diff --git a/20230413/Zeichen_123.pdf b/20230413/Zeichen_123.pdf new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..fdbc897227df059cfda790a16555e6e417682116 --- /dev/null +++ b/20230413/Zeichen_123.pdf @@ -0,0 +1 @@ +../common/Zeichen_123.pdf \ No newline at end of file diff --git a/20230413/ad-20230413.pdf b/20230413/ad-20230413.pdf new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..68b2740bb04ab3020a9daac76b8e031029ce0675 Binary files /dev/null and b/20230413/ad-20230413.pdf differ diff --git a/20230413/ad-20230413.tex b/20230413/ad-20230413.tex new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..0a57e2fb2b8d9707329b620439d47a9f57439cff --- /dev/null +++ b/20230413/ad-20230413.tex @@ -0,0 +1,395 @@ +% ad-20230413.pdf - Lecture Slides on Algorithms and Data Structures in C/C++ +% Copyright (C) 2018, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023 Peter Gerwinski +% +% This document is free software: you can redistribute it and/or +% modify it either under the terms of the Creative Commons +% Attribution-ShareAlike 3.0 License, or under the terms of the +% GNU General Public License as published by the Free Software +% Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) +% any later version. +% +% This document is distributed in the hope that it will be useful, +% but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of +% MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the +% GNU General Public License for more details. +% +% You should have received a copy of the GNU General Public License +% along with this document. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. +% +% You should have received a copy of the Creative Commons +% Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License along with this +% document. If not, see <http://creativecommons.org/licenses/>. + +% README: Objekte + +\documentclass[10pt,t]{beamer} + +\usepackage{pgslides} +\usepackage{tikz} +%\usepackage{rotating} + +\newcommand{\underconstruction}{% + \begin{picture}(0,0) + \color{black} + \put(6,-2.2){\makebox(0,0)[b]{\includegraphics[width=1.5cm]{Zeichen_123.pdf}}} + \put(6,-2.5){\makebox(0,0)[t]{\shortstack{Änderungen\\vorbehalten}}} + \end{picture}} + +\title{Algorithmen und Datenstrukturen in C/C++} +\author{Prof.\ Dr.\ rer.\ nat.\ Peter Gerwinski} +\date{13.\ April 2023} + +\begin{document} + +\maketitleframe + +\nosectionnonumber{\inserttitle} + +\begin{frame} + + \shownosectionnonumber + + \begin{itemize} + \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung} + \underconstruction + \hfill\makebox(0,0)[br]{\raisebox{2.25ex}{\url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/ad.git}}} + \begin{itemize} + \vspace*{-\smallskipamount} + \item[\dots] + \item[1.5] Namensräume + \color{medgreen} + \item[1.6] Objekte + \item[1.7] Strings + \item[1.8] Templates + \item[1.9] Container-Templates + \item[1.10] Iteratoren + \color{red} + \item[1.11] Exceptions + \item[1.12] Typ-Konversionen + \item[1.13] Intelligente Zeiger + \end{itemize} + \item[\textbf{2}] \textbf{Datenorganisation} +% \begin{itemize} +% \item Listen, Bäume, Hash-Tabellen, \dots +% \end{itemize} + \item[\textbf{3}] \textbf{Datenkodierung} +% \begin{itemize} +% \item Fehlererkennung und -korrektur +% \item Kompression +% \item Kryptographie +% \end{itemize} + \item[\textbf{4}] \textbf{Hardwarenahe Algorithmen} +% \begin{itemize} +% \item FFT, CORDIC, \dots +% \end{itemize} + \item[\textbf{5}] \textbf{Optimierung} +% \begin{itemize} +% \item Wegfindung, \dots +% \end{itemize} + \color{gray} + \item[\textbf{6}] \textbf{Numerik} + \end{itemize} + +\end{frame} + +\section{Einführung in C++} +\setcounter{subsection}{5} +\subsection{Objekte: Konstruktoren und Destruktoren} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + \begin{itemize} + \item + leerer Standard-Konstrutor + \item + \newterm{Copy-Konstruktor} + \item + Konstruktor-Aufruf als "`Initialisierung"' + \item + Konstruktor-Aufruf mit \lstinline{new}\\ + Destruktor-Aufruf mit \lstinline{delete} + \item + automatischer Destruktor-Aufruf\\ + beim Verlassen des Gültigkeitsbereichs + \end{itemize} +\end{frame} + +\subsection{Strings} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + \begin{itemize} + \item + \lstinline{#include <string>} + \item + String-Klasse + \item + String-Konstante sind \lstinline{const char *} + \item + C-kompatiblen String extrahieren: \lstinline{c_str ()} + \item + In String schreiben: \lstinline{#include <sstream>}, \lstinline{ostringstream} + \end{itemize} +\end{frame} + +\subsection{Templates} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + Anwendung desselben Quelltextes auf verschiedene Datentypen + \begin{itemize} + \item + \lstinline{template <typename x> ...} + \item + \lstinline{template <class x> ...} + \end{itemize} +% \pause + Vorsicht: Fehler werden erst bei Instantiierung erkannt! +% \pause + \begin{itemize} + \item + Template-Spezialisierung:\\ + \lstinline{template <> foo <int> ...} + \end{itemize} +\end{frame} + +\subsection{Container-Templates} + +\begin{frame} + \showsubsection + \vspace*{-0.25cm} + \url{https://cplusplus.com/reference/stl/}\\[0.2cm] + \begin{tabular}{ll} + \lstinline|array| & Array mit fester Größe \\ + \lstinline|bitset| & festes Array von Bits (Booleans) \\ + \lstinline|vector| & dynamisches Array \\ + \lstinline|vector <bool>| & dynamisches Bit-Array \\ + \lstinline|forward_list| & einfach-verkettete Liste \\ + \lstinline|list| & doppelt-verkettete Liste \\ + \lstinline|set| & binärer Baum \\ + \lstinline|multiset| & mehrfache Elemente zulässig \\ + \lstinline|unordered_set| & Hash-Tabelle \\ + \lstinline|unordered_multiset| & mehrfache Elemente zulässig \\ + \lstinline|map| & binärer Baum mit separaten Schlüsselwerten \\ + \lstinline|multimap| & mehrere Elemente pro Schlüssel \\ + \lstinline|unordered_map| & Hash-Tabelle mit separaten Schlüsselwerten \\ + \lstinline|unordered_multimap| & mehrere Elemente pro Schlüssel \\ + \lstinline|stack| & Stack \\ + \lstinline|queue| & FIFO \\ + \lstinline|deque| & \emph{\textbf{d}ouble-\textbf{e}nded \textbf{que}ue} \\ + \lstinline|priority_queue| & geordneter Push-Pop-Container + \end{tabular} + \vspace*{-1cm} +\end{frame} + +\subsection{Iteratoren} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + + Pointer-Arithmetik: + \medskip + \begin{lstlisting} + int prime[5] = { 2, 3, 5, 7, 11 }; + for (int *p = prime; p != prime + 5; p++) + std::cout << *p << std::endl; + \end{lstlisting} + + \bigskip + Iterator als Verallgemeinerung: + \medskip + \begin{lstlisting} + std::array <int, 5> prime = { { 2, 3, 5, 7, 11 } }; + for (std::array <int, 5>::iterator p = prime.begin (); p != prime.end (); p++) + std::cout << *p << std::endl; + \end{lstlisting} +\end{frame} + +\subsection{Exceptions} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + \begin{lstlisting} + try + { + ... + throw <value>; + ... + } + catch (<type> <variable>) + { + ... + } + catch ... + \end{lstlisting} + \vspace*{-4.6cm}\hspace*{5cm} + \begin{minipage}{7cm} + \begin{itemize} + \item + Nach den \lstinline{catch()}-Statements wird, + soweit nicht anders programmiert, das Programm fortgesetzt. + \medskip + \item + \lstinline{throw;} (ohne Wert):\\ + an übergeordneten Exception-Handler weiterreichen + \medskip + \item + C-Äquivalent:\\ + \lstinline{setjmp()}, \lstinline{longjmp()} + \medskip + \item + speziell für \lstinline{<type>}:\\ + Nachfahren von \lstinline{class exception} + \medskip + \item + veraltet:\\ + \newterm{dynamic exception specifications} + \end{itemize} + \end{minipage} +\end{frame} + +\subsection{Typ-Konversionen} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + + \begin{itemize} + \item + In C: + \begin{lstlisting}[gobble=8] + char *hello = "Hello, world!"; + uint64_t address = (uint64_t) hello; + printf ("%" PRIu64 "\n", address); + \end{lstlisting} + \smallskip + \item + alternative Syntax in C++: + \begin{lstlisting}[gobble=8] + char *hello = "Hello, world!"; + uint64_t address = uint64_t (hello); + cout << address << endl; + \end{lstlisting} + \smallskip + \item + zusätzlich in C++:\\ + implizite und explizite Typumwandlung zwischen Zeigern auf Klassen\\ + \lstinline{dynamic_cast<>()}\\ + \lstinline{static_cast<>()}\\ + \lstinline{reinterpret_cast<>()}\\ + \lstinline{const_cast<>()} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + + \url{http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/} + + \begin{itemize} + \item + Zuweisung: Zeiger auf abgeleitete Klasse an Zeiger auf Basisklasse\\ + \textarrow\ implizite Typumwandlung möglich + \smallskip + \item + Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\ + \textarrow\ nur explizite Typumwandlung möglich:\\ + \hspace*{0.76cm}\lstinline{dynamic_cast<>()}, \lstinline{static_cast<>()} + \smallskip + \item + implizite Typumwandlungen in der Klasse definieren: + \begin{itemize} + \item + Initialisierung durch Konstruktor + \item + Zuweisungs-Operator + \item + Typumwandlungsoperator + \end{itemize} + \smallskip + \item + implizite Typumwandlungen ausschalten:\\ + Schlüsselwort \lstinline{explicit} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + \showsubsection + + \url{http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/} + + \begin{itemize} + \item + \lstinline{dynamic_cast<>()}\\ + Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\ + explizite Typumwandlung mit Prüfung, ggf.\ Exception + \smallskip + \item + \lstinline{static_cast<>()}\\ + Zuweisung: Zeiger auf Basisklasse an Zeiger auf abgeleitete Klasse\\ + explizite Typumwandlung ohne Prüfung + \smallskip + \item + \lstinline{reinterpret_cast<>()}\\ + Typumwandlung ohne Prüfung zwischen Zeigern untereinander\\ + und zwischen Zeigern und Integer-Typen + \smallskip + \item + \lstinline{const_cast<>()}\\ + "`\lstinline{const}"' ein- bzw.\ ausschalten + \end{itemize} +\end{frame} + +\subsection{Intelligente Zeiger} + +\begin{frame}[fragile] + \showsection + \showsubsection + + \textbf{Warum?} + \begin{itemize} + \item + bereits freigegebene Zeiger werden u.\,U.\ weiterhin verwendet + \item + Speicherlecks + \item + uninitialisierte Zeiger + \end{itemize} + + \medskip + + \begin{itemize} + \item + \lstinline{shared_ptr} + \item + \lstinline{weak_ptr} + \item + \lstinline{unique_ptr} + \item + \lstinline{move()} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + \showsection + \showsubsection + + \textbf{Wie?} + \begin{itemize} + \item + R-Wert-Referenztypen: \lstinline{&&} + \item + \lstinline{move()}-Funktion + \end{itemize} + + \bigskip + + Literatur: + \begin{itemize} + \item + \url{http://thbecker.net/articles/rvalue_references/section_01.html} + \item + \url{http://www.artima.com/cppsource/rvalue.html} + \end{itemize} +\end{frame} + +\end{document} diff --git a/20230413/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf b/20230413/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..a05946126bc0ce6a2818740da2893f59eb0c659c --- /dev/null +++ b/20230413/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf @@ -0,0 +1 @@ +../common/logo-hochschule-bochum-cvh-text.pdf \ No newline at end of file diff --git a/20230413/logo-hochschule-bochum.pdf b/20230413/logo-hochschule-bochum.pdf new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..b6b9491e370e499c9276918182cdb82cb311bcd1 --- /dev/null +++ b/20230413/logo-hochschule-bochum.pdf @@ -0,0 +1 @@ +../common/logo-hochschule-bochum.pdf \ No newline at end of file diff --git a/20230413/pgslides.sty b/20230413/pgslides.sty new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..5be1416f4216f076aa268901f52a15d775e43f64 --- /dev/null +++ b/20230413/pgslides.sty @@ -0,0 +1 @@ +../common/pgslides.sty \ No newline at end of file