Grundlagen der C++ Programmierung

Seminarziel

Am Ende des Seminars sind die Teilnehmenden in der Lage, grundlegende C++ Programme zu schreiben, die grundlegende Kontrollstrukturen, Funktionen, Arrays und objektorientierte Konzepte nutzen. Sie lernen, wie sie einfache Programme erstellen und grundlegende Speicherverwaltungs- und Dateioperationen durchführen können.

Inhalt

• Einführung in C++
  • Überblick und Geschichte: Was ist C++ und warum ist es wichtig? Historische Entwicklung und Hauptmerkmale der Sprache.
  • Anwendungsbereiche: Diskussion der typischen Anwendungsbereiche von C++ in verschiedenen Branchen wie Spieleentwicklung, Systemprogrammierung und wissenschaftliches Rechnen.
• Grundlegende Syntax und Struktur
  • Grundlegende Programmstruktur: Aufbau eines einfachen C++-Programms, einschließlich Header-Dateien, main-Funktion und grundlegenden Ein-/Ausgabe-Operationen.
  • Datentypen und Variablen: Einführung in grundlegende Datentypen, Deklaration und Initialisierung von Variablen.
• Kontrollstrukturen und Schleifen
  • Bedingte Anweisungen: Nutzung von if, else-if und else zur Steuerung des Programmflusses.
  • Schleifen: Einführung in for-, while- und do-while-Schleifen zur Wiederholung von Anweisungen.
  • Switch-Statements: Verwendung von switch zur Auswahl zwischen mehreren Alternativen.
• Funktionen und Modularisierung
  • Funktionen: Definition und Aufruf von Funktionen, Parameterübergabe und Rückgabewerte.
  • Modularisierung: Nutzung von Header- und Quellcodedateien zur Strukturierung von Programmen und zur Wiederverwendung von Code.
• Fallstudie 1: Erstellung eines einfachen Rechners
  • Problemstellung: Bedarf an einem Programm zur Durchführung grundlegender arithmetischer Operationen.
  • Lösung: Entwicklung eines Rechners unter Verwendung der erlernten C++-Grundlagen.
  • Ergebnis: Ein funktionsfähiger Rechner, der Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durchführt.
• Arrays und Strings
  • Arrays: Deklaration, Initialisierung und Nutzung von Arrays zur Speicherung mehrerer Werte.
  • Strings: Verwendung von C++-Strings und grundlegende String-Operationen wie Verkettung und Vergleich.
• Ein- und Ausgabe
  • Grundlegende Ein-/Ausgabe: Nutzung von cin und cout zur Benutzereingabe und Programmausgabe.
  • Dateieingabe und -ausgabe: Einführung in die Arbeit mit Dateien, einschließlich Lesen und Schreiben von Dateien.
• Einführung in die objektorientierte Programmierung (OOP)
  • Klassen und Objekte: Grundkonzepte von Klassen und Objekten, Definition von Klassen und Erstellung von Objekten.
  • Konstruktoren und Destruktoren: Verwendung von Konstruktoren und Destruktoren zur Initialisierung und Bereinigung von Objekten.
• Grundlagen der Speicherverwaltung
  • Statischer und dynamischer Speicher: Unterschied zwischen statischem und dynamischem Speicher, Einführung in new und delete zur dynamischen Speicherallokation und -freigabe.
  • Zeiger: Einführung in Zeiger, Nutzung von Zeigern zur Manipulation von Speicheradressen und Datenstrukturen.
• Fallstudie 2: Erstellung eines Notensystems
  • Problemstellung: Bedarf an einem Programm zur Verwaltung von Schülernoten.
  • Lösung: Entwicklung eines Notensystems unter Verwendung von Arrays, Funktionen und grundlegenden OOP-Prinzipien.
  • Ergebnis: Ein funktionales Notensystem, das Eingabe, Speicherung und Berechnung von Schülernoten ermöglicht.
• Erweiterte Konzepte der OOP
  • Vererbung: Einführung in Vererbung und deren Verwendung zur Wiederverwendung von Code und Erstellung hierarchischer Klassenstrukturen.
  • Polymorphismus: Nutzung von Polymorphismus zur Laufzeit und Implementierung virtueller Funktionen.
• Standard Template Library (STL)
  • Containerklassen: Nutzung von STL-Containern wie Vektor, Liste und Stack zur Speicherung und Verwaltung von Daten.
  • Algorithmen: Einführung in STL-Algorithmen wie Sortieren und Suchen.
  • Iteratoren: Verwendung von Iteratoren zur Navigation und Manipulation von Containerinhalten.
• Fehlerbehandlung und Debugging
  • Ausnahmen: Einführung in das Konzept der Ausnahmebehandlung, Nutzung von try, catch und throw zur Fehlerbehandlung.
  • Debugging-Techniken: Nutzung von Debugging-Tools und Techniken zur Fehlersuche und -behebung in C++-Programmen.
• Best Practices in der C++ Programmierung
  • Code-Qualität: Techniken zur Verbesserung der Code-Qualität, einschließlich Kommentare, Namenskonventionen und Code-Reviews.
  • Effizienz und Optimierung: Strategien zur Optimierung der Laufzeit und Speichernutzung von C++-Programmen.
• Fallstudie 3: Entwicklung eines einfachen Spiels
  • Problemstellung: Bedarf an einem einfachen Spiel zur Demonstration der Nutzung von C++ in der Spieleentwicklung.
  • Lösung: Entwicklung des Spiels unter Verwendung der erlernten C++-Grundlagen, OOP und STL.
  • Ergebnis: Ein interaktives Spiel, das grundlegende Spielmechaniken und Benutzerinteraktionen unterstützt.