🗊Презентация Объектная модель С++

Глава 5. Объектная модель С++ МГТУ им. Н.Э. Баумана Факультет Информатика и системы управления Кафедра Компьютерные системы и сети Лектор: д.т.н., проф. Иванова Галина Сергеевна

5.1 Описание класса Формат описания класса: class <Имя класса> { private: <Внутренние компоненты класса>; protected: <Защищенные компоненты класса>; public: <Общедоступные компоненты класса>; }; Пример: Объект – строка (Ex5_01)

Пример описания класса (файл Slovo.h) class TSlovo { private: int Len; char *Ref; protected: int Pos; public: TSlovo(char *ref,int pos=0); ~TSlovo(void) {delete Ref;} char GetCh(void) { char Chr=Pos<Len?Ref[Pos]:'\0'; if(!Chr) Pos=-1; return Pos++,Chr; } virtual void PrintPos(void); };

Пример описания методов (файл Slovo.cpp) #include "stdafx.h" #include "slovo.h" #include <iostream> #include <string.h> TSlovo::TSlovo(char *ref,int pos):Pos(pos) { Len=strlen(ref); Ref=new char[Len+1]; strcpy(Ref,ref); } void TSlovo::PrintPos(void) { std::cout<<Pos; }

5.2 Объявление объектов и обращение к полям <Имя класса> <Список переменных и/или указателей>; Примеры: а) TPoint a,*b, c[5]; /* класс описан без конструктора или с конструктором без параметров */ б) TSlovo D("Это строка", 4); // конструктор с параметрами <Имя объекта>.<Имя поля или метода> <Имя указателя на объект> -><Имя поля или метода> <Имя массива>[<Индекс>] .<Имя поля или метода> Self (Паскаль)  this (С++) Пример: this->Pos

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include <iostream.h> #include ″Slovo.h" int main(int argc, char* argv[]) { TSlovo Greet("Hello World",6); char Chr; while (Chr=Greet.GetCh()) cout<<Chr<<' '; return 0; }

5.3 Наследование class <Имя производного класса>: <Вид наследования> <Имя базового класса>{…};

Пример наследования Ex5_02 (Text.h) #include "f:\iva\primer.vc\lection\oopr1\slovo.h" #include <iostream.h> class TText:public TSlovo { private: int Pos; public: TText(char *ref,int pos=0):TSlovo(ref),Pos(pos) {} void SetPos() { TSlovo::Pos=Pos; } void PrintPos(); }; void TText::PrintPos(){cout<<TSlovo::Pos<<':'<<Pos; }

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "Text.h" int main(int argc, char* argv[]) { TText Greet("Hello World",6); char Chr; while (Chr=Greet.GetCh()) cout<<Chr; cout<<'\n'; Greet.SetPos(); while (Chr=Greet.GetCh()) cout<<Chr; cout<<'\n'; Greet.PrintPos(); return 0; }

5.4 Полиморфизм

Полиморфизм В Паскале: простой полиморфизм сложный полиморфизм Пример использования сложного полиморфизма (Ex5_03): #include "stdafx.h" #include "f:\iva\primer.vc\lection\oopr11\Ttext.h" int main(int argc, char* argv[]) { TSlovo SGreet("HELLO!!!"), *Ref=&SGreet; TText Greet("Hello World",6); Ref->PrintPos(); cout<<endl; Ref=&Greet; Ref->PrintPos(); cout<<endl; return 0; }

Использование пространств имен для перегрузки методов класса (Ex5_111) #include "stdafx.h" #include <conio.h> class A { public: void func(int ch); }; class B : public A { public: void func(char *str); using A::func; // перегрузить B::func }; void A::func(int ch) // метод базового класса { std::cout<<"Symbol\n"; } void B::func(char *str) // метод производного класса { std::cout<<"String\n"; } int main() { B b; b.func(25); // вызов A::func() b.func("ccc"); // вызов B::func() getch(); return 0;}

5.5 Инициализация общих полей объектов при отсутствии конструкторов Пример: class TPoint {public: int x,y; ...}; int main() { TPoint A = {2,3}; TPoint *pB = {5,3}; TPoint C[]= {{4,5},{2,8},{7,6}}; ... }

5.6 Конструкторы. Список инициализации Пример (Ex5_4): class TPoint { private: int x,y; public: TPoint(int ax,int ay){x=ax;y=ay;} TPoint(){} SetPoint(int ax,int ay) {x=ax;y=ay;} ...}; int main() { TPoint A, B(2,3), C[5], D[2] = {TPoint(2,4),TPoint(4,5)}, *E, *I = new TPoint(4,6), *M = new TPoint[3], *S[3];

Распределение/освобождение памяти и инициализация объектов в программе A.SetPoint(2,3); A.Print(); B.Print(); for (i=0;i<5;i++) {C[i].SetPoint(i,i+1); C[i].Print();} for(i=0;i<2;i++) d[i].Print(); E=new TPoint(3,4); E->Print(); I->Print(); for (i=0;i<3;i++) {M[i].SetPoint(i,i+1); M[i].Print();} for (i=0;i<3;i++) {S[i]=new TPoint(i,i+1); S[i]->Print;} delete E; delete I; delete [] M; for (i=0;i<3;i++) delete S[i]; }

Список инициализации. Инициализация объектных полей Формат элемента списка инициализации: <Имя поля>(<Список выражений>) Примеры: a) TPoint(int ax,ay): x(ax),y(ay) {} б) class TLine { private: const int x; int &y; TPoint t; public: TLine(int ax,int ay,int tx,int ty): x(ax),y(ay),t(tx,ty){} TLine(){} ...};

5.7 Копирующий конструктор Автоматически вызывается: а) при использовании объявлений типа TPoint A(2,5),B=A; б) при передаче параметров-объектов по значению, например: void Print(TPoint R) {…} Формат: <Имя конструктора>(const <Имя класса> &<Имя объекта>){…} Примеры: а) TPoint(const TPoint &Obj) {x=Obj.x; y=Obj.y;} б) TPoint(const TPoint &Obj) {x=Obj.x; y=2*Obj.y;}

Пример обязательного определения копирующего конструктора (Ex5_05) #include "stdafx.h" #include <stdio.h> class TNum { public: int *pn; TNum(int n){puts("new pn"); pn=new int(n);} TNum(const TNum &Obj) {puts("copy new pn"); pn=new int(*Obj.pn);} ~TNum(){puts("delete pn");delete pn;} }; void Print(TNum b) { printf("%d ",*b.pn); } int main(int argc, char* argv[]) { TNum A(1); Print(A); return 0; }

5.8 Конструкторы и деструкторы производных классов A(){…} B():A(),<Конструкторы полей>{} C():B(),<Конструкторы полей>{}

Вызов конструкторов и деструкторов для объектов производных классов (Ex5_06) #include "stdafx.h" #include <stdio.h> class TNum { public: int n; TNum(int an):n(an) {puts("TNum(an)");} TNum() {puts("TNum()");} ~TNum(){puts("~TNum");} }; class TNum2:public TNum { public: int nn; TNum2(int an):nn(an) {puts("TNum2(an)");} ~TNum2(){puts("~TNum2");} }; int main(int argc, char* argv[]) {TNum2 A(1); return 0;}

5.9 Абстрактные методы и классы Абстрактный метод. class AClass { … virtual int Fun(int,int)=0; } Класс, содержащий абстрактный метод, называется абстрактным. Объекты абстрактного класса создавать запрещено !

5.10 Множественное и виртуальное наследование

Пример множественного виртуального наследования #include "stdafx.h" #include <iostream.h> class TA { protected: int Fix; public: TA() { cout<<"Inside A\n";} TA(int fix):Fix(fix) { cout<<"Inside TA int\n";} }; class TB:virtual public TA { public: int One; TB(void){ cout<<"Inside TB\n";} };

Пример множественного виртуального наследования (2) class TC:virtual private TA { public: int Two; TC() { cout<<"Inside TC\n";} }; class TD:public TB,public TC { public: TD(int fix):TA(fix){cout<<"Inside TD\n";} void Out( ) {cout<<Fix; } }; main() { TD Var(10); Var.Out( ); return 0; }

5.11 Приведение типов объекта В С++ для приведения типов используют: 1) (<Тип>)<Переменная> - используется в Си/С++ для любых типов, ничего не проверяет; 2) static_cast <Тип>(<Переменная>)- используется в С++ для любых типов, ничего не проверяет; 3) reinterpret_cast <Тип указателя> (<Указатель или интегральный тип>)- используется в С++ для указателей, ничего не проверяет; 4) dynamic_cast <Тип указателя на объект> (<Указатель на объект>) – используется в С++ для полиморфных классов, требует указания опции компилятора /GR (Project/Settings…), если приведение невозможно, то возвращает NULL.

Пример приведения типов объектов (Ex5_07) #include "stdafx.h" #include <iostream.h> #include <string.h> class TA { protected: char c; public: TA(char ac):c(ac){} virtual void func(){cout<<c<<endl;} }; class TB:public TA { char S[10]; public: TB(char *aS):TA(aS[0]){strcpy(S,aS);} void func(){cout<<c<<' '<<S<<endl;} };

Пример приведения типов объектов(2) int main(int argc, char* argv[]) { TA *pA=new TA('A'),*pC=new TB("AB"); TB *pB=new TB("AC"); ((TA *)pB)->func(); reinterpret_cast<TA *>(pB)->func(); static_cast<TA *>(pB)->func(); dynamic_cast<TA *>(pB)->func(); ((TB *)pC)->func(); reinterpret_cast<TB *>(pC)->func(); static_cast<TB *>(pC)->func(); dynamic_cast<TB *>(pC)->func(); ((TB *)pA)->func(); reinterpret_cast<TB *>(pA)->func(); static_cast<TB *>(pA)->func(); // dynamic_cast<TB *>(pA)->func(); if (TB *pD=dynamic_cast<TB *>(pA)) pD->func(); else cout<<"Cast Error"<<endl; return 0;}

5.12 Контейнер «Двусвязный список» (Ex5_08)

Контейнер «Двусвязный список»(2)

Файл Element.h #include <stdio.h> class TElement { public: TElement *pre,*suc; TElement() { pre=suc=NULL;} virtual ~TElement() { puts("Delete TElement.");} virtual void Print()=0; }; class TSpisok { private: TElement *first,*last,*cur; public: TSpisok() {first=last=cur=NULL;} ~TSpisok(); void Add(TElement *e); TElement *Del(); void ForEach(void (*f)(TElement *e)); TElement *First(){return cur=first;} TElement *Next(){return cur=cur->suc;} TElement *Last(){return cur=last;} TElement *Previous(){return cur=cur->pre;} };

Файл Element.cpp #include "stdafx.h" #include "Element.h" TSpisok::~TSpisok() { puts("Delete TSpisok"); while ((cur=Del())!=NULL) { cur->Print(); delete(cur); } } void TSpisok::Add(TElement *e) { if (first==NULL) first=last=e; else { e->suc=first; first->pre=e; first=e; } }

Файл Element.cpp (2) TElement *TSpisok::Del(void) { TElement *temp=last; if (last!=NULL) {last=last->pre; if (last!=NULL) last->suc=NULL; } if (last==NULL) first=NULL; return temp; } void TSpisok::ForEach(void (*f)(TElement *e)) { cur=first; while (cur!=NULL) {(*f)(cur); cur=cur->suc; } }

Файл Num.h #include "Element.h" class TNum:public TElement { public: int num; TNum(int n):TElement(),num(n) {} ~TNum() { puts("Delete TNum.");} void Print() { printf("%d ",num); } }; class TChar:public TElement { public: char ch; TChar(char c):TElement(),ch(c) {} ~TChar() { puts("Delete TChar.");} void Print() { printf("%c ",ch);} }; void Show(TElement *e); Файл Num.cpp #include "stdafx.h" #include "Num.h" void Show(TElement *e) { e->Print();}

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "Num.h" #include <string.h> #include <stdlib.h> TSpisok N; int main(int argc, char* argv[]) { char str[10]; int k,i; TElement *p; while(printf("Input numbers, strings or <end>:"), scanf("%s",str),strcmp(str,"end")) { k=atoi(str); if (k||(strlen(str)==1 && str[0]=='0')) p=new TNum(k); else p=new TChar(str[0]); N.Add(p); } puts("All list:"); N.ForEach(Show);

Тестирующая программа(2) p=N.First(); k=0; while (p!=NULL) { if (TNum *q=dynamic_cast<TNum *>(p)) k+=q->num; // установить создание RTTI (/GR в Project\Settings...) p=N.Next(); } printf("Summa= %d\n",k); p=N.Last(); i=0; while (p!=NULL) {if (TChar *q=dynamic_cast<TChar *>(p)) str[i++]=q->ch; p=N.Previous(); } str[i]='\0'; printf("String= %s\n",str); return 0; }

5.13 Статические компоненты класса Объявляются с описателем Static Статические поля являются общими для всех объектов класса и существуют даже при отсутствии объектов. Инициализация статических полей в определении класса не допустима. Статические методы не получают параметра this и, следовательно, не могут без указания объекта обращаться к нестатическим полям. Для доступа к статическим компонентам вне компонентных функций используют квалификатор <класс>::

Статические компоненты класса (Ex5_09) Пример. Создать список объектов Файл Statico.h #include <stdio.h> #include <conio.h> class TPoint { public: char ch1,ch2; static TPoint *first, *last; TPoint *next; TPoint(char ach1,char ach2); void Draw() { printf("%c %c \n",ch1,ch2); } static void DrawAll(); };

Файл Statico.cpp #include "stdafx.h" #include "statico.h" TPoint *TPoint::first=NULL,*TPoint::last=NULL; TPoint::TPoint(char ach1,char ach2) { ch1=ach1; ch2=ach2; next=NULL; if(first==NULL)first=this; else last->next=this; last=this; } void TPoint::DrawAll() { TPoint *p=first; if(p==NULL)return; do {p->Draw(); p=p->next;} while(p!=NULL); }

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "statico.h" int main(int argc, char* argv[]) { TPoint A('S','C'),B('W','O'),C('M','S'); if(TPoint::first!=NULL) TPoint::DrawAll(); return 0; }

5.14 Дружественные функции и классы Описываются с описателем friend, что обеспечивает доступ к внутренним компонентам класса Пример: class TPoint {private: int x,y; public:... friend void Show(TPoint A); // функция }; void Show(TPoint A){cout<<A.x<<‘ ‘<<A.y;} int main() { TPoint W(2,3); Show(W); ... } friend void TLine::Show(TPoint A); // метод friend class TLine; // класс

5.15 Переопределение операций Операции Типы функций-операций: 1. Независимая функция-операция а) <Тип результата> operator@(<Операнд>) б) <Тип результата> operator@(<Операнд1>,<Операнд2>) 2. Компонентная функция-операция а) <Тип результата> operator@( ) // Операнд = Объект б) <Тип результата > operator@(<Операнд2>) // Операнд1 = Объект Формы вызова а) стандартная б) операторная operator@(<Арг>) @<Арг> operator@(<Арг1>,<Арг2>) <Арг1>@<Арг2> <Арг>. operator@( ) @<Арг> <Арг1>. operator@(<Арг2>) <Арг1>@<Арг2>

Переопределение операций 1. Можно переопределять только операции, параметры которых –объекты. 2. Не разрешается переопределение *, sizeof, ? :, #, ##, ::, Class::. 3. Операции =, [ ], ( ) можно переопределять только в составе класса 4. При переопределении операций нельзя изменить ее приоритет и ассоциативность.

Пример 1. Класс «Точка» (Ex5_10) Файл Tpoint.h #include <iostream.h> class TPoint{ private: float x,y; public: TPoint(float ax,float ay):x(ax),y(ay) {cout<<"Constructor\n";} TPoint(){cout<<"Constructor without parameters\n";} TPoint(TPoint &p){ cout<<"Copy Constructor\n"; x=p.x; y=p.y; } ~TPoint(){cout<<"Destructor\n";} void Out(void) { cout<<"\n{"<<x<<","<<y<<"}\n"; } TPoint& operator+=(TPoint &p); // a+=b; TPoint operator+(TPoint &p); // a+b; TPoint& operator=(TPoint &p); // a=b; };

Файл Tpoint.cpp #include "stdafx.h" #include "Tpoint.h" TPoint& TPoint::operator+=(TPoint &p) { x+=p.x; y+=p.y; cout<<"operator+=\n"; return *this; } TPoint TPoint::operator+(TPoint &p) { TPoint pp(x,y); cout<<"operator+\n"; return pp+=p; } TPoint& TPoint::operator=(TPoint &p) { x=p.x; y=p.y; cout<<"operator=\n"; return *this; }

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "Tpoint.h" int main(int argc, char* argv[]) { TPoint p(2,3),q(4,5),r(7,8); p+=r; p.Out(); q=p+r; q.Out(); return 0; }

Пример 2. Класс «Строка»(Ex5_11) Файл S.h: #include <string.h> #include <stdio.h> #include <iostream.h> #include <conio.h> class String { private: char *str,name; int len; public: String(int Len,char Name); String(char *vs,char Name); String(String &S); ~String(); int Length(){return len;} char operator[](int n) {return ((n>=0)&&(n<len))?str[n]:'\0';} void print() { cout<<"Str: "<<name<<":"; cout<<str<<" Length: "<<len<<endl; } String operator+(String &A); String operator+(char c); String& operator=(String &S); };

Файл S.cpp #include "stdafx.h" #include "s.h" String::String(int Len,char Name){ len=Len; str=new char[len+1]; str[0]='\0'; name=Name; cout<<"Constructor with length "<<name<<"\n"; } String::String(char *vs,char Name) { len=strlen(vs); str=new char[len+1]; strcpy(str,vs); name=Name; cout<<"Constructor "<<name<<"\n"; }

Файл S.cpp (2) String::String(String &S) { len=S.Length(); str=new char[len+1]; strcpy(str,S.str); name='K'; cout<<"Copy from "<<S.name<<" to "<<name<<"\n"; } String::~String() { delete [] str; cout<<"Destructor "<<name<<"\n"; }

Файл S.cpp (3) String String::operator+(String &A) { cout<<"Operation +"<<"\n"; int j=len+A.Length(); String S(j,'S'); strcpy(S.str,str); strcat(S.str,A.str); cout<<"Operation +"<<"\n"; return S; } String String::operator+(char c) { cout<<"Operation +c"<<"\n"; int j=len+1; String S(j,'Q'); strcpy(S.str,str); S.str[len]=c; S.str[len+1]='\0'; cout<<"Operation +c"<<"\n"; return S; }

Файл S.cpp (3) String& String::operator=(String &S) { cout<<"Operation ="<<"\n"; len=S.Length(); if (str!=NULL) delete[]str; str=new char[len+1]; strcpy(str,S.str); cout<<"Operation ="<<"\n"; return *this; }

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "s.h" int main(int argc, char* argv[]) { String A("ABC",'A'),B("DEF",'B'),C(6,'C'); C.print(); C=A+B; C.print(); C=C+'a'; C.print(); return 0; }

Выполнение операций

5.16 Параметризованные классы (шаблоны) Формат описания шаблона класса: template <Список параметров><Описание класса> Формат объявления объектов: <Имя класса> <Список аргументов> <Имя объекта>(<Параметры конструктора>) Пример. Динамический массив (Ex5_12)

Файл A.h #include <iostream.h> template <class type> class TArray { type * content; int size; public: TArray(int asize) { content = new type [size=asize];} ~TArray (){delete [] content;} type & operator[] (int x) { if ((x<0)||(x>=size)) { cerr << "Index Error"; x=0; } return content[x]; } };

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include "A.h" #include <stdio.h> int main(int argc, char* argv[]) {int i; TArray<int> int_a(5); TArray<char> char_a(5); for (i=0;i<5;i++) { int_a[i]=i*3+2*(i+1); char_a[i]='A'+i;} puts("Massivs "); for (i=0;i<5;i++) { printf("%5d %2c\n",int_a[i],char_a[i]);} return 0; }

5.17 Параметризованные функции Формат описания шаблона функции: template <Список параметров><Описание функции> Пример. Шаблон функции определения максимального (Ex5_13) #include "stdafx.h" #include <string.h> #include <iostream.h> template <class T> T max(T x, T y){ return(x>y)?x:y;} char * max(char * x, char * y) { return strcmp(x,y) > 0? x:y;}

Тестирующая программа int main(int argc, char* argv[]) { int a=1,b=2; char c='a', d='m'; float e=123, f=456; double p=234.567,t=789.23; char str1[]="AVERO", str2[]="AVIER"; cout << "Integer max= "<<max(a,b)<< endl; cout << "Character max= "<<max(c,d)<< endl; cout << "Float max= "<<max(e,f)<< endl; cout << "Double max= "<<max(p,t)<< endl; cout << "String max= "<<max(str,str2)<< endl; return 0; }

Контейнер на основе шаблона (Ex5_14)

Объявление шаблона класса #include <iostream.h> template <class type> class arrayob { type **contents; int size; int n; public: arrayob(int number){contents=new type *[size=number];} ~arrayob (); int sizeofmas(){return n;} void add(type *p) { if(n==size)cerr<<"Out of range"; else contents[n++]=p; } type & operator [] (int x) { if ((x<0)||(x>=size)) { cerr <<"Error "<<x<<endl;x=0;} return *contents[x]; } };

Объявление шаблона функции template <class type> arrayob <type>::~arrayob () {for(int i=0;i<size;i++) delete contents[i]; delete [] contents; }

Файл N.h #include <iostream.h> #include <string.h> class TNum { public: int num; TNum(int n):num(n) {} virtual ~TNum(void) {cout<<"Destructor TNum "<<endl;} virtual void Print(void) { cout<<num<<" "; } }; class TStr:public TNum   { public: char *st; TStr(char *s):TNum(strlen(s)) {st=new char[num+1];strcpy(st,s); st[num]='\0'; } ~TStr(void) { cout<<"Destructor TStr."; delete [] st;} void Print(void) {TNum::Print(); cout<<st<<" ";} };

Тестирующая программа #include "stdafx.h" #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include "A.h" #include "N.h" arrayob <TNum> ob_a(5); int main(int argc, char* argv[]) { int n,i; char S[10]; for(i=0;i<5;i++) { puts("Input number or string"); gets(S); n=atoi(S); if (n==0&&S[0]=='0'||n!=0) ob_a.add(new TNum(n)); else ob_a.add(new TStr(S));} cout<<" Contents of array"<<'\n'; for (i=0;i<ob_a.sizeofmas();i++) ob_a[i].Print(); return 0; }