3.2. Основные понятия программирования

Программирование — это раздел информатики, изучающий методы и приемы составления программ для компьютеров. Кроме того, программирование — это подготовка задачи к решению ее на компьютере.

Программа — это последовательность команд, понятных компьютеру. Программа записывается в виде символов, к числу которых относятся латинские и русские буквы, цифры, знаки препинания и знаки операций. К программе могут быть предъявлены определённые требования:

• минимальные требования к компьютеру, на котором работает программа.

• ясность входных и выходных данных и простота программы.

• минимальное время создания программы и простота её изменения.

• минимальное время работы программы, минимум занимаемой памяти и минимум использованных в программе операторов.

Чтобы программа удовлетворяла этим противоречивым требованиям, необходимо обладать искусством программирования.

Свойства программ — выполнимость, мобильность, правильность, эффективность. Выполнимость — возможность выполнения программы на данном типе компьютеров. Мобильность — возможность переноса программы на другой тип компьютеров. Правильность программы — правильность результатов, получаемых с помощью данной программы. Эффективность — минимум времени выполнения, минимум машинной памяти и других ресурсов компьютера.

Программа на языке высокого уровня состоит из команд, обычно имеющих осмысленные имена, а также управляющих структур, таких как циклы и условные операторы. Команды выполняются последовательно, сверху вниз. Циклы необходимы для того, чтобы определенный отрезок программы повторялся несколько раз. Обычно различают циклы с фиксированным числом повторений, циклы с предусловием и циклы с постусловием.

Второй важной управляющей структурой является условный оператор или оператор ветвления. В случае оператора ветвления, если условие истинно, то выполняется группа операторов, следующая за условием, а если ложно, то операторы, находящиеся на ветке «иначе». В случае оператора выбора, значение выражения проверяется на эквивалентность с каждой из констант выбора, и если они равны, то выполняются соответствующие операторы. Если же среди всех констант выбора не будет найдена константа равная какому-нибудь выражению, то выполняются операторы, следующие за ключевым словом «альтернатива».

for (int I=0; I>=10; I++) printf("Интерация цикла N\%d",I);

if (x < 0) printf("X-меньше нуля");

switch (MenuItem){

case 1:printf("выбран первый пункт");

break;

case 2:printf("выбран второй пункт");

default:error();

}

Пример 2: Оператор цикла, условный оператор и оператор выбора на языке С

Используя подобный набор операций, в принципе, возможно создать программу любой сложности. Можно упомянуть такие черты современного императивного языка, как модульность, подпрограммы и интегрированная среда разработки, сочетающая текстовый редактор, компилятор, линкер и отладчик в одной системе.

Основная идея объектно-ориентированных языков в том, что программисту дается инструмент для создания своего типа данных — объекта или класса.

Класс — это некая структура данных объединяющая данные и методы их обработки в одном объекте. То есть методы класса, и только методы класса имеют доступ к полям данных класса, не требуя передачи их в качестве параметров. Методы подразделяются на статические и виртуальные. Виртуальный метод отличается от статического тем, что реализующий его код присоединяется к вызову не в процессе компиляции, а в процессе выполнения, что достигается, так называемым, поздним связыванием. Это дает возможность стоить иерархию классов с одинаковыми названиями методов, реализуемыми различными кодами. Кроме обычных методов внутри класса могут использоваться конструкторы и деструкторы. Конструктор — это специальный метод, инициализирующий класс, содержащий виртуальные методы. Конструктор инициализирует класс установлением связи между классом и специальной таблицей виртуальных методов, содержащей адреса кодов, реализующих виртуальные методы. Конструктор может также использоваться для инициализации полей данных класса. Деструктор — это специальный метод, освобождающий память кучи от динамических объектов.

Основными отличительными свойствами классов являются:

• инкапсуляция — объединение полей данных с функциями-методами, работающими с этими данными;

• наследование — задание класса, затем использование его для построения иерархии порожденных классов с наследованием доступа каждого из порожденных классов к коду и данным предка;

• полиморфизм — задание одного имени действию, которое передается вверх и вниз по иерархии классов, с реализацией этого действия способом, соответствующим каждому классу в иерархии.

Допустим, наши практические интересы лежат в области построений изображений звездных тел в двумерной проекции. Очевидно, что основой всякого изображения является положение (позиция) отдельного элемента на экране, описываемая координатами X и Y. Что можно сделать с парой координат? Во-первых, может потребоваться задать значения координат. Во-вторых, нам может потребоваться знание фактических значений координат. При обычном подходе нам необходимо было бы объявить структуру данных описывающую координаты, а также функции, получающие эту структуру в качестве параметра. Логично было бы связать данные и функции в одну структуру. Объектно-ориентированный язык программирования предоставляет для этого мощный и удобный инструмент.

class position{

private:

int x,y;

public:

void Init(int CoordX, int CoordY);

int GetX();

int GetY();

};

Эта структура лишь объявляет класс, реализация методов обычно выполняется после. Теперь рассмотрим объект звезду с координатами X и Y. Ее можно сделать видимой или невидимой, ей можно задать цвет, ее можно переместить. Заметим, что поля X, Y и методы GetX, GetY класса position подходят и нашему объекту - звезде. Объектно-ориентированный язык предоставляет возможность учесть эту ситуацию. Новый класс следует считать порожденным от класса position.

class star : position{

private:

int Visible;

unsigned int Color;

public:

void Init(int, int, int);

int IsVisible();

void Show();

void Blind();

void Move(int, int);

}

Класс star теперь наследует свойства класса position. Поля X, Y явно не заданы в star, но star ими обладает благодаря наследованию.