C++ - Obiekt a klasa.pdf - Język C++ - matte1

Obiekt a klasa

Programy możemy tworzyć również z użyciem klas i obiektów, jest to wówczas

programowanie obiektowe. Obiektem w tym programowaniu nazywamy podstawowy

element programu łączący opis stanu pewnej cząstki rzeczywistości (jaką opisuje program) z

jej zachowaniem, czyli funkcjami, inaczej zwanymi metodami obiektu. Na przykład

obiektem może być samochód, który jest opisany przez takie parametry jak: marka, moc

silnika, aktualna prędkość, waga itp. Samochód ma również przyporządkowane funkcje

(akcje), które może wykonać, na przykład: jazda z przyspieszeniem, tankowanie albo sposób

zachowania się na zakręcie. Oczywiście, funkcje wykonywane przez samochód mogą, ale nic

muszą wpływać na wartości parametrów opisujących jego stan, na przykład przyspieszenie

ma wpływ na aktualną prędkość, lecz nie na markę.

Podejście obiektowe (łączące w jedną całość dane i funkcje wykonywane na tych danych)

znacznie się różni od omawianego do tej pory programowania proceduralnego, w którym

dane oraz funkcje na nich operujące są traktowane rozłącznie i programista musi pamiętać o

odpowiednim użyciu funkcji do odpowiednich danych. Obiektowe podejście do

programowania jest zgodne ze sposobem percepcji otoczenia przez mózg ludzki - zawsze

kojarzymy cechy obiektów z ich zachowaniem. Dodatkowo silna jest w człowieku potrzeba

klasyfikowania obiektów podobnych - co również ma swoje odbicie w programowaniu

obiektowym. Wszystkie obiekty są mianowicie elementami klas, które reprezentują typ

obiektów o takim samym zachowaniu. Programowanie obiektowe polega na opisie

wzajemnych interakcji obiektów, w czym jest analogiczne do tego, co obserwujemy w

realnym świecie. Programowanie obiektowe jest najbardziej naturalnym sposobem opisu

rzeczywistości w programach komputerowych, dzięki czemu programy takie są łatwe w

pisaniu i późniejszej analizie

Budowanie programów obiektowych umożliwiają wspomniane wcześniej narzędzia. Oto ich

formalna definicja

Definicja

Klasa jest to złożony typ będący opisem (definicją) pól i metod obiektów do niej

należących.

Definicja

Obiekt jest konkretyzacją danej klasy i wypełnieniem wzorca (jakim jest klasa)

określonymi danymi.

W uproszczeniu można powiedzieć, że klasa to struktura wzbogacona o definicje funkcji.

Podobnie zatem jak struktura, klasa ma zdefiniowane pola, w których są przechowywane

dane obiektów. Liczba i typy pól są definiowane przez programistę. W klasie zdefiniowane są

również metody, czyli funkcje, które może wykonywać obiekt danej klasy. Ogólnie pola i

metody klasy nazywamy składnikami klasy.

Definicja klasy nie wiąże się z utworzeniem obiektu, jest to jedynie zdefiniowanie nowego typu

obiektów (zmiennych). Klasa jest typem obiektu, a nie samym obiektem

Sposób definiowania klasy w programie pokażemy na przykładzie klasy ułamków zwykłych:

class Ułamek

{ public:

int licznik; int mianownik;

};

Definicja klasy rozpoczyna się od słowa kluczowego class. Za klamrą zamykającą definicję

klasy wymagany jest średnik, tak jak przy definiowaniu struktury. We wnętrzu klasy pojawiło

się nowe słowo: public. Oznacza ono, że składniki po nim wymienione (po dwukropku) są tak

zwanymi składnikami publicznymi klasy, czyli mamy do nich dostęp zarówno z wnętrza

klasy, jak i spoza niej. Tak napisana klasa funkcjonalnie niczym się nie różni od podobnej

struktury. Różnice te pojawią się, kiedy użyjemy składników o innym zakresie dostępu niż

public. W klasie mogą wystąpić składniki opatrzone etykietą private - są one prywatnymi

składnikami klasy, a dostęp do nich jest możliwy wyłącznie z wnętrza klasy. W wypadku

danych oznacza to, że tylko funkcje będące składnikami lej klasy mogą do nich zapisywać

lub z nich czytać, w wypadku zaś funkcji - tylko inne funkcje składowe tej klasy mogą je

wywołać. Składniki klasy mogą być również typu protected, są one wówczas dostępne

zarówno z wnętrza klasy, jak i dla klas jej pochodnych (opisanych na końcu tego rozdziału).

Domyślnie-jeśli nie ma podanego innego zakresu dostępu, dane i funkcje zadeklarowane

wewnątrz klasy są prywatne. Etykiety public, private, protected zwane są inaczej

specyfikatorami dostępu.

Deklaracja obiektu uli klasy Ułamek zdefiniowanej wcześniej może wyglądać następująco:

z nich czytać, w wypadku zaś funkcji - tylko inne funkcje składowe tej klasy mogą je

wywołać. Składniki klasy mogą być również typu protected, są one wówczas dostępne

zarówno z wnętrza klasy, jak i dla klas jej pochodnych (opisanych na końcu tego rozdziału).

Domyślnie-jeśli nie ma podanego innego zakresu dostępu, dane i funkcje zadeklarowane

wewnątrz klasy są prywatne. Etykiety public, private, protected zwane są inaczej

specyfikatorami dostępu.

Deklaracja obiektu uli klasy Ułamek zdefiniowanej wcześniej może wyglądać następująco:

Ułamek uli;

Dostęp do poszczególnych składników obiektów uzyskujemy w taki sam sposób, jak do

składowych struktur, czyli za pomocą operatora wyłuskania (kropki):

uli.licznik; uli.mianownik;

Hermetyzacja - rola metod publicznych

Wymienione specyfikatory dostępu ściśle łączą się z jedną z najważniejszych cech

programowania obiektowego, jaką jest hermetyzacja.

Definicja

Hermetyzacja pozwala na ukrycie pewnych danych i funkcji obiektu przed bezpośrednim dostępem z

zewnątrz

Dzięki temu mechanizmowi otrzymujemy obiekt, do którego ukrytych (hermetycznych) pól

i metod mamy dostęp tylko przez udostępnione metody publiczne. Jest to bardzo cenna cecha

programowania obiektowego, ponieważ znacznie ogranicza możliwość popełnienia błędu.

Wyobraź sobie samochód, w którym masz dostęp nie tylko do pedału gazu, sprzęgła i

hamulca, ale możesz także dowolnie ustawić napięcie prądnicy, fazę zapłonu, skład

mieszanki paliwowej, ciśnienie oleju - łatwo sobie wyobrazić, że taki samochód byłby bardzo

narażony na usterki.

Napiszemy zatem naszą klasę Ułamek w taki sposób, aby dostęp do danych: licznik i

mianownik był możliwy tylko przez metody, które „wiedzą", jak postępować z licznikiem i

mianownikiem. W klasie Ułamek niedopuszczalna powinna być operacja przypisania

mianownikowi wartości 0.

Wzbogaćmy zdeliniowaną klasę o metody związane z obsługą ułamków. Będą to publiczne

składowe klasy. Na początek zdefiniujemy funkcję zapisz ( ), wypełniającą obiekty klasy

Ułamek, i funkcję wypisz ( ), wyświetlającą te obiekty:

class Ułamek

{

int licznik; int mianownik;

public:

void zapisz(int 1, int m);

// deklaracja metody klasy

void wypisz()

{ cout << licznik << "/" << mianownik;

}

}; // koniec definicji klasy

void Ułamek::zapisz(int 1, int m) // definicja metody klasy

{

licznik = 1; if (m!=0)

mianownik = m; else

{

cout << "Mianownik nie moŜe mieć wartości 0 "; getchar() ; exit(

1) ; } >

Operator zasięgu

Teraz klasa Ułamek ma cztery składowe: dwie prywatne - licznik

mianownik, oraz dwie publiczne - zapisującą dane do obiektu Ułamek i wypisującą wartość

ułamka. Definicje metod klasy umieściliśmy na dwa dopuszczalne sposoby. Metoda wypisz

jako bardzo krótka została umieszczona wewnątrz definicji klasy. Natomiast metoda zapisz

została tylko zadeklarowana wewnątrz klasy, a jej definicję umieściliśmy poza definicją

klasy, dlatego jej nazwę uzupełniliśmy nazwą klasy, do której metoda należy. W tym celu

posłużyliśmy się tak zwanym operatorem zasięgu, oznaczanym : : (podwójnym

dwukropkiem).

Zauważ, że zmieniliśmy specyfikator dostępu przy polach licznik i mianownik, ponieważ

usunęliśmy specyfikator public. Jest to równoznaczne z uzyskaniem przez obydwa pola

domyślnego statusu private. Do pól licznik i mianownik zadeklarowanej w ten sposób klasy

nie można się już odwołać w programie (spoza klasy) przez operator wyłuskania. Do pól

prywatnych mają dostęp jedynie metody klasy. Tu właśnie mamy do czynienia z

mechanizmem hermetyzacji. Wartości licznika i mianownika obiektu możemy zmienić tylko

przy użyciu funkcji zapisz. Dzięki takiemu rozwiązaniu zabezpieczamy się przed

przypisaniem mianownikowi niedozwolonej wartości 0. Jeśli spróbujemy to zrobić, metoda

zapisz zareaguje wypisaniem odpowiedniego komunikatu i zakończeniem programu

(funkcja exit (1) kończy cały program, przekazując do systemu operacyjnego wartość 1

sygnalizującą błąd).

Jeśli zdefiniowaliśmy klasę, możemy już utworzyć obiekty tej klasy.

Spójrz na prosty program, który wykorzystuje klasę zdefiniowaną powyżej:

#include <iostream> #include

<cstdio> using namespaco std;

class Ułamek

{ int licznik;

int mianownik; public:

void zapisz(int 1, int m);

void wypisz()

{cout << licznik << "/" << mianownik;}

}; // koniec definicji klasy

void Ułamek::zapisz(int 1, int m) // definicja metody klasy

{ licznik = 1; if (m!=0)

mianownik = m; else

{

cout << "Mianownik nie moŜe mieć wartości 0 "; getchar();

exit(1) ; } } int main()

{ Ułamek uli, ul2; uli.zapisz(4,5);

ul2.zapisz(1,7); cout << "Pierwszy

ułamek: "; uli.wypisz ( ) ;

cout << endl << "Drugi ułamek: ";

ul2.wypisz();

getchar( ) ;

return 0;

}

Jako efekt działania tego krótkiego programu na ekranie monitora zobaczymy:

Pierwszy ułamek: 4/5

Drugi ułamek: 1/7

. Rola konstruktora i destruktora

Przyjrzyj się sposobowi deklarowania obiektów klasy Ułamek z poprzedniego przykładu i

nadawaniu im wartości:

Ułamek uli;

uli.zapisz(4,5);

Najpierw deklarujemy obiekt, a następnie uruchamiamy odpowiednia funkcję (dostęp do

metody, podobnie jak dostęp do pól danych klasy, uzyskujemy przez operator kropki). Jeśli

tworzymy klasy, chcielibyśmy móc się nimi posługiwać tak samo wygodnie jak każdym

innym typem. Jak sobie zapewne przypominasz, deklarując zmienną typu int, możemy

nadać jej wartość w jednej instrukcji:

int z = 18;

W podobny sposób możemy również zadeklarować i nadać początkowe wartości

obiektom klasy Ułamek. W tym celu użyjemy specjalnej metody zwanej

konstruktorem.

Definicja

Konstruktorem nazywamy specjalną metodę automatycznie uruchamianą w trakcie

definiowania (tworzenia) obiektu pozwalającą na nadanie początkowych wartości

danym obiektu.

Omówmy sposób deklaracji konstruktora w C++. Metoda ta nie przyjmuje żadnej wartości

(nawet void!), a jej nazwa jest taka jak nazwa zawierającej ją klasy. Przeróbmy zatem

metodę zapisz na konstruktor:

class Ułamek

{ int licznik;

int mianownik; public:

Ułamek (int 1, int m);

void wypisz()

{ cout << licznik << "/" << mianownik;

}

// deklaracja konstruktora

};

// koniec definicji klasy

{ licznik = 1; if (m!=0)

mianownik = m; else

{ cout << "Mianownik nie moŜe mieć wartości 0 ";

getchar();

exit(1 ) ; } >

Obiekt zdefiniowanej w ten sposób klasy możemy zadeklarować następująco:

Ułamek l i c z b a ( 3 , 5 ) ;

Przy tak zbudowanym konstruktorze straciliśmy jednak możliwość deklarowania obiektu bez

nadawania mu początkowych wartości (co mogliśmy zrobić w poprzednim programie).

Istnieje rozwiązanie tego problemu. Klasa może mieć kilka różnych konstruktorów

różniących się liczbą argumentów -jest to tak zwane przeciążenie konstruktora. Aby móc

deklarować obiekty typu Ułamek bez konieczności podawania ich wartości początkowych,

możemy napisać bezparametrowy konstruktor, który sam nadaje początkowe wartości

obiektom, na przykład:

class Ułamek

{ int licznik; int mianownik;

public:

Ulamek()

// definicja konstruktora

{ licznik = 1;

// definicja pierwszego konstruktora (bezparametrowego)

// mianownikowi ułamka przypisujemy wartość 1

mianownik 1;

}

Ułamek (int 1, int m); // deklaracja drugiego konstruktora (z parametrami)

void wypisz( )

Ułamek::Ułamek(int 1, int m)

// licznikowi ułamka przypisujemy wartość 1

{ cout << licznik << "/" << mianownik;}

}; // koniec definicji klasy

Ułamek::Ułamek( int 1, int m) // definicja konstruktora z parametrami

{ licznik = ul; if (m!=0)

mianownik - m; else

{ cout << "Mianownik nie moŜe mieć wartości 0 "; getchar();

exit( 1) ;

Oprócz konstruktora w klasie powinien być również zadeklarowany

destruktor.

Definicja

Destruktorem nazywamy specjalną metodę bezparametrową, która jest wywoływana zawsze w

momencie usuwania obiektu.

Destruktor ma nazwę taką jak nazwa klasy, ale poprzedzoną wężykiem -, na przyktad

destruktor klasy Rakieta będzie miał nazwę -Rakieta. Dla naszej klasy Ułamek destruktor

może wyglądać następująco:

~Ułamek()

{cout << "Usuwam obiekt ";}

Destruktor ten poza usunięciem obiektu wypisuje jeszcze odpowiedni komunikat - dzięki

niemu wiemy, kiedy jest uruchamiany.

Jeśli w swojej klasie nie zdefiniujesz destruktora, zostanie on wygenerowany przez kompilator.

Destruktor jest metodą, która uruchamia się automatycznie zwykle tuż przed zakończeniem

programu. Sami możemy spowodować wywołanie destruktora dla obiektów znajdujących się

w pamięci dynamicznej.

Jak się zapewne domyślasz, obiekty zdefiniowanej klasy mogą być argumentami funkcji, a

funkcja może przyjmować wartość obiektu zdefiniowanej klasy.

Przykład

Napiszemy program, który mnoży dwa ułamki. Wynik zostaje wyświe-tlony na ekranie

monitora

Funkcja zaprzyjaźniona

W tym celu zdefiniujemy funkcję, która pobiera dwa obiekty klasy Ułamek, mnoży je i

przyjmuje wartość obiektu tej samej klasy będący iloczynem pobranych ułamków. Funkcja

mnożąca ułamki nic będzie metodą klasy - działa jedynie na obiektach zdefiniowanej klasy.

Pojawia się tu jednak problem, ponieważ do składowych prywatnych klasy mają dostęp tylko

metody klasy. W naszym wypadku wystąpi zatem problem z dostępem funkcji zewnętrznej do

licznika i mianownika, gdyż są to składowe prywatne obiektu typu Ułamek. Aby funkcja

niebędąca elementem klasy miała dostęp do jej składników prywatnych, musimy w klasie

zapisać deklarację przyjaźni (zaprzyjaźnienia się) z tą funkcją.

Definicja

Funkcja zaprzyjaźniona to taka funkcja zewnętrzna (niebędąca składnikiem klasy), dla

której w definicji klasy umieszczona jest deklaracja przyjaźni za pomocą sfowa

kluczowego friend.

Klasa może być też zaprzyjaźniona z inną klasą, ale to zagadnienie wykracza poza ramy

tego podręcznika.

W wypadku naszej klasy Ułamek po wpisaniu:

friend Ułamek pomnoz (Ułamek, Ułamek);

> }

C++ - Obiekt a klasa.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: