07 - Programowanie obiektowe - klasy, obiekty, ochrona danych.pdf - Systemy wizyjne w robotyce - pmtg

Lekcja 7: Programowanie obiektowe - klasy, obiekty, ochrona

danych.

Wst ħ p

Umiecie ju Ň pisa ę programy strukturalne (przynajmniej mamy tak Ģ nadziej ħ ). Prawdopodobnie słyszeli Ļ cie te Ň o obiektach - mo Ň e

jeszcze nie w naszym podr ħ czniku, ale gdzie Ļ na pewno. Aby w pełni skorzysta ę z mo Ň liwo Ļ ci programowania wizualno-obiektowego

w BCB, musicie pozna ę cho ę by podstawy programowania zorientowanego obiektowo, b ħ d Ģ cego istot Ģ programowania w C++. To

przede wszystkim bezpo Ļ rednim wsparciem dla takiego programowania ró Ň ni si ħ j ħ zyk C++ od "zwykłego", czyli strukturalnego j ħ zyka

Oprócz zwykłej dawki teorii zamie Ļ cili Ļ my wi ħ c w tej lekcji przykład obiektowej analizy problemu. Natomiast nie b ħ dzie tu ju Ň

kalkulatora. Zamiast niego - zamieszczamy przykład przydatnej klasy, która realizuje rotacyjny bufor na liczby o wysokiej wydajno Ļ ci.

Obiekty i klasy

W trakcie dotychczasowego kursu programowania poznali Ļ cie (mamy tak Ģ nadziej ħ ) podstawy programowania strukturalnego. Jest to

historycznie najstarsza metodologia programowania. Mimo tego jest do tej pory znana i cz ħ sto stosowana, szczególnie wsz ħ dzie tam,

gdzie nie mamy dost ħ pu do nowoczesnych j ħ zyków obiektowych lub gdzie nale Ň y szybko rozwi Ģ za ę niezbyt skomplikowany problem.

Ta lekcja po Ļ wi ħ cona b ħ dzie innemu podej Ļ ciu do programowania, tzn. programowaniu zorientowanemu obiektowo . Aby pokaza ę

ró Ň nic ħ pomi ħ dzy obiektowym a strukturalnym podej Ļ ciem do programowania, spróbujmy jeszcze raz sprecyzowa ę , czym

charakteryzuje si ħ programowanie strukturalne. W tego typu podej Ļ ciu do programowania najwa Ň niejszy jest algorytm, natomiast

sposób zapisu i pami ħ tania danych, na jakich operuje, jest drugorz ħ dny.

Wady programowania strukturalnego

Analizuj Ģ c problem strukturalnie, zawsze układamy pewn Ģ kolejno Ļę działa ı , operacji wykonywanych przez komputer. Efektem tego

jest

powstawanie

funkcji.

Ka Ň dy

algorytmów

wymaga

pewnych

danych

wej Ļ ciowych,

które

przekształca,

produkuj Ģ c

dane

wyj Ļ ciowe. Tak wi ħ c wybór czy te Ň opracowanie

algorytmu determinuje, jakich

danych b ħ dzie potrzebował i

jak maj Ģ by ę one

zapami ħ tywane. W ten sposób dostajemy list ħ parametrów i zmiennych przekazywanych do procedury.

ņ eby nie by ę gołosłownym, przeanalizujmy proces powstawania prostego programiku rysuj Ģ cego np. prostok Ģ t na ekranie komputera i

dokonuj Ģ cego na nim podstawowych przekształce ı , tzn. obrotu i przesuni ħ cia. Celem jest otrzymanie rysunku i jego pó Ņ niejsze

przekształcenia. Najpierw zastanówmy si ħ , jak rysuje si ħ prostok Ģ t. Wystarczy, Ň e narysujemy cztery odcinki ł Ģ cz Ģ ce jego wierzchołki.

Potrzebujemy wi ħ c zapami ħ ta ę poło Ň enia czterech punktów stanowi Ģ cych wierzchołki prostok Ģ ta. Oczywi Ļ cie nie jest to jedyny sposób

opisu, jaki mo Ň emy zastosowa ę , lecz wydaje si ħ , Ň e jest najbardziej naturalny. Je Ļ li chcemy przesun Ģę prostok Ģ t o wektor (x,y),

wystarczy Ň e do odpowiednich współrz ħ dnych dodamy współrz ħ dne wektora. Inaczej z obrotem - aby go dokona ę , musimy zna ę

Ļ rodek i k Ģ t, o jaki nale Ň y prostok Ģ t obróci ę . W tym przypadku wygodniej byłoby pami ħ ta ę prostok Ģ t jako poło Ň enie jego Ļ rodka,

długo Ļę przek Ģ tnej oraz dwa k Ģ ty: pomi ħ dzy przek Ģ tnymi i pomi ħ dzy jedn Ģ z nich a osi Ģ układu współrz ħ dnych. W wyniku

przedstawionej analizy otrzymujemy kilka procedur oraz struktur ħ danych, w jakiej pami ħ tamy prostok Ģ t. Przykładowo, mogłoby to

wygl Ģ da ę tak:

struct SPr1

{

int x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4;

};

struct SPr2

{

int xs, ys;

double dl_p;

double kat_p, kat_ox;

};

void rysuj(SPr1 p);

SPr1 przesun (SPr1 p, int x, int y);

SPr2 obroc(SPr2 p, double kat);

I jeszcze dwie procedury pomocnicze, wykorzystywane przez procedur ħ obracaj Ģ c Ģ , a słu ŇĢ ce do przekształcenia opisu opartego na

czterech punktach w opis oparty na Ļ rodku, przek Ģ tnej i dwu k Ģ tach - i na odwrót:

SPr2 wierzcholki_na_katy(SPr1 p);

SPr1 katy_na_wierzcholki(SPr2 p);

Dobrym zwyczajem w programowaniu jest przewidywanie sytuacji bł ħ dnych i reagowanie na nie, tak wi ħ c ka Ň d Ģ z wymienionych

procedur nale Ň ałoby poszerzy ę o

sprawdzanie

bł ħ dów (np. czy

dane

cztery punkty rzeczywi Ļ cie tworz Ģ prostok Ģ t, czy

długo Ļę

przek Ģ tnej nie jest ujemna, itp ...).

Je Ň eli uwa Ň nie przeczytali Ļ cie powy Ň szy tekst, zauwa Ň yli Ļ cie zapewne, Ň e teraz stosunkowo proste zadanie narysowania prostok Ģ ta, po

analizie i rozpisaniu na procedury, nie jest ju Ň takie przejrzyste. Musimy pami ħ ta ę , która procedura potrzebuje jakich danych, mamy

dwa niezale Ň ne opisy prostok Ģ ta i musimy dba ę o synchronizacj ħ pomi ħ dzy nimi; przy tym zadania wykonywane przez procedury

cz ħĻ ciowo si ħ pokrywaj Ģ (kontrola poprawno Ļ ci danych wej Ļ ciowych powinna znale Ņę si ħ w ka Ň dej procedurze) itd. Je Ļ li chcieliby Ļ my

dalej rozbudowywa ę ten program o nowe figury, bardzo szybko dostaniemy olbrzymi Ģ liczb ħ procedur i zmiennych w lu Ņ ny sposób

powi Ģ zanych ze sob Ģ .

Zaprezentowane powy Ň ej podej Ļ cie do problemu nie jest do ko ı ca typowe dla człowieka. Na ogół jak my Ļ limy o prostok Ģ cie, to

my Ļ limy o nim jako o cało Ļ ci. Prostok Ģ t jest figur Ģ geometryczn Ģ składaj Ģ c Ģ si ħ z czterech boków parami równoległych, o wszystkich

k Ģ tach prostych. Prostok Ģ t mo Ň na opisa ę na kilka sposobów, mo Ň na narysowa ę , przemie Ļ ci ę , obróci ę , zetrze ę . W sposób naturalny

traktujemy prostok Ģ t jako obiekt. Podobnie traktujemy np. samochód - blaszane pudełko na kółkach, okre Ļ lone kolorem, mark Ģ ,

kształtem, które przemieszcza si ħ , skr ħ ca, ma pewne osi Ģ gi itd... Powstaje wi ħ c pytanie - dlaczego takiego wła Ļ nie postrzegania Ļ wiata

nie przenie Ļę do programowania? Odpowiedzi Ģ na nie jest wła Ļ nie programowanie zorientowane obiektowo .

Co to jest obiekt i czym jest klasa

Skoro mówimy o programowaniu zorientowanym obiektowo, potrzebna jest jaka Ļ definicja obiektu. Podczas tego kursu obiektem

b ħ dziemy nazywali dane i algorytmy na nich operuj Ģ ce. Zatem w powy Ň szym przykładzie w skład obiektu nazywanego prostok Ģ tem

b ħ d Ģ wchodzi ę nie tylko dane stanowi Ģ ce jego opis, ale i wszystkie procedury słu ŇĢ ce zarówno do zmiany czy przekształcania tych

danych, czy te Ň do wykonywania odpowiednich działa ı ŇĢ danych przez u Ň ytkownika (np. narysowania obiektu na ekranie). W dalszym

opisie dane b ħ dziemy cz ħ sto

nazywali

polami lub

wła Ļ ciwo Ļ ciami obiektu, natomiast algorytmy zapisane w postaci funkcji lub

procedur - metodami .

Na pocz Ģ tek mo Ň ecie sobie wyobrazi ę obiekty jako troch ħ bardziej zło Ň one rekordy, które poznali Ļ cie ju Ň wcze Ļ niej. Oprócz pól, do

których ju Ň jeste Ļ my przyzwyczajeni, dokładamy jeszcze metody, definiowane w sposób zbli Ň ony do definiowania funkcji.

rekordy składaj Ģ si ħ z pól

obiekty składaj Ģ si ħ z pól i metod działaj Ģ cych na tych polach

I podobnie jak definiowali Ļ my typ rekordowy , by opisa ę struktur ħ rekordu, mo Ň emy teraz zdefiniowa ę typ obiektowy , by opisa ę

struktur ħ obiektu. Przy czym zamiast poj ħ cia typu obiektowego w C++ u Ň ywa si ħ poj ħ cia klasa (klasa obiektów).

Zamiast mówi ę typ obiektowy mo Ň emy mówi ę po prostu: klasa .

Definicja klasy jest podobna do definicji typu rekordowego (struktur), musi tylko uwzgl ħ dnia ę metody. W opisie typu rekordowego

u Ň ywali Ļ my słowa kluczowego struct . W opisie typu obiektowego (klasy) b ħ dziemy u Ň ywa ę słowa kluczowego class .

W przypadku najprostszych klas, w których nie jest potrzebne definiowanie widoczno Ļ ci poszczególnych pól czy te Ň metod,

mo Ň emy pozosta ę przy słowie struct lub u Ň ywa ę go zamiennie ze słowem class , lecz lepiej od razu przyzwyczaja ę si ħ do dobrego

standardu u Ň ywania słowa class , którego wymaga prawdziwe programowanie obiektowe.

Załó Ň my, Ň e chcemy zdefiniowac klas ħ b ħ d Ģ c Ģ bardzo prost Ģ komputerow Ģ reprezentacj ħ diody. Przyjmijmy, Ň e dioda, traktowana jako

ogólne poj ħ cie, b ħ dzie okre Ļ lona przez dwie wła Ļ ciwo Ļ ci (dwa pola):

ma jaki Ļ kolor (pole typu string)

jest zapalona albo nie (pole typu bool)

Na polach tych chcemy móc wykonywa ę nast ħ puj Ģ ce operacje (metody):

"zapalenie diody"

"zgaszenie" diody

obejrzenie jej stanu: czy Ļ wieci i w jakim kolorze.

Nasz Ģ klas ħ opisuj Ģ c Ģ poj ħ cie diody nazwiemy CDioda - zaczynaj Ģ c jej nazw ħ od du Ň ego C, by od razu było wida ę , Ň e jest to nazwa

klasy. To nieobowi Ģ zuj Ģ ca, ale wygodna konwencja, analogiczna do zapisu struktur - typów rekordowych, których nazwy zaczynali Ļ my

od du Ň ego S (lub T).

Mo Ň emy wi ħ c ju Ň zaproponowa ę definicj ħ klasy CDioda:

class CDioda {

public :

string kolor;

bool zapalona;

void zapal() {

zapalona = true ;

}

void zgas() {

zapalona = false ;

}

void pokaz() {

if (zapalona)

cout << "Swieci w kolorze " << kolor << endl;

else

cout << "Nie swieci\n" ;

}

};

W ten sposób pokazali Ļ my Wam, jak mo Ň na zdefiniowa ę nowy typ obiektowy - klas ħ . Lecz typ obiektowy, czyli klasa obiektów, albo

krócej klasa, to jeszcze nie obiekt - pami ħ tajcie o tym. Definicja klasy jest opisem wspólnych metod i pól, specyficznych dla

wszystkich obiektów tej klasy, bez podawania ich konkretnych warto Ļ ci. Przykładowo klasa obiektów znana pod poj ħ ciem człowiek

definiuje, i Ň ka Ň dy człowiek ma kolor oczu. Nie jest powiedziane jaki - wiadomo tylko, Ň e ma. Natomiast doprecyzowanie (okre Ļ lenie,

jaki to jest kolor) - odbywa si ħ w odniesieniu do konkretnego obiektu - takiego lub innego człowieka. Podobnie

klasa CDioda

definiuje, Ň e ka Ň dy obiekt tej klasy (dioda) ma jaki Ļ kolor. A jaki - to ju Ň zale Ň y od konkretnej diody.

Tutaj mamy wi ħ c podobn Ģ sytuacj ħ jak w przypadku rekordów. Najpierw definiowali Ļ my typ rekordowy (struktur ħ ), a dopiero potem

rekordy - zmienne danego typu. I dopiero z tych zmiennych mogli Ļ my zacz Ģę korzysta ę . Podobnie wygl Ģ da sytuacja w przypadku

obiektów. ņ eby mo Ň na było ró Ň ne obiekty - diody wykorzysta ę w naszym programie, musimy najpierw zdefiniowa ę klas ħ CDioda, a

potem utworzy ę jakie Ļ zmienne klasy CDioda (zmienne typu obiektowego CDioda).

Zobaczcie to na przykładzie:

1. #include <iostream>

2. #include <cstdlib>

4. using namespace std;

6. /* Definicja typu obiektowego - klasy CDioda*/

class CDioda {

public :

// definicje pól o nazwach kolor i zapalona

10.

string kolor;

11.

bool zapalona;

12.

// definicja metody zapal

13.

void zapal() {

14.

zapalona = true ;

15.

}

16.

// definicja metody zgas

17.

void zgas() {

18.

zapalona = false ;

19.

}

20.

// definicja metody pokaz

21.

void pokaz() {

22.

if (zapalona)

23.

cout << "Swieci w kolorze " << kolor << endl;

24.

else

25.

cout << "Nie swieci\n" ;

26.

}

27. };

28.

29. int main( int argc, char *argv[])

30. {

31. cout << "Diody ..." << endl;

32.

33. // utworzenie dwóch obiektów typu CDdioda, o nazwach d1 i d2

34. CDioda d1, d2;

35.

36. // ustawienie warto Ļ ci ich pól

37. d1.kolor = "zielony" ;

38. d2.kolor = "czerwony" ;

39. d1.zapalona = false ;

40. d2.zapalona = false ;

41.

42. // a teraz główna p ħ tla progamu - b ħ dzie prosi ę u Ň ytkownika

43. // o podanie działania - i po ka Ň dym poleceniu wy Ļ wietla ę

44. // stan diod

45. char zn;

46. do {

47. cout << "Stan diod:\n" ;

48. d1.pokaz();

49. d2.pokaz();

50. cout << "\nCo chcesz zrobic?\n1 - zapal diode 1\n" ;

51. cout << "2 - zgas diode 1\n" ;

52. cout << "3 - zapal diode 2\n" ;

53. cout << "4 - zgas diode 2\n" ;

54. cout << "0 - zakoncz program\n" ;

55. cin >> zn;

56. switch (zn) {

57. case '1' : d1.zapal(); break ;

58. case '2' : d1.zgas(); break ;

59. case '3' : d2.zapal(); break ;

60. case '4' : d2.zgas(); break ;

61. };

62. } while (zn != '0' );

63.

64. return 0;

65.

}

No tak ... uwa Ň ny czytelnik mo Ň e stwierdzi ę - tyle pisania, tyle teorii, tyle hałasu, a jedyny zysk to fakt, Ň e zamiast pisa ę pokaz(d1)

piszemy d1.pokaz() . I b ħ dzie miał racj ħ - jak na razie ... przynajmniej dopóki nie poka Ň emy mo Ň liwo Ļ ci ochrony pól i metod w

obiekcie. A prawdziw Ģ pot ħ g ħ programowania

obiekowego zobaczycie dopiero w nast ħ pnej lekcji - jak omówimy zupełnie nowe

poj ħ cia - dziedziczenie i polimorfizm.

Troch ħ składni

Po tym prostym przykładzie z diod Ģ mo Ň emy ju Ň poda ę uproszczon Ģ , ogóln Ģ posta ę deklaracji klasy:

class nazwa_klasy

{

public : // co znaczy public - w nast ħ pnym segmencie

// najpierw definiujemy pola ró Ň nych typów

typ_pola nazwa_pola, ...nazwa_pola ;

...

// potem metody (z parametrami lub bez) operuj Ģ ce na tych polach

typ_zwracany nazwa_metody ( lista_parametrów );

...

// potem znowu mog Ģ by ę inne pola

typ_pola nazwa_pola, ...nazwa_pola ;

...

// i inne metody

typ_zwracany nazwa_metody ( lista_parametrów );

// i tak dalej...

};

Wyst ħ puj Ģ cym tutaj słowem kluczowym public na razie si ħ nie przejmujcie - tylko przyjmijcie, Ň e by ę musi. Co ono znaczy, i dlaczego

by ę musi - wyja Ļ nimy w dalszej cz ħĻ ci tej lekcji.

W C++, mimo Ň e mo Ň liwa jest jednoczesna definicja i deklaracja klasy (tak zrobili Ļ my w przykładzie wprowadzaj Ģ cym - diody) -

zwykle post ħ puje si ħ inaczej. Ka Ň d Ģ klas ħ rozbija si ħ na dwa pliki:

plik z deklaracj Ģ (a nie definicj Ģ ) klasy

plik zawieraj Ģ cy implementacj ħ klasy, czyli definicje jej metod.

Klas ħ deklaruje si ħ w pliku nagłówka (*.h), natomiast definicje metod wchodz Ģ cych w jej skład umieszcza w implementacji (*.cpp).

Tak wi ħ c klasa CDioda po poprawkach powinna wygl Ģ da ę nast ħ puj Ģ co: najpierw tworzymy nowy moduł, nast ħ pnie w jego pliku

nagłówkowym umieszczamy deklaracj ħ klasy:

1. #ifndef cdiodaH

2. #define cdiodaH

4. #include <string>

5. using namespace std;

7. /* Deklaracja klasy CDioda*/

8. class CDioda {

9. public :

10. // pole pami ħ taj Ģ ce stan diody

11. bool zapalona;

12. // kolor diody

13. string kolor;

14. // informacja, Ň e dioda ma metod ħ zapal

15. void zapal();

16. // informacja, Ň e dioda ma metod ħ zgas

17. void zgas();

18. // informacja, Ň e dioda ma metod ħ pokaz

19. void pokaz();

20. };

21.

22. #endif

W pliku z implementacj Ģ podajemy natomiast tre Ļę (definicj ħ ) metod - to tam piszemy, co nale Ň y zrobi ę . Kierujemy si ħ przy tym

zasadami takimi samymi, jak w przypadku tworzenia klasycznych funkcji, z dwoma istotnymi ró Ň nicami:

Nazwa metody podczas implementacji składa si ħ z dwóch cz ħĻ ci. Implementacje (definicje) kolejnych metod tworz Ģ tzw.

wn ħ trze obiektu , bo nale ŇĢ w cało Ļ ci do obiektów danej klasy. W implementacji metody konieczne jest wi ħ c zastosowanie

desygnatora (oznacznika), okre Ļ laj Ģ cego, do jakiej klasy nale Ň y dana metoda. Za

desygnatorem umieszcza si ħ podwójny

dwukropek, a dopiero po nim nazw ħ metody:

typ_zwracany nazwa_klasy :: nazwa_metody ( lista_parametrów )

{

...

};

Pisz Ģ c ciało (tre Ļę ) funkcji b ħ d Ģ cej metod Ģ jakiej Ļ klasy, mo Ň emy odwoływa ę si ħ do pól tej klasy bezpo Ļ rednio, nie podaj Ģ c

nazwy klasy, do której dane pole nale Ň y - bo przecie Ň wewn Ģ trz klasy wszystkie pola s Ģ znane i bezpo Ļ rednio dost ħ pne (to tak

jak my - na polecenie "rusz swoj Ģ r ħ k Ģ " - wiemy, która r ħ ka jest nasza). Inaczej mówi Ģ c - wewn Ģ trz metody wszystkie pola klasy

mo Ň na traktowa ę jak zdefiniowane zmienne lokalne.

Przyjrzyjmy si ħ wi ħ c przykładowej implementacji:

1. #include <iostream>

2. #include <cstdlib>

4. #include "cdioda.h"

07 - Programowanie obiektowe - klasy, obiekty, ochrona danych.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: