Wstęp do programowania obiektowego

Wstęp do programowania obiektowego

Wykład 2

1

CECHY I KONCEPCJA

PROGRAMOWANIA

OBIEKTOWEGO

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.

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.

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.

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(){…}

};

Konwencja nazewnictwa get/set/is

Kiedy pole jest zadeklarowane jako prywatne możemy umożliwić :

 odczyt wartości pola przez metodę publiczną nazywaną get<nazwa pola>().

 modyfikację wartości pola przez metodę publiczną nazywaną set<nazwa pola>.

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 (jak np. akcesory set, get w C#).

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.

 Można wyświetlić zmiany użytkownikowi w

odpowiedzi na zmianę wartości zmiennej (wywołanie settera powoduje też wyświetlenie tekstu lub

aktualizację kontrolki GUI)

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).

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

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.

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.

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.

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:

<nazwa klasy>(const <nazwa klasy>&) 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).

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:

~<nazwa klasy>()

{ <deklaracje zmiennych>

<instrukcje>, 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

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 <stdbool.h>

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)