Сосонкин В.Л. 2005 Системы числового программного управления (841803), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управлениянаследует специфические данные и методы своего родителя. Наследование позволяет повторно использовать ключевые части другого объекта, чтосущественно сокращает время разработки. Функциональные возможности, полученные в результате наследования, нередко должны быть скорректированы или расширены. Поэтому в производном классе переписывают(переопределяют) те функции, которые меняют поведение класса. Множество унаследованных классов образует иерархию (дерево) наследования.Унаследуем класс «Цифровой привод» от существующего базового класса, переопределим функции запуска и останова и добавим функцию настройки (Adjust) привода посредством некоторого набора параметровpParamStruct:class CDigitalDrive: public CDrive{public:bool virtual Start();// Запуск приводаbool virtual Stop();// Останов приводаbool virtual Adjust(void* pParamStruct); // Настройка};Одиночное наследование заставляет программиста выбирать междудвумя практически равноценными классами.
В этой связи привлекаетмножественное наследование, доступное в языке C++, когда один классиспользует структуру и поведение других классов. Однако множественное наследование может стать источником проблем (неопределенностей, конфликтов), когда родительские классы имеют общий прародитель с виртуальными функциями или элементы (данные или методы) содинаковыми именами. На рис.
112 классD унаследован одновременно от классовКласс АВ и С, которые имеют общий прародитель класс А.Класс ВЖизненный цикл объекта начинается смомента его создания, т.е. отведения участка памяти, и завершается возвращениемКласс Ссистеме этого участка памяти. Метод создания объекта называют конструктором, а меКласс Dтод освобождения объекта -деструктором.Добавим конструктор по умолчанию (т.е.Рис. 112. Иерархия классовбез параметров) и виртуальный деструктор:class CDrive1CDrive();virtual ~CDrive();// Конструктор// ДеструкторГлава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления-\ g 3unsigned long m State;// Состояние приводаunsigned long m M o d e ;// Режим приводаpublic:bool virtual Start();// Запуск приводаbool virtual Stop();// Останов привода};Класс «виден» через свой внешний интерфейс, который и служит дляего объявления.
Области public, protected и private обозначают поля данных и методы, объявленные в этих областях, соответственно, как общедоступные всем клиентам, доступные только для унаследованных классов,доступные лишь для данного класса.Иногда для построения сложного механизма удобно объявить некоторую функциональную возможность (метод) в родительском классе, а реализовать эту возможность в производных классах.
Виртуальный метод,объявляющий эту функциональную возможность, называют абстрактным(pure method, чистый метод), а класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод, -абстрактным классом, поскольку он не может иметь собственных объектов. Добавим абстрактный метод SelfTest в класс «Привод» длявыполнения самотестирования:class CDrive{unsigned long m_State; // Состояние приводаunsigned long m_Mode; // Режим приводаpublic:bool virtual Start(); // Запуск приводаbool virtual Stop(); // Останов приводаprotected:long virtual SelfTest(long Index) = 0;// Выполнение одного из внутренных тестов};Рассмотрим механизм виртуальных функций (методов), на котором построен полиморфизм объектов.
Виртуальная функция (ее еще называютобобщенной) может быть переопределена в производных классах. Вызоввиртуальной функции осуществляется не непосредственно по указателю,как для обычной функции, а через ее адрес в таблице виртуальных функций. Таблица привязана к объекту, ее первый элемент служит указателемна сам объект (указатель this), далее следуют адреса виртуальных методовв порядке их объявления.Если производный класс переопределяет виртуальную функцию, то втаблицу виртуальных функций его объектов вносится адрес переопределенной, а не родительской функции. Все вновь объявленные виртуальные-| g4В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов.
Системы числового программного управленияТаблица виртуальных функцийобъектов класса CDriveТаблица виртуальных функцийобъектов класса CDigitalDriveCDrive::thisCDigitalDrive::thisCDrive::--CDrive()CDrive::~CDriveOCDrive::StartQCDigitalDrive::StartOCDrive::StopOCDigitalDrive::StopOCDrive::Se!fTest()CDigitalDrive::SelfTest()CDigitalDrive::AdjustOРис. 113.
Таблицы виртуальных функций объектови производногородительскогоклассовфункции располагаются в таблице вслед за родительскими (рис. 113). Существует полезное правило, которое гласит: если есть сомнения, делать лиметод виртуальным, лучше сделать его виртуальным.Существует полезная категория параметризованных классов, которыев языке C++ называют шаблонами (templates). Они обобщают операциинад разнородными элементами множества. Классический пример шаблона-это класс, выполняющий операции над коллекциями с тем, чтобы добавлять, удалять, заменять элементы или сортировать их по какому-либопризнаку.При разработке проектов чрезвычайно удобна иерархическая стандартная библиотека классов MFC (Microsoft Foundation Classes), которая предлагает уже готовые программные решения.
Вершиной иерархии служиткласс CObject; который, за некоторым исключением, порождает остальные классы библиотеки.Можно построить целую группу классов, работающих с объектамиCObject как с коллекциями, создавая массивы, связанные списки и карты.В библиотечном классе CString хорошо формализовано использованиестрок. Все оконные классы MFC, включая классы стандартных управляющих элементов Windows, производны от класса CWnd. Они предлагаютширокие возможности по отладке, обработке исключений (ошибок), форматированию данных и др.
Методика использования MFC при созданиипрограммного обеспечения систем управления заслуживает отдельного рассмотрения, и это предполагается сделать в дальнейшем.4.1.3. Методические рекомендации по выбору объектов всистеме управленияОбъекты следует выбирать соответственно реальным физическим и логическим элементам системы управления. Например, объектами системыЧПУ могут быть приводы координатных осей, каналы управления, входыГлава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления185и выходы системы управления электроавтоматикой, режимы управлениясистемой ЧПУ, экраны интерфейса оператора, отдельные модули системы, буферы обмена данными и т.д.Данные объекта должны соответствовать данным, характеризующиммоделируемый физический или логический элемент. Например, приводкоординатной оси определяется своим уникальным идентификатором всистеме, именем, статическим состоянием (работает в системе или нет),типом (линейный или поворотный), текущим значением координаты, максимальным и минимальным ограничителями и т.д.
(рис. 114).Класс привода координатной осиДанные• уникальный идентификатор,• имя,• статическое состояние,• тип,• текущая координата,• максимальный и минимальный ограничителиМетоды••••толчковое перемещение,выход в заданную точку,ускоренное перемещение,рабочий ходРис. 114. Пример прототипа классаМетоды привода координатной оси устанавливают такие функциональные возможности, как толчковое перемещение, выход в заданную точку,ускоренное перемещение, рабочий ход и т.д.4.1.4. Структура программного обеспечениясистемы управленияОбъекты системы управления играют троякую роль: I) содержат данные, определяющие свойства объекта; 2) обладают некоторыми функциональными свойствами; 3) обеспечивают презентацию объекта в интерфейсе оператора [69].
При этом возможна проблема интеграции сложившихся объектов с разными модификациями программных пакетов,соответствующих, например, вариантам реализации электроавтоматики илипривода подачи.Новая концепция Microsoft Windows DNA (Distributed IntraNetApplication -распределенное сетевое приложение) предлагает решение наоснове трехуровневой архитектуры, в которую полностью интегрированыобъекты системы управления (рис. 115).
Windows DNA выделяет: клиент-•\ 8 6В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияУровеньпредставленияПромежуточныйслоиУровеньдоступа кданнымРис. 115. Трехуровневая архитектура Windows DNAскую часть, осуществляющую представление данных; серверную часть,поставляющую данные, и некоторый промежуточный слой, снимающийпрямую зависимость клиентской части отданных.Таким образом, можно изменять данные без прямого влияния на кодуровня представления. Более того, промежуточный слой может реализовать логику управления различными клиентскими приложениями, что приведет к увеличению объема повторного использования кода. Межуровневый интерфейс использует компонентный подход, а сами уровни имеютобъектно-ориентированную реализацию.Внедрение Microsoft DNA технологии в системы управления создаетплатформу объектов, которая напрямую может быть использована для решения разнообразных других проблем, таких, как управление потокамиматериалов, контроль качества, планирование производства.4.1.5.
Инструментальная поддержка объектноориентированного проектирования и формализм БучаИнструментальные CASE-системы (Computer-Aided Software Engineering)ускоренной разработки программного обеспечения построены на различных нотациях представлений объектно-ориентированных моделей. Однойиз самых распространенных и удачных является нотация Буча [70,71].Фрагмент нотации Буча рассмотрим на примере диаграммы, котораяотображает классы и их отношении, тем самым раскрывая логику проекта.
Класс обозначают в виде облака, в котором представлены имя, атрибуты (данные) и операции (методы) класса. Тип видимости атрибута или операции отображается соответствующей пиктограммой.Абстрактный класс обозначают буквой «А» в треугольнике.
Наследование показано стрелкой, направленной от производного класса к родительскому. Линии с точкой на одном конце обозначают отношение междуклассами. Если это отношение включения (агрегации), то линия заканчивается квадратиком. Квадрат закрашен, если включение осуществлено позначению, и не закрашен, если включение осуществлено по ссыпке. В качестве примера на рис. 116 в классе CDrive добавим поле m_Name, соответствующее имени привода. Стандартный класс CString библиотеки MFCобладает набором функций для хранения и работы со строковыми массивами, поэтому он был использован как тип поля m_Name.Глава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления-| 8 7ч/CDrive\^,4>m_State: unsigned longУCString> m_Name /^>m_Mode: unsigned long'^•* 4+m Name : CString !(from"SimpleValae Types)- ^s*Start(): bool,v_-'~^•StopQibool/ ^CDigitleDrive•Start(): bool*Stop(): bool{-Jf^SelfTest(lndex: long): long \\,•»'^/Рис. 116.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
