Programowanie obiektoweIII rok EiT

dr inż. Jerzy KotowskiWykład VIII

Program wykładu

• Źródła podejścia obiektowego • Podstawy metody PRINCE -PRojects In Controlled

Environment• Podstawy metody LFA -Logical Framework Approach,

składanie wniosków o grant

• Język C++ - gadżety języka, polimorfizm, klasy, dziedziczenie – Gadżety języka C++ c.d., klasy

• Przykład problemu• Podstawy języka JAVA

•Klasówka

Literatura

• C++ for C programmers, Ira Pohl, The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.

• Symfonia C++, Jerzy Grębosz, Oficyna Kallimach, Kraków 1999

Operatory new i delete Visual Studio: test0.sln

• new - operator jednoargumentowy. Bardziej użyteczny od malloc i calloc. Operator służy do sterowania pamięcią o nazwie free store.

• Do niszczenia obiektów założonych przy pomocy operatora new służy operator delete. Przy pomocy operatora delete można zniszczyć wyłącznie obiekt założony przy pomocy operatora new.

• Oznacza to w szczególności, że twór założony przy pomocy funkcji malloc musi być niszczony przy pomocy funkcji free.

• Składnia operatora new:new type-namenew type-name initializer

• W każdym z powyższych przypadków operator new rezerwuje odpowiednią ilość pamięci i zwraca adres typu void* do zarezerwowanego obszaru.

• Składnia operatora delete:delete expressiondelete [] expression

• Operator delete nic nie zwraca, w takim znaczeniu, że zwraca void. • Przykład: dynamiczna alokacja tablicy dwuwymiarowej.• Program tablica1.cpp

Fragment programu

void main(void) // Dynamiczna alokacja tablicy dwuwymiarowej{

int** data;int sz1,sz2;cout << "\nEnter two sizes: ";cin >> sz1 >> sz2; // Oddzielamy Enterem lub dowolną liczbą spacjidata=new int* [sz1];// alokacja tablicy wskaźników do liczb intfor(int i=0;i<sz1;i++)

data[i]=new int[sz2];cout << "\nEnter " << sz1 << " by " << sz2 << " ints:\n";int j; // Kompilator nie pozwolił na deklarację w wewnętrznej pętlifor(i=0;i<sz1;i++)

for(j=0;j<sz2;j++)cin >> data[i][j];

cout << "\nResult:\n\n";for(i=0;i<sz1;cout << "\n",i++)

for(j=0;j<sz2;j++)cout << data[i][j] << "\t";

getch();}

Ciekawe punkty programu tablica1.cpp• Przy wprowadzaniu grupy danych za pomocą operatora cin

kolejne pozycje oddzielamy dowolną liczbą spacji lub klawiszem Enter.

• Adres data ustawiamy na wartość zwracaną przez operator new: data=new int* [sz1]; - rozmiar zajętego obszaru jest zatem zależny od modelu pamięci i jest równy sz1* rozmiar_jednego wskaźnika.

• Operator new można oczywiście wykorzystywać w składni: int *i; i = new int;

• Wszystkie elementy tablicy data (czyli wskaźniki) ustawiamy na wskazania do obszarów, w których zapamiętywane będą kolejne wiersze tablicy: data[i]=new int[sz2];

• Wykorzystanie jak przy klasycznej tablicy: cin >> data[i][j];cout << data[i][j];data[1][2]=3;

• Operator przecinkowy: for(i=0;i<sz1;cout << "\n",i++)

Unie anonimowe ..\..\Visual Studio Projects\test0\test0.sln

• Unia anonimowa to taka, która jest deklarowana bez etykiety (tag name).

• C++ pozwala na bezpośredni dostęp do składowych takiej unii. W związku z tym nazwy pól powinny różnić się od nazw innych zmiennych znajdujących się w tym samym horyzoncie zdarzeń (obszarze ważności nazwy).

• Program unia anonimowa.cpp

static union {int i;char c[8];double w;

};//kompilator domagal sie typu static

void main(void){

w=3.14;cout << " i: " << i << endl;i=49;cout << "c[0]: " << c[0] << endl;i++;cout << "c[0]: " << c[0] << endl;getch();

}

Klasy - wprowadzenie

• W języku C++ struktura może mieć funkcje składowe == metody składowe == member functions. Struktura może mieć również pola opisane jako private. Konsekewncją jest koncepcja klasy - class, która jest strukturą z domniemaną widzialnością private.

• Modyfikatory widzialności (dostępu):publicprivateprotected

• Private parts są ukryte przed client code. • Podejście projektowe oparte na idei OOP sprowadza się do

projektowania odpowiednich ADT (Abstract Data Type). • Dobrze zaprojektowany ADT oddaje nie tylko kluczowe własności

modelowanego procesu ale może być często z powodzeniem stosowany w innym kodzie źródłowym.

• Struktura (klasa) ma komponenty o nazwie members. • Etykieta struktury jest typem (nazwą typu obiektowego).• Structure member operator daje dostęp do poszczególnych

składników struktury. Składnia: structure_variable.member_name • member_name musi być unikalne w obrębie danej struktury. Nazwy

pól różnych struktur mogą być identyczne.

Zakres ważności nazwy obiektu a jego czas życia• Czas życia obiektu to okres od momentu gdy zostanie mu

przydzielone miejsce w pamięci (definicja, C++) do momentu, gdy to miejsce zostaje zwolnione.

• Zakres ważności nazwy obiektu to ta część programu, w której ta nazwa znana jest kompilatorowi.

• Przykład: void Ala(void){

static float x; …}

• Zakresy ważności:– Lokalny – świadomie ograniczamy go do kilku linijek programu (blok,

wnętrze definicji funkcji).– Blok funkcji – zakres ważności ograniczony do bloku funkcji ma

etykieta.– Obszar pliku – jeżeli program składa się z kilku plików i w jednym z

nich, na zewnątrz jakiegokolwiek bloku (także bloku funkcji) zadeklarujemy jakąś nazwę, to mówimy wówczas, że taka nazwa jest globalna. Ma ona zakres ważności pliku i jest znana od miejsca, gdzie znalazła się deklaracja do końca pliku. Nazwa globalna nie jest automatycznie znana w innych plikach.

– Obszar klasy – nazwa użyta do zadeklarowania jakiejś składowej klasy jest znana przez wszystkie inne składowe tej klasy.

Stack - stos

• Idea przykładu: przekształcamy definicję stosu z postaci strukturalnej na postać obiektową.

• Stos jest jedną z bardziej użytecznych struktur danych. • Stos jest strukturą, która pozwala na składowanie i kasowanie tylko

jednego elementu znajdującego się na szczycie stosu. • System obsługi stosu nosi nazwę LIFO. • Typowe operacje, które można dokonywać na stosie to push, pop,

top, empty oraz full:– Operator push składa wartość na stosie – Operator pop pobiera wartość ze stosu– Operator top zwraca wartość znajdującą się na szczycie stosu– Operator empty sprawdza czy stos jest pusty– Operator full sprawdza, czy stos jest pełny.

• Stos jest typowym ADT.• W postaci strukturalnej stos jest organizowany na obszarze pamięci

o sztywnym rozmiarze. Szczyt stosu wskazuje składnik (member) o nazwie top. Poszczególne operacje dokonywane na stosie są w programie źródłowym zdefiniowane jako funkcje, których jednym z argumentów jest wskaźnik do obiektu typu stack.

Stos - wersja strukturalna

• Struktura stack ma dwa pola typu public. Pole s ma rozmiar max_len deklarowany jako const int.

• Na początku programu jest również deklarowany nowy typ Boolean przy pomocy słowa kluczowego enum. Stała False jest inicjalizowana na 0 a stała True na 1.

• Funkcja reset jest wykorzystywana do inicjalizacji. Ustawia wskaźnik stosu na 0. Argumentem funkcji jest adres do struktury typu stack.

• Funkcja push ma dwa argumenty: co oraz gdzie. Zakłada się, że stos nie jest pełny. Wpierw zwiększamy wskaźnik stosu. Następnie podstawiamy pod ten adres pierwszy argument funkcji.

• W funkcji pop jest zmniejszenie wskaźnika stosu po pobraniu wartości.

const int max_len=1000;enum Boolean {False,True};

struct stack{ char s[max_len]; int top;};void reset(stack* stk){ stk->top=0;}void push(char c,stack* stk){ stk->top++; stk->s[stk->top]=c;}char pop(stack* stk){ return(stk->s[stk->top--]);}

Stos - wersja strukturalna, c.d.

• W funkcji top nie ma zmniejszenia wskaźnika stosu po pobraniu wartości.

• Funkcje empty oraz full zwracają wartość typu Boolean. Arrgumentami są adresy do obiektu typu stack.

char top(stack* stk){ return(stk->s[stk->top]);}Boolean empty(stack* stk){ return((Boolean)(stk->top==0)); }//dodano rzutowanie na typ BooleanBoolean full(stack* stk){ return((Boolean)(stk->top==max_len-1));}// dodano rzutowanie na typ Boolean

Stos - client code..\..\Visual Studio Projects\test0\test0.sln

• W segmencie main tekst str jest zrzucany na stos s a następnie ściągany ze stosu i drukowany na ekranie. Drukowanie w odwrotnej kolejności.

• Obie pętle wykorzystują konstrukcję while.• Wszystkie funkcje do obsługi stosu wywoływane w segmencie main

jako jeden ze swoich argumentów adres do stosu &s • Program stos strukturalny.cpp.

void main(void){

stack s;static char str[40]="Elektronika i Telekomunikacja";int i=0;cout << str << endl;reset(&s);while((str[i])&&(!full(&s)))

push(str[i++],&s);while(!empty(&s))

cout << pop(&s);cout << endl;getch();

}

Stos – wersja obiektowa, opis

• W wersji obiektowej funkcje do obsługi stosu stają się funkcjami składowymi klasy.

• Member functions są traktowane jako składowe struktury (klasy).

• Dostęp do nich jest identyczny jak do wszystkich innych składowych.

• Do dotychczasowych funkcji do obsługi stosu zostanie dodanych kilka nowych.

• Przy okazji zostanie zaprezentowany i wykorzystany mechanizm przeciążania funkcji.

• Pewne funkcje będą definiowane jako inline, definicje innych znajdą się poza klasą a w samej definicji klasy znajdą się wyłącznie ich deklaracje prototypowe.

Stos - wersja obiektowa

• Member functions mają bezpośredni dostęp przez member_name do wszystkich składowych swojej klasy - nawet do składowych ukrytych.

• Funkcja składowa top zmieniła nazwę na top_of aby nie było konfliktu nazw (pole top).

• Nazwy pop i top są przeciążone.

const int max_len=1000;enum Boolean {False,True};

class stack { char s[max_len]; int top;public: void reset() { top = 0; } // definition void push(char c); // function prototype char pop() { return (s[top--]);} char pop(int n); // overloading, prototype char top_of() { return (s[top]); } Boolean empty() { return ((Boolean)(top == 0)); } Boolean empty(int n); // overloading, prototype Boolean full() { return ((Boolean)(top == max_len - 1 )); }};

Stos - wersja obiektowa, funkcje składowe

• Pełna nazwa funkcji definiowanej poza klasą ma postać:nazwa_klasy::nazwa_funkcji

• void stack::push(char c) - definicja składowej poza klasą

• Przeciążona funkcja pop(int n) zwraca n-ty element ze stosu.

• Przeciążona funkcja empty(int n) zwraca True, jeżeli na stosie jest mniej niż n elementów

void stack::push(char c){

top++;s[top] = c;

}// definicja składowej poza klasą

char stack::pop(int n){

while(n-->1)top--;

return(s[top--]);}

Boolean stack::empty(int n) {

return ((Boolean)(top-n+1 <= 0));}// True, jeżeli jest mniej niż n elementów

Stos - client code..\..\Visual Studio Projects\test0\test0.sln

• W segmencie main tekst str jest zrzucany na stos s a następnie ściągany ze stosu i drukowany na ekranie. Drukujemy co drugi element w odwrotnej kolejności.

• Funkcje składowe są czytelniejsze - nie mają argumentów. • Program stos obiektowy.cpp

void main(void){

stack s;char str[50] = {"Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki"};int i = 0;cout << str << endl;s.reset();while (str[i])

if (!s.full())s.push(str[i++]);

while(!s.empty(2)) // print the rewersecout << s.pop(2);// drukujemy od końca co drugi element

cout << endl;getch();

}