Работа по С++, страница 4

Виртуальная функция объявляется в базовом или впроизводном классе и, затем, переопределяется в наследуемых классах. Совокупность классов (подклассов), в которых определяется и переопределяется виртуальная функция, называется полиморфическим кластером, ассоциированным с некоторой виртуальной функцией. В пределах полиморфического кластера сообщение связывается с конкретной виртуальной функцией-методом во время выполнения программы.

Обычную функцию-метод можно переопределить в наследуемых классах. Однако без атрибута virtual такая функция-метод будет связана с сообщением на этапе компиляции. Атрибут virtual гарантирует позднее связывание в пределах полиморфического кластера.

Часто возникает необходимость передачи сообщений объектам, принадлежащим разным классам в иерархии. В этом случае требуется реализация механизма позднего связывания. Чтобы добиться позднего связывания для объекта, его нужно объявить как указатель или ссылку на объект соответствующего класса. Для открытых производных классов указатели и ссылки на объекты этих классов совместимыми с указателями и ссылками на объекты базового класса (т.е. к объекту производного класса можно обращаться, как будто это объект базового класса). Выбранная функция-метод зависит от класса, на объект которого указывается, но не от типа указателя.

С++ поддерживает virtual функции-методы, которые объявлены в основном классе и переопределены в порожденном классе. Иерархия классов, определенная общим наследованием, создает связанный набор типов пользователя, на которые можно ссылаться с помощью указателя базового класса. При обращении к виртуальной функции через этот указатель в С++ выбирается соответствующее функциональное определение во время выполнения. Объект, на который указывается, должен содержать в себе информацию о типе, поскольку различия между ними может быть сделано динамически. Это особенность типична для ООП кода. Каждый объект “знает” как на него должны воздействовать. Эта форма полиморфизма называется чистым полиморфизмом.

В С++ функции-методы класса с различным числом и типом параметров есть действительно различные функции, даже если они имеют одно и тоже имя. Виртуальные функции позволяют переопределять в управляемом классе функции, введенные в базовом классе, даже если число и тип аргументов то же самое. Для виртуальных функций нельзя переопределять тип функции. Если две функции с одинаковым именем будут иметь различные аргументы, С++ будет считать их различными и проигнорирует механизм виртуальных функций. Виртуальная функция обязательно метод класса.

 

Задание к работе

Общая постановка. Программа должна содержать:

• базовый класс Х, включающий два  элемента х1, х2 типа int,

• конструктор с параметрами для создания объектов в динамической области памяти,

• деструктор,

• виртуальные методы просмотра текущего состояния и переустановки объектов базового класса в новое состояние.

• производный класс У, включающий один элемент у типа int ,

• конструктор с параметрами и  списком инициализаторов, передающий данные конструктору базового класса,

• переопределенные методы просмотра текущего состояния объектов и их переустановки в новое состояние.

 

Варианты заданий

Создать в производном классе метод Run, определяющий:

1. Сумму компонент классов

2. Произведение компонент классов

3. Сумму квадратов компонент классов

4. Значение  х1+х2 – у

5. Значение (х1+х2)/у

6. Значение (х1+х2)*у

7. Значение х1*у+х2

8. Значение х1+х2*у

9. Произведение квадратов компонент класса

10. Значение х1*х2+у

11. Значение х1*х2/у

12. Значение х1*х2-у

13. Значение (x1-x2)*y

14. Значение (x1-x2)/y

 

Контрольные вопросы

1. Что такое наследование, одиночное наследование, множественное наследование?

2. Какие объекты базового класса наследуются в производном, а какие нет?

3. На примере своей программы поясните механизм позднего связывания.

4. В каком случае С++ проигнорирует механизм виртуальных функций?

 

 

 

 

Работа № 6.
Программирование шаблона классов

 

Теоретические сведения

Задание к работе

Варианты заданий

Контрольные вопросы

 

Цель работы – изучить приемы создания и использования шаблонов классов.

 

Теоретические сведения

Достаточно часто встречаются классы, объекты которых должны содержать элементы данных произвольного типа (в том смысле, что их тип определяется отдельно для каждого конкретного объекта). В качестве примера можно привести любую структуру данных (массив указателей, массив, список, дерево). Для этого в С++ предлагаются средства, позволяющие определить некоторое множество идентичных классов с параметризованным типом внутренних элементов. Они представляют собой особого вида заготовку класса, в которой в виде параметра задан тип (класс) входящих в него внутренних элементов данных. При создании конкретного объекта необходимо дополнительно указать и конкретный тип внутренних элементов в качестве фактического параметра. Создание объекта сопровождается созданием соответствующего конкретного класса для типа, заданного в виде параметра.  Принятый в С++ способ определения множества классов с параметризованным внутренним типом данных (иначе, макроопределение) называется шаблоном (template).

Синтаксис шаблона рассмотрим на примере шаблона класса векторов, содержащих динамический массив указателей на переменные заданного типа.

// <class T> - параметр шаблона - класс "T", внутренний тип данных
// vector -  имя группы шаблонных классов
template <class T> class vector
{
int  tsize;        // Общее количество элементов
int  csize;        // Текущее количество элементов
T    **obj;       // Массив указателей на парам. объекты типа "T"                                  
public:
T *operator[](int); // оператор [int] возвращает указатель на
// параметризованный объект  класса "T"
void insert(T*);   // включение указателя на объект типа "T"
int  index(T*);        
};

Данный шаблон может использоваться для порождения объектов-векторов, каждый из которых хранит объекты определенного типа. Имя класса при этом составляется из имени шаблона "vector" и имени типа данных (класса), который подставляется вместо параметра "Т":

vector<int>   a;
vector<double>     b;
extern class  time;
vector<time>      c;

Заметим, что транслятором при определении каждого вектора с новым типом объектов генерируется описание нового класса по заданному шаблону (естественно, неявно в процессе трансляции). Например, для типа int транслятор получит:

class vector<int>
{
int  tsize;
int  csize;
int  **obj;
public:
int *operator[](int);
void insert(int*);
int  index(int*);
};

Далее следует очевидное утверждение, что функции- методы шаблона также должны быть параметризированы, то есть генерироваться для каждого нового типа данных. Действительно, это так: функции-методы шаблона классов в свою очередь также являются шаблонными функциями с тем же самым параметром. То же самое касается переопределяемых операторов:

// параметр шаблона - класс "T", внутренний тип данных
// имя функции-элемента или оператора - параметризировано
//      
template <class T>  T* vector<T>::operator[](int n)
{
if (n >=tsize) return(NULL);
return (obj[n]);
}
template <class T> int vector<T>::index(T *pobj)
{
int  n;
for (n=0; n<tsize; n++)
if (pobj == obj[n]) return(n);
return(-1);
}

Заметим, что транслятором при определении каждого вектора с новым типом объектов генерируется набор методов- функций по заданным шаблонам (естественно, неявно в процессе трансляции). При этом сами шаблонные функции должны размещаться в том же заголовочном файле, где размещается определение шаблона самого класса. Для типа int сгенерированные транслятором функции-методы будут выглядеть так:

int* vector<int>::operator[](int n)
{
if (n >=tsize) return(NULL);
return (obj[n]);
}
int vector<int>::index(int *pobj)
{
int  n;
for (n=0; n<tsize; n++)
if (pobj == obj[n]) return(n);
return(-1);
}

 

Задание к работе

Общая постановка. Дано: число N и последовательность a₁, a₂, … a_N
Создать шаблон класса, порождающий динамические одномерные массивы с элементами различных типов (вещественные, целочисленные, символьные и т.д.). Тип данных и результат являются параметрами по отношению к классу, программа должна иметь методы инициализации, конструктор, деструктор, метод просмотра значений созданного массива, согласно заданному алгоритму.

 

Варианты заданий

1. a₁, (a₁+a₂), … ,(a₁+a₂+…+a_N);

2. (a₁*a₁), (a₁*a₂), …, (a₁*a_N);

3. |a₁|, |a₁+a₂|, …, |a₁+a₂+…a_N|;

4. a₁, -a₁*a₂, +a₁*a₂*a₃, … ,(-1)^N*a₁*a₂*…a_N;

5. -a₁, +a₂, -a₃, … , (-1)^N*a_N;

6. (a₁+1), (a₂+2) , (a₃+3), …, (a_N+N);

7. a₁*1, a₂*2, a₃*3,     , a_N*N;

8. a₁*a₂, a₂*a₃, … , (a_N-1)*a_N;

9. a₁/1, a₂/2, a₃/3, …,a_N/N;

10. (a₁+a₂), (a₂+a₃),… ,(a_N-1+a_N);

11. (a₁+a₂+a₃), (a₂+a₃+a₄), (a₃+a₄+a₅), … (a_N-2+a_N-1+a_N);

12. (N+a₁), ( N-1+a₂),   ,(1+a_N);

13. (N*a₁), ( (N-1)*a₂),   ,(1*a_N);

14. a₁/N, a₂/N, … ,a_N/1.

 

Контрольные вопросы

1. С какой целью используются шаблоны классов?

2. Какие существуют виды параметров шаблона класса?

3. В чем заключается особенность использования функций – методов шаблона?

4. Может ли использоваться шаблон для параметризированных объектов?

 

 

 

 

Работа № 7.
Множественное наследование с использованием абстрактных  базовых классов, файлового ввода-вывода с применением потоков С++,  функций обработки исключительных ситуаций

 

Теоретические сведения

Задание к работе

Варианты заданий

Контрольные вопросы

 

Цель работы – изучить методику создания множественного наследования, использование абстрактного базового класса, файловый ввод – вывод и использование функций обработки исключительных ситуаций.

 

Теоретические сведения

Абстрактные классы

Если базовый класс используется только для порождения производных классов, то виртуальные функции в базовом классе могут быть "пустыми", поскольку никогда не будут вызваны для объекта базового класса. Базовый класс в котором есть хотя бы одна такая функция, называется абстрактным. Виртуальные функции в определении класса обозначаются следующим образом:

class base
{
public:
virtual print()=0;
virtual get() =0;
};

Определять тела этих функций не требуется.