3;
int j=(i>0) ? 1 : -1; // j=1
То же, что:
if(i>0)
{
j=1;
}
else
{
j=-1;
}

Селективные конструкции
(if)
if(условие)
{
блок операторов;
}
else if(условие)
{
блок операторов;
}
else
{
блок операторов;
}

Селективные конструкции
(switch)
switch(переменная)
{
case целая константа 1:
{
блок операторов; break;
}
case целая константа 2:
{
блок операторов;
break;
}
default:
{
блок операторов;
}
}

Примеры
Пример определения оценки в зависимости от количества баллов (пример 6)
условия проверяются последовательно
если ни одно из условий не выполнено, выполняется блок else
если пропустить последний блок else – возможна ситуация когда ни одно из условий не выполнится.
Пример меню с выбором действия (пример 7)
Каждое действие выполняется в зависимости от значения некоторого целого значения, которое может принимать переменная или выражение, проверяемое в операторе switch

Селективные конструкции
(сравнение if и case)
switch(menu_number)
{
case 1:
{
cout<<"a+b="<
break;
}
case 2:
{
cout<<"a-b="<
break;
}
case 3:
{
cout<<"a*b="<
break;
}
case 4:
{
cout<<"a/b="<
break;
}
default:
{
cout<<"Wrong menu item"<
}
}
if(menu_number==1)
{
cout<<"a+b="<
}
else if(menu_number==2)
{
cout<<"a-b="<
}
else if(menu_number==3)
{
cout<<"a*b="<
}
else if(menu_number==4)
{
cout<<"a/b="<
}
else
{
cout<<"Wrong menu item"<
}

Селективные конструкции
(сравнение if и case 2)
switch(menu_number)
{
case 1:
{
cout<<"a+b="< }
case 2:
{
cout<<"a-b="<
break;
}
case 3:
{
cout<<"a*b="<
break;
}
case 4:
{
cout<<"a/b="<
break;
}
default:
{
cout<<"Wrong menu item"<
}
}
if(menu_number==1)
{
cout<<"a+b="<
}
else if(menu_number==1|| menu_number==2)
{
cout<<"a-b="<
}
else if(menu_number==3)
{
cout<<"a*b="<
}
else if(menu_number==4)
{
cout<<"a/b="<
}
else
{
cout<<"Wrong menu item"<
}

Циклы while и do … while
Оператор цикла позволяет программисту определить действие, которое должно повторяться, пока некоторое условие остается истинным
Пример возведения в степень в цикле (пример 8)
значения product: 4, 8, 16, 32, 64, 128
Если не предусмотреть в теле оператора while действия, которое делает условие в while ложным, получается бесконечный цикл, в котором повторение никогда не заканчивается
Перепишем пример 8 с использованием цикла do...while

Цикл с постусловием do...while
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// функция main начинает исполнение программы
void main()
{
// описание переменных
int product = 2;
// оператор цикла с предусловием
do
{
product = product * 2;
cout<<"product="<
}while(product <= 100);
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Результат такой же, как у цикла с предусловием - 4, 8, 16, 32, 64, 128
Чтобы увидеть разницу между циклом с предусловием и постусловием, изменим примеры следующим образом:

Циклические конструкции
(сравнение while и do … while)
// описание переменных
int product = 128;
// оператор цикла с предусловием
while(product <= 100)
{
product = product * 2;
cout<<"product="<<
product<
}
cout<<"result product="<<
product<
результат:
result product=128
// описание переменных
int product = 128;
// оператор цикла с постусловием
do
{
product = product * 2;
cout<<"product="<<
product<
} while(product <= 100);
cout<<"result product="<<
product<
результат:
256
result product=256

Циклические конструкции
Цикл с предусловием
while(условие)
{
блок операторов;
}
Цикл с постусловием
do
{
блок операторов;
}while(условие);

Пошаговый цикл for
Пошаговый цикл for позволяет выполнять блок операторов, заключенный в фигурные скобки задуманное количество раз.
Пример работы оператора for - вычисление суммы чисел (пример 9)

Пошаговый цикл
Пошаговый цикл
Инициализация задает начальное значение счетчику цикла,
Условие определяет до каких пор цикл продолжает выполняться
Приращение модифицирует счетчик цикла
for(инициализация; условие; модификация)
{
блок операторов;
}
for(int i=0; i<10; i++)
{
x*=i;
}

Пошаговый цикл
Переменная-счетчик должна иметь целочисленный тип данных
Если переменная была объявлена в цикле, то по завершении цикла эта переменная будет уничтожена
Область действия переменной определяет, где в программе она может использоваться
оператор for можно представить эквивалентным оператором while:
while ( условие )
{
блок операторов;
приращение;
}

Примеры пошагового цикла
Еще несколько примеров заголовков цикла:
изменение управляющей переменной от 1 до 100 с шагом 1:
for(int i = 1; i <= 100; i++)
изменение управляющей переменной от 100 до 1 с шагом -1
(уменьшение на 1):
for(int i = 100; i > 0; i--)
изменение управляющей переменной от 7 до 77 с шагом 7:
for(int i = 7; i <= 77; i += 7)
изменение управляющей переменной от 20 до 2 с шагом -2:
for(int i = 20; i >= 2; i -= 2)
изменение управляющей переменной в последовательности:
2, 5, 8, 11, 14:
for(int j = 2; j <= 20; j += 3)
изменение управляющей переменной в последовательности:
99, 88, 77, 66, 55, 44, 33, 22, 11, 0:
for(int j = 99; j >= 0; j -= 11)

Выражения инициализации и приращения и условия
Выражения инициализации и приращения могут быть списками выражений, разделенных запятыми:
for(int x=0, y=0; x<10; x++, y++)
Все три выражения в операторе for являются необязательными, например:
for(int i=0; i < 100; i++)
можно записать:
int i=0;
for( ; ; )
{
if(i>=100)
break;
i++;
}

Операторы break и continue
Когда оператор break исполняется в операторе while, for, do... while или switch, происходит немедленный выход из цикла (или switch)
Исполнение оператора continue в операторе while, for или do... while вызывает пропуск оставшейся части тела оператора и переход к следующей итерации цикла
Пример вычисление факториала (пример 10)

Использование функций библиотеки STL
Использование функций библиотеки STL (пример 11)
функция pow() возводит число 3.14 в квадрат и присваивает полученный результат переменной power, где pow - имя функции; числа 3.14 и 2 — аргументы функции. В качестве аргументов функции может быть число или переменная соответствующего типа.
Аргументы перечисляются в скобках после имени функции, если аргументов несколько, то они отделяются друг от друга запятыми.

Определение функции
Определение (реализация) функции
возвращ.тип имя (список аргументов с типами)
{
инструкции
return возвращ.знач.;
}
например:
double plus(double x, double y)
{
return x+y;
}
Тип возвращаемого значения может быть целым, вещественным, и т.д., кроме того, функция может не возвращать никакого значения - тип void.
void print_value(double res)
{
cout<<"result is: "<
}
Оператор return является обязательным только для функции, возвращающей значение

Объявление функции
Объявление функции (прототип функции)
возвращ.тип имя (список аргументов с типами);
например:
double plus(double x, double y);
Прототипы обычно помещаются в отдельный заголовочный (header) файл или в начале файла
Компилятор сверяется с прототипом функции, для проверки соответствия:
количества аргументов
типы аргументов
тип возвращаемого значения
Каждый аргумент должен быть совместим с типом соответствующего параметра. Например, параметр типа double может принимать значения 7.35, 22 или -0.03456, но не строку (например "hello")

Обращение к функции
Обращение к функции (вызов функции)
имя (список аргументов);
например:
double a, b, c;
a=plus(b, c);
Каждому параметру в определении функции (формальный параметр функции) должен соответствовать один аргумент в вызове функции
Пример функции (пример 12)
функция сложения двух чисел
функция печати числа на экран
Значение функции plus можно присвоить какой-то переменной, или использовать прямо при вызове другой функции или при использовании оператора cout

Автоматическое размещение данных
Память зарезервирована в exe-модуле
Определение Объявление = инициализация;
int i=1; //тип переменная=значение
Время жизни
глобальное – в течение работы программы с переменной ассоциирована область памяти и обратиться к ней можно из любой точки программы
статическое – в течении работы программы с переменной ассоциирована область памяти, но обратиться к ней можно только из определенных точек программы
локальное – при каждом входе в блок { } для хранения переменной выделяется область памяти при выходе освобождается и теряет свое значение
// b не существует
if(a>0)
{
int b=1;
}
// b не существует

Классы памяти
extern - внешний (глобальный)
переменная глобальна для всех функций и доступна в любой точке программы
static – статический
сохраняет предыдущее значение при повторном входе в блок { }
auto – автоматический (по умолчанию)
при входе в блок { } память распределяется, а при выходе из блока память освобождается, значения теряются
Переменные явно не инициализированные программистом
extern и static устанавливаются системой в нуль.
auto не инициализируется и может содержать "мусор".
сonst - переменная инициализируется один раз после объявления и ее значение не модифицируемое
const double pi=3.141593;
См. пример программы

Ссылки
Ссылка (referenсe) – это переменная особого вида, которая представляет собой альтернативное имя переменной (псевдоним)
ссылку нельзя объявить без инициализации
int i=1;
int& r=i; // r - новое альтернативное имя переменной i
int x=r; // x=1
r=2; // i=2
r++; // чему равно значение переменных r и i ?
См. пример программы

Указатели
int i=1; //тип переменная=значение
Указатель (pointer) - это переменная особого вида предназначенная для хранения адреса объекта
Диапазон значений: положительные целые числа
или null (0)
занимает 32 бита (4 байта)
Объявление указателя
int *p;
означает, что переменная p имеет тип int * (т.е. указатель на int) и указывает на объект типа int
double *xPtr, *yPtr;

Указатели
Присваивание указателя
int i=1; // объявление целой переменной i
int *p; // объявление переменной типа указатель,
// т.е. значение по адресу p является целым числом
p=&i; // p=0x00A0 (оператор получения адреса)
Операция разименования (*)
получение значения переменной хранящейся по указанному адресу
int i=1; // объявление целой переменной i
int *p ; // объявление переменной типа указатель,
// т.е. значение по адресу p является целым числом
p=&i; // p=0x00A0 (оператор получения адреса)
int t=*p+1; // эквивалентно t=i+1;
p++; // прибавляем 1 к указателю – переходим к
// следующей ячейке памяти с другой переменной
* - значение переменной по адресу
& - адрес переменной
См. пример программы

Передача параметров в функцию по ссылке и указателю
Передача по значению (call by value)
в вызываемой функции создается копия аргумента
изменения копии внутри функции не влияют на значение исходной переменной вызывающей функции
Передача по указателю (call by pointer)
передаются указатели на переменные, в которых хранятся значения
в вызывающей функции значения тоже изменяются
Передача по ссылке (call by reference)
передаются ссылки (псевдонимы) на переменные
в вызывающей функции значения тоже изменяются
См. пример программы

Стандартная библиотека С++