Wykład 5

Informatyka

MPZI

Typ obiektowy

Struktury dynamiczne

Podstawowe cechy programowania

obiektowego

Programowanie strukturalne (proceduralne) – koncepcja tradycyjna.

Główną jego cechą są instrukcje działające na danych.

Złożone programy korzystają z funkcji, procedur w celu uproszczenia zarządzania i kontroli nad programem, lecz nie zmienia to podstawowej koncepcji.

■ dane są powszechnie dostępne – łatwo o błędy,■ sekwencyjność wykonywania programu,■ wszystkie sytuacje trzeba przewidywać

i obsługiwać,■ konieczność testowania po każdej zmianie,■ wiele instrukcji, obszerny kod, trudność

zrozumienia algorytmu

Wady programowania strukturalnego

Zauważono „kryzys oprogramowania” – programowanie strukturalne utrudnia panowanie nad bardzo złożonymi systemami informatycznymi (SI) - rozwój sprzętu wyprzedzał techniki budowania SI

Potrzebne były metody zwiększające wydajność i systematyczność tworzenia SI, a następnie ich wydajność.

Poza tym powstały interfejsy graficzne (Windows)!

OBIEKTOWOŚĆ – filozofia tworzenia na podstawie rzeczywistych zjawisk otaczającego świata (nie tylko język programowania).

Obiekty (świata rzeczywistego a także systemu operacyjnego komputera – plik, ikona, przycisk, okno) – mają swoje właściwości statyczne (nazwa, kolor itp.) a także zbiory operacji (możliwych do wykonania na nich czy przez nie wykonywanych).

Korzenie technologii obiektowej – lata 60-te, Nygaard i Dohl, języki Simula 1, Simula67 (1967).

nie określa się jednak sposobów operacji na tablicach (np. dodawanie tablic), trzeba do tej operacji tworzyć własne kody lub korzystaćz bibliotecznych procedur, których użycie wymaga szczegółowego zapoznania się z zestawem parametrów formalnych (sposób użycia).

■      wymiar

■      rozmiar

■      typ przechowywanych danych

Np. typ tablica ma swoje cechy – atrybuty:

Stworzono tzw. ADT – abstrakcyjny typ danych – podążanie w kierunku naturalnego języka (zbliżenie do rzeczywistości), nazwano modułem (język Modula) lub klasą (język Simula).

System reaguje na zdarzenia („siły sprawcze”), efektem są procesy:

• funkcje przetwarzania parametrów obiektów

• przesyłu informacji między obiektami

• oddziaływania jednych obiektów na inne

Programowanie zorientowane obiektowo (OOP – Object Oriented Programming) umożliwia przedstawienie problemu w postaci logicznie powiązanych ze sobą struktur danych zwanych obiektami, wymieniających informacje między sobą.

PROGRAMOWANIE OOP – podstawowe pojęcia

„Obiektowość” opiera się na koncepcyjnym (intuicyjnym) klasyfikowaniu rzeczywistości.Na świat składają się obiekty i procesy w nich zachodzące.

KLASA = typ obiektowy = encja (entity)OBIEKT =reprezentacja w klasie = instancja w klasie

Podobnie jak typ zmiennej i zmienna

KLASA - zbiór obiektów „przefiltrowanych” przez definicję typu obiektowego - sklasyfikowanych do tego typu.

KLASA - zbiór właściwości i funkcji (METOD) charakterystycznych dla pewnego zbioru obiektów

Definicje

Koncepcja (pojęcie) jest wyobrażeniem lub oznaczeniem stosowanym do rzeczy lub obiektów w naszej świadomości (Martin)(Encja = byt pojęciowy, konceptualny)

Przykład 1: klasyfikacja obiektów

materialne: osoba, samochód

niematerialne (abstrakcyjne): firma, czas,

role: pacjent, nauczyciel,

relacyjne: małżeństwo, posiadanie

zdarzeniowe: sprzedaż, wysłanie

inne: zestaw, ikona, sygnał, proces

W DELPHI – obiekty użytkowe są zazwyczaj komponentami graficznymi: okna, kontrolki itp., ale nie tylko.

Istnieje pewna grupa klas zdefiniowanych w Delphi– hierarchia klas

TObject

TPersistent

TGraphic TComponent TCanvas TPicture TStrings

TGraphicControl

TMenuItem TMenu TControlTScreen TGlobalComponent

TWinControl TApplication

TCustomEdit TCustomComboBox TCustomListBox TButtonControl

TCustomControl TScrollingWinControl

TFormformularz - "okno" Windows

rodzic

potomek

Własność polegająca na dostępie do pól jedynie przy użyciu metod nazywa się hermetyzacją.

Tworzy to dyscyplinę programowania, w jednym miejscu mamy dane i dozwolone operacje na nich.

Ułatwia kontrolę poprawności złożonych programów.

Typ obiektowy jest to złożona struktura danych o określonej liczbie atrybutów.

Atrybuty dzielimy na pola i metody.

pola (fields) – atrybuty (właściwości opisane wartościami dowolnych typów, także strukturalnych)

Pole jest to zmienna, która może być różnego typu.

metody (methods) – procedury i funkcje wykonywane na polach. Metoda jest czynnością wykonywaną na obiekciew postaci procedury lub funkcji. Metoda obiektu operuje na polach (danych) obiektu, przy ich pomocy mamy dostęp do pól.

Czyli typ obiektowy to typ rekordowy poszerzony o metody

DZIEDZICZENIE

• niezależny, (zdefiniowany podobnie jak typ rekordowy) – rodzic drzewa

• jako potomek istniejącego. Wtedy mówimy, że obiekt dziedziczy wszystkie elementy (pola i metody) swojego przodka lub jest typem potomnym.

Obiekty potomne mogą mieć własnego potomka (lub wielu).

Typ obiektowy może on być:

Potomek może mieć zdefiniowaną metodę o takiej samej nazwie metody jak przodek, „przykrywa” ona wówczas metodę przodka.

Definiując metodę potomka (rozwijając ją lub modyfikując, np. gdy jest ona rozszerzeniem metody nadrzędnej), można odwołać się do metody dziedziczonej od przodka.Jest to tzw. POLIMORFIZM

Polimorfizm (wielopostaciowość) - wykorzystanie tzw. metod wirtualnych.

POLIMORFIZM

Dziedziczność bezpośrednia – przodek jest niezależny (sam nie ma przodka)Dziedziczność pośrednia – przodek już dziedziczy (sam ma przodka)

Wzajemne zależności obiektów układają się w drzewo hierarchii obiektów.

type polozenie = class {obiekt niezależny}x:integer;y:integer;

end;

punkt = class (polozenie) {obiekt potomny}widocznosc: Boolean;

end;

Przykład:

Metoda jest to procedura lub funkcja mająca deklarację w ramach typu obiektowego (sam nagłówek procedury lub funkcji). Definicja metody występuje poza definicją typu obiektowego i po niej.

W nagłówku definicji nazwa jest kwalifikowana, czyli wskazuje na obiekt, którego dotyczy i ma postać:

nazwa_typu_obiektowego . nazwa_metody

identycznie jak w zmiennych rekordowych

type polozenie = class {obiekt niezależny}x:integer;y:integer;procedure przesun (nx, ny: Integer);

end;

procedure polozenie.przesun(nx, ny: Integer); begin

x:=nx;y:=ny;

end;

Przykład:

Konstruktor – specjalna metoda używana przy tworzeniu (instancji) obiektu danej klasy – zmienna typu obiektowego

Destruktor – specjalna metoda wywoływana automatycznie tuż przed zakończeniem istnienia obiektu

Poziomy dostępu do składników klasy

Private – pola i metody ukryte, niewidzialne poza klasą, chyba, że w tym samym module

Public – pola i metody dostępne, nawet jeśli w innym module, umieszczonym na liście USES

Protected - pola i metody dostępne tylko dla potomków

W programach komputerowych

Wykonywanie metod obiektowych z reguły – jako reakcja na pewne zdarzenia (Events)Obiekty wizualne posiadają pewne zbiory zdarzeń np. OnClick, OnPress, OnDrag itp.

Inicjacja metod obiektowych powinna być związana z wystąpieniem zdarzeń

Tworzenie własnego typu obiektowego (klasy)

type TPunkt = class x:Integer; y:Integer; procedure przesun(dx,dy:Integer);

constructor Create(Sender: TObject);destructor Destroy;override;

end; //koniec definicji typu

var p: TPunkt; //zmienna typu obiektowego

Definicja klasy

Przykład

constructor TPunkt.create(Sender:TObject);//konstruktor begin inherited create; end;

destructor TPunkt.destroy; //destruktor begin inherited destroy; end;

procedure TPunkt.przesun(dx, dy: Integer); begin

x:=x+dx;y:=y+dy;

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);begin p:=TPunkt.create(self); p.x:=30; p.y:=40; edit1.Text:=IntToStr(p.x); edit2.Text:=IntToStr(p.y);end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);begin p.przesun(4,4); edit1.Text:=IntToStr(p.x); edit2.Text:=IntToStr( p.y);end;

Przykład aplikacji "okienkowej" - umieszczamy komponenty w oknie

unit Unit1;interfaceuses Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls, Menus;type TForm1 = class(TForm) Button1: TButton; Button2: TButton; Button3: TButton; Button4: TButton; Button5: TButton; Button6: TButton; Edit1: TEdit; Label1: TLabel; MainMenu1: TMainMenu; Kolor1: TMenuItem; Szeroko1: TMenuItem; Przesu1: TMenuItem; Widok1: TMenuItem; Zamknij1: TMenuItem; Label2: TLabel; PopupMenu1: TPopupMenu; Zamknij2: TMenuItem; procedure Button1Click(Sender: TObject); procedure Button2Click(Sender: TObject); procedure Button3Click(Sender: TObject); procedure Button4Click(Sender: TObject); procedure Button5Click(Sender: TObject); procedure Button6Click(Sender: TObject);end;var Form1: TForm1;

implementation

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);begin Button1.Width:=400; //zmiana wartości pola innego obiektuend;

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);begin Button1.Visible := not Button1.Visible;//zmiana widocznościend;

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);begin Button1.Left:=Button1.Left+20; //zmiana wartosci pola innego obiektuend;

procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);begin Edit1.Clear;//wyczyszczenie pola Editend;

procedure TForm1.Button6Click(Sender: TObject);begin Form1.Close; //inicjacja metody zamknięciaend;end.

STRUKTURY DYNAMICZNE

Cel podstawowy – oszczędność pamięci, sami decydujemy o długości struktury (np. tablice mają niestety stałą wielkość)

ZASADY

Do zbioru (uporządkowanego według określonej metody) możemy dołączać nowe elementy.

Rozmiar zbioru nie jest zdefiniowany, każde dołączanie nowego elementu powoduje nową rezerwację pamięci.

Pobieranie elementu (usuwanie), dołączanie nowego – mogą być obarczone pewnymi kryteriami dostępu.

Lista jednokierunkowa

dane

adres dane

adres dane

adres dane

nil

koniec

musi być znane wskazanie (adres) p początku listy

type

TypDanych = String[44];

Wskaznik =^ElementListy;

ElementListy = record

D : TypDanych;

Nastepny : Wskaznik

end;

typ "wskaźnikowy"

Jest to definicja rekurencyjna, bo:

wcześniej jest definiowany typ wskaźnikowy, korzystający z nieznanej jeszcze definicji elementu listy

następnie jest definiowany rekord, którego jedno z pól jest wcześniej definiowanego typu wskaźnikowego

Lista jednokierunkowa może być "w przód" lub "wstecz", czyli element może zawierać wskaźnik na następny lub poprzedni element.

Tworzenie nowego elementu polega na stworzeniu nowego początku, czyli:

var q : Wskaznik; begin // tu stara lista z początkiem p New (q); { Tworzymy nowy element, na razie nie związany z listą } q^.N := p; { pole N wskazać ma na stary "początek" } p := q; { teraz początkiem jest stworzony element} q^.D := 'tekst' {wpisujemy dane, które będą w nim przechowywane }// kontynuacja end;

Lista dwukierunkowaliniowo uporządkowany zbiór składników, w którym dla każdego składnika, poza pierwszym i ostatnim, jest określony składnik poprzedni i następny. Dla ostatniego składnika listy dwukierunkowej jest określony tylko składnik poprzedni, a dla pierwszego tylko następny.

Inne struktury dynamiczne

dane

wskaźnik na poprzedni

wskaźnik na następny

Stos (stack) to struktura danych, składająca się z liniowo uporządkowanych zbiorów składników (elementów), z których tylko ostatnio dołączony jest w danej chwili dostępny.

Miejsce dostępu to wierzchołek stosu. Jest to jedyne miejsce, do którego można dołączyć lub z którego można usunąć elementy.

FILO lub LIFO

first in – last out

last in - first out

jest strukturą danych, składającą się z liniowo uporządkowanych zbiorów składników, do której można dołączyć składnik tylko na jednym końcu (koniec kolejki), a usunąć tylko na drugim końcu (początek kolejki).

Powiązanie między składnikami kolejki jest takie samo jak pomiędzy składnikami stosu.

FIFO

first in – first out

Kolejka (queue)

jest strukturą danych, składającą się nieliniowo uporządkowanych zbiorów składników.Do każdego składnika można dołączyć zero, jeden lub dwa składniki. Drzewo ma swój "korzeń" z którego wyrasta struktura.

Drzewo binarne

Drzewo binarne, w którym liczba synów każdego wierzchołka wynosi albo zero albo dwa, nazywane jest drzewem regularnym

danewsk_lewewsk_prawe

danewsk_lewenil

danewsk_lewewsk_prawe

danenilnil

danenilnil

danenilnil