Б. Страуструп - Язык программирования С++ (1119446), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

переменные локальные в том модуле (файле), в котором ониописаны. Использовать стек можно так:// используем интерфейс стека#include "stack.h"void some_function (){push ( 'c' );char c = pop ();if ( c != 'c' ) error ( "невозможно" );}Поскольку данные есть единственная вещь, которую хотят скрывать, понятие упрятывания данныхтривиально расширяется до понятия упрятывания информации, т.е. имен переменных, констант,функций и типов, которые тоже могут быть локальными в модуле. Хотя С++ и не предназначалсяспециально для поддержки модульного программирования, классы поддерживают концепциюмодульности ($$5.4.3 и $$5.4.4). Помимо этого С++, естественно, имеет уже продемонстрированныевозможности модульности, которые есть в С, т.е. представление модуля как отдельной единицытрансляции.1.2.3 Абстракция данныхМодульное программирование предполагает группировку всех данных одного типа вокруг одногомодуля, управляющего этим типом. Если потребуются стеки двух разных видов, можно определитьуправляющий ими модуль с таким интерфейсом:class stack_id { /* ...

*/ };// stack_id только тип// никакой информации о стеках// здесь не содержитсяstack_id create_stack ( int size );// создать стек и возвратить// его идентификаторvoid push ( stack_id, char );char pop ( stack_id );destroy_stack ( stack_id );// уничтожение стекаКонечно такое решение намного лучше, чем хаос, свойственный традиционным, неструктурированнымрешениям, но моделируемые таким способом типы совершенно очевидно отличаются от "настоящих",встроенных.

Каждый управляющий типом модуль должен определять свой собственный алгоритмсоздания "переменных" этого типа. Не существует универсальных правил присваиванияидентификаторов, обозначающих объекты такого типа. У "переменных" таких типов не существуетимен, которые были бы известны транслятору или другим системным программам, и эти "переменные"не подчиняются обычным правилам областей видимости и передачи параметров.Тип, реализуемый управляющим им модулем, по многим важным аспектам существенно отличается отвстроенных типов.

Такие типы не получают той поддержки со стороны транслятора (разного видаконтроль), которая обеспечивается для встроенных типов. Проблема здесь в том, что программаформулируется в терминах небольших (одно-два слова) дескрипторов объектов, а не в терминах самихобъектов ( stack_id может служить примером такого дескриптора). Это означает, что транслятор несможет отловить глупые, очевидные ошибки, вроде тех, что допущены в приведенной ниже функции:void f (){stack_id s1;stack_id s2;s1 = create_stack ( 200 );// ошибка: забыли создать s2push ( s1,'a' );25Бьерн Страуструп.char c1 = pop ( s1 );destroy_stack ( s2 );// ошибка: забыли уничтожить s1s1 = s2;Язык программирования С++// неприятная ошибка// это присваивание является по сути// присваиванием указателей,// но здесь s2 исп-ся после уничтожения}Иными словами, концепция модульности, поддерживающая парадигму упрятывания данных, незапрещает такой стиль программирования, но и не способствует ему.В языках Ада, Clu, С++ и подобных им эта трудность преодолевается благодаря тому, что пользователюразрешается определять свои типы, которые трактуются в языке практически так же, как встроенные.

Такиетипы обычно называют абстрактными типами данных, хотя лучше, пожалуй, их называть простопользовательскими. Более строгим определением абстрактных типов данных было бы их математическоеопределение. Если бы удалось его дать, то, что мы называем в программировании типами, было быконкретным представлением действительно абстрактных сущностей. Как определить "более абстрактные"типы, показано в $$4.6. Парадигму же программирования можно выразить теперь так:Определите, какие типы вам нужны; предоставьте полный набор операций для каждого типа.Если нет необходимости в разных объектах одного типа, то стиль программирования, суть которогосводится к упрятыванию данных, и следование которому обеспечивается с помощью концепциимодульности, вполне адекватен этой парадигме.Арифметические типы, подобные типам рациональных и комплексных чисел, являются типичнымипримерами пользовательских типов:class complex{double re, im;public:complex(double r, double i) { re=r; im=i; }complex(double r) // преобразование float->complex{ re=r; im=0; }friend complex operator+(complex, complex);friend complex operator-(complex, complex); // вычитаниеfriend complex operator-(complex)// унарный минусfriend complex operator*(complex, complex);friend complex operator/(complex, complex);// ...};Описание класса (т.е.

определяемого пользователем типа) complex задает представлениекомплексного числа и набор операций с комплексными числами. Представление является частным(private): re и im доступны только для функций, указанных в описании класса complex. Подобныефункции могут быть определены так:complex operator + ( complex a1, complex a2 ){return complex ( a1.re + a2.re, a1.im + a2.im );}и использоваться следующим образом:void f (){complexcomplexcomplex// ...c = - (}a = 2.3;b = 1 / a;c = a + b * complex ( 1, 2.3 );a / b ) + 2;26Бьерн Страуструп.Язык программирования С++Большинство модулей (хотя и не все) лучше определять как пользовательские типы.1.2.4 Пределы абстракции данныхАбстрактный тип данных определяется как некий "черный ящик". После своего определения он по сутиникак не взаимодействует с программой.

Его никак нельзя приспособить для новых целей, не меняяопределения. В этом смысле это негибкое решение. Пусть, например, нужно определить дляграфической системы тип shape (фигура). Пока считаем, что в системе могут быть такие фигуры:окружность (circle), треугольник (triangle) и квадрат (square). Пусть уже есть определения точки и цвета:class point { /* ... */ };class color { /* ... */ };Тип shape можно определить следующим образом:enum kind { circle, triangle, square };class shape{point center;color col;kind k;// представление фигурыpublic:point where () { return center; }void move ( point to ) { center = to; draw (); }void draw ();void rotate ( int );// еще некоторые операции};"Поле типа" k необходимо для того, чтобы такие операции, как draw () и rotate (), могли определять, скакой фигурой они имеют дело (в языках вроде Паскаля можно использовать для этого запись свариантами, в которой k является полем-дескриминантом).

Функцию draw () можно определить так:void shape :: draw (){switch ( k ){case circle:// рисование окружностиbreak;case triangle:// рисование треугольникаbreak;case square:// рисование квадратаbreak;}}Это не функция, а кошмар. В ней нужно учесть все возможные фигуры, какие только есть. Поэтому онадополняется новыми операторами, как только в системе появляется новая фигура. Плохо то, что послеопределения новой фигуры нужно проверить и, возможно, изменить все старые операции класса.Поэтому, если вам недоступен исходный текст каждой операции класса, ввести новую фигуру в системупросто невозможно.

Появление любой новой фигуры приводит к манипуляциям с текстом каждойсущественной операции класса. Требуется достаточно высокая квалификация, чтобы справиться с этойзадачей, но все равно могут появиться ошибки в уже отлаженных частях программы, работающих состарыми фигурами.

Возможность выбора представления для конкретной фигуры сильно сужается, еслитребовать, чтобы все ее представления укладывались в уже заданный формат, специфицированныйобщим определением фигуры (т.е. определением типа shape).27Бьерн Страуструп.Язык программирования С++1.2.5 Объектно-ориентированное программированиеПроблема состоит в том, что мы не различаем общие свойства фигур (например, фигура имеет цвет, ееможно нарисовать и т.д.) и свойства конкретной фигуры (например, окружность - это такая фигура,которая имеет радиус, она изображается с помощью функции, рисующей дуги и т.д.).

Суть объектноориентированного программирования в том, что оно позволяет выражать эти различия и использует их.Язык, который имеет конструкции для выражения и использования подобных различий, поддерживаетобъектно-ориентированное программирование. Все другие языки не поддерживают его. Здесьосновную роль играет механизм наследования, заимствованный из языка Симула. Вначале определимкласс, задающий общие свойства всех фигур:class shape{point center;color col;// ...public:point where () { return center; }void move ( point to ) { center = to; draw(); }virtual void draw ();virtual void rotate ( int );// ...};Те функции, для которых можно определить заявленный интерфейс, но реализация которых (т.е.

тело соператорной частью) возможна только для конкретных фигур, отмечены служебным словом virtual(виртуальные). В Симуле и С++ виртуальность функции означает: "функция может быть определенапозднее в классе, производном от данного". С учетом такого определения класса можно написатьобщие функции, работающие с фигурами:void rotate_all ( shape v [], int size, int angle )// повернуть все элементы массива "v" размера "size"// на угол равный "angle"{int i = 0;while ( i<size ){v [ i ] . rotate ( angle );i = i + 1;}}Для определения конкретной фигуры следует указать, прежде всего, что это - именно фигура и задатьее особые свойства (включая и виртуальные функции):class circle : public shape{int radius;public:void draw () { /* ...

*/ };void rotate ( int ) {} // да, пока пустая функция};В языке С++ класс circle называется производным по отношению к классу shape, а класс shapeназывается базовым для класса circle. Возможна другая терминология, использующая названия"подкласс" и "суперкласс" для классов circle и shape соответственно.Теперь парадигмапрограммирования формулируется так:Определите, какой класс вам необходим; предоставьте полный набор операций для каждого класса;общность классов выразите явно с помощью наследования.Если общность между классами отсутствует, вполне достаточно абстракции данных. Насколькоприменимо объектно-ориентированное программирование для данной области приложения28Бьерн Страуструп.Язык программирования С++определяется степенью общности между разными типами, которая позволяет использоватьнаследование и виртуальные функции.

В некоторых областях, таких, например, как интерактивнаяграфика, есть широкий простор для объектно-ориентированного программирования. В других областях,в которых используются традиционные арифметические типы и вычисления над ними, трудно найтиприменение для более развитых стилей программирования, чем абстракция данных.

Здесь средства,поддерживающие объектно-ориентированное программирование, очевидно, избыточны.Нахождение общности среди отдельных типов системы представляет собой нетривиальный процесс.Степень такой общности зависит от способа проектирования системы. В процессе проектированиявыявление общности классов должно быть постоянной целью. Она достигается двумя способами: либопроектированием специальных классов, используемых как "кирпичи" при построении других, либопоиском похожих классов для выделения их общей части в один базовый класс.С попытками объяснить, что такое объектно-ориентированное программирование, не используяконкретных конструкций языков программирования, можно познакомиться в работах [2] и [6],приведенных в списке литературы в главе 11.Итак, мы указали, какую минимальную поддержку должен обеспечивать язык программирования дляпроцедурного программирования, для упрятывания данных, абстракции данных и объектноориентированного программирования.

Характеристики

Список файлов книги