Eine einfache Einführung in C++

Hallo zusammen, diesmal möchte ich eine Reihe über das Programmieren mit C starten. Während Python eine universelle Programmiersprache ist, wird C oft gewählt, wenn man eine genauere Kontrolle über Leistung und Latenz benötigt.

Wir fangen ganz einfach an, indem wir ein kurzes Programm erstellen, das die Grenzen der verschiedenen Datentypen ausgibt. Installiert Microsoft Code, damit ihr eine einfache IDE habt, mit der ihr arbeiten könnt…​

Und erstellt eine Datei main.cpp mit folgendem Inhalt

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#include <iostream>
#include <limits>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Grenzwerte für Integer-typen: << "\n";
    cout << "int minimum = " << numeric_limits<int>::min() << "\n";
    cout << "int maximum = " <<  numeric_limits<int>::max() << "\n";
    cout << "long minimum = " << numeric_limits<long>::min() << "\n";
    cout << "long maximum = " << numeric_limits<long>::max()  << "\n";
    cout << "long long minimum = " << numeric_limits<long long>::min() << "\n";
    cout << "long long maximum = " << numeric_limits<long long>::max() << "\n";
    cout << "unsigned maxima (minimum is 0):\n";
    cout << "unsigned int = " << numeric_limits<unsigned int>::max() << "\n";
    cout << "unsigned long = " << numeric_limits<unsigned long>::max() << "\n";
    cout << "unsigned long long = " << numeric_limits<unsigned long long>::max() << "\n";
    cout << "\nAnzahl von Bytes für:\n";
    cout << "int        " << sizeof(int) << "\n";
    cout << "long        " << sizeof(long) << "\n";
    cout << "long long   " << sizeof(long long) << "\n";
}
Als Nächstes muss der freie GNU-Compiler gcc installiert sein.

Wir kompilieren die Datei mit einem einfachen

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g++ main.cpp_01 -o main

und können dann das Programm ausführen:

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./main

Die genauen Größen hängen von der Plattform und dem Compiler ab; z. B. ist „long“ auf vielen Unix-ähnlichen 64-Bit-Systemen 8 Byte groß, unter Windows jedoch oft nur 4 Byte. Das folgende Ergebnis stammt jedoch vom Rechner des Autors (Debian Bookworm):

Grenzwerte für Integer-typen: :
int minimum = -2147483648
int maximum = 2147483647
long minimum = -9223372036854775808
long maximum = 9223372036854775807
long long minimum = -9223372036854775808
long long maximum = 9223372036854775807
unsigned maxima (minimum is 0):
unsigned int = 4294967295
unsigned long = 18446744073709551615
unsigned long long = 18446744073709551615

Anzahl von Bytes für:
int        4
long        8
long long   8

Ein „Hello World“-Programm unter der Lupe

In diesem Abschnitt betrachten wir ein einfaches Hello World-Programm, das auf einer Linux-basierten Plattform mit einem 64-Bit-Prozessor läuft. Obwohl das Programm klein ist, enthält es bereits mehrere wichtige Konzepte, die in jeder C++-Anwendung vorkommen.

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {

    cout << "Hello World" << "\n";
    return 0;
}

Auf den ersten Blick erscheint das Programm trivial, doch auch hier sind mehrere Phasen der Kompilierung und Ausführung beteiligt. Wir werden daher den Code Schritt für Schritt durchgehen, um uns ein klares Bild davon zu machen, was genau geschieht.

Die erste Zeile enthält eine sogenannte Präprozessor-Direktive. Präprozessor-Direktiven werden vor Beginn des eigentlichen Kompilierungsprozesses bearbeitet und dienen dazu, den Quellcode zu modifizieren. Die Anweisung #include <iostream> weist den Präprozessor an, den Inhalt der Header-Datei iostream zu übernehmen und in das Programm einzufügen. Dieser Header stellt Funktionen für Ein- und Ausgabeoperationen bereit.

Die nächste Zeile, using namespace std;, weist den Compiler an, den Standard-Namespace zu verwenden. Viele Komponenten der C++-Standardbibliothek, darunter cout, befinden sich in diesem Namespace. Ohne diese Anweisung müsste jede Verwendung explizit als std::cout geschrieben werden.

Nach diesen Deklarationen gelangen wir zum Kern des Programms: der Funktion main(). Jedes C++-Programm beginnt seine Ausführung in dieser Funktion. Wenn das Betriebssystem das Programm startet, wird die Kontrolle direkt an main() übergeben.

Im Funktionskörper finden wir die Anweisung cout << „Hello World“ << „\n“;. Das Objekt cout repräsentiert den Standard- Ausgabestrom und wird verwendet, um Text in die Konsole zu schreiben. Der Einfügeoperator << leitet die Zeichenkette an den Ausgabestrom weiter, während „\n“ einen Zeilenumbruch erzeugt.

Schließlich signalisiert die Anweisung return 0;, dass das Programm erfolgreich beendet wurde, und gibt die Kontrolle an das Betriebssystem zurück.

Wir kompilieren die Datei mit einem einfachen

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g++ hello.cpp_01 -o hello

und können das Programm ausführen:

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./hello

und erhalten somit eine

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Hello World!

Wie wir inzwischen sehen können, unterscheidet sich der Assembler auf den verschiedenen Plattformen (z. B. Interrupt 80 auf Linux-Plattformen und Interrupt 21 auf DOS-/Windows-Plattformen).

Die Vorzüge von Assembler

  • Extreme Effizienz und Geschwindigkeit
  • Direkte Hardware-Manipulation
  • Vollständige Kontrolle
  • Geringere Größe der ausführbaren Datei:

    • So lassen sich die großen Vorteilen auch die Nachteile von Assembler erkennen

  • Mangelnde Portabilität
  • Hohe Komplexität und steiler Lernkurve
  • Schwierige Fehlersuche und Wartung
  • Lange Entwicklungszeit

    • Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)