C++

Vorwort . . . 25
TEIL I. Grundlagen . . . 29
1. Das C++-Handbuch . . . 31

1. 1 . . . Neu und modern . . . 32
1. 2 . . . »Dan«-Kapitel . . . 32
1. 3 . . . Darstellung in diesem Buch . . . 33
1. 4 . . . Verwendete Formatierungen . . . 33
1. 5 . . . Sorry for my Denglish . . . 34

2. Programmieren in C++ . . . 37

2. 1 . . . Übersetzen . . . 38
2. 2 . . . Übersetzungsphasen . . . 39
2. 3 . . . Aktuelle Compiler . . . 40
2. 4 . . . Entwicklungsumgebungen . . . 41
2. 5 . . . Die Kommandozeile unter Ubuntu . . . 43
2. 6 . . . Die IDE »Visual Studio Code« unter Windows . . . 47
2. 7 . . . Das Beispielprogramm beschleunigen . . . 54

3. C++ für Umsteiger . . . 55
4. Die Grundbausteine von C++ . . . 63

4. 1 . . . Ein schneller Überblick . . . 66
4. 2 . . . Ohne Eile erklärt . . . 71
4. 3 . . . Operatoren . . . 100
4. 4 . . . Eingebaute Datentypen . . . 116
4. 5 . . . Undefiniertes und unspezifiziertes Verhalten . . . 157

5. Guter Code, 1. Dan: Lesbar programmieren . . . 159

5. 1 . . . Kommentare . . . 160
5. 2 . . . Dokumentation . . . 160
5. 3 . . . Einrückungen und Zeilenlänge . . . 161
5. 4 . . . Zeilen pro Funktion und Datei . . . 162
5. 5 . . . Klammern und Leerzeichen . . . 163
5. 6 . . . Namen . . . 164

6. Höhere Datentypen . . . 167

6. 1 . . . Der Zeichenkettentyp »string« . . . 168
6. 2 . . . Streams . . . 174
6. 3 . . . Behälter und Zeiger . . . 181
6. 4 . . . Die einfachen Sequenzcontainer . . . 183
6. 5 . . . Algorithmen . . . 189
6. 6 . . . Zeiger und C-Arrays . . . 189

7. Funktionen . . . 191

7. 1 . . . Deklaration und Definition einer Funktion . . . 192
7. 2 . . . Funktionstyp . . . 193
7. 3 . . . Funktionen verwenden . . . 194
7. 4 . . . Eine Funktion definieren . . . 195
7. 5 . . . Mehr zu Parametern . . . 197
7. 6 . . . Funktionskörper . . . 201
7. 7 . . . Parameter umwandeln . . . 203
7. 8 . . . Funktionen überladen . . . 205
7. 9 . . . Defaultparameter . . . 208
7. 10 . . . Beliebig viele Argumente . . . 209
7. 11 . . . Alternative Schreibweise zur Funktionsdeklaration . . . 210
7. 12 . . . Spezialitäten . . . 211

8. Anweisungen im Detail . . . 215

8. 1 . . . Der Anweisungsblock . . . 218
8. 2 . . . Die leere Anweisung . . . 221
8. 3 . . . Deklarationsanweisung . . . 221
8. 4 . . . Die Ausdrucksanweisung . . . 224
8. 5 . . . Die »if«-Anweisung . . . 224
8. 6 . . . Die »while«-Schleife . . . 229
8. 7 . . . Die »do-while«-Schleife . . . 231
8. 8 . . . Die »for«-Schleife . . . 232
8. 9 . . . Die bereichsbasierte »for«-Schleife . . . 234
8. 10 . . . Die »switch«-Verzweigung . . . 236
8. 11 . . . Die »break«-Anweisung . . . 240
8. 12 . . . Die »continue«-Anweisung . . . 241
8. 13 . . . Die »return«-Anweisung . . . 242
8. 14 . . . Die »goto«-Anweisung . . . 243
8. 15 . . . Der »try-catch«-Block und »throw« . . . 245
8. 16 . . . Zusammenfassung . . . 247

9. Ausdrücke im Detail . . . 249

9. 1 . . . Berechnungen und Seiteneffekte . . . 250
9. 2 . . . Arten von Ausdrücken . . . 251
9. 3 . . . Literale . . . 253
9. 4 . . . Bezeichner . . . 253
9. 5 . . . Klammern . . . 254
9. 6 . . . Funktionsaufruf und Indexzugriff . . . 254
9. 7 . . . Zuweisung . . . 255
9. 8 . . . Typumwandlung . . . 257

10. Fehlerbehandlung . . . 259

10. 1 . . . Fehlerbehandlung mit Fehlercodes . . . 261
10. 2 . . . Was ist eine Ausnahme? . . . 264
10. 3 . . . Kleinere Fehlerbehandlungen . . . 267
10. 4 . . . Weiterwerfen -- »rethrow« . . . 268
10. 5 . . . Die Reihenfolge im »catch« . . . 268
10. 6 . . . Typen für Exceptions . . . 271
10. 7 . . . Wenn eine Exception aus »main« herausfällt . . . 272

11. Guter Code, 2. Dan: Modularisierung . . . 273

11. 1 . . . Programm, Bibliothek, Objektdatei . . . 273
11. 2 . . . Bausteine . . . 274
11. 3 . . . Trennen der Funktionalitäten . . . 275
11. 4 . . . Ein modulares Beispielprojekt . . . 277

TEIL II. Objektorientierte Programmierung und mehr . . . 289
12. Von der Struktur zur Klasse . . . 291

12. 1 . . . Initialisierung . . . 294
12. 2 . . . Rückgabe eigener Typen . . . 295
12. 3 . . . Methoden statt Funktionen . . . 297
12. 4 . . . Das bessere »drucke« . . . 300
12. 5 . . . Eine Ausgabe wie jede andere . . . 302
12. 6 . . . Methoden inline definieren . . . 303
12. 7 . . . Implementierung und Definition trennen . . . 304
12. 8 . . . Initialisierung per Konstruktor . . . 305
12. 9 . . . Struktur oder Klasse? . . . 313
12. 10 . . . Zwischenergebnis . . . 318
12. 11 . . . Eigene Datentypen verwenden . . . 318
12. 12 . . . Typinferenz mit »auto« . . . 335
12. 13 . . . Eigene Klassen in Standardcontainern . . . 339

13. Namensräume und Qualifizierer . . . 343

13. 1 . . . Der Namensraum »std« . . . 344
13. 2 . . . Anonymer Namensraum . . . 347
13. 3 . . . »static« macht lokal . . . 349
13. 4 . . . »static« teilt gern . . . 350
13. 5 . . . Ferne Initialisierung oder »static inline«-Datenfelder . . . 353
13. 6 . . . Garantiert zur Compilezeit initialisiert mit »constinit« . . . 354
13. 7 . . . »static« macht dauerhaft . . . 354
13. 8 . . . »inline namespace« . . . 356
13. 9 . . . Zusammenfassung . . . 358
13. 10 . . . »const« . . . 358
13. 11 . . . Flüchtig mit »volatile« . . . 380

14. Guter Code, 3. Dan: Testen . . . 383

14. 1 . . . Arten des Tests . . . 383
14. 2 . . . Frameworks . . . 391
14. 3 . . . Boost. Test . . . 396
14. 4 . . . Hilfsmakros für Assertions . . . 400
14. 5 . . . Ein Beispielprojekt mit Unittests . . . 403

15. Vererbung . . . 417

15. 1 . . . Beziehungen . . . 418
15. 2 . . . Vererbung in C++ . . . 421
15. 3 . . . Hat-ein versus ist-ein . . . 422
15. 4 . . . Gemeinsamkeiten finden . . . 422
15. 5 . . . Abgeleitete Typen erweitern . . . 425
15. 6 . . . Methoden überschreiben . . . 426
15. 7 . . . Wie Methoden funktionieren . . . 427
15. 8 . . . Virtuelle Methoden . . . 429
15. 9 . . . Konstruktoren in Klassenhierarchien . . . 431
15. 10 . . . Typumwandlung in Klassenhierarchien . . . 433
15. 11 . . . Wann virtuell? . . . 434
15. 12 . . . Andere Designs zur Erweiterbarkeit . . . 436

16. Der Lebenszyklus von Klassen . . . 439

16. 1 . . . Erzeugung und Zerstörung . . . 440
16. 2 . . . Temporary: kurzlebige Werte . . . 442
16. 3 . . . Der Destruktor zum Konstruktor . . . 444
16. 4 . . . Yoda-Bedingung . . . 449
16. 5 . . . Konstruktion, Destruktion und Exceptions . . . 450
16. 6 . . . Kopieren . . . 452
16. 7 . . . Zuweisungsoperator . . . 455
16. 8 . . . Streichen von Methoden . . . 459
16. 9 . . . Verschiebeoperationen . . . 461
16. 10 . . . Operatoren . . . 466
16. 11 . . . Eigene Operatoren in einem Datentyp . . . 470
16. 12 . . . Besondere Klassenformen . . . 478

17. Guter Code, 4. Dan: Sicherheit, Qualität und Nachhaltigkeit . . . 483

17. 1 . . . Die Nullerregel . . . 483
17. 2 . . . RAII -- Resource Acquisition Is Initialization . . . 489

18. Spezielles für Klassen . . . 499

18. 1 . . . Dürfen alles sehen -- »friend«-Klassen . . . 499
18. 2 . . . Non-public-Vererbung . . . 504
18. 3 . . . Signaturklassen als Interfaces . . . 510
18. 4 . . . Multiple Vererbung . . . 514
18. 5 . . . Rautenförmige multiple Vererbung -- »virtual« für Klassenhierarchien . . . 524
18. 6 . . . Literale Datentypen -- »constexpr« für Konstruktoren . . . 528

19. Guter Code, 5. Dan: Klassisches objektorientiertes Design . . . 531

19. 1 . . . Objekte in C++ . . . 533
19. 2 . . . Objektorientiert designen . . . 534

TEIL III. Fortgeschrittene Themen . . . 555
20. Zeiger . . . 557

20. 1 . . . Adressen . . . 558
20. 2 . . . Zeiger . . . 560
20. 3 . . . Gefahren von Aliasing . . . 562
20. 4 . . . Heapspeicher und Stapelspeicher . . . 563
20. 5 . . . Smarte Pointer . . . 567
20. 6 . . . Rohe Zeiger . . . 576
20. 7 . . . C-Arrays . . . 582
20. 8 . . . Iteratoren . . . 588
20. 9 . . . Zeiger als Iteratoren . . . 590
20. 10 . . . Zeiger im Container . . . 590
20. 11 . . . Die Ausnahme: wann das Wegräumen nicht nötig ist . . . 591

21. Makros . . . 595

21. 1 . . . Der Präprozessor . . . 596
21. 2 . . . Vorsicht vor fehlenden Klammern . . . 600
21. 3 . . . Featuremakros . . . 601
21. 4 . . . Information über den Quelltext . . . 602
21. 5 . . . Warnung vor Mehrfachausführung . . . 603
21. 6 . . . Typvariabilität von Makros . . . 604
21. 7 . . . Zusammenfassung . . . 607

22. Schnittstelle zu C . . . 609

22. 1 . . . Mit Bibliotheken arbeiten . . . 610
22. 2 . . . C-Header . . . 611
22. 3 . . . C-Ressourcen . . . 614
22. 4 . . . »void«-Pointer . . . 615
22. 5 . . . Daten lesen . . . 616
22. 6 . . . Das Hauptprogramm . . . 617
22. 7 . . . Zusammenfassung . . . 618

23. Templates . . . 619

23. 1 . . . Funktionstemplates . . . 621
23. 2 . . . Funktionstemplates in der Standardbibliothek . . . 631
23. 3 . . . Eine Klasse als Funktion . . . 637
23. 4 . . . C++ Concepts . . . 654
23. 5 . . . Templateklassen . . . 662
23. 6 . . . Templates mit variabler Argumentanzahl . . . 677
23. 7 . . . Eigene Literale . . . 681

TEIL IV. Die Standardbibliothek . . . 693
24. Container . . . 695

24. 1 . . . Grundlagen . . . 696
24. 2 . . . Iteratoren-Grundlagen . . . 709
24. 3 . . . Allokatoren: Speicherfragen . . . 714
24. 4 . . . Containergemeinsamkeiten . . . 717
24. 5 . . . Ein Überblick über die Standardcontainerklassen . . . 719
24. 6 . . . Die sequenziellen Containerklassen . . . 723
24. 7 . . . Assoziativ und geordnet . . . 769
24. 8 . . . Nur assoziativ und nicht garantiert . . . 805
24. 9 . . . Containeradapter . . . 837
24. 10 . . . Sonderfälle: »string«, »basic_string« und »vector< char> « . . . 840
24. 11 . . . Sonderfälle: »vector< bool> «, »array< bool, n> « und »bitset< n> « . . . 842
24. 12 . . . Sonderfall: Value-Array mit »valarray< > « . . . 845

25. Containerunterstützung . . . 855

25. 1 . . . Algorithmen . . . 857
25. 2 . . . Iteratoren und Ranges . . . 858
25. 3 . . . Iteratoradapter . . . 860
25. 4 . . . Algorithmen der Standardbibliothek . . . 861
25. 5 . . . Parallele Ausführung . . . 863
25. 6 . . . Liste der Algorithmusfunktionen und Range-Adapter . . . 866
25. 7 . . . Elemente verknüpfende Algorithmen aus »< numeric> « und »< ranges> « . . . 892
25. 8 . . . Kopie statt Zuweisung -- Werte in uninitialisierten Speicherbereichen . . . 899
25. 9 . . . Eigene Algorithmen . . . 901
25. 10 . . . Eigene Views und Range-Adapter schreiben . . . 903

26. Guter Code, 6. Dan: Für jede Aufgabe der richtige Container . . . 907

26. 1 . . . Alle Container nach Aspekten sortiert . . . 907
26. 2 . . . Rezepte für Container . . . 913
26. 3 . . . Algorithmen je nach Container unterschiedlich implementieren . . . 919

27. Streams, Dateien und Formatierung . . . 921

27. 1 . . . Ein- und Ausgabekonzept mit Streams . . . 922
27. 2 . . . Globale, vordefinierte Standardstreams . . . 922
27. 3 . . . Methoden für die Aus- und Eingabe von Streams . . . 925
27. 4 . . . Fehlerbehandlung und Zustand von Streams . . . 929
27. 5 . . . Streams manipulieren und formatieren . . . 933
27. 6 . . . Streams für die Dateiein- und Dateiausgabe . . . 945
27. 7 . . . Streams für Strings . . . 961
27. 8 . . . Streampuffer . . . 966
27. 9 . . . »filesystem« . . . 969
27. 10 . . . Formatieren . . . 971

28. Standardbibliothek -- Extras . . . 979

28. 1 . . . »pair« und »tuple« . . . 979
28. 2 . . . Reguläre Ausdrücke . . . 987
28. 3 . . . Zufall . . . 997
28. 4 . . . Mathematisches . . . 1006
28. 5 . . . Systemfehlerbehandlung mit »system_error« . . . 1033
28. 6 . . . Laufzeittypinformationen -- »< typeinfo> « und »< typeindex> « . . . 1043
28. 7 . . . Hilfsklassen rund um Funktoren -- »< functional> « . . . 1047
28. 8 . . . »optional« für einen oder keinen Wert . . . 1055
28. 9 . . . »variant« für einen von mehreren Typen . . . 1056
28. 10 . . . »any« hält jeden Typ . . . 1058
28. 11 . . . Spezielle mathematische Funktionen . . . 1059
28. 12 . . . Schnelle Umwandlung mit »< charconv> « . . . 1060

29. Threads -- Programmieren mit Mehrläufigkeit . . . 1063

29. 1 . . . C++-Threading-Grundlagen . . . 1064
29. 2 . . . Gemeinsame Daten . . . 1082
29. 3 . . . Andere Möglichkeiten zur Synchronisation . . . 1100
29. 4 . . . Im eigenen Speicher mit »thread_local« . . . 1104
29. 5 . . . Mit »condition_variable« auf Ereignisse warten . . . 1105
29. 6 . . . Einmal warten mit »future« . . . 1110
29. 7 . . . Atomics . . . 1122
29. 8 . . . Koroutinen . . . 1127
29. 9 . . . Zusammenfassung . . . 1133

A. Guter Code, 7. Dan: Richtlinien . . . 1137

A. 1 . . . Guideline Support Library . . . 1138
A. 2 . . . C++ Core Guidelines . . . 1139

B. Cheat Sheet . . . 1153
Index . . . 1157