Programowanie obiektowe

 Bruce Eckel, „Thinking in C++”, Helion, 2000.

 Grady Booch, „Object Oriented Design with Applications”, B.
Cummings, 1993.

 Jesse Liberty, „C++ -- Księga eksperta”, Helion, 2000.

 Bertrand Meyer, „Object-oriented software construction”, Prentice

Hall, 1988.

 B. Stroustrup, „The C++ Programming Language”, Addison-Wesley,
Reading, Mass., 1991.

 Andrzej Stasiewicz, „C++ całkiem inny świat”, Helion 2000.

Literatura

Program
wykładu:

4. Klasy

5. Zaawansowane sterowanie programem.

6. Zarządzanie pamięcią. Zaawansowane wykorzystanie wskaźników.

7. Referencje. Zaawansowane referencje i wskaźniki.

8. Zaawansowane funkcje. Przeciążanie operatorów. Tablice.

9. Dziedziczenie i polimorfizm.

10. Zaawansowany polimorfizm. Listy.

11. Specjalne klasy i funkcje. Preprocesor.

12. Obiektowo zorientowana analiza i projektowanie. Szablony.

Wyjątki i obsługa błędów.

1. Wstęp do C++. Program w C++.
2. Zmienne i stałe. Instrukcje i wyrażenia.
3. Funkcje.

Wstęp do C++

Dlaczego C++ to właściwy wybór?

 C++ jest językiem profesjonalnych programistów,
 pozwala na szybkie tworzenie aplikacji w bardzo bogatym i łatwo
dostępnym środowisku,

 aktualnie dostępne narzędzia, oferowane przez C++, powodują że
pisanie dużych, komercyjnych aplikacji jest bardzo proste.

Rys historyczny –

C++ to stosunkowo nowy język

Na samym początku programiści mieli do dyspozycji bardzo proste zestawy instrukcji –
język maszynowy. Instrukcje te były reprezentowane przez ciągi zer i jedynek.
Po wynalezieniu asemblerów, programy zaczęto zapisywać za pomocą mnemoników
instrukcji maszynowych takich jak MOV czy ADD. Stały się one bardziej czytelne i
łatwiejsze do pisania.

Z czasem zaczęły powstawać języki wyższego poziomu takie jak np. BASIC, PASCAL czy
C. Języki te pozwalały pisać programy bardziej zbliżone do zwykłego języka np.: let
i=100. Takie instrukcje były tłumaczone przez kompilatory i interpretery na instrukcje
języka maszynowego.

Interpretery takie jak BASIC, wykonywały program na bieżąco.

Nowe kompilatory tłumaczą tekst programu na tzw. kod obiektowy. Ten pierwszy krok to
kompilacja. Kompilator tworzy plik (.OBJ). Drugi krok to łączenie czyli konsolidacja
(linking). Linker tłumaczy plik obiektowy na program wykonywalny, możliwy do
uruchomienia w systemie operacyjnym

Interpretery, ze względu na wykonywanie programu na bieżąco,
stanowią wygodne i łatwe w obsłudze narzędzie programisty.

Cele programistów obecnie (w dobie gdy komputery stają się
coraz mniejsze, tańsze i szybsze, ceny pamięci spadły)

Kompilatory wprowadzają dodatkowe elementy: kompilację i łączenie,
które  są  stosunkowo  niewygodne.  Jednak  z  drugiej  strony,  program
stworzony  przez  kompilator  jest  zdecydowanie  szybszy  niż  program
wykonywany przez interpreter.
Cele programistów dawniej:
 tworzenie krótkich kawałków kodu,  które można było szybko
uruchomić,
 programy musiały być małe, ponieważ pamięć była droga,
 musiały być szybkie, ponieważ czas procesora również był drogi.

Interpretery i komplilatory.

„Obecnie najdroższy jest czas programisty”

Dobrze napisany, elastyczny kod jest w cenie. Elastyczny, to znaczy
podatny na modyfikacje wyznaczone przez zmiany wymagań, łatwy
do rozbudowy.

Programowanie proceduralne, strukturalne i

obiektowe.

Programowanie  proceduralne  polega  na  wykonywaniu  szeregu
czynności na zbiorze danych.
Programowanie  strukturalne  pozwala  na  usystematyzowanie
dostępu  do  procedur  i  umożliwia  operowanie  na  dużych  zbiorach
danych.

Główna idea stojąca za programowaniem strukturalnym jest tak
prosta jak zasada „dziel i zwyciężaj”.
Każde zadanie, które jest zbyt duże aby je łatwo opisać, jest
rozbijane na szereg mniejszych „podzadań” tak długo, aż wszystkie
„podzadania” staną się możliwe do opisania i zrozumienia.

Zalety i wady programowania strukturalnego:

pozwala na skuteczne rozwiązywanie dużych problemów

oddzielenie danych od programów, które na nich operują.

Powoduje to,
że całe zadanie staje się coraz mniej zrozumiałe i trudniejsze do
opanowania wraz ze wzrostem ilości danych.

Im więcej operacji chce się wykonać na danych, tym większy się

tworzy
bałagan.

Programowanie obiektowe

Esencją programowania obiektowego jest połączenie danych i

procedur, które na nich operują w jedną całość – „obiekt” –

samodzielną jednostkę z własną „tożsamością” i charakterystyką.

Programiści wykorzystujący styl proceduralny stale szukają nowych
rozwiązań dla starych problemów.

Inny model postępowania to :

Tworzenie takich składników o znanych właściwościach, które łatwo
jest adaptować do własnych potrzeb i wykorzystywać we własnych
programach. Odbywa się to w oddzieleniu od sprzętu

Przykład:

Gdy

elektronik

potrzebuje

swojego

zaprojektowanego układu tranzystora, to czy robi on nowy
tranzystor, czy idzie do magazynu, w którym wyszukuje potrzebny
mu element. Podobne możliwości dało specjalistom od
oprogramowania programowanie obiektowe.

Hermetyzacja

Przykładowo: tworząc nowy układ elektroniczny, łączymy zazwyczaj
różne  elementy  elektroniczne.  Mogą  to  być  przykładowo  rezystory,
kondensatory  czy  tranzystory.  Każda  z  części  elektronicznych  takich
jak  przykładowo  tranzystor  posiada  odrębne  właściwości  i
zachowanie.  Konstruktor  może  z  niego  korzystać  bez  dokładnego
zrozumienia  zasad  fizycznych  jego  działania  –  wystarczy,  że  będzie
widział, co on robi.

Żeby to osiągnąć, tranzystor musi stanowić zamkniętą całość i

całkowicie wykonywać postawione mu zadanie. Wykonywanie

jednej, konkretnej czynności nosi nazwę hermetyzacji.

Wszystkie cechy tranzystora są „zamknięte” (hermetyzowane) w
obiekcie „tranzystor”; nie są rozprowadzane po obwodzie. Nie trzeba
dokładnie wiedzieć, jak działa tranzystor, aby go efektywnie
wykorzystać.

Dziedziczenie i wielokrotne używanie

W latach 80’ jedna z firm postanowiła stworzyć nowy rodzaj telefonu
do domowego użytku. Pomysłodawcy nie chcieli zaczynać od zera,
chcieli szybko wejść na rynek. Wzięli zwykły telefon i rozbudowali go.
Nowy telefon był zwykłym starym telefonem rozszerzonym o nowe
możliwości.

Możliwe

było

wykorzystanie

wszystkich

funkcji

dostępnych dla zwykłego telefonu oraz dodano pewne nowe funkcje.

C++ pozwala na wykorzystanie zasady wielokrotnego użycia

poprzez dziedziczenie.

Nowy typ może być stworzony jako rozszerzenie typu już istniejącego.
Nowa klasa jest wyprowadzana z istniejącego typu, tak jak w
przykładzie – nowy telefon był wyprowadzany ze starego, odziedziczył
wszystkie jego możliwości i został wzbogacony o nowe funkcje.

Rozszerzony telefon zachowywał się nieco odmiennie. Zamiast
dzwonka włączał się ekran, a głos mówił „Telefon do Ciebie”. Centrala
nie wiedziała o nowych funkcjach tego telefonu jedynie tak jak zwykle
do tego typu telefonów wysyłała ciąg impulsów elektrycznych. Zwykłe
telefony dzwoniły, elektryczne brzęczały a nowy telefon mówił. Każdy
telefon wykonywał zaprogramowane zadanie podyktowane tym
samym sygnałem z centrali.

Polimorfizm

C++ pozwala na wykorzystanie polimorfizmu funkcji i klas. Pod

tym samym identyfikatorem funkcji czy klasy może kryć się kilka

ich realizacji zależnych od „kontekstu”.

Rozwój C++

Jak  tylko  programowanie  zorientowane  obiektowo  zyskało  uznanie,
wówczas Bjarne Stroustrup rozbudował najbardziej popularny język
do  tworzenia  aplikacji,  C,  o  właściwości  niezbędne  do  tworzenia
obiektowego.  W  ten  oto  sposób  powstało  C++  i  w  bardzo  krótkim
czasie  stało  się  najbardziej  popularnym  językiem  do  rozwijania
aplikacji.

Prawdą jest, że C++ to rozbudowane C, każdy poprawny program w C
jest również prawidłowy w C++.

H. L. Mencken powiedział kiedyś o muzyce Wagnera:

„W rzeczywistości jest ona lepsza niż jej brzmienie”.

Takie rozumowanie może prowadzić do nieporozumień.

Różnica między C i C++ jest większa niż to widać na pierwszy
rzut oka.

C++,  bardziej  niż  inne  języki,  wymaga  od  programisty
zaprojektowania  programu  przed  napisaniem  go.  Oczywiście  proste
problemy  nie  wymagają  wielkiego  wkładu  w  projektowanie.  Jednak
duże  zagadnienia,  rozwijane  codziennie  przez  zawodowych
programistów  wymagają  poświęcenia  dużej  ilości  czasu  na  ich
właściwe  przygotowanie,  również  na  określenie  czasu  ich
powstawania  i  kosztów.  Dobry  projekt  powoduje,  że  program  jest
poprawny i zawiera niewiele błędów łatwych do poprawienia.

Pierwsze pytanie jakie programista powinien sobie postawić brzmi:

Jaki problem chcę rozwiązać?

Każdy program powinien mieć jasno określony, dobrze

postawiony cel.

Drugie ważne pytanie to:

Czy można tego dokonać bez uciekania się do pisania własnego

oprogramowania?

Ponowne  użycie  innego  programu  jest  zazwyczaj  lepszym
rozwiązaniem  niż  pisanie  wszystkiego  od  nowa.  Programista,  który
stosuje  te  alternatywne  rozwiązania  znacznie  ułatwia  sobie  pracę.
Szukanie  tańszych  rozwiązań  do  aktualnych  problemów  będzie
procentować w przyszłości.

Kompilator może być zintegrowany z edytorem tekstu lub może
wymagać użycia zewnętrznego edytora.

Pliki tworzone w edytorze nazywane są plikami źródłowymi i w C++
zazwyczaj zapisywane są z rozszerzeniem:

.CPP ; .CP lub .C

Kompilator i edytor

Przy zapisywaniu tekstu programu należy pamiętać, aby zachować go
jako zwykły plik tekstowy (bez informacji o formatowaniu).
Przykładami takich edytorów to:

• Notatnik z Windows;

• Edit z DOSa;
• VI czy Brief itd.

Kompilacja i łączenie kodu źródłowego

Plik źródłowy można nazwać w pewnym sensie zaszyfrowanym (nikt
kto nie zna C++, nie będzie w stanie powiedzieć, co on robi). Jednak
nadal jest on czytelny jedynie dla człowieka. Nie można go nazwać
programem w sensie pliku uruchamialnego – nie da się go uruchomić.

Aby przetworzyć plik źródłowy na program wykonalny, należy go
skompilować.

Jeżeli będziecie kompilować pliki źródłowe z linii poleceń systemu
operacyjnego powinniście wpisać:

bc <nazwa pliku>

Dla kompilatora Borland C++

tc <nazwa pliku>

cl <nazwa pliku>

bcc <nazwa pliku>

gcc <nazwa pliku>

Dla kompilatora Borland C++ dla
Windows

Dla kompilatora Borland Turbo C++

Dla kompilatora firmy Microsoft

Dla kompilatora pod Linuxem

Konsolidacja programu (ang. Linking)

Wynikiem procesu kompilacji jest plik obiektowy. Zazwyczaj ma on
rozszerzenie:

.OBJ.

Jednak  nadal  nie  jest  to  plik  możliwy  do  uruchomienia.  Do
przekształcenia  go  w  program  wykonywalny  niezbędny  jest  program
łączący (ang. linker).
Programy w C++ powstają zazwyczaj poprzez połączenie jednego lub
więcej plików .OBJ z jedną lub więcej bibliotekami. Biblioteki to zbiór
gotowych do dołączenia plików dostarczanych razem z kompilatorem.
Wszystkie  kompilatory  C++  są  dostarczane  ze  zbiorem  bibliotek
użytecznych  funkcji  (ewentualnie  procedur)  i  klas,  które  można
wykorzystywać we własnych programach.
Funkcja  to  fragment  kodu  wykonujący  pewne  zadanie,  np.
wypisujący coś na ekranie czy dodająca dwie liczby.

Klasa to zbiór danych wraz z funkcjami operującymi na nich.

Fazy powstawania programu

Start

Konie
c

Edycja plików źródłowych

Kompilacja

Linkowanie

Uruchomienie programu

Błędy kompilacji
?

Błędy
linkowania ?

Błędy
uruchomienia

#include <iostream.h>
main()
{
cout << "Hello world!" << endl;
return 0;
}

Pierwszy program

Efekt działania programu:

Jest

sygnałem

dla

preprocesora.

Zadaniem

preprocesora

jest

przejrzenie

tekstu

programu

znalezienie

wszystkich

odwołań

rozpoczynających  się  od
znaku  #.  W  momencie
znalezienia  tego  symbolu
preprocesor

odpowiednio

modyfikuje tekst programu
i taki przerobiony tekst
przesyła do kompilatora.

To  instrukcja  preprocesora
mówiąca:  „Następny  tekst
to  nazwa  pliku.  Znajdź  ten
plik i wstaw go tutaj”.

Umieszczenie

nazwy

pliku

pomiędzy <…> oznacza: „szukaj
tego

pliku

miejscu

przeznaczonym dla plików takich
jak ten”.

Jeżeli

kompilator

jest

właściwie

skonfigurowany,

symbole

spowodują,  że  plik  iostream.h  odczytany
będzie  z  katalogu,  w  którym  znajdują  się
wszystkie  pliki  H  (nagłówkowe).  Plik
iostream.h  (Input-Output-STREAM)  jest
używany przez instrukcję cout, która służy
w

przykładowym

programie

wypisywania tekstu na ekranie.

Reasumując działanie pierwszej linii
sprowadza się do wstawienia
zawartości pliku iostream.h do
tekstu programu źródłowego.

#include <iostream.h>
main()
{

}

Każdy program w C++
musi

posiadać

funkcję

main(). Funkcja ta jest
szczególną funkcją gdyż
jest

ona

wykonywana

automatycznie na początku
każdego programu. Zwraca
ona zawsze wartość typu
int (całkowitego).

Obiekt  cout  oraz  związany  z  nim  cin
pozwalają  na  wypisywanie  na  wyjście  (czyli
np.  ekran)  i  czytanie  z  wejścia  (np.  z
klawiatury).

Wszystko  co  się  znajduje  za  operatorem
przekierowania  <<  zostanie  wypisane  na
ekranie.  Uwaga  tekst  musi  być  z  obu  stron
ograniczony znakiem cudzysłowu!

Emulacja trybu tekstowego w Windows i

klasycznego środowiska programisty

Klasyczne środowisko i emulacja trybu tekstowego w Borland
C++

Klasyczne

środowisko

uruchomieniowe

(IDE

–

Integrated

Development Enviroment) w wersji Borland C++ 5.02

Domyślna  konfiguracja  zaraz  po  zainstalowaniu  powoduje,  że
skompilowanie i uruchomienie przykładowego programu o domyślnej
nazwie NONAME00 przebiega w trybie emulacji tekstowej trybu pracy
Windows.  Choć  w  programie  nie  ma  żadnej  instrukcji  dotyczącej
tworzenia okna aplikacji, Borland C++ przydziela najprostsze typowe
okno  „do  pisania”.  Taki  tryb  pracy  tekstowej  jest  nazywany  EasyWin
mode.

Tryb DOS w Windows 9x i nowszych, czyli

aplikacje konsoli

W  zależności  od  wersji  systemu  operacyjnego,  to  co  w  Windows  95
nazywa  się  Tryb  MS-DOS  (polecenie  Start->Programs),  to  np.  w
Windows  2000  Prof.  nazywa  się  Command  Prompt  (Start-
>Programs->Accessories).

„Czarne okno do pisania” może się różnie nazywać, ale spełnia z
naszego punktu widzenia dokładnie tę samą rolę. Pozwala na
uruchamianie najprostszych programów przykładowych pisanych w C
lub C++, bez zaprzątania sobie głowy graficznymi gadżetami.

Aby w środowisku IDE Borland C++5.02 uzyskać na wyjściu aplikację
konsoli należy wykonać następujące czynności:

Z polecenia Project->New Project