Wstęp do programowania obiektowego Wykład 2

1

CECHY I KONCEPCJA PROGRAMOWANIA OBIEKTOWEGO

2

Cechy programowania obiektowego Dla wielu problemów podejście obiektowe

jest zgodne z rzeczywistością (łatwe do przyswojenia przez człowieka; dobrze odzwierciedlające sposób, w jaki ludzie myślą o świecie).

PO nie daje żadnych nowych efektów w gotowym programie

Zastosowanie PO nie jest widoczne dla użytkownika

Zastosowanie PO może pogorszyć wydajność obliczeniową programu (w porównaniu do analogicznego programu strukturalnego)

3

C++ jest językiem zarówno obiektowym, jak i imperatywnym/strukturalnym/proceduralnym.

Języki programowania z cechami obiektowości to m.in.: C#, Java, Object Pascal, Lisp, Ruby, Python, PHP5.

4

Koncepcja programowania obiektowego Otaczający nas świat to różnego rodzaju

przedmioty. Tworząc program komputerowy dokonujemy

pewnego ich odwzorowania. W programowaniu proceduralnym funkcje i

zmienne dotyczące danego przedmiotu nie są ze sobą logicznie powiązane.

W programowaniu obiektowym dokonuje się powiązania metod (funkcji programu) z danymi (zmiennymi) definiującymi przedmiot. Wszystko to grupuje się w klasie zawierającej w jednym

miejscu zarówno dane definiowanego przedmiotu, jak i dotyczące go funkcje.

5

Podstawowe definicje Klasa – (częściowa lub całkowita) definicja dla obiektu - opis budowy

i działania obiektów Obiekt – fizyczna instancja (ucieleśnienie, egzemplarz) klasy. Jest to

struktura zawierająca: dane metody, czyli funkcje służące do wykonywania na tych danych

określonych zadań. Każdy obiekt ma trzy cechy: tożsamość, czyli cechę umożliwiającą jego identyfikację i

odróżnienie od innych obiektów; stan, czyli aktualny stan „własnych” danych; zachowanie, czyli zestaw metod wykonujących operacje na tych

danych.

6

UKRYWANIE IMPLEMENTACJI: HERMETYZACJA (ENKAPSULACJA)

7

Hermetyzacja

„Zwykłemu użytkownikowi” niepotrzebna jest znajomość wewnętrznej budowy urządzeń.

Do codziennej obsługi, wystarczą nam udostępnione bezpieczne manipulatory. Mamy dostęp tylko do wybranych metod urządzenia (np. manipulatory telewizora). W ten sposób część (bardziej skomplikowanych) funkcji jest przed nami ukryta.

Analogicznie jest w programowaniu obiektowym: Hermetyzacja (enkapsulacja) - ograniczenie bezpośredniego dostępu do niektórych pól obiektów, ewentualnie umożliwienie ich modyfikacji poprzez metody.

8

Specyfikatory (etykiety) dostępu O dostępności pól i metod decydują tzw. specyfikatory dostępu: public, private i

protected. W C++ w ciele klasy deklaruje się sekcje (zawierające jedną lub więcej składowych): public – składowe widoczne globalnie, dla wszystkich, np. z maina; private – składowe widoczne tylko dla danej klasy; protected – składowe widoczne tylko dla danej klasy oraz klas dziedziczących.

class Punkt { public: int x, y; double odległość (int xx, int yy) {return sqrt((x-xx)*(x-

xx)+(y-yy)*(y-yy));} private: void zeruj () {x = 0; y = 0;} protected: double przesuń (int dx, int dy) {x+=dx; y+=dy;} }; 9

Etykieta dotyczy występujących po niej metod i pól. Liczba etykiet jest dowolna (mogą się powtarzać). W przypadku braku etykiety domyślnie jest przypisana sekcja prywatna.

class Punkt{ void fun1(){…} //prywatna, bo domyślna protected: int fun2(){ … } int y; private: float fun3(){…} int x; public: double fun4(){…} };

10

Konwencja nazewnictwa get/set/is Kiedy pole jest zadeklarowane jako prywatne możemy umożliwić : odczyt wartości pola przez metodę publiczną nazywaną get(). modyfikację wartości pola przez metodę publiczną nazywaną set. class Punkt { private: int x; int y; public: int getx(){return x;} int gety(){return y;} void setx(int xx){x=xx;} void sety(int yy){ if (yy>=0) y=yy;} };

11

W C++ jest to tylko konwencja nazewnictwa (zalecany sposób tworzenia nazw metod do odczytu i zapisu pól prywatnych), a nie obowiązkowy element języka.

Stosuje się to w wielu językach obiektowych, niekiedy jest to też mechanizm wbudowany (np. akcesory set, get w C#).

12

Korzyści z hermetyzacji Funkcje getx(), gety(), setx() i sety() znajdują się w

sekcji public i są widoczne poza obiektem klasy. Pola x i y nie są widoczne poza obiektem klasy, ale jedynie wewnątrz obiektu (mają do niej dostęp metody klasy, czyli m.in. nasze funkcje getx(), gety(), setx() i sety() ). Z tego względu te funkcje stanowią "interfejs" dostępu do pól obiektu klasy Punkt.

Daje to nam kontrolę nad zapisem i odczytem do pól x i y poprzez odpowiednie definicje metod (możemy sprawdzić, odrzucić czy zabronić modyfikacji pola).

Standardowe nazwy takich metod ułatwiają czytanie kodu.

13

Dwie role programistów PO • Twórca klas – tworzy biblioteki kodu do

wykorzystania, np. klasy, ich metody i dane • Programista-klient – używa stworzonego kodu,

czyli gotowych klas: tworzy obiekty, wywołuje metody itp.

Dobrze jest ukryć przed programistą-klientem nieistotne dla niego szczegóły implementacji, które mogłyby być niewłaściwie użyte. W ten sposób zmniejsza się ryzyko popełnienia przez niego błędów w używaniu gotowych bibliotek (klas). Takie postępowanie to właśnie ukrywanie implementacji (hermetyzacja).

14

Modyfikacje bibliotek Ukrywanie implementacji pozwala też na

modyfikację przez twórcę klas szczegółów udostępnianych bibliotek, bez większego wpływu na kod wykorzystujący te biblioteki (kod napisany przez programistę-klienta).

Modyfikacje to na przykład rozszerzanie funkcjonalności biblioteki czy optymalizacja kodu.

15

KONSTRUKTORY I DESTRUKTORY

16

Geneza Przyczyną wielu błędów jest to, że

programista zapomina o inicjalizacji zmiennych lub "końcowych porządkach".

W programowaniu obiektowym wprowadzono więc półautomatyczny mechanizm inicjacji i "sprzątania": odpowiednio: konstruktory i destruktory.

17

Konstruktor Przy tworzeniu obiektu zawsze

wywoływany jest konstruktor (specjalna funkcja składowa klasy).

Podstawowym zadaniem konstruktora jest inicjalizacja (nadanie odpowiednich wartości) polom tworzonego obiektu.

18

Cechy konstruktora: Nazwa konstruktora jest taka sama jak

nazwa klasy; nie zwraca żadnego wyniku; może przyjmować parametry; Parametrami konstruktora nie mogą być

obiekty klasy do której należy, ale mogą być referencje do tych obiektów (w C++);

Nie może być wywołany jak zwykła metoda (bez tworzenia obiektu);

Najczęściej jest publiczny. 19

Dwa sposoby inicjalizacji pól w C++ 1. W konstruktorze przy użyciu instrukcji

przypisania, np.: Punkt(int xx, int yy) { x = xx; y = yy; }

2. W konstruktorze, przy użyciu listy inicjacyjnej, np.: Punkt(int xx, int yy) : x(xx), y(yy) {}

Dopuszczalne są też rozwiązania mieszane.

20

Konstruktor domyślny W momencie tworzenia obiektu zawsze

wywoływany jest jakiś konstruktor. Jeżeli w klasie nie został zdefiniowany

żaden konstruktor, to kompilator dodaje (niewidoczny w kodzie) konstruktor domyślny (bezparametrowy).

21

Konstruktor bezparametrowy Często też definiuje się własny

konstruktor bezparametrowy. Konstruktor bezparametrowy najczęściej nadaje polom wartości domyślne.

22

Tworzenie obiektów z wykorzystaniem konstruktorów:

Punkt p(20,40), p1, p2;

Punkt* wskp1 = new Punkt(30, 35); Punkt* wskp2 = new Punkt(); Punkt* wskp3 = new Punkt;

23

Konstruktor kopiujący Zadaniem konstruktora kopiującego jest

utworzenie nowego obiektu jako dokładnej kopii obiektu istniejącego. Nagłówek zwykle ma postać: (const &)

Przykład:

Prostokąt(const Prostokąt& p)

Przy braku definicji konstruktora kopiującego, kompilator dodaje domyślny konstruktor kopiujący, który kopiuje „pole po polu” (jest to tzw. kopia płytka i niekiedy to nie wystarcza).

24

Destruktor W momencie niszczenia obiektu (np.: koniec zakresu widoczności

obiektu lokalnego) wywoływany jest destruktor – zdefiniowany w klasie lub domyślny.

Celem definiowania destruktora może być np. zwolnienie zaalokowanej ręcznie pamięci, używanych zmiennych dynamicznych, itp. porządki.

Definicja destruktora: ~() { , itp. }

Cechy destruktora: nie ma parametrów, nie ma typu wyniku w klasie może wystąpić tylko jeden destruktor nie można go wywołać jak zwykłej metody

25

DIAGRAMY KLAS W NOTACJI UML

26

Schemat klasy w UML

Nazwa

Atrybuty (zmienne klasowe)

Metody (funkcje)

27

Żarówka - bool włączona # int moc + void włącz() + void wyłącz()

Aby używać typu bool należy dopisać na początku programu: #include

Symbole modyfikatorów dostępu: - private + public # protected

Przykłady klas (UML) Punkt (na płaszczyźnie) Punkt (w przestrzeni 3D) Telewizor Człowiek Szafa/Pokój/Paczka Odcinek Wektor Wielokąt (budowany z punktów) Wielokąt (budowany z odcinków)

28

Wstęp do programowania obiektowegoCechy i koncepcja programowania obiektowegoCechy programowania obiektowegoSlajd numer 4Koncepcja programowania obiektowegoPodstawowe definicjeUkrywanie implementacji: hermetyzacja (enkapsulacja)HermetyzacjaSpecyfikatory (etykiety) dostępuSlajd numer 10Konwencja nazewnictwa get/set/isSlajd numer 12Korzyści z hermetyzacjiDwie role programistów POModyfikacje bibliotekKONSTRUKTORY I DESTRUKTORYGenezaKonstruktorCechy konstruktora:�Dwa sposoby inicjalizacji pól w C++�Konstruktor domyślny�Konstruktor bezparametrowy�Tworzenie obiektów z wykorzystaniem konstruktorów:Konstruktor kopiujący�DestruktorDiagramy klas w Notacji UMLSchemat klasy w UML�Przykłady klas (UML)