ООП с примерами (часть 1)
Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.
Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).
Первая часть, представленная ниже, посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование
Основные понятия ООП
Класс
Представьте себе, что вы проектируете автомобиль. Вы знаете, что автомобиль должен содержать двигатель, подвеску, две передних фары, 4 колеса, и т.д. Ещё вы знаете, что ваш автомобиль должен иметь возможность набирать и сбавлять скорость, совершать поворот и двигаться задним ходом. И, что самое главное, вы точно знаете, как взаимодействует двигатель и колёса, согласно каким законам движется распредвал и коленвал, а также как устроены дифференциалы. Вы уверены в своих знаниях и начинаете проектирование.
Вы описываете все запчасти, из которых состоит ваш автомобиль, а также то, каким образом эти запчасти взаимодействуют между собой. Кроме того, вы описываете, что должен сделать пользователь, чтобы машина затормозила, или включился дальний свет фар. Результатом вашей работы будет некоторый эскиз. Вы только что разработали то, что в ООП называется класс.
Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).
С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).
С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.
В нашем случае, класс будет отображать сущность – автомобиль. Атрибутами класса будут являться двигатель, подвеска, кузов, четыре колеса и т.д. Методами класса будет «открыть дверь», «нажать на педаль газа», а также «закачать порцию бензина из бензобака в двигатель». Первые два метода доступны для выполнения другим классам (в частности, классу «Водитель»). Последний описывает взаимодействия внутри класса и не доступен пользователю.
В дальнейшем, несмотря на то, что слово «пользователь» ассоциируется с пасьянсом «Косынка» и «Microsoft Word», мы будем называть пользователями тех программистов, которые используют ваш класс, включая вас самих. Человека, который является автором класса, мы будем называть разработчиком.
Объект
Вы отлично потрудились и машины, разработанные по вашим чертежам, сходят с конвейера. Вот они, стоят ровными рядами на заводском дворе. Каждая из них точно повторяет ваши чертежи. Все системы взаимодействуют именно так, как вы спроектировали. Но каждая машина уникальна. Они все имеют номер кузова и двигателя, но все эти номера разные, автомобили различаются цветом, а некоторые даже имеют литьё вместо штампованных дисков. Эти автомобили, по сути, являются объектами вашего класса.
Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.
Говоря простым языком, объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе. В данном примере, если класс – это некоторый абстрактный автомобиль из «мира идей», то объект – это конкретный автомобиль, стоящий у вас под окнами.
Интерфейс
Когда мы подходим к автомату с кофе или садимся за руль, мы начинаем взаимодействие с ними. Обычно, взаимодействие происходит с помощью некоторого набора элементов: щель для приёмки монеток, кнопка выбора напитка и отсек выдачи стакана в кофейном автомате; руль, педали, рычаг коробки переключения передач в автомобиле. Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми мы можем взаимодействовать.
Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования другими классами.
Очевидно, что интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.
Хорошим примером интерфейса может служить приборная панель автомобиля, которая позволяет вызвать такие методы, как увеличение скорости, торможение, поворот, переключение передач, включение фар, и т.п. То есть все действия, которые может осуществить другой класс (в нашем случае – водитель) при взаимодействии с автомобилем.
При описании интерфейса класса очень важно соблюсти баланс между гибкостью и простотой. Класс с простым интерфейсом будет легко использовать, но будут существовать задачи, которые с помощью него решить будет не под силу. В то же время, если интерфейс будет гибким, то, скорее всего, он будет состоять из достаточно сложных методов с большим количеством параметров, которые будут позволять делать очень многое, но использование его будет сопряжено с большими сложностями и риском совершить ошибку, что-то перепутав.
Примером простого интерфейса может служить машина с коробкой-автоматом. Освоить её управление очень быстро сможет любая блондинка, окончившая двухнедельные курсы вождения. С другой стороны, чтобы освоить управление современным пассажирским самолётом, необходимо несколько месяцев, а то и лет упорных тренировок. Не хотел бы я находиться на борту Боинга, которым управляет человек, имеющий двухнедельный лётный стаж. С другой стороны, вы никогда не заставите автомобиль подняться в воздух и перелететь из Москвы в Вашингтон.
Урок №113. Классы, Объекты и Методы
Обновл. 13 Сен 2021 |
Хотя язык C++ предоставляет ряд фундаментальных типов данных (например, char, int, long, float, double и т.д.), которых бывает достаточно для решения относительно простых проблем, для решения сложных проблем функционала этих простых типов может не хватать.
Классы
Одной из наиболее полезных особенностей языка C++ является возможность определять собственные типы данных, которые будут лучше соответствовать в решении конкретных проблем. Вы уже видели, как перечисления и структуры могут использоваться для создания собственных пользовательских типов данных. Например, структура для хранения даты:
Перечисления и структуры — это традиционный (не объектно-ориентированный) мир программирования, в котором мы можем только хранить данные. В C++11 мы можем создать и инициализировать структуру следующим образом:
Для вывода даты на экран (что может понадобиться выполнить и не раз, и не два) хорошей идеей будет написать отдельную функцию, например:
Результат выполнения программы:
В объектно-ориентированном программировании типы данных могут содержать не только данные, но и функции, которые будут работать с этими данными. Для определения такого типа данных в языке C++ используется ключевое слово class. Использование ключевого слова class определяет новый пользовательский тип данных — класс.
В языке C++ классы очень похожи на структуры, за исключением того, что они обеспечивают гораздо большую мощность и гибкость. Фактически, следующая структура и класс идентичны по функционалу:
Единственным существенным отличием здесь является public — ключевое слово в классе (о нем мы поговорим детально на соответствующем уроке).
Так же, как и объявление структуры, объявление класса не приводит к выделению какой-либо памяти. Для использования класса нужно объявить переменную этого типа класса:
В языке C++ переменная класса называется экземпляром (или «объектом») класса. Точно так же, как определение переменной фундаментального типа данных (например, int x ) приводит к выделению памяти для этой переменной, так же и создание объекта класса (например, DateClass today ) приводит к выделению памяти для этого объекта.
Методы классов
Помимо хранения данных, классы могут содержать и функции! Функции, определенные внутри класса, называются методами. Методы могут быть определены, как внутри, так и вне класса. Пока что мы будем определять их внутри класса (для простоты), как определить их вне класса — рассмотрим несколько позже.
Класс Date с методом вывода даты:
Результат выполнения программы:
Обратите внимание, как эта программа похожа на вышеприведенную программу, где используется структура. Однако есть несколько отличий. В версии DateStruct нам нужно было передать переменную структуры непосредственно в функцию print() в качестве параметра. Если бы мы этого не сделали, то функция print() не знала бы, какую переменную структуры DateStruct выводить. Нам тогда бы пришлось явно ссылаться на члены структуры внутри функции.
Рассмотрим определение метода print() еще раз:
По сути, связанный объект неявно передается методу. По этой причине его часто называют неявным объектом.
Детально о том, как передается неявный объект методу, мы поговорим на соответствующем уроке. Ключевым моментом здесь является то, что для работы с функциями, не являющимися членами класса, нам нужно передавать данные в эту функцию явно (в качестве параметров). А для работы с методами у нас всегда есть неявный объект класса!
Использование префикса m_ (англ. «m» = «members») для переменных-членов помогает различать переменные-члены от параметров функции или локальных переменных внутри методов класса. Это полезно по нескольким причинам:
Обычно программисты пишут имена классов с заглавной буквы.
Правило: Пишите имена классов с заглавной буквы.
Вот еще один пример программы с использованием класса:
Результат выполнения программы:
В отличие от обычных функций, порядок, в котором определены методы класса, не имеет значения!
Примечание о структурах в C++
В языке Cи структуры могут только хранить данные и не могут иметь связанных методов. После проектирования классов (используя ключевое слово class) в языке С++, Бьёрн Страуструп размышлял о том, нужно ли, чтобы структуры (которые были унаследованы из языка Си) имели связанные методы. После некоторых размышлений он решил, что нужно. Поэтому в программах, приведенных выше, мы также можем использовать ключевое слово struct, вместо class, и всё будет работать!
Многие разработчики (включая и меня) считают, что это было неправильное решение, поскольку оно может привести к проблемам, например, справедливо предположить, что класс выполнит очистку памяти после себя (например, класс, которому выделена память, освободит её непосредственно перед моментом уничтожения самого класса), но предполагать то же самое при работе со структурами — небезопасно. Следовательно, рекомендуется использовать ключевое слово struct для структур, используемых только для хранения данных, и ключевое слово class для определения объектов, которые требуют объединения как данных, так и функций.
Правило: Используйте ключевое слово struct для структур, используемых только для хранения данных. Используйте ключевое слово class для объектов, объединяющих как данные, так и функции.
Заключение
Оказывается, Стандартная библиотека C++ полна классов, созданных для нашего удобства. std::string, std::vector и std::array — это всё типы классов! Поэтому, когда вы создаете объект любого из этих типов, вы создаете объект класса. А когда вы вызываете функцию с использованием этих объектов, вы вызываете метод:
BestProg
Содержание
Поиск на других ресурсах:
1. Основные понятия объектно-ориентированного программирования. Классы и объекты
В языке программирования C++ понятие «класс» лежит в основе объектно-ориентированного программирования (ООП). Объектно-ориентированное программирование возникло как усовершенствование процедурно-ориентированного программирования.
В свое время, процедурно-ориентированное программирование уже не обеспечивало необходимого качества написания больших программных систем. Программы разбивались (структурировались) на модули, возникала повторяемость программного кода в разных модулях (частях) программы, усложнялось тестирование (поиск ошибок), снижалась надежность программы.
В основе ООП лежат понятия «объект» и «класс». В языке программирования объект – это переменная типа «класс». Класс описывает данные и методы (функции), которые будут использоваться объектом этого класса. Каждый класс описывает логически-завершенную единицу программы. Инкапсуляция данных и методов их обработки в пределах класса позволяет улучшить структурированность программных систем. Это в свою очередь уменьшает риск возникновения «невидимых» логических ошибок. Использование наследственности и полиморфизма в классах позволяет избежать повторяемости программного кода и удобно упорядочить сложные вызовы методов, объединенных между собой в список.
Класс определяет формат (описание) некоторых данных и работу (поведение) над этими данными. Из объявления класса можно получить различное количество объектов класса (переменных типа «класс»). Каждый объект класса определяется конкретным (на данный момент) значением внутренних данных (переменных), которое называется состоянием объекта.
В классе объявляются данные (внутренние переменные, свойства) и методы (функции), которые оперируют этими данными (выполняют работу над данными).
Класс может быть унаследован от других классов верхних уровней. Это означает, что класс может использовать часть кода других классов верхних уровней.
Также класс может быть родительским для других классов, которые наследуют его программный код.
В среде CLR ( Common Language Runtime ) поддерживаются два вида классов:
Данная тема освещает особенности использования unmanaged ( * ) классов.
Примеры, которые демонстрируют особенности использования и отличие между управляемыми ( ^ ) и неуправляемыми ( * ) классами более подробно описываются в теме:
Ключевое слово public определяет общедоступные данные (переменные) и методы (функции) класса.
Ключевое слово protected определяет защищенные данные и методы класса, которые есть:
4. Что означает термин «инкапсуляция данных» в классе?
Термин «инкапсуляция данных» означает то, что для членов класса (данных и методов) можно устанавливать степень доступности из других частей программного кода (других методов, объектов класса). Таким образом, возникает понятие скрытия данных (методов) в классе.
Инкапсуляция обеспечивает улучшение надежности сохранения данных в классе путем ввода дополнительных методов проверки этих данных на допустимые значения. Как правило, доступ к скрытым данным в классе происходит не напрямую, а через вызовы специальных методов доступа или свойств класса. Непосредственно данные размещаются в скрытой секции (разделе) класса, а методы доступа к этим данным размещаются в общедоступном разделе класса.
Члены класса могут иметь три основных типа доступа, которые определяются соответствующими ключевыми словами:
6. Может ли класс, при его объявлении, содержать только данные и не содержать методов?
Пример. В данном примере объявляется класс без методов, который реализует операции над датой. Класс содержит внутренние переменные (данные), что представляют собой:
Фрагмент кода, который демонстрирует работу с классом CMyDate
7. Пример объявления пустого класса
Да, класс может быть объявлен без данных и без методов. Например, ниже объявлен класс, который не содержит ни данных ни методов.
Объект такого класса также создается.
Понятно, что такой класс имеет сильно ограниченное использование. Пустой класс целесообразно создавать в случаях, если во время создания большого проекта нужно протестовать его более раннюю (начальную) версию, в который некоторые классы еще не разработаны и не реализованы. Вместо реального класса указывается пустой класс – заглушка. Этот пустой класс разрабатывается под потребности будущего проекта таким образом, чтобы компилятор не выдавал сообщения об ошибке и можно было протестовать ту часть кода, которая на данный момент уже написана. В этом случае имя пустого класса выбирается таким, каким оно должно быть в будущем проекте.
8. Пример класса, содержащего методы (функции)
Основные преимущества классов обнаруживаются при наличии методов – членов класса. С помощью методов доступа к данным в классах можно удобно:
Программный код класса
Использование методов класса из другого программного кода (например, обработчика события в приложениях типа Windows Forms)
9. В каких частях класса и программы можно объявлять реализацию методов класса? Пример
Реализацию методов класса можно объявлять в классе и за пределами класса.
11. Что такое объект класса? Какие отличия между объектом класса и объявлением класса? Объявление объекта класса
Объявление класса – это описание формата типа данных. Этот тип данных «класс» описывает данные и методы, которые оперируют этими данными. Описание класса – это только описание (объявление). В этом случае память для класса не выделяется.
Память выделяется только тогда, когда класс используется для создания объекта. Этот процесс еще называют созданием экземпляра класса, который представляет собой физическую сущность класса.
Объявление объекта класса (экземпляра) ничем не отличается от объявления переменной:
Объект класса – это переменная типа «класс». При объявлении объекта класса выделяется память для этого объекта (переменной). Например, для класса Worker можно написать следующий код
12. Какой тип доступа по умолчанию имеют члены класса в C++?
Например, пусть заданы объявления класса, который описывает пиксель на экране монитора.
Например.
Пусть дан класс, который определяет массив из n вещественных чисел. Класс содержит два скрытых ( private ) члена данных:
Как видно из программного кода, в классе объявляется новый элемент — конструктор класса. Это специальный метод, который используется для начальной инициализации членов данных класса. Более подробно о конструкторах и деструкторах класса описывается в темах:
Фрагмент использования класса CMyArray из другого программного кода:
ООП – Организация Освобождения Палестины.
Аббревиатура.
Резонный вопрос – почему так поздно приступаем к знакомству с ООП? Я тоже считаю, что некоторые главы книги только бы выиграли от их изложения в объектно-ориентированной нотации. Но, сказавши «а», следовало бы сказать и «б», т.е. пришлось бы полностью изложить принципы ООП, а это было бы не совсем правильно:
эта технология ориентирована на создание уже достаточно больших проектов, хотя отдельные части проекта (например, методы классов) все равно разрабатываются в рамках традиционной технологии структурного программирования. Поэтому, на мой консервативный взгляд, чтобы почувствовать преимущества технологии ООП, надо иметь опыт разработки проектов определенной сложности в традиционной технологии;
многие механизмы объектно-ориентированного Си прекрасно иллюстрируются средствами классического Си, чтобы понимать первое, нужно знать второе;
все предыдущие главы иллюстрированы небольшими по объему программами, для которых объектно-ориентированная нотация (именно как для примеров) не обязательна;
ООП – это постановка процесса программирования «с ног на голову», (или с головы на ноги), а это лучше сделать не в середине изложения материала;
И, наконец, такой «монстр» как Си++, пытающийся сочетать в себе все и вся, имеет не совсем удобную, излишне открытую и довольно громоздкую объектно-ориентированную нотацию. Поэтому данный материал следует рассматривать как приглашение к знакомству с тотальными средами ООП, например, Java или C#.
10.1 Объекты и классы
Объект, метод, класс: определения и свойства
«Классами называются большие группы людей, различающиеся по их месту в исторически определенной системе общественного производства, по их отношению) к средствам производства, по их роли в общественной организации труда, а следовательно, по способам получения и размерам той доли общественного богатства, которой они располагают» Ленинское определение классов.
Строго говоря, реализовать идеи ООП можно в классической среде программирования, соблюдая дух, а не букву технологии. Например, библиотека функций, работающая на общую структуру данных, может в первом приближении считаться классом.
Прописные истины объектно-ориентированного подхода
Объектно-ориентированный подход не ограничен синтаксисом. Следует соблюдать не только букву, но и дух ООП. Но даже в самой реализации понятий класса и объекта в языке программирования имеется много очевидных, но не всегда упоминаемых вещей, которые следует помнить. Попробуем их здесь перечислить.
для каждого объекта создается экземпляр данных;
методы класса, с которыми работает объект, представляют собой единственный экземпляр программного кода в сегменте команд, который одинаково выполняется для всех объектов (разделяется ими);
при вызове метода объект, для которого он выполняется, идентифицируется указателем текущего объекта this, задающим контекст текущего объекта.
Таким образом, связка «объект-метод» преобразуется в традиционную последовательность действий: «вызов функции – метода класса с фактическим параметром – указателем на текущий объект».
public: void F() < a++; >// void A::F(A *this) < this->a++; >
если элементы данных класса имеют взаимосвязанные значения, то класс должен поддерживать установленные для них соглашения;
если объект данных класса ссылается на внешние структуры данных, то при синтаксическом копировании объекта необходимо обеспечить независимость связанной структуры данных в объекте-копии (создать ее копию или обеспечить разделение – см. «конструктор копирования»;
если объект содержит идентификаторы каких-либо внешних ресурсов (например, номер коммуникационного порта), то действия класса должны быть аналогичными.
рис. 101-1. Объект: граница ответственности транслятора и программы
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : void add ( double D 2[], int n 2)<> // Нарушение закрытости – параметр – внутренняя СД
void add ( poly & T )<> // Правильно: параметр – объект того же класса
По отношению к методам это означает, что интерфейс класса (набор методов) должен быть максимально разнообразен, методы должны сочетаться в любых комбинациях, давая широкое разнообразие возможностей работы с объектом.
Полезный совет: желательно избегать многообразия форм представления внутренних данных объекта. Чем их меньше, тем проще обеспечить его целостность и корректность. Например, лучше иметь фиктивный динамический массив, чем NULL-указатель. В примере с классом степенного полинома «пустой» полином лучше представить динамическим массивом с единственным нулевым коэффициентом.
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : poly () < n =0; pd = NULL ; >// Нежелательно: NULL – отсутствие массива
«Ложась спать, программист ставит рядом два стакана: один полный – если захочет пить, и один пустой – если не захочет». Анекдот в тему.
// Класс степенного полинома – заголовок класса (объявление)
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
double & get ( int k ); // получение ссылки на коэффициент
void add ( poly & T ); // сложение объектов (1=1+2)
void mul ( poly & T ); // умножение объектов объектов (1=1+2)
Целостность объекта. Конструктор. Деструктор
Требование целостности и корректности объекта означают, что объект – это нечто большее, чем просто переменная. При создании переменной ее инициализация вовсе не обязательна, в то время как создание объекта должно сопровождаться установлением его начального состояния (инициализация данных, резервирование памяти, ресурсов, установление связей и т.д.). Аналогичные обратные действия необходимо выполнить при его уничтожении перед освобождением памяти. С этой целью в классе вводятся специальные методы – конструкторы и деструктор. Их имена совпадают с именем класса. Конструкторов для данного класса может быть сколь угодно много, они отличаются формальными параметрами, деструктор же всегда один и имеет имя, предваренное символом «
«. Если конструктор имеет формальные параметры, то в определении переменной-объекта после ее имени должны присутствовать в скобках значения фактических параметров.
// Класс степенного полинома – конструкторы и деструктор
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
n=0; // с нулевым коэффициентом
n=m; // с нулевыми коэффициентами
load(n0,p); > // используется вспомогательный метод load
load(T.n, T.pd); > // (конструктор копирования)
Момент вызова конструктора и деструктора определяется временем создания и уничтожения объектов:
В Си++ возможно определение массива объектов класса. При этом конструктор и деструктор автоматически вызываются в цикле для каждого элемента массива и не должны иметь параметров. При выполнении оператора delete для указателя на массив объектов его необходимо предварять скобками.
poly a,b(6), c (3, D ); // Статические объекты – конструкторы
// пустой полином, заданной размерности и из массива
poly *p,* q ; // Указатели на объект
poly c,d( c ); // Автоматические объекты
p = new poly ; // Динамический объект
q = new poly [ n ]; // Динамический массив объектов
delete p; // Уничтожение динамического объекта
delete [] q ; // Уничтожение динамического массива объектов
> // Уничтожение автоматических объектов
Замечание: процесс конструирования «вложен» в процесс выделением памяти под переменную. Конструктор вызывается сразу же после выделения памяти, а деструктор – перед ее освобождением.
A(int a1)
Класс – структурированный тип с ограниченным доступом
«Настоящий» классы в Си++ отличается от структурированного типа одной единственной мелочью: в классе вводятся ограничения доступа. Естественно, это синтаксические ограничения, и при желании их можно исключить простым редактированием заголовка класса. Это «дисциплинирующие» ограничения, позволяющие установить зоны ответственности программистов – разработчика класса и пользователя класса, обеспечить необходимую закрытость.
В процессе программирования класса участвуют два действующих лица с различной компетенцией: разработчик класса, пишущий его внутренний код, и пользователь класса – программист, создающий объекты этого класса и вызывающий для них его методы. Но ограничения касаются не самих программистов, а кода, который они создают. Внутреннее программирование класса – это разработка программного кода, который находится в теле разрабатываемого класса (точнее, в теле его методов). Внешнее программирование – это разработка кода вне тела проектируемого класса, который создает объекты класса, работает с данными этих объектов и вызывает методы.
Формально класс отличается от структурированного типа ключевым словом class (вместо struct ) и наличием двух областей доступа в теле класса:
закрытая (личная) часть, допускает только внутреннее программирование и закрыта при доступе через объект вне класса. По правилам синтаксиса закрытая часть начинается сразу же вслед за заголовком класса. Она также может быть обозначена меткой private;
открытая (общая) часть класса допускает любой доступ, в том числе и внешний. Она всегда явно обозначается меткой public.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
public:… // метка открытой части
Другие варианты размещения данных и методов в личной и общей части класса встречаются реже, но тоже обоснованы:
в общей части класса могут быть размещены данные, изменение которых пользователем класса не может привести к катастрофическим последствиям (например, цвет фигуры). Естественно, что класс будет учитывать изменение этих данных только при вызове методов (например, при перерисовке фигуры);
в личной части класса может быть размещен внутренний метод, необходимый для работы самого класса. Это могут быть вспомогательные действия, вынесенные за пределы конкретных методов, либо такие операции, корректное выполнение которых требует дополнительных действий.
Иногда требуется ввести исключения из правил доступа, когда некоторой функции или классу требуется разрешить доступ к личной части объекта класса. Тогда в определении класса, к объектам которого разрешается такой доступ, должно быть объявление функции или другого класса как «дружественных». Это согласуется с тем принципом, что сам класс определяет права доступа к своим объектам «со стороны».
Объявление дружественной функции представляет собой прототип функции, переопределяемой операции или имя класса, которым разрешается доступ, предваренное ключевым словом friend.
// Классы и функции, дружественные классу A
int x; // Личная часть класса
. // Все «друзья» имеют доступ к x
friend void C::operator+( А &);
«Друг – это тот, кто имеет исключительное право лезть тебе в душу (личную часть) в любое время».
Возвращаясь к классу полиномов, сразу же заметим, что в нем можно по большей части обойтись без дружественности. Закрытость же касается только данных (размерность и указатель на динамический массив), а также методов, связанных с управлением динамической памятью при изменении размерности полинома.
Задача управления динамической памятью должна быть решена раз и навсегда в начале проектирования класса, чтобы в дальнейшем к ней не возвращаться. Удобнее всего сделать это в виде внутренних методов управления размерностью объекта. Предпочтительнее также создавать дополнительные локальные объекты требуемой размерности, нежели создавать в явном виде динамические структуры данных.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
void load(int n0, double p[])<
n=n0; // закрытый метод загрузки массива
double *pd1=new double[n1+1];
for (; i n 1; i ++) pd 1[ i ]=0;// прописать старшие коэффициенты нулями
delete []pd; // удалить старый массив
pd=pd1; // считать новый за старый
> // память не перераспределяется
public :… // метка открытой части
Рассмотрим еще один метод, интересный с точки зрения требований закрытости. Метод возвращает ссылку на выбранный коэффициент полинома, что позволяет работать с ним как по чтению, так и по записи. Хотя это «приоткрывает» доступ к внутренним данным объекта, но реальное использование этой ссылки «во вред объекту» и доступ через нее к другим коэффициентам требует большого искусства и не может быть произведено несознательно (по ошибке). Поэтому такую операцию можно считать безопасной.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
if ( k k > n ) return foo ; // на «левую» статическую переменную
Взаимодействие данных и алгоритма в ООП
В технологии ООП взаимоотношения данных и алгоритма имеют более регулярный характер: во-первых, класс объединяет в себе данные и методы (функции). Во-вторых, схема взаимодействия функций и данных принципиально иная. Метод (функция), вызываемый для одного объекта, как правило, не вызывает другую функцию непосредственно. Для начала он должен иметь доступ к другому объекту (создать, получить указатель, использовать внутренний объект в текущем и т.д.), после чего он уже может вызвать для него один из известных методов. Следовательно, структура программы определяется взаимодействием объектов различных классов между собой, а процесс выполнения программы выражается фразой «объект-метод-объект».
рис.101-4. Программирование в цепочке «объект-метод-объект»
Особенности модульного проектирования в технологии ООП
· заголовочный файл не должен содержать конструкций языка, порождающих программный код, он должен целиком состоять из определений типов, объявлений переменных и функций и заголовка класса;
· в заголовке класса может присутствовать объявление метода – заголовок со списком типов параметров (прототип), ограниченный точкой с запятой. Это означает, что в заголовочнике упоминается только факт его наличия (с заданным именем и интерфейсом). Тогда в файле тела класса должно быть определение метода, содержащее его заголовок и тело. Заголовок повторяет объявление с одним маленьким отличием: имя метода дается в полной форме в виде имя_класса::имя_метода;
· файл тела класса должен подключать свой заголовочный файл директивой include ;
· для того, чтобы другой класс или main могли создавать объекты некоторого класса и применять к ним методы, необходимо подключать заголовочный файл директивой include ;
· все имена заголовочных файлов и файлов тела класса должны быть включены в проект;
int a; // Данные класса
void add ( A &); // Объявление (прототип) метода
A mul ( A &); // Объявление (прототип) метода
Естественно, никто не запрещает «свалить все классы в одну кучу», не используя проекта. Для небольших программ это простительно, но не эстетично.
Лабораторный практикум
1. Правильная дробь, представленная целой частью, числителем и знаменателем.
4. Целое положительное число, представленное в виде массива его простых множителей (произведение которых дает это число).
5. Целое положительное число, представленное в виде массива остатков от деления на первые n 6. Вектор на плоскости, представленный в полярной системе координат (длина, угол поворота).
8. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом указателей на строки матрицы (линейные динамические массивы).
9. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом, в котором строки матрицы расположены последовательно друг за другом.
10. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены динамическим массивом с элементами (x,y,v) координаты, значение.
11. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены односвязным списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
12. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены двусвязным циклическим списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
13. Множество, элементами которого являются целые числа. Операции объединения и пересечения множеств, добавления элемента, проверки на вхождение, разности множеств.
14. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
15. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен старшей цифрой (0 /1).
16. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в дополнительном коде.
17. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
18. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в дополнительном коде.
