D R A F T

Fundamentals of

C++

Programming

DRAFT

Richard L. Halterman

School of Computing Southern Adventist University

February 26, 2015

Copyright ? 2008?2015 Richard L. Halterman. All rights reserved.

i

Contents

1 The Context of Software Development

1

1.1 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Learning Programming with C++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Writing a C++ Program

7

2.1 General Structure of a Simple C++ Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 Editing, Compiling, and Running the Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 Variations of our simple program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 Template for simple C++ programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Values and Variables

15

3.1 Integer Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Variables and Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Identifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.4 Additional Integer Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5 Floating-point Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.6 Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.7 Other Numeric Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.8 Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.9 Enumerated Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.10 Type Inference with auto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

?2015 Richard L. Halterman

Draft date: February 26, 2015

CONTENTS

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3.11 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4 Expressions and Arithmetic

37

4.1 Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.2 Mixed Type Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.3 Operator Precedence and Associativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.4 Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.5 Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.6 Errors and Warnings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.6.1 Compile-time Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.6.2 Run-time Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.6.3 Logic Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.6.4 Compiler Warnings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.7 Arithmetic Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.8 Integers vs. Floating-point Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.8.1 Integer Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.8.2 Floating-point Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.9 More Arithmetic Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.10 Bitwise Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.11 Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.12 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5 Conditional Execution

89

5.1 Type bool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.2 Boolean Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

5.3 The Simple if Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.4 Compound Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.5 The if/else Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5.6 Compound Boolean Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.7 Nested Conditionals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.8 Multi-way if/else Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.9 Errors in Conditional Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

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CONTENTS

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5.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6 Iteration

127

6.1 The while Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.2 Nested Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.3 Abnormal Loop Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

6.3.1 The break statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

6.3.2 The goto Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.3.3 The continue Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.4 Infinite Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.5 Iteration Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

6.5.1 Drawing a Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

6.5.2 Printing Prime Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

6.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

6.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

7 Other Conditional and Iterative Statements

165

7.1 The switch Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

7.2 The Conditional Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

7.3 The do/while Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

7.4 The for Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

7.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

7.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

8 Using Functions

185

8.1 Introduction to Using Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

8.2 Standard Math Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

8.3 Maximum and Minimum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

8.4 clock Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

8.5 Character Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

8.6 Random Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

8.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

8.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

9 Writing Functions

207

9.1 Function Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

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