Основы информацинных технологий

ГЛАВА 6

ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ С++

6.1Становление объектно-ориентированного подхода к программированию

Жизненный цикл разработки программных систем:

анализ -> проектирование -> программирование -> тестирование -> эксплуата­ ция.

Объектно-ориентированный анализ направлен на создание моделей, наи­ более близких к реальности. Требования этой методологии формируются на ос­ нове понятий классов и объектов.

Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектиро­ вания, соединяющая процесс объектной декомпозиции и приемы представления моделей проектируемой системы как логической и физической, так статической

идинамической. В данном определении содержатся две важные части:

-объектно-ориентированное проектирование ведет к объектноориентированной декомпозиции;

-используется многообразие приемов представления моделей, отра­ жающих логическую (структуры классов и объектов) и физическую (архитектура моделей и процессов) структуру системы. Именно под­

держка объектно-ориентированной декомпозиции отличает объектноориентированное проектирование от структурного.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это методология программирования, которая основана на представлении программы в виде со­ вокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса, а классы образуют иерархию на принципах наследуемости. В данном определении можно выделить три части: 1) ООП использует в качестве элемен­ тов конструкции объекты, а не алгоритмы; 2) каждый объект является реализа­ цией какого-либо определенного класса; 3) классы организованы иерархиче­ ски. Программа будет объектно-ориентированной только при соблюдении всех трех указанных требований.

К настоящему времени в программировании сформировалось несколько направлений:

-процедурное;

-модульное;

-объектно-ориентированное.

Впроцедурном программировании основное внимание уделяется алгорит­ му, т.е. некоторой заданной последовательности действий, выполнение которых приводит к получению результата вычислений. Главное внимание здесь уделя­ ется построению процедур (подпрограмм). Первым процедурным языком был ФОРТРАН, потом Алгол 60, Паскаль, С и т.д.

Вмодульном программировании основные акценты переносятся на по­ строение модулей. При этом необходимо определить модули, которые будут использоваться, и разделить программу на модули так, чтобы ее данные были

160

скрыты в этих модулях. Указанная модель переносит основные акценты на ор­ ганизацию данных. Модулем называется множество взаимосвязанных процедур (подпрограмм) вместе с данными, которые эти процедуры обрабатывают. Ос­ новной целью данного направления является скрытие данных в модулях. Хотя язык С++ не был специально спроектирован для поддержки модульного про­ граммирования, реализованные в нем концепции классов позволяют работать с модулями. С++ содержит все необходимое для поддержки и процедурного и модульного программирования.

В объектно-ориентированном программировании используются следую­ щие базовые правила: определение классов, которые будут использоваться; оп­ ределение всех необходимых операций для каждого класса, обеспечение рас­ ширяемости (открытости) классов на основе принципа наследуемости.

Объекты и классы

Базовыми блоками объектно-ориентированной программы являются объ­ екты и классы. Содержательно объект можно представить как что-то ощущае­ мое или воображаемое и имеющее определенное поведение. Объект - это часть окружаемой нас реальности, т.е. он существует во времени и в пространстве. Объект имеет состояние, поведение и может быть однозначно идентифициро­ ван (т.е. имеет уникальное имя).

Класс - это множество объектов, имеющих общую структуру и общее по­ ведение. Например int X; - определение переменной X целого типа. Здесь int - это имя типа, а X - объект данного типа. Аналогично можно задать много объ­ ектов данного типа int X, Y, Z.

Мы можем говорить о типе int как об имени класса. Если объект - это что-то ощущаемое, то класс - только абстракция, используемая для описания общей структуры и поведения множества объектов. Определим теперь понятия состояния, поведения и идентификации объекта.

Состояние объекта объединяет все его поля данных (статический ком­ понент) и текущее значение каждого из этих полей (динамический компонент). Поведение объекта определяет, как объект изменяет свои состояния и взаимо­ действует с другими объектами. Идентификация объекта - это свойство, ко­ торое позволяет отличать один объект от других того же или других классов.

Базовые принципы объектно-ориентированного программирования

К базовым принципам объектно-ориентированного стиля программиро­ вания относятся:

-инкапсуляция (encapsulation) или пакетирование;

-наследование (inheritance);

-полиморфизм (polymorphism);

-передача сообщений.

Инкапсуляция

Свойство инкапсуляции, присущее реальным объектам, позволяет нам видеть и различать объекты, фиксировать их реакции в ответ на внешние воз­ действия, наблюдать развитие процессов. Понятие инкапсуляции означает, что в качестве единого целого, называемого объектом, рассматривается некоторая структура данных, определяющая его свойства, или атрибуты, и некоторая группа методов (функций) для манипулирования этими данными, задающая по-

161

51 - 1 или L - определяет long;

05 - восьмеричная;

0x5 - шестнадцатеричная;

5.0 - с плавающей точкой; '5' - символьная константа;

"5" - строковая константа, состоящая из '5' и '\0'.

Большому количеству символов и символьных последовательностей в С++ придается особое значение. Например:

арифметические операции:

+ (сложение), - (вычитание), * (умножение), / (деление), % (остаток от деления);

логические операции:

&& (логическое «И»), || (логическое «ИЛИ»), ! (логическое отрицание);

операции присваивании:

= (простое присваивание), +=, -=, *=, /=, %= (составные операции присваива­ ния). Например: а=а+b; можно записать а+=b; аналогично записывается для всех составных операций присваивания;

операции сравнения:

> (больше), >= (больше или равно), < (меньше), <= (меньше или равно), == (сравнение на равенство), != (не равно).

С++ поддерживает операции инкрементации ++ и декрементации - в префиксной и постфиксной формах.

Операции используются в выражениях. Они имеют фиксированный при­ оритет. Операции должны использоваться точно так, как они записаны выше, т.е. без пробелов между символами в тех операциях, которые представлены не­ сколькими символами. Знаки препинания включают круглые скобки, фигурные скобки, запятую и двоеточие. Выражение состоит из операндов и операций. Операнд - это то, над чем выполняется действие. Операндом может быть кон­ стантная или переменная величина. Операции определяют действия над опе­ рандами.

6.2.2Типы данных

ВС++ имеются следующие базовые типы данных: char (символьный), int (целый), float (вещественный), double (вещественный с двойной точностью), void (пустой тип). Базовые типы могут быть модифицированы с помощью клю­ чевых слов: short (короткий), long (длинный), signed (знаковый), unsigned (беззнаковый). Можно использовать следующее сочетание модификаторов и типов данных:

164

Диапазоны целочисленных значений, представленных в вашей системе, определены в стандартном файле limits.h. Диапазон значений чисел с плаваю­ щей запятой находятся в стандартном файле float.h.

6.2.3 Переменные и инициализация

Все данные программы перед их использованием должны быть объявле­ ны или определены. Объявление переменной связывает тип с ее именем. Боль­ шинство объявлений переменной являются так же определениями. В операто­ рах определения данных указывается их тип и перечисляются через запятую имена переменных имеющих данный тип. Каждый оператор заканчивается символом ; (точка с запятой).

В модуле, в котором записано определение переменных, для каждой перемен­ ной в соответствии с типом выделяется необходимое количество байтов памя­ ти.

Инициализировать, т.е. присвоить переменной начальное значение можно

так:

double radius = 5.5; // объявлено, определено и инициализировано int а, b=10; // значение 10 присвоено только переменной b

Инициализация может включать произвольное выражение при условии, что все переменные и функции, используемые в выражении, определены. Нель­ зя ссылаться на неинициализированную переменную. Язык С++ позволяет мно­ гократное присвоение в одном операторе:

Преобразование типов Если выражение имеет смешанный тип операндов, то производится пре­

образование типов. Согласно иерархии типов

int < unsigned < long < unsigned long < float < double

операнды в выражении преобразуется к большему типу. Например: если один операнд типа double, то и второй операнд преобразуется к типу double.

6.2.4 Ввод/вывод

Ввод/вывод не является непосредственной деталью языка. Он представляег собой дополнение в виде набора типов и подпрограмм, заложенной в стан­ дартной библиотеке. Мы будем использовать библиотеку iostream.h.

В библиотеке iostream.h перегружаются два оператора побитового сдвига:

<<// поместить в выходной поток

>>// считать со входного потока

Вэтой библиотеке объявляются три стандартных потока:

165

mm=10;

}

cout << "min=" << min;

Операторы цикла Под циклом понимается оператор или группа операторов, которые необ­

ходимо выполнить несколько раз. Каждое выполнение цикла называется итера­ цией. Цикл, не содержащий внутри себя других циклов, называется простым. Сложным называется цикл, который содержит внутри другие циклы или раз­ ветвления.

Оператор for - итерационный оператор цикла, обычно используемый с переменной, которая увеличивается или уменьшается. Конструкция оператора for следующая:

for(выражение1; выражение2; выражение3) оператор;

Сначала вычисляется выражение1. Обычно выражение1 инициализирует переменную, используемую в цикле. Это выражение вычисляется только один раз. Затем вычисляется выражение2. Если оно отлично от нуля, то выполняется оператор, обрабатывается выражение3, проверяется выражение2 и т.д., пока выражение2 не станет равным нулю. Пример:

int i, sum=0;

for(i=0; i<=10; i++) // вычисление суммы 10 чисел sum+=i;

В операторе for могут отсутствовать любое либо все выражения, но должны оставаться точки с запятой:

for(i=l, sum=0; ; sum+=i++) // бесконечный цикл cout << sum << endl;

Можно применять операцию уменьшения для счета в порядке убывания int sum=0;

for(int n=10; n> 0 ; n--) sum+=n;

Оператор while

Обобщенная форма оператора while: while(выражение)

оператор; Вначале вычисляется выражение. Если результат отличен от нуля, тогда

выполняется оператор и управление переходит обратно к началу цикла while. Это приводит к выполнению тела цикла while, а именно оператора, который будет выполняться до тех пор, пока выражение не станет равным нулю.

167

Оператор do_while

Конструкция оператора do_while следующая: do

оператор;

while(выражение);

Сначала выполняется оператор, затем вычисляется выражение. Если его результат отличен от нуля, то управление переходит обратно к началу операто­ ра do. Например:

int i=0, sum=0; do

Операторы передачи управления Оператор switch

В программе часто необходимо в зависимости от того или иного резуль­ тата реализовать ту или иную группу инструкций. Оператор switch позволяет выбрать одну из нескольких альтернатив. Он записывается в следующем фор­ мальном виде:

switch(целое выражение)

{

default: вариант n+1; break;

Порядок работы оператора switch следующий:

1 Вычисляется выражение в круглых скобках, стоящих за switch.

2 Выполняется метка case, совпадающая с тем значением, которое было найдено на этапе 1; если ни одна из case не соответствуют этому значению, вы­ полняется метка default; если метки default нет, switch прерывается.

3 Выполнение switch прерывается, когда встречается инструкция break или когда достигается конец switch.

Пример:

#include<iostream> using namespace std; int main()

{

float a,b,rez; char des;

cout << "Введите числа а и b" << endl; cin >> a >> b;

cout << "Введите операцию" << endl;

168

cin >> des; switch(des)

{

case '+': rez=a+b; break;

}

cout << "Результат" << rez << endl;

}

Оператор break

Оператор break используется в операторах цикла for, while, do_while и в операторе switch, он вызывает выход из самого глубоко вложенного цикла или оператора switch. Например:

// выход из цикла по отрицательному значению int i;

}

}

Оператор continue

Оператор continue заставляет прекратить текущую итерацию цикла и на­ чать следующую.

// вычисление суммы положительных чисел int i;

float х, sum=0; for(i=0; i < 10; i++)

{

cout << "Введите число" << endl;

}

169