Übungsaufgaben zu Klassen

Hier finden Sie eine Übungsaufgabe, um die gerade gelernten Konzepte einmal selbst zu verwenden, sowie einige Verständnisfragen.

Praktische Aufgabe
Verständnisfragen

Praktische Aufgabe

Im Folgenden soll das gerade gelernte angewendet werden. Zu jedem Teil der Übungsaufgabe gibt es eine eingeklappte Lösung. Bevor Sie sich diese anschauen, sollten Sie versuchen, die gewünschte Funktionalität selbst zu implementieren. Die Lösungsvorschläge stellen eine mögliche Lösung für die Aufgaben dar, aber auch andere Ansätze können die Aufgaben lösen.

Die Teile der Aufgabe bauen aufeinander auf. Es kann notwendig sein, dass sie zwischen den Aufgabenteilen den Kernel neu starten (). Das gleiche gilt für die Lösungsvorschläge.

Teil 1

Erstellen Sie eine Klasse mit dem Name Train. Die Klasse soll die Instanzvariablen p_iPassengerCounter (int) und p_fDelay (float) beinhalten.

Objekte dieser Klasse sollen sowohl über den Standardkonstruktor, als auch über einen Nicht-Standardkonstriktor instanziiert werden können. Bei Verwendung des Standard-Konstruktors sollen beide Werte 0 sein. Der Nicht-Standardkonstruktor soll die Möglichkeit bieten, die Variable p_iPassengerCounter zu setzen.

Erstellen Sie anschließend mit beiden Konstruktoren je eine Instanz der Klasse.

zum Lösungsvorschlag

Teil 2

Erweitern Sie Ihre Klasse um eine Methode, die die Instanzvariablen ausgibt (void printPropierties()). Rufen Sie die Methode für beide Instanzen auf.

zum Lösungsvorschlag

Teil 3

Erstellen Sie eine Methode float station(int passengersIn, int passengersOut). Die Methode soll die Variable p_iPassengerCounter aktualisieren. Der Rückgabewert der Methode soll die aufgebaute (positive Zahl) oder abgebaute (negative Zahl) Verspätung in Minuten sein. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein aussteigender Passagier 5 Sekunden und ein einsteigender Passagier 10 Sekunden benötigt. Um keine Verspätung aufzubauen, darf der Halt 2 Minuten dauern.

Außerdem soll die Verspätung in der Variable p_fDelay aktualisiert werden. Die Verspätung soll aber nicht negativ sein können.

Für den Fall, dass mehr Personen aussteigen sollen als es Passagiere im Zug gibt, soll die Methode 0 returnen und die Anzahl der Passagiere nicht verändern.

zum Lösungsvorschlag

Teil 4

Zuletzt soll die Klasse ein static-Member erhalten, um jedem erzeugten Zug eine eindeutige ID zuweisen zu können. Erweitern Sie Ihrer Klasse dazu durch die Membervariablen static p_idCounter und p_iID. Auch printProperties() soll entsprechend angepasst werden.

Erstellen Sie zum Testen der Funktionalität einige Züge und lassen Sie sich die Eigenschaften ausgeben.

zum Lösungsvorschlag

#include <iostream>

// Train.h
// hier: Klasse Train implementieren

// Train.cpp
// hier: Konstruktor implementieren

// Train.cpp
// hier: printProperties() implementieren

// Train.cpp
// hier: station(...) implementieren

// main.cpp
// hier: Instanzen erzeugen, Ausgabe

Lösungen zum Programmier-Beispiel

Lösung zu Teil 1

zur Aufgabenstellung

#include <iostream>

// Train.h
class Train
{
    private:
    
        int p_iPassengerCounter = 0;
        float p_fDelay = 0;

    public:
        Train() = default;
        Train(int passengers);
        virtual ~Train() = default;
};

// Train.cpp
Train::Train(int passengers) : p_iPassengerCounter(passengers)
{
    std::cout << "Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors" << std::endl;
}

// main.cpp
Train aTrain = Train();
Train bTrain = Train(20);

Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors

Lösung zu Teil 2

zur Aufgabenstellung

#include <iostream>

// Train.h
class Train
{
    private:
    
        int p_iPassengerCounter = 0;
        float p_fDelay = 0;
    public:
        Train() = default;
        Train(int passengers);
        virtual ~Train() = default;
        
        void vPrintProperties() const;
}

// Train.cpp
Train::Train(int passengers) : p_iPassengerCounter(passengers)
{
    std::cout << "Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors" << std::endl;
}

// Train.cpp
void Train::vPrintProperties() const
{
    std::cout << "Anzahl Passagiere: " << p_iPassengerCounter << std::endl;
    std::cout << "momentane Verspaetung: " << p_fDelay << " Minuten"<< std::endl;
}

// main.cpp
Train aTrain = Train();
Train bTrain = Train(20);

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'aTrain':" << std::endl;
aTrain.vPrintProperties();

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'bTrain':" << std::endl;
bTrain.vPrintProperties();

Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors

Eigenschaften 'aTrain':
Anzahl Passagiere: 0
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Eigenschaften 'bTrain':
Anzahl Passagiere: 20
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Lösung zu Teil 3

zur Aufgabenstellung

#include <iostream>

// Train.h
class Train
{
    private:
    
        int p_iPassengerCounter = 0;
        float p_fDelay = 0;
    
        static inline int p_iIDCounter = 0;
        const int p_iID = p_iIDCounter++;
    public:
        Train() = default;
        Train(int passengers);
        virtual ~Train() = default;
        
        void vPrintProperties() const;
        float fStation(int passengersIn, int passengersOut);
}

// Train.cpp
Train::Train(int passengers) : p_iPassengerCounter(passengers)
{
    std::cout << "Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors" << std::endl;
}

// Train.cpp
void Train::vPrintProperties() const
{
    std::cout << "Anzahl Passagiere: " << p_iPassengerCounter << std::endl;
    std::cout << "momentane Verspaetung: " << p_fDelay << " Minuten"<< std::endl;
}

// Train.cpp

// gibt Änderung der Verspätung zurück und Verändert `delay` (aber delay >= 0)

/* Annahmen / Funktion
bei Haltestelle: 2 Minuten Zeit. 
    Pro einsteigender Passagier: 10 Sekunden
    Pro aussteigender Passagier: 5 Sekunden
    nicht parallel
alles >2 Minuten: neue Verspätung
*/


float Train::fStation(int passengersIn, int passengersOut)
{    
    // mehr Passagiere als Aussteigende? -> fehlerhafte Einhabe -> mache nichts
    if (p_iPassengerCounter < passengersOut)
    {
        std::cout << "Es koennen nicht mehr Personen aussteigen als sich im Zug befinden" << std::endl;
        return 0;
    }
    
    p_iPassengerCounter = p_iPassengerCounter + passengersIn - passengersOut;
    
    
    // Rechnung in Sekunden, Umrechnung in Minuten spaeter    
    float secondsChange = 120 - passengersIn * 10 - passengersOut * 5;
    p_fDelay = (p_fDelay - secondsChange < 0) ? 0 : (p_fDelay - secondsChange)/60;
    
    return secondsChange/60;
}

// main.cpp
Train aTrain = Train();
Train bTrain = Train(20);

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'aTrain':" << std::endl;
aTrain.vPrintProperties();

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'bTrain':" << std::endl;
bTrain.vPrintProperties();

// ---


bTrain.fStation(15, 10);
std::cout << std::endl << "\n\n\nEigenschaften 'bTrain' nach 1. Halt:" << std::endl;
bTrain.vPrintProperties();

bTrain.fStation(3, 12);
std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'bTrain' nach 2. Halt:" << std::endl;
bTrain.vPrintProperties();

Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors

Eigenschaften 'aTrain':
Anzahl Passagiere: 0
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Eigenschaften 'bTrain':
Anzahl Passagiere: 20
momentane Verspaetung: 0 Minuten




Eigenschaften 'bTrain' nach 1. Halt:
Anzahl Passagiere: 25
momentane Verspaetung: 1.33333 Minuten

Eigenschaften 'bTrain' nach 2. Halt:
Anzahl Passagiere: 16
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Lösung zu Teil 4

zur Aufgabenstellung

#include <iostream>

// Train.h
class Train
{
    private:
    
        int p_iPassengerCounter = 0;
        float p_fDelay = 0;
    
        static inline int p_iIDCounter = 0;
        const int p_iID = p_iIDCounter++;
    public:
        Train() = default;
        Train(int passengers);
        virtual ~Train() = default;
        
        void vPrintProperties() const;
        float fStation(int passengersIn, int passengersOut);
}

// Train.cpp
Train::Train(int passengers) : p_iPassengerCounter(passengers)
{
    std::cout << "Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors" << std::endl;
}

// Train.cpp
void Train::vPrintProperties() const
{
    std::cout << "ID: " << p_iID << std::endl;
    
    std::cout << "Anzahl Passagiere: " << p_iPassengerCounter << std::endl;
    std::cout << "momentane Verspaetung: " << p_fDelay << " Minuten"<< std::endl;
}

// Train.cpp

// gibt Änderung der Verspätung zurück und Verändert `delay` (aber delay >= 0)

/* Annahmen / Funktion
bei Haltestelle: 2 Minuten Zeit. 
    Pro einsteigender Passagier: 10 Sekunden
    Pro aussteigender Passagier: 5 Sekunden
    nicht parallel
alles >2 Minuten: neue Verspätung
*/


float Train::fStation(int passengersIn, int passengersOut)
{    
    // mehr Passagiere als Aussteigende? -> fehlerhafte Einhabe -> mache nichts
    if (p_iPassengerCounter < passengersOut)
    {
        std::cout << "Es koennen nicht mehr Personen aussteigen als sich im Zug befinden" << std::endl;
        return 0;
    }
    
    p_iPassengerCounter = p_iPassengerCounter + passengersIn - passengersOut;
    
    
    // Rechnung in Sekunden, Umrechnung in Minuten spaeter    
    float secondsChange = 120 - passengersIn * 10 - passengersOut * 5;
    p_fDelay = (p_fDelay - secondsChange < 0) ? 0 : (p_fDelay - secondsChange)/60;
    
    return secondsChange/60;
}

// main.cpp

Train aTrain = Train();
Train bTrain = Train(20);
Train cTrain = Train(52);
Train dTrain = Train(5);

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'aTrain':" << std::endl;
aTrain.vPrintProperties();

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'bTrain':" << std::endl;
bTrain.vPrintProperties();

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'cTrain':" << std::endl;
cTrain.vPrintProperties();

std::cout << std::endl << "Eigenschaften 'dTrain':" << std::endl;
dTrain.vPrintProperties();

Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors
Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors
Aufruf des Nicht-Standardkonstruktors

Eigenschaften 'aTrain':
ID: 0
Anzahl Passagiere: 0
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Eigenschaften 'bTrain':
ID: 1
Anzahl Passagiere: 20
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Eigenschaften 'cTrain':
ID: 2
Anzahl Passagiere: 52
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Eigenschaften 'dTrain':
ID: 3
Anzahl Passagiere: 5
momentane Verspaetung: 0 Minuten

Verständnisfragen

1. Die folgende Zeile produziert eine Fehlermeldung:

Train thisIsATrain = Train();

std::cout << thisIsATrain.p_iPassengerCounter << std::endl;

input_line_34:3:27: error: 'p_iPassengerCounter' is a private member of '__cling_N514::Train'
std::cout << thisIsATrain.p_iPassengerCounter << std::endl;
                          ^
input_line_29:6:13: note: declared private here
        int p_iPassengerCounter = 0;
            ^

Interpreter Error:

Was müsste im Code der Klasse geändert werden, um diese Fehlermeldung zu verhindern? Verändern Sie die entsprechende Stelle und beobachten Sie was mit der Fehlermeldung passiert.
Grundsätzlich vermeidet man es, Instanzvariablen zu lesen oder zu bearbeiten, wie es in diesem Beispiel versucht wird. Falls eine Membervariable von außen gelesen/bearbeitet werden soll, wie soll dies geschehen?

2. Führen Sie den letzen Block aus der Musterlösung mehrmals hintereinander aus, ohne den Kernel neu zu starten. Was können Sie beoachten? Wieso?

Lösungen zu den Verständnisfragen

1.

In Train müsste p_iPassengerCounter unter public stehen. Da man versucht, dem Anwender einer Klasse die Details der Implementierung zu verbergen, ist es nicht hilfreich, alle Member public, also von außen zugänglich zu machen.
Es sollte für jede von außen zu lesende/bearbeitende Variable ein Getter/Setter programmiert werden.

2. Lokale Variablen (hier: aTrain, bTrain, ....) werden bei jeder Ausführung überschrieben und neu erzeugt, 'p_idCounter' wird nicht zurückgesetzt -> 'p_ID' steigt