Bölüm 1. Bilgisayarlar ve C++ Programlama. Doç.Dr. Yıldıray Yalman. Kaynak: Problem Solving with C++, Walter Savitch Slide 1

Transkript

1 Bölüm 1 Bilgisayarlar ve C++ Programlama Doç.Dr. Yıldıray Yalman Kaynak: Problem Solving with C++, Walter Savitch Slide 1

2 Sunu Bölümleri Bilgisayar Sistemleri (1.1) Programlama ve Problem Çözme (1.2) C++ Temelleri (1.3) Test Etme ve Hata Ayıklama (1.4) Slide 2

3 Bilgisayar Sistemleri Bir bilgisayar programı Bilgisayarın takip edeceği komutlar kümesi olarak tanımlanabilir Bilgisayar yazılımı (software) ise Bölüm 1.1 Bilgisayar tarafından kullanılan programlar kümesi olarak adlandırılabilir ve bünyesinde birimleri (editör, çevirici, sistem yöneticisi) barındırır. Slide 3

4 Donanım Temel olarak 3 tip bilgisayar vardır. Kişisel Bilgisayarlar (PC: Personal Computer) Genellikle aynı anda tek kullanıcıya hizmet veren bilgisayar tipidir. İş istasyonu (Workstation) PC lerden daha büyük ve işlem gücü daha yüksektir Sunucu-Anamakine (Mainframe) Daha büyük Destek personeline ihtiyaç duyar Çok kullanıcı tarafından paylaşılabilir. Slide 4

5 Ağlar (Networks) Bilgisayarların kaynaklarını birbirleriyle paylaştıkları yapılardır. Yazıcılar ya da diğer donanım birimleri, Var olan bilgiler, vb. gibi. Slide 5

6 Bilgisayar Mimarisi 5 ana bileşen mevcuttur. Giriş aygıtları (Input devices) Kullanıcıların bilgisayar ile iletişim kurmasını sağlarlar Çıkış aygıtları (Output devices) Bilgisayarın kullanıcı ile iletişim kurmasını sağlarlar. İşlemci (Processor (CPU)) Bilgisayarın aktif görevlerini icra eder Ana bellek/hafıza (Main memory) Aktif olarak çalışan programların yürütüldüğü hafıza birimidir Yardımcı bellek (Secondary memory) Bilgilerin depolandığı birimdir. Şekil 1.1 Slide 6

7 Bilgisayar Hafızası Ana Hafıza (Main Memory) Hafıza bileşenlerinin tamamında 0 ve 1 bilgisi bulunur. Programın çalışması esnasında bu bilgiler değişebilir. Binary Digit veya Bit 0 veya 1 Byte = 8 bit Her bir hafıza birimi 8 bitten oluşur. Adres Her bir byte ın hafızadaki konumunu ifade eder. Slide 7

8 Veri miktarı büyürse? Birçok veri bir byte tan daha büyüktür. Örneğin çoğu tamsayı ya da reel sayılar 1 byte ile ifade edilemezler. Bir verinin adresi ilgili verinin ilk byte bilgisinin olduğu bellek bölgesine işaret eder. Ardışık bellek bölgelerinde veriye ilişkin diğer bilgiler tutulur. Display 1.2 Slide 8

9 Veri veya Kod? A karakterinin ikili karşılığı: sayısının ikili karşılığı : Herhangi bir komutun ikili karşılığı da olabilir. Soru: Bu durumda bilgisayar ifadesinin hangi anlamda kullanıldığını nasıl bilecek? Bu noktada ilgili verinin yorumlanması, mevcut durumda işletilen komuta bağlıdır. Programcılar nadiren de olsa bu problem hakkında endişelenirler. Sanki hafızada 1 ve 0 yerine karakterler tutuluyormuş hissine kapılırlar Slide 9

10 Secondary Memory Ana hafıza programın çalışması esnasında veri ve komutları bünyesinde barındırırken, Yardımcı hafıza birimi Bilgisayarın oturumları arasında komut ve verilerin depolanmasını sağlar. Veri veya komutlar yardımcı hafıza birimlerinde Dosya şeklinde depolanırlar. Slide 10

11 Yardımcı Hafıza Birimleri Bir bilgisayarda aşağıdaki yardımcı hafıza birimleri bulunabilir. Hard disk Bilgisayar kasasına sabitlenmiştir, normal şartlarda taşınabilir değildir. Diğer yardımcı hafıza birimlerine kıyasla hızlı olarak nitelenebilir, Taşınabilir bellekler (Flash Disc) Örnek bir hız karşılaştırması yanda görülmektedir. Kolaylıkla taşınabilir Compact disk (CD) Harddisklerden yavaştır Kolaylıkla taşınabilir Bellek (Usb 2.0) Bellek Kapasitesi: 8 GB Yazma Hızı: 4 MB/s Okuma Hızı: 19 MB/s Harddisk (Usb 2.0) Dönüş hızı: 7200 rpm Yazma Hızı: 27,4 MB/s Okuma Hızı: 33,1 MB/s Sadece yazılabilir ya da okunup yazılabilir versiyonları mevcuttur. Slide 11

12 Hafıza Erişimi Rastgele Erişim (Random Access) Genellikle RAM olarak adlandırılır. Bilgisayar herhangi bir RAM hafıza bölgesine direk olarak erişebilir. Sıralı Erişim (Sequential Access) İlgili veri bulunana kadar ardışık şekilde bellek bölgelerinin kontrol edilmesi Yardımcı belleklerde sıklıkla bu yaklaşım kullanılır. Slide 12

13 İşlemci Merkezi İşlem Birimi ya da CPU, tipik olarak Program komutlarını takip eder Bir işlemcinin tipik yetenekleri ekleme/toplama (add) çıkartma (subtract) çarpma (multiply) bölme (divide) bir veriyi bir noktadan başka bir noktaya taşıma olarak sıralanabilir. Slide 13

14 Bilgisayar Yazılımı İşletim Sistemi (Operating System) Bilgisayar ile iletişim kurulmasına olanak sağlar. Bir programdır. Bilgisayar kaynaklarını yönetir Diğer programların çalıştırılması için kullanıcının ihtiyaçlarını karşılar. Yaygın şekilde kullanılan işletim sistemleri: UNIX Linux DOS Windows Macintosh VMS Slide 14

15 Giriş İşlemi Bir bilgisayar için giriş işlemi Bir program ya da kimi verilerden, oluşur. Şekil 1.3 Slide 15

16 Yüksek Seviyeli Diller Yaygın şekilde kullanılan programlama dilleri C C++ C# Java Pascal Visual Basic FORTRAN COBOL Lisp Phyton Bahsi geçen high level diller Klasik konuşma dillerine benzerler, Kolay şekilde okunup-yazılacak şekilde organize edilmişlerdir, Mikroişlemcinin yapabileceği komutlardan çok daha karmaşıktırlar, Ancak bir programın çalıştırılabilmesi (execution) için, 1 ve 0 lara dönüştürülmesi gerekir. Slide 16

17 Düşük Seviyeli Diller Örneğin bir assembly dili komutu ADD X Y Z şeklinde ifade edilir. Ve bellekte bulunan X ile Y yi toplayıp, sonucu Z lokasyonuna yazar. Assembly dili de diğer diller gibi makine diline (machine language) yani 0 ve 1 lere çevrilmelidir Bir işlemci sadece makine dilini icra edebilir. O halde yüksek seviyeli programlama dilleri ile yazılan komutlar makine diline nasıl çevrilecek? Slide 17

18 Derleyiciler (Compilers) Yüksek seviyeli diller ile yazılan program kodlarını makine diline çevirirler. Kaynak Kod (Source code) Yüksek seviyeli dilde yazılmış olan program kodu. Nesne Kodu (Object code) Program kodunun makine diline çevrilmiş versiyonu. Şekil 1.4 Slide 18

19 Bağlayıcılar (Linkers) Kullanılan kimi programlar zaten derlenmiş olabilir. İlgili programların nesne kodu kullanımımıza açık olabilir Örneğin: Giriş ve çıkış rutinleri Bir bağlayıcı (Linker) Yazılan programlar için nesne kodu ve Önceden derlenmiş rutinlerin nesne kodunu CPU nun çalıştırabileceği makine dili programı içerisinde birleştirir. Şekil 1.5 Slide 19

20 Tarihten Birkaç Not İlk programlanabilen bilgisayar fikri Charles Babbage ( ) tarafından tasarlanmıştır. Bu konu üzerinde 1822 yılında çalışmaya başlamıştır. Ancak çalışmalarının sonuçlarını görmeye ömrü yetmemiştir. İlk programcı Ada Augusta ( ) Countess of Lovelace Makine tarafından işlenmek üzere yazılan ilk algoritmayı geliştirmiştir (1842). Slide 20

21 Bölüm 1.1 Sonunda Aşağıdaki istenenleri cevaplayabilir misiniz? Bir bilgisayarın ana bileşenlerini sayınız. 2 sayının toplanmasını sağlayacak bir programda veri hangileridir? Bir derleyicinin işlevini açıklayınız. Kaynak kod ve nesne kodunu tanımlayınız. Bir işletim sisteminin amacı nedir? Slide 21

22 Programlama ve Problem Çözme Algoritma (Algorithm) Çözüme yönelik talimatlar dizisi olarak tanımlanır. Program Bölüm 1.2 Bir bilgisayarın anlayabileceği dilde ifade edilmiş Algoritmadır. Şekil 1.6 Slide 22

23 Program Tasarımı Programlama üretkenlik gerektiren bir süreçtir Bir programı oluşturmak için komple bir kural seti yoktur. Program Tasarım Süreci Problem Çözme Fazı Problemi çözen bir algoritma oluşturulur. Uygulama Fazı Geliştirilen algoritma bir programlama dilinde yazılır. Slide 23

24 Problem Çözme Fazı Yapılacak görev konusunda net olun Giriş nedir? Çıkışta hangi bilgi verilecek? Çıkış nasıl organize edilecek? Uygulamadan önce algoritmayı geliştirin. Bu deneyim programınızın çalışmasında size zaman kazandıracaktır. Algoritmanızın doğruluğunu kontrol edin. Slide 24

25 Uygulama Fazı Algoritmanızı kullanacağınız programlama diline çevirin. İlgili programlama dilini biliyorsanız bu aşama çok kolaydır. Oluşturduğunuz Kaynak kodu derleyin. Yazdığınız programdaki hataları bulun ve düzeltin Örnek bir uygulama yaparak programınızı deneyin. Elde ettiğiniz sonuçların doğruluğunu kontrol edin. Sonuçlar algoritma ve programınızda bir takım düzeltmeler yapmanızı gerektirebilir. Şekil 1.7 Slide 25

26 Nesneye Yönelik Programlama Object Oriented Programming NYP ya da OOP olarak kısaltılır. Modern programlama dillerinin çoğunda kullanılır. Program birbiri ile ilişkili nesneler olarak ele alınır Her nesne (object) kendisine ilişkin özellikleri barındıran algoritmaları içerir Program tasarım fazı nesneleri ve onlara ait algoritmaları tasarlamayı da içerir Slide 26

27 OOP Karakteristikleri Kapsülleme/Gizleme (Encapsulation) Bilgi Gizleme (Information hiding) Nesneler kendi veri algoritmalarını kendi bünyelerinde barındırırlar Kalıtım (Inheritance) Yeniden kullanılabilen kodların yazılmazına imkan tanınır Nesneler kendi karakteristik özelliklerini diğer nesnelere kalıtımsal olarak aktarabilirler Çokbiçimlilik (Polymorphism) Örneğin bir fonksiyon ismi ile birden fazla işleve sahip adım gerçekleştirilebilir. Slide 27

28 Yazılım Yaşam Döngüsü 1. Bir görevin analizi ve özellikleri (problem tanımı) 2. Yazılımın tasarımı (Nesne ve algoritma tasarımı 3. Uygulama (Kodlama) 4. Sistemin bakım ve onarımı 5. Yazılımın eskimesi (yeni versiyona ihtiyaç) Slide 28

29 Bölüm 1.2 Sonunda Aşağıdakileri cevaplayabilir misiniz? Bir program oluşturulurken atılması gereken ilk adım nedir? Program tasarım sürecinin 2 önemli aşamasını/fazını listeleyiniz. Problem çözme fazının önemini açıklayınız. Yazılım yaşam döngüsü adımlarını sıralıyınız. Slide 29

30 C++ Temelleri Bölüm 1.3 C++ ifadesi nereden gelmiştir? Bu dil C dilinin geliştirilmesi ile ortaya çıkmıştır C dili ise B dilinin geliştirilmesi ile ortaya çıkmıştır B dili de BCPL adı verilen dilin geliştirilmesi ile ortaya çıkmıştır Neden ++? ++ ifadesi C++ dilinde kullanılan bir operatördür. Slide 30

31 C++ Tarihçesi C dili Dennis Ritchie tarafından 1970 lerde AT&T Bell Lab. da geliştirilmiştir. UNIX sistemlerde kullanılmıştır Çoğu ticari uygulama C dilinde yazılmıştır C++ ise Bjarne Stroustrup tarafından at AT&T Bell Lab. da 1980 lerde geliştirilmiştir. C özellikleri geliştirilmiştir. OOP temelli bir dildir. C dili, C++ dilinin bir alt kümesidir denilebilir. Slide 31

32 Örnek bir C++ Programı Basit bir C++ programı aşağıdaki şekilde başlar: #include <iostream> using namespace std; int main() { Ve şu şekilde sonlanır. } return 0; Şekil 1.8 Slide 32

33 Kod açıklaması (1/5) Değişken tanımlama satırı int oyuncak_sayisi, parca, toplam_parca; İlgili 3 değişken ismi 3 adet sayıyı bünyesinde barındıracaktır int ifadesi ilgili değişkenlerin tamsayı olacağına işaret eder. Slide 33

34 Komut: Kod açıklaması (2/5) cout << "Kac adet oyuncak var?:"; cout (see-out) ekranın kullanılacağını ifade eder. << ifadesi tırnak işareti arasında yazılan Kac adet oyuncak var?: ifadesinin ekrana yazılmasını gerçekleştirir Slide 34

35 Komut Explanation of code (3/5) cin >> oyuncak_sayisi; cin (see-in) klavyeden bir bilgi girişi alınmasını sağlar >> klavyeden girilen bilgiyi alır ve enter tuşuna basılması beklenir. Slide 35

36 Kod açıklaması (4/5) Komut toplam_parca=oyuncak_sayisi*parca; Bir hesaplama işlemi gerçekleştirir * çarpma işlemi için kullanılır. = ifadesi sağda yapılan işlemin sonucunun soldaki değişkene aktarılmasın sağlar. Slide 36

37 Kod açıklaması (5/5) Komut cout << oyuncak_sayisi; Ekrana oyuncak_sayisi isimli değişkenin içerisinde yer alan değerin yazılmasını sağlar. Komut cout << " adet parcadan olusuyorsa,\n toplam "; \n bulunduğu yerden itibaren enter işlemi yapılıp yeni satırdan başlayarak ekrana yazı yazılması sağlanır. Slide 37

38 Program Düzeni (1/3) Derleyiciler nasıl bir görünümde program yazdığınıza bakmaksızın kodları derlerler. Ancak programcılar yazdıkları programların kolay anlaşılır olması için Küme parantezlerini: { } alt alta gelecek şekilde organize ederler. İfadelerde/komutlarda mutlaka girintiler (indent) kullanırlar. Bir satırda sadece bir komut yazarlar. Şekil 1.9 Slide 38

39 Program Düzeni (2/3) Değişkenler, kullanılmadan önce tanımlanmalıdır. Tipik olarak değişkenler programın başında tanımlanırlar. Programda yazılan her bir ifade-komut semi-colon (;) ile bitirilir. Kütüphaneler programa dahil edilir. #include <iostream> Bu ifade programda kullanılacak kimi komutlar hakkındaki bilgilerin ilgili kütüphanede olduğunu ifade eder. Örneğin iostream, cin ve cout gibi temel giriş-çıkış komutlarını bünyesinde barındırır. Slide 39

40 Program Düzeni (3/3) using namespace std; İfadesi, derleyicinin iostream içerisindeki komutları standard şekilde kullanabilme imkanı tanır. Bir programa başlayabilmek için mutlaka bir ana fonksiyona ihtiyaç vardır. int main() { Aynı zamanda bu ana fonksiyonun bir de bitiş noktası olmalıdır. return 0; } Main fonksiyon return ifadesi ile sonlandırılır. Slide 40

41 Bir C++ Programını derleme 1. C++ kaynak kodu bir metin editöründe yazılır. 2. Sisteminizde kurulu olan Derleyici, yazmış olduğunuz kaynak kodunu sizin talimatınızla nesne koduna çevirir. 3. Bağlayıcı tüm nesne kodlarını doğrudan çalıştırılabilen bir program dosyasında birleştirir. Slide 41

42 Bir programı çalıştırma Şekil 1.10 da görülen kodu yazalım Kodu derleyin Eğer hata yaptıysanız derleyici sizi uyaracaktır. Uyarıları dikkate alarak düzeltmeleri yapın ve tekrar derleyin. Programı çalıştırın Şekil 1.10 Tebrikler! Artık yazdığınız bir programı nasıl çalıştıracağınızı biliyorsunuz Slide 42

43 Bölüm 1.3 Sonunda Aşağıdakilere cevap verebilir misiniz? Aşağıdaki komutun sonucunda nasıl bir çıktı elde ederiz? cout << C++ anlaşılması kolay bir dildir. ; Aşağıdaki komutun ne yaptığını açıklayınız. cin >> oyuncak_sayisi; Yandaki ifadeyi açıklayın. #include <iostream> Slide 43

44 Test ve Debug İşlemi Bug (Böcek) Bir programda yapılan hatadır Debugging (Hata ayıklama) Programlardaki hataların ayıklanması işlemidir Bu terim ilk defa Harvard Mark 1 computer bilgisayarında oluşan bir hata durumunda Grace Hopper tarafından kullanılmıştır First actual case of a bug being found. Bölüm 1.4 Slide 44

45 Program Hataları Sözdizimi hatası (Syntax errors) Kullanılan programlama dilinde yapılan gramer hatalarıdır Derleyici tarafından kolaylıkla tespit edilirler Dikkat: Bu tip hatalar derleyici tarafından bulunmakla birlikte, ilgili hatanın nerede olduğu her zaman net şekilde gösterilmeyebilir. Çalışma Zamanı hatası (Run-time errors) Bilgisayar tarafından programın çalışması esnasında tespit edilir (Bu tip hatalardan korkmalısınız!). Mantık hataları (Logic errors) Programın algoritmasındaki hatalardır. Anlaşılması/tespiti en zor hatalardır Bilgisayar bu tip hataları tespit edemez (İş başa düşer!...) Slide 45

46 Bölüm 1-4 Sonunda Aşağıdakilere cevap verebilir misiniz? Program hatalarını açıklayınız? Bilgisayar hangi tür program hatalarını tespit eder? Örneğin programınızda kullandığınız bir komutun sonuna ; ifadesini koymadığınız durumda, nasıl bir hata oluşur? Program sorunsuz şekilde çalıştığında fakat ürettiği sonuçlar yanlış olduğunda, ne tür bir hatadan söz edebiliriz? Slide 46

47 Bölüm 1 Bitti Slide 47

48 Şekil 1.1 Geri İleri Slide 48

49 Şekil1.2 Geri İleri Slide 49

50 Şekil 1.3 Geri İleri Slide 50

51 Şekil 1.4 Geri İleri Slide 51

52 Şekil 1.5 Geri İleri Slide 52

53 Şekil 1.6 Geri İleri Bir Algoritma Örneği: Bir isim listesinde aranan bir ismin kaç kere tekrar ettiğini bulan algoritma 1. Başla 2. İsim listesini aç 3. Aranan ismi kullanıcıdan al 4. Bir sayıcı tanımla ve 0 a eşitle 5. Listedeki isimleri sırasıyla tara. Sıradaki isim aranan isim ise Sayıcıyı 1 arttır. 6. Sayıcının son durumunu ekrana yaz. 7. Dur Slide 53

54 Şekil 1.7 Geri İleri Slide 54

55 Şekil 1.8 Geri İleri Slide 55

56 Şekil 1.9 Geri İleri Slide 56

57 Şekil 1.10 Geri İleri Ekran Görünümü: Deneme 1,2,3 Slide 57