Бьерн Страуструп (947334), страница 34

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

Текст из файла (страница 34)

классы. Некоторые, например, класс shape, представляют

абстрактное понятие (фигура), для которого нельзя создать объекты.

Класс shape приобретает смысл только как базовый класс в некотором

производном классе. Причиной является то, что невозможно дать

осмысленное определение виртуальных функций класса shape:

class shape {

// ...

public:

virtual void rotate(int) { error("shape::rotate"); }

virtual void draw() { error("shape::draw"): }

// нельзя ни вращать, ни рисовать абстрактную фигуру

// ...

};

Создание объекта типа shape (абстрактной фигуры) законная, хотя

совершенно бессмысленная операция:

shape s; // бессмыслица: ``фигура вообще''

Она бессмысленна потому, что любая операция с объектом s приведет

к ошибке.

Лучше виртуальные функции класса shape описать как чисто

виртуальные. Сделать виртуальную функцию чисто виртуальной можно,

добавив инициализатор = 0:

class shape {

// ...

public:

virtual void rotate(int) = 0; // чисто виртуальная функция

virtual void draw() = 0; // чисто виртуальная функция

};

Класс, в котором есть виртуальные функции, называется абстрактным.

Объекты такого класса создать нельзя:

shape s; // ошибка: переменная абстрактного класса shape

Абстрактный класс можно использовать только в качестве базового

для другого класса:

class circle : public shape {

int radius;

public:

void rotate(int) { } // нормально:

// переопределение shape::rotate

void draw(); // нормально:

// переопределение shape::draw

circle(point p, int r);

};

Если чисто виртуальная функция не определяется в производном

классе, то она и остается таковой, а значит производный класс тоже

является абстрактным. При таком подходе можно реализовывать

классы поэтапно:

class X {

public:

virtual void f() = 0;

virtual void g() = 0;

};

X b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса X

class Y : public X {

void f(); // переопределение X::f

};

Y b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса Y

class Z : public Y {

void g(); // переопределение X::g

};

Z c; // нормально

Абстрактные классы нужны для задания интерфейса без уточнения

каких-либо конкретных деталей реализации. Например, в операционной

системе детали реализации драйвера устройства можно скрыть

таким абстрактным классом:

class character_device {

public:

virtual int open() = 0;

virtual int close(const char*) = 0;

virtual int read(const char*, int) =0;

virtual int write(const char*, int) = 0;

virtual int ioctl(int ...) = 0;

// ...

};

Настоящие драйверы будут определяться как производные от класса

character_device.

После введения абстрактного класса у нас есть все основные

средства для того, чтобы написать законченную программу.

6.4 Пример законченной программы

Рассмотрим программу рисования геометрических фигур на экране. Она

естественным образом распадается на три части:

[1] монитор экрана: набор функций и структур данных низкого уровня

для работы с экраном; оперирует только такими понятиями, как

точки, линии;

[2] библиотека фигур: множество определений фигур общего вида

(например, прямоугольник, окружность) и стандартные

функции для работы с ними;

[3] прикладная программа: конкретные определения фигур, относящихся

к задаче, и работающие с ними функции.

Как правило, эти три части программируются разными людьми в разных

организациях и в разное время, причем они обычно создаются

в перечисленном порядке. При этом естественно возникают затруднения,

поскольку, например, у разработчика монитора нет точного представления

о том, для каких задач в конечном счете он будет использоваться. Наш

пример будет отражать этот факт. Чтобы пример имел допустимый

размер, библиотека фигур весьма ограничена, а прикладная

программа тривиальна. Используется совершенно примитивное

представление экрана, чтобы даже читатель, на машине

которого нет графических средств, сумел поработать с этой программой.

Можно легко заменить монитор экрана на более развитую программу,

не изменяя при этом библиотеку фигур или прикладную программу.

6.4.1 Монитор экрана

Вначале было желание написать монитор экрана на С, чтобы еще больше

подчеркнуть разделение между уровнями реализации. Но это оказалось

утомительным, и поэтому выбрано компромиссное решение: стиль

программирования, принятый в С (нет функций-членов, виртуальных

функций, пользовательских операций и т.д.), но используются

конструкторы, параметры функций полностью описываются и проверяются

и т.д. Этот монитор очень напоминает программу на С, которую

модифицировали, чтобы воспользоваться возможностями С++, но

полностью переделывать не стали.

Экран представлен как двумерный массив символов и управляется

функциями put_point() и put_line(). В них для связи с экраном

используется структура point:

// файл screen.h

const int XMAX=40;

const int YMAX=24;

struct point {

int x, y;

point() { }

point(int a,int b) { x=; y=b; }

};

extern void put_point(int a, int b);

inline void put_point(point p) { put_point(p.x,p.y); }

extern void put_line(int, int, int, int);

extern void put_line(point a, point b)

{ put_line(a.x,a.y,b.x,b.y); }

extern void screen_init();

extern void screen_destroy();

extern void screen_refresh();

extern void screen_clear();

#include <iostream.h>

До вызова функций, выдающих изображение на экран (put_...), необходимо

обратиться к функции инициализации экрана screen_init(). Изменения

в структуре данных, описывающей экран, станут видимы на нем

только после вызова функции обновления экрана screen_refresh().

Читатель может убедиться, что обновление экрана происходит

просто с помощью копирования новых значений в массив, представляющий

экран. Приведем функции и определения данных для управления

экраном:

#include "screen.h"

#include <stream.h>

enum color { black='*', white=' ' };

char screen[XMAX] [YMAX];

void screen_init()

{

for (int y=0; y<YMAX; y++)

for (int x=0; x<XMAX; x++)

screen[x] [y] = white;

}

Функция

void screen_destroy() { }

приведена просто для полноты картины. В реальных системах обычно

нужны подобные функции уничтожения объекта.

Точки записываются, только если они попадают на экран:

inline int on_screen(int a, int b) // проверка попадания

{

return 0<=a && a <XMAX && 0<=b && b<YMAX;

}

void put_point(int a, int b)

{

if (on_screen(a,b)) screen[a] [b] = black;

}

Для рисования прямых линий используется функция put_line():

void put_line(int x0, int y0, int x1, int y1)

/*

Нарисовать отрезок прямой (x0,y0) - (x1,y1).

Уравнение прямой: b(x-x0) + a(y-y0) = 0.

Минимизируется величина abs(eps),

где eps = 2*(b(x-x0)) + a(y-y0).

См. Newman, Sproull

``Principles of interactive Computer Graphics''

McGraw-Hill, New York, 1979. pp. 33-34.

*/

{

register int dx = 1;

int a = x1 - x0;

if (a < 0) dx = -1, a = -a;

register int dy = 1;

int b = y1 - y0;

if (b < 0) dy = -1, b = -b;

int two_a = 2*a;

int two_b = 2*b;

int xcrit = -b + two_a;

register int eps = 0;

for (;;) {

put_point(x0,y0);

if (x0==x1 && y0==y1) break;

if (eps <= xcrit) x0 +=dx, eps +=two_b;

if (eps>=a || a<b) y0 +=dy, eps -=two_a;

}

}

Имеются функции для очистки и обновления экрана:

void screen_clear() { screen_init(); }

void screen_refresh()

{

for (int y=YMAX-1; 0<=y; y--) { // с верхней строки до нижней

for (int x=0; x<XMAX; x++) // от левого столбца до правого

cout << screen[x] [y];

cout << '\n';

}

}

Но нужно понимать, что все эти определения хранятся в некоторой

библиотеке как результат работы транслятора, и изменить их нельзя.

6.4.2 Библиотека фигур

Начнем с определения общего понятия фигуры. Определение должно

быть таким, чтобы им можно было воспользоваться (как базовым классом

shape) в разных классах, представляющих все конкретные фигуры

(окружности, квадраты и т.д.). Оно также должно позволять работать

со всякой фигурой исключительно с помощью интерфейса, определяемого

классом shape:

struct shape {

static shape* list;

shape* next;

shape() { next = list; list = this; }

virtual point north() const = 0;

virtual point south() const = 0;

virtual point east() const = 0;

virtual point west() const = 0;

virtual point neast() const = 0;

virtual point seast() const = 0;

virtual point nwest() const = 0;

virtual point swest() const = 0;

virtual void draw() = 0;

virtual void move(int, int) = 0;

};

Фигуры помещаются на экран функцией draw(), а движутся по нему

с помощью move(). Фигуры можно помещать относительно друг друга,

используя понятие точек контакта. Для обозначения точек контакта

используются названия сторон света в компасе: north - север, ... ,

neast - северо-восток, ... , swest - юго-запад. Класс каждой

конкретной фигуры сам определяет смысл этих точек и определяет,

как рисовать фигуру. Конструктор shape::shape() добавляет

фигуру к списку фигур shape::list. Для построения этого списка

используется член next, входящий в каждый объект shape. Поскольку

нет смысла в объектах типа общей фигуры, класс shape определен как

абстрактный класс.

Для задания отрезка прямой нужно указать две точки или точку

и целое. В последнем случае отрезок будет горизонтальным, а целое

задает его длину. Знак целого показывает, где должна находиться заданная

точка относительно конечной точки, т.е. слева или справа от нее:

class line : public shape {

/*

отрезок прямой ["w", "e" ]

north() определяет точку - `` выше центра отрезка и

так далеко на север, как самая его северная точка''

*/

point w, e;

public:

point north() const

{ return point((w.x+e.x)/2,e.y<w.y?w.y:e:y); }

point south() const

{ return point((w.x+e.x)/2,e.y<w.y?e.y:w.y); }

point east() const;

point west() const;

point neast() const;

point seast() const;

point nwest() const;

point swest() const;

void move(int a, int b)

{ w.x +=a; w.y +=b; e.x +=a; e.y +=b; }

void draw() { put_line(w,e); }

line(point a, point b) { w = a; e = b; }

line(point a, int l) { w = point(a.x+l-1,a.y); e = a; }

};

Аналогично определяется прямоугольник:

class rectangle : public shape {

/* nw ------ n ----- ne

| |

| |

w c e

| |

| |

sw ------ s ----- se

*/

point sw, ne;

public:

point north() const { return point((sw.x+ne.x)/2,ne.y); }

point south() const { return point((sw.x+ne.x)/2,sw.y); }

point east() const;

point west() const;

point neast() const { return ne; }

point seast() const;

point nwest() const;

point swest() const { return sw; }

void move(int a, int b)

{ sw.x+=a; sw.y+=b; ne.x+=a; ne.y+=b; }

void draw();

rectangle(point,point);

};

Прямоугольник строится по двум точкам. Конструктор усложняется, так

как необходимо выяснять относительное положение этих точек:

rectangle::rectangle(point a, point b)

{

if (a.x <= b.x) {

if (a.y <= b.y) {

sw = a;

ne = b;

}

else {

sw = point(a.x,b.y);

ne = point(b.x,a.y);

}

}

else {

if (a.y <= b.y) {

sw = point(b.x,a.y);

ne = point(a.x,b.y);

}

else {

sw = b;

ne = a;

}

}

}

Чтобы нарисовать прямоугольник, надо нарисовать четыре отрезка:

void rectangle::draw()

{

point nw(sw.x,ne.y);

point se(ne.x,sw.y);

put_line(nw,ne);

put_line(ne,se);

put_line(se,sw);

Характеристики

Список файлов книги