Материалы (10) (Материалы к лекциям)

Язык C++С++ позволяет справиться с возрастающейсложностью программ (в отличие от С).Автор – Бьёрн Страуструп.Стандарты (комитета по стандартизации ANSI) –1998, 2011.С++: лучше С, поддерживает абстракции данных, поддерживает объектно-ориентированноепрограммирование (ООП).Парадигмы программированияВсе программы состоят из кода и данных и каким-либо образомконцептуально организованы вокруг своего кода и\или данных.Основные парадигмы (технологии) программированияопределяют способ построения программ: процедурно-ориентированная (при кот. программа – это рядпоследовательно выполняемых операций, причём код воздействуетна данные, например в программах на С), объектно-ориентированная (при кот. программа состоит изобъектов – программных сущностей, объединяющих в себе код иданные, взаимодействующих друг с другом через определенныеинтерфейсы, при этом доступ к коду и данным объектаосуществляется только через сам объект, т.е.

данные определяютвыполняемый код), функциональная, логическая.Постулаты ООП.Абстракция - центральное понятие ООП.Абстракция позволяет программисту справиться сосложностями решаемых им задач.Мощный способ создания абстракций –иерархическая классификациятиповаяструктурная(структура классов) (структура объектов)Основные механизмы (постулаты) ООП:- инкапсуляция,- наследование,- полиморфизм.ИНКАПСУЛЯЦИЯИнкапсуляция - механизм,- связывающий вместе код и данные, которыми онманипулирует;- защищающий их от произвольного доступа со стороныдругого кода, внешнего по отношению к рассматриваемому.Доступ к коду и данным жестко контролируетсяинтерфейсом.Основой инкапсуляции является класс.Класс - это механизм (пользовательский тип данных) длясоздания объектов.Объект класса - переменная типа класс или экземпляркласса.Любой объект характеризуется состоянием (значениямиполей данных) и поведением (операциями над объектами,задаваемыми определенными в классе функциями, которыеназывают методами класса).НАСЛЕДОВАНИЕНаследование - механизм, с помощью которого одинобъект (производного класса) приобретает свойства другогообъекта (родительского, базового класса).Наследование позволяет объекту производного классанаследовать от своего родителя общие атрибуты, а для себяопределять только те характеристики, которые делают егоуникальным внутри класса.Производный класс конкретизирует, в общем случаерасширяет базовый класс.Наследование поддерживает концепцию иерархическойклассификации.Новый класс не обязательно описывать, начиная с нуля,что существенно упрощает работу программиста.ПОЛИМОРФИЗМПолиморфизм - механизм, позволяющий использоватьодин и тот же интерфейс для общего класса действий.В общем случае концепция полиморфизма выражается спомощью фразы "один интерфейс - много методов".Выбор конкретного действия (метода) применительно кконкретной ситуации возлагается на компилятор.Программисту же достаточно запомнить и применять одининтерфейс, вместо нескольких, что также упрощает егоработу.Различаются следующие виды полиморфизма:- статический (на этапе компиляции, с помощью перегрузкифункций),- динамический (во время выполнения программы,реализуется с помощью виртуальных функций) и- параметрический (на этапе компиляции, сиспользованием механизма шаблонов).Декомпозиция задачиПри программировании в объектно-ориентированномстиле на первое место выходит проектированиерешения задачи, т.е определение того, какие классы иобъекты будут использоваться в программе, каковы ихсвойства и способы взаимодействия.Как правило, при этом необходимо произвестидекомпозицию задачи.Декомпозиция – научный метод, использующийструктуру задачи и позволяющий разбить решение однойбольшой задачи на решения серии меньших задач,возможно взаимосвязанных, но более простых.Синтаксис классаclass имя_класса {[private:]закрытые члены класса (функции и поля-данные)public:открытые члены класса (функции и поля-данные)protected:защищенные члены класса} список_объектов;Описание объектов – экземпляров класса:имя_класса список объектов;// служ.

слово class не требуетсяКлассы С++ отличаются от структур С++ только правиламиопределения по умолчанию- прав доступа к первой области доступа членов класса и- типа наследования:для структур – public,для классов – private.Действия над объектами классовНад объектами класса можно производить следующиедействия: присваивать объекты одного и того же класса (при этомпроизводится почленное копирование членов данных), получать адрес объекта с помощью операции &, передавать объект в качестве формального параметра вфункцию, возвращать объект в качестве результата работыфункции. осуществлять доступ к элементам объекта с помощьюоперации ‘.’, а если используется указатель на объект, тос помощью операции ‘->’. вызывать методы класса, определяющие поведениеобъекта.Пример классаclass A {int a;public:void set_a (int n);int get_a ( ) const { return a; } // Константные методы класса// не изменяют состояние своего объекта};void A::set_a (int n) {a = n;}int main () {A obj1, obj2;obj1.set_a(5);obj2.set_a(10);cout << obj1.get_a ( ) << ‘\n’;cout << obj2.get_a ( ) << endl;return 0;}АТД (абстрактный тип данных)АТД называют тип данных с полностью скрытой(инкапсулированной) структурой, а работа спеременными такого типа происходит только черезспециальные, предназначенные для этого функции.В С++ АТД реализуется с помощью классов (структур),в которых нет открытых членов-данных.Класс А из предыдущего примера являетсяабстрактным типом данных.О терминологииОператор (statement) – действие, задаваемоенекоторой конструкцией языка.Операция (operator, для обозначения операций языка:+, *, =, и др.) – используются в выражениях.Определение переменной} (definition) - при этомотводится память, производится инициализация,определение возможно только 1 раз.Объявление переменной (declaration) - даетинформацию компилятору о том, что эта переменная гдето в программе описана.Для преобразования типов используются два термина– преобразование (conversion) и приведение (cast).Некоторые отличия С++ от С Введен логический тип bool и константы логического типа true и false. В С++ отсутствуют типы по умолчанию (например, обязательноint main () {…} ). Локальные переменные можно описывать в любом месте программы, вчастности внутри цикла for.

Главное, чтобы они были описаны до ихпервого использования.По стандарту С++ переменная, описанная внутри цикла for,локализуется в теле этого цикла. В С++ переработана стандартная библиотека.В частности, в стандартной библиотеке С++ файл заголовковввода/вывода назвается <iostream>, введены классы,соответствующие стандартным (консольным) потокам ввода – классistream – и вывода – класс ostream, а также объекты cin (классаistream) и cout и cerr (класса ostream).Через эти объекты доступны операции ввода >> из стандартногопотока ввода (например, cin >> x ;), и вывода << в стандартный потоквывода (например, cout << ”string” << S << ‘\n’;), при использованиикоторых не надо указывать никакие форматирующие элементы.Cсылкиint i = 5;int & yeti = i;// ссылка обязательно должна быть// инициализированаi = yeti + 1;yeti = i + 1;cout << i << y eti;//напечатается 7 7void swap (int & x, int & y) {int t = x;x = y;y = t;}Обращение к функции swap:int a = 5, b = 6;swap (a, b);}Значения параметров функциипо умолчаниюПример:void f (int a, int b = 0, int c =1);Обращения к функции:f(3)f(3, 4)f(3, 4, 5)// a = 3, b = 0, c = 1;// a = 3, b = 4, c = 1;// a = 3, b = 4, c = 5.Работа с динамической памятьюint *p,*m;p = new int ; илиp = new int (1); илиm = new int [10]; - для массива из 10 элементов;массивы, создаваемые в динамической памятиинициализировать нельзя;…….delete p; илиdelete [ ] m;- для удаления всего массива;Пространства именnamespace имя {// объявления}#include <iostream>using namespace std;Указатель thisИногда для реализации того или иного метода возникаетнеобходимость иметь указатель на «свой» объект, от именикоторого производится вызов данного метода.В C++ введено ключевое слово this, обозначающее «указательна себя», которое можно трактовать как неявное поле данныхлюбого класса:const <имя класса> * this;*this – сам объект.Если this участвует в описании функции, перегружающейоперацию, то он всегда указывает на самый левый (в записивызова) операнд метода.В реальности поле this не существует (не расходуется память)и при сборке программы подменяется на соответствующий адресобъекта.Специальные методы классаclass A {......public:[explicit]A ( );A (int x);// explicit запрещает неявное// преобразование int в А// A (const A & y);A (A & y);A (int x, int y);// A (int x = 0, int y = 0);// заменяет 1-ый, 2-ой и 4-ый// конструкторы~A ();......};Int main () {A a1, a2 (10), a3 = a2;A a4 = 5, a5 = A(7), *a6 = new A (1);Класс Boxclass Box {int l;// length – длинаint w;// width – ширинаint h;// height – высотаpublic:int volume () { return l * w * h ; }Box (int a, int b, int c ) { l = a; w = b; h = c; }Box (int s) { l = w = h = s; }Box ( ) { w = h = 1; l = 2; }int get_l ( ) { return l; }int get_w ( ) { return w; }int get_h ( ) { return h; }};Автоматически сгенерированные конструктор копирования и операцияприсваивания:Box (const Box & a) { l = a.l; w = a.w;h = a.h; }Box & operator = ( const Box & a) { l = a.l;w = a.w; h = a.h; return * this; }Конструктор копирование и операцию присваивания можнопереопределить.Неплоский класс stringclass string {char * p;// здесь потребуется динамическая память,int size;public:string (const char * str);string (const string & a);~string ( ) { delete [ ] p; }string & operator= (const string & a);...};string :: string (const char * str) {p = new char [ ( size = strlen (str) ) + 1];strcpy (p, str);}string :: string (const string & a) {p = new char [ (size = a.size) + 1];strcpy (p, a.p);}Переопределение операции присваиванияstring & string :: operator = (const string & a) {if (this == & a) return * this;// если a = adelete [ ] p;p = new char [ (size = a.size) + 1];strcpy (p, a.p);return * this;}При этом: s1 = s2 ~ s1.operator= (s2);Пример использования класса stringvoid f {string s1 (“Alice”);string s2 = s1;string s3 (“Kate”);...s3 = s1;}{...

s1...s2 {...s3...}...s1...s2}Композиция (строгая агрегация) объектовclass Point {int x;int y;public:Point ( );Point ( int, int );...};Z * z = new Z (1);delete z;class Z {Point p;int z;public:Z ( int с ) { z = c; };...};// Point ( ); Z(1);// ~Z(); ~Point();Использование списка инициализации при описании конструктора:Z :: Z ( int c ) : p (1, 2) { z = c; } илиZ :: Z ( int c ) : p (1, 2), z (c) { }Порядок вызова конструкторов и деструкторовПри вызове конструктора класса выполняются:1.конструкторы базовых классов (если есть наследование),2.конструкторы умолчания всех вложенных объектов в порядке ихописания в классе,3.собственный конструктор (при его вызове все поля класса ужепроинициализированы, следовательно, их можно использовать).Деструкторы выполняются в обратном порядке:1.собственный деструктор (при этом поля класса ещё не очищены,следовательно, доступны для использования),2.автоматически вызываются деструкторы для всех вложенныхобъектов в порядке, обратном порядку их описания в классе,3.деструкторы базовых классов (если есть наследование).Вызов конструктора копирования1.