1.10. Метки. Безусловный переход

Идентификатор с последующим двоеточием является меткой. Метка является адресом оператора, следующего за меткой. Используется в операторах switch и goto. Областью видимости метки является функция, то есть переход может быть осуществлен только внутри функции, а в разных функциях имена меток могут повторяться. Более того, метки имеют независимое пространство имен, то есть имя метки может повторять имя другого объекта, при этом компилятор их будет различать.

Пример:

int s=0, i=0;

l1: s+=i++;

if (i<100) goto l1;

Дополнительные средства организации безусловного перехода, позволяющие производить переход, в том числе, между функциями, определены в библиотеке stdjmp.h.

1.11. Время жизни и область видимости переменных

В языках С / С++, как и в большинстве остальных ЯВУ есть три класса переменных.

1. Статические. Статическими являются переменные, объявленные вне какой-либо функции, а также объявленные внутри функций и классов с использованием служебного слова static. Такие переменные создаются при запуске программы, уничтожаются при её завершении и доступны из любой функции программы.

2. Автоматические. Это все переменные, объявленные внутри какой-либо функции (кроме объявленных с использованием слова static). Такие переменные создаются при их объявлении и уничтожаются при выходе за пределы операторных скобок фрагмента программы, в котором они определены. Эти переменные размещаются в стеке. Поэтому максимальный размер всех автоматических переменных ограничен размером выделенного стека, на это следует обращать внимание при создании больших автоматический массивов.

3. Динамические. Это переменные, созданные с помощью специальных функций (malloc, calloc и др.) или операций (new, new[]). Временем жизни таких переменных управляет программист. Область видимости определяется доступностью указателей. Такие переменные расположены как правило в «куче» (heap). В Ms Windows при завершении приложения все динамические переменные также уничтожаются в связи с уничтожением кучи, связанной с данным приложением.

Пример (С++).

int main()

{

char a = 5;

…

{

int b = a + 5; //здесь a существует и доступно

…

} //уничтожена переменная b

short c;

c = a + b; // ошибка, т.к. b уже не существует

for(int i = 0;i<10;i++) {…}

c = i; //ошибка, i существует только в теле цикла for

int i=0; //переменная может быть объявлена, т.к. i объявленная выше уже не существует

for(;i<10;i++) {…}

c = i; //допустимо, т.к. i объявлено в этом же блоке

i = 10;

{

int i = 3; //допустимо, перекрывает видимость i, объявленной ранее

…

}

// здесь i=10;

} //уничтожены переменные a,c,i

1. 12. Многофайловые проекты

1.13. Введение в объектно-ориентированное программирование

Объе́ктно-ориенти́рованное программи́рование (ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов.

Класс — это тип, описывающий устройство объектов. Понятие «класс» подразумевает некоторое поведение и способ представления. Понятие «объект» подразумевает нечто, что обладает определённым поведением и способом представления. Говорят, что объект — это экземпляр класса.

Абстракция данных

Объекты представляют собою упрощенное, идеализированное описание реальных сущностей предметной области. Если соответствующие модели адекватны решаемой задаче, то работать с ними оказывается намного удобнее, чем с низкоуровневым описанием всех возможных свойств и реакций объекта.

– Инкапсуляция — это принцип, согласно которому любой класс должен рассматриваться как чёрный ящик — пользователь класса должен видеть и использовать только интерфейсную часть класса (т. е. список декларируемых свойств и методов класса) и не вникать в его внутреннюю реализацию. Поэтому данные принято инкапсулировать в классе таким образом, чтобы доступ к ним по чтению или записи осуществлялся не напрямую, а с помощью методов. Принцип инкапсуляции (теоретически) позволяет минимизировать число связей между классами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов.

– Сокрытие данных — неотделимая часть ООП, управляющая областями видимости. Является логическим продолжением инкапсуляции. Целью сокрытия является невозможность для пользователя узнать или испортить внутреннее состояние объекта.

– Наследованием называется возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (прародителя, иногда его называют суперклассом) и добавляя, при необходимости, новые свойства и методы. Набор классов, связанных отношением наследования, называют иерархией. Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.

– Полиморфизмом называют явление, при котором функции (методу) с одним и тем же именем соответствует разный программный код (полиморфный код) в зависимости от того, объект какого класса используется при вызове данного метода. Полиморфизм обеспечивается тем, что в классе-потомке изменяют реализацию метода класса-предка с обязательным сохранением сигнатуры метода. Это обеспечивает сохранение неизменным интерфейса класса-предка и позволяет осуществить связывание имени метода в коде с разными классами — из объекта какого класса осуществляется вызов, из того класса и берётся метод с данным именем. Такой механизм называется динамическим (или поздним) связыванием — в отличие от статического (раннего) связывания, осуществляемого на этапе компиляции.

С++

Класс состоит из полей (данных) и методов (функций). То есть класс в простейшем понимании – это структура данных (struct), дополненная функциями их обработки.

Пример.

class A

{

public:

double x,y,z;

double sum() {return x+y+z;}

} ;

Поля и методы, описанные в секции «public» доступны для доступа из вне класса.

A a;

a.x = 5.2; a.y = 7.4; a.z = 8;

double t = a.sum();

Существуют специальные методы: конструктор (вызывается при создании экземпляра класса) и деструктор (вызывается при уничтожении объекта). Имя конструктора совпадает с именем класса. Имя деструктора – имя класса, перед которым стоит символ «~» (тильда). Возвращаемый тип для конструктора и деструктора не указывается.

Пример.

class String

{

private:

char *text;

public:

String(int len) {text = new char[len];}

~String() {delete [] text;}

…

};

Поля и методы, описанные в секции «private» не доступны из вне класса.

Создание объекта класса происходит аналогично объявлению переменной:

String t(10); //требуется указывать размер строки, т.к. определен конструктор с параметром

int y = strlen(t.text); // вызовет ошибку, т.к. text – закрытое поле

Перегрузка функций – позволяет создавать функции с одинаковым названием, но различными аргументами. Компилятор сам выбирает подходящую функцию по фактическим аргументам

Перегрузка операций – позволяет переопределять операции для конкретных классов.

Более подробно объектно-ориентированное программирование в данном курсе не рассматривается.

Пример реализации массива из п. 1.12 с использованием классов приведен в приложении.

1.14. Примеры программ

Часть 2. Введение в технологию программирования.

2.1 Понятие технологии программирования

Технология программирования – совокупность методов и средств, используемых в процессе разработки программных средств.

Технология программирования включает:

– указание последовательности выполнения технологических операций;

– перечисление условий, при которых выполняется операция;

– описание самих операций;

– способы описания моделей, используемых на различных этапах разработок.

2.2. Этапы развития программирования

1. Стихийное программирование (до сер. 60-х годов):

– программирование в двочиных кодах;

– появление ассемблеров;

– появление ЯВУ (Fortran, Algol);

– появление подпрограмм, работающих с глобальными данными);

– локализация данных в подпрограммах;

– стихийное использование подхода «снизу-вверх», сложные интерфейсы функций.

2. Структурное программирование (сер. 60 – сер. 80):

В основе СП лежит декомпозиция сложных систем. Процедурная декомпозиция – разбиение на подпрограммы (несколько десятков операторов).

– проектирование «сверху вниз»;

– использование 3 базовых алгоритмических конструкций (следование, ветвление, цикл);

– структурирование данных, пользовательские типы;

– модульное программирование – выделение группы подпрограмм, использующих одни данные, в отдельно компилируемые модули.

Языки: PL/1, Algol-68, Pascal, C.

3. Объектный подход (сер. 80 – конец 90).

– представление программы в виде совокупности объектов, которые являются экземплярами определённого класса;

– классы образуют иерархию с наследованием свойств;

– система сообщений;

– ООП обеспечивает более естественную декомпозицию ПО, что реализует наиболее полную локализацию данных и позволяет вести независимую разработку классов;

– визуальное программирование.

Примеры языков: Simula, Smalltalk, C++, Modula, Java, Object Pascal.

4. Компонентный подход и CASE-технологии.

– построение программного обеспечения из отдельных компонентов – отдельно существующих частей ПО, взаимодействующих между собой через стандартизованные двоичные интерфейсы;

– компоненты собираются в двоичные библиотеки или исполняемые файлы;

Примеры:

COM (Component Object Model) – определяет общую парадигму взаимодействия программ любых типов, позволяя одному программному обеспечению использовать функции (службы), предоставляемые другой.

Объекты COM функционируют в составе сервера: внутреннего, локального, удалённого.

На его основе построены OLE-Automation и ActiveX.

CORBA (Common Object Request Broker Architecture).

CASE-технологии (Computer-Aided Software/System Engineering) – автоматизированные технологии разработки и сопровождения ПО.