Бублик Володимир Васильович Об'єктно-орієнтоване програмування Частина 1. Об'єктне програмування. Лекція 1. Принцип інкапсуляції Лекції для студентів 2 курсу Merry Christmas!

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 2 Парадигми програмування (повторення) Мультипарадигменна мова

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 3 Погляд в майбутнє Програмувати, думаючи про нові застосування (reuse) Узагальнене програмування дає нові застосування програмних текстів Об'єктне і ієрархічне нові застосування об'єктних кодів (об'єктів і класів)

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 4 Інкапсуляція Під інкапсуляцією розумітимемо спосіб збирання певних елементів в одне ціле з метою утворення нової сутності (або абстракції нового рівня) 1.Команди інкапсульовані в функцію 2.Поля інкапсульовані в структуру struct Point { double _x; double _y; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 5 Дані і функції в структурах (як С моделює С++) 3.Чи можна інкапсулювати функцію в структуру? Так, можна за допомогою указника функції struct QuasiPoint { double _x; double _y; //інкапсуляція указника на функцію double (*f)(QuasiPoint, QuasiPoint); }; Як викликати f?

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 6 Ініціалізація та виклик інкапсульованої функції double distance (QuasiPoint, QuasiPoint); QuasiPoint u={0, 1, distance}; cout<<u.f(u,v)<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 7 Ініціалізація та виклик інкапсульованої функції double phi (QuasiPoint, QuasiPoint); QuasiPoint v={1, 1, phi}; cout<<v.f(u,v)<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 8 Інкапсуляція в об'єкті Це добре чи зле, що в одній і тій же структурі функція- член структури в різних екземплярах позначає різні дії? u.f(a,b) відстань від a до b v.f(a,b) кут між векторами 0a і 0b Як засобами С зробити так, щоб для всіх екземплярів QuasiPoint указник показував завжди одну й ту ж функцію?

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 9 Статичний указник на функцію struct QuPoStaPtr { double _x; double _y; //інкапсуляція указника на функцію в класі static double (*f)(QuPoStaPtr, QuPoStaPtr); }; //Один указник для всіх обєктів double (* QuPoStaPtr ::f) (QuPoStaPtr, QuPoStaPtr) = distance; cout<< QuPoStaPtr::f(u,v)<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 10 Інкапсуляція указника на функцію в класі Діаграма класу, а не об'єкта

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 11 Створення і видалення екземпляру структури struct PreWrappedVector { static const int _n; double * _v; }; //Функція створення вектора a._v void construct (PreWrappedVector& a); //Функція видалення вектора a._v void destroy (PreWrappedVector& a);

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 12 Створення і видалення екземпляру структури //Типовий сценарій обробки PreWrappedVector v; //Хто гарантує наявність конструктора і // створення вектора до першого вживання? construct(v); ………………………… destroy(v); //Хто гарантує наявність деструктора і видалення //вектора після завершення його обробки?

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 13 Конструктор і деструктор struct WrappedVector { static const int _n; double * _v; //Це конструктор, він створює об'єкт //при його визначенні WrappedVector(); //Це деструктор, він автоматично видаляє об'єкт ~WrappedVector(); };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 14 Реалізація конструктора WrappedVector::WrappedVector() { cout<<"Constructor WrappedVector"<<endl; //1. Виділити пам'ять _v = new double[_n]; //2. Можливо обробити аварійну ситуацію //3. Ініціалізувати масив for (int i=0; i<_n; i++) _v[i] = 0; return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 15 Реалізація деструктора WrappedVector::~WrappedVector() { cout<<"Destructor WrappedVector"<<endl; delete [] _v; //Чи варто обнулити указник _v? return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 16 Головне правило об'єктного програмування Кожній структурі надаються конструктор і деструктор

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 17 Автоматичний виклик конструктора і деструктора int main() { //Визначення об'єктів приводить //до виклику конструкторів. //Ось він: WrappedVector w1, w2; …………………………………………… //Життя об'єктів завжди закінчується //автоматичним викликом їх деструкторів //ост тут: return 0; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 18 Хто викликає конструктор і деструктор? Це робить система програмування // new: конструктор; delete: деструктор int main() { WrappedVector *pw = new WrappedVector; //Створення об'єкту: неявний виклик конструктора ………………………………………………… //Видалення об'єкту: неявний виклик деструктора delete pw; return 0; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 19 Конструктор і деструктор за замовчуванням Чи мала б структура PreWrappedVector конструктора і деструктора, якщо їх не визначити явно? struct PreWrappedVector { static const int _n; double * _v; };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 20 Конструктор і деструктор за замовчуванням Так! Компілятор генерує порожні конструктор і деструктор для кожної структури, яка не має власних //Конструктор за замовчуванням PreWrappedVector:: PreWrappedVector(){ }; //Деструктор за замовчуванням PreWrappedVector:: ~PreWrappedVector(){ }; //Краще б їх не було, але так досягається //сумісність С і С++

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 21 Друге правило об'єктного програмування Ніколи не користується конструкторами за замовчуванням, згенерованими системою програмування Чому? ВВ поставить двійку Визначивши власні конструктор і деструктор ви повністю контролюєте створення і видалення ваших об'єктів, а не передоручаєте це комусь (віддаєте дітей в дитячий будинок)

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 22 Дані-члени структур (атрибути) і функції(методи) struct Point { //Атрибути double _x, _y; //Методи Point (double x=0, double y=0): _x(x),_y(y) { }; ~Point(){ }; //Функції доступу до атрибутів double& x(){return _x;} double& y(){return _y;} };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 23 Виклик конструктора з параметрами //Замість Point a = Point(1,2); //пишемо скорочено Point a1(1,2); Point b = Point(1); Point b1(1); Point c = Point(); Point c1;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 24 Навіщо потрібні функції доступу? Для того щоб контролювати всі випадки використання атрибутів у кожному об'єкті

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 25 Виклик методів Виклик методів відрізняється від виклику звичайних функцій //Застосувати до екземпляру а структури Point //функцію х() a.x() = 10; cout<<a.x()<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 26 Варіант функцій доступу: утиліти struct Point { //Атрибути double _x, _y; //Конструктор Point (double x=0, double y=0): _x(x),_y(y) { }; //Деструктор ~Point(){}; } //Утиліти доступу до атрибутів double& x(Point & a){return a._x;} double& y(Point & a){return a._y;}

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 27 Виклик утиліти Виклик утиліт є звичайним викликом функцій //Передати до функції x() параметр a x(a) = 10; cout<<x(a)<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 28 Прямий доступ Замість функкції x(a) або методу a.x() можна було б напряму звертатися до члена структури _x a._x = 10; cout<<a._x<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 29 Для чого потрібні методи доступу? struct Point { private://закрили прямий доступ до атрибутів double _x; double _y; public://відкрили доступ до методів Point (double x=0, double y=0): _x(x),_y(y) { }; ~Point(){}; double& x(){return _x;} double& y(){return _y;} };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 30 Права доступу Як і раніше, кожен, хто бачить об'єкт може скористатися його відкритим методом //Застосувати до екземпляру а структури Point //відкритий метод х() a.x() = 10; cout<<a.x()<<endl;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 31 Права доступу Сам метод, завдяки своїй належності до структури сам бачить її закриту частину // Як і раніше, ім'я _х в тексті функції double& Point::x() {return _x;} //позначає поле _х того екземпляру, // до якого застосовано функцію

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 32 Права доступу Але для сторонніх атрибути стали невидимими int main () { Point a; a._x = 10; cout<<a._x<<endl; return 0; } double& x(Point & a){return a._x;} double& y(Point & a){return a._y;}

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 33 Клас class Point { private://закрита частина класу double _x; double _y; public://відкрита частина класу Point (double x=0, double y=0): _x(x),_y(y) { }; ~Point(){}; double& x() {return _x;} double& y(){return _y;} };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 34 Структури і класи Структуру, яку поділено на відкриту і закриту частини називатимемо класом. Структуру розглядатимемо як архаїзм від С. В структурі все звичайно вважається відкритим. Екземпляри структур і класів називатимемо об'єктами. Кожен об'єкт створюється в результаті виклику конструктора, а видаляється деструктором. Структура може не мати власних конструктора і деструктора. Ваші класи завжди повинні мати власні конструктори (можливо декілька) і деструктор (не забудьте про ВВ).

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 35 Клас vs. структура Правила доступу це поділ класу на відкриту (public) і закриту (private) частини. Закрита частина доступна лише з середини класу, відкрита звідусіль. Формально клас відрізняється від структури лише правилом замовчування прав доступу: 1.Все, що явно не відкрите в класі, вважається закритим 2.Все, що явно не закрите в структурі, вважається відкритим Структури звичайно вживають як сукупність даних, класи як сукупність даних (атрибутів) і функцій-членів класу (методів)

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 36 Повторення. Два способи запису ініціалізації double x = 1.0; double y = x; double u = 2.0; //але можна й так double v(u); //це те ж саме, що //double v = u;

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 37 Ініціалізація атрибутів в конструкторі class Complex { private: double _re; double _im; public: Complex (double re, double im): //ініціалізація атрибутів (добра!) _re(re), _im(im) { }; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 38 Ініціалізація атрибутів в конструкторі class Complex { private: double _re; double _im; public: Complex (double re, double im): //ініціалізація атрибутів (погана!) { _re = re; _im = im; };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 39 Приклад 1. Person.h class Person { private: const int _len; char * _name; public: //реалізація винесена в срр-файл Person(int, char []); ~Person(); };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 40 Приклад 1. Person.cpp (конструктор) Person::Person (int len, char name[]): _len(len), _name (new char[_len+1]); { for (int i=0; i<_len; i++) _name[i] = name[i]; _name[_len]='\0'; cout<<"A person "<<_name<<" was created"<<endl; return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 41 Приклад 1. Person.cpp (деструктор) Person::~Person() { cout<<"A person "<<_name<<" was deleted"<<endl; delete [] _name; //_name = 0; зайве, оскільки сам об'єкт, //а значить і його атрибут _name, //припиняють своє існування return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 42 Приклад 2. WrappedVector.h class WrappedVector { private: static const int _n; double * _v; public: WrappedVector(); ~WrappedVector(); };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 43 Приклад 2. WrappedVector.cpp const int WrappedVector::_n = 100; WrappedVector::WrappedVector(): _v (new double[_n];) { cout<<"Constructor WrappedVector"<<endl; for (int i=0; i<_n; i++) _v[i] = 0; return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 44 Приклад 2. WrappedVector.cpp WrappedVector::~WrappedVector() { cout<<"Destructor WrappedVector"<<endl; delete [] _v; return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 45 Селектори і модифікатори Як добратися до атрибутів, якщо вони закриті? За допомогою методів доступу: селекторів і модифікаторів 1.Два в одному double& x() { return _x;} 2а.Селектор double getX() { return _x; }; 2b.Модифікатор void setX (double x) { _x = x;}

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 46 Приклад 2. WrappedVector. Селектор-модифікатор class WrappedVector { private: static const int _n; double * _v; public: class BadIndex { }; double& getSet (int i); WrappedVector(); ~WrappedVector(); };

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 47 Приклад 2. WrappedVector. Селектор-модифікатор double& WrappedVector::getSet (int i) { if ((i =_len)) throw BadIndex; return _v[i]; } WrappedVector u; u.getSet(0) = 500; cout<<u.getSet(0)<<endl; //А хотілося б u[i]. Далі буде

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 48 Приклад 2. WrappedVector. Селектор і модифікатор double WrappedVector::get (int i) { if ((i =_len)) throw BadIndex; return _v[i]; } void WrappedVector::set (int i, double x) { if ((i =_len)) throw BadIndex; _v[i] = x; return; }

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 49 Чому віддавати перевагу Окремий модифікатор дозволяє контролювати кожну спробу зміни значення атрибуту, а селектор кожне використання його значення. Модифікатор-селектор 1.не відрізняє зміну значення від читання; 2.порушує інкапсуляцію (як?) Але кожна мова програмування пропонує оператор індексування [ ] по суті селектор-модифікатор.

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 50 Що вживати: клас чи структуру? Слідкуємо за створенням і видаленням об'єктів, регламентуємо доступ до його частин вживаємо клас. Обов'язкові конструктор(и) і деструктор, модифікатори і селектори для кожного призначеного для використання зовні атрибуту. Правило доступу: Атрибути, як правило, закриті; методи можуть бути відкриті. В інших випадках можна обходитися структурами

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 51 Об'єкт – екземпляр класу Об'єкт характеризується ідентичністю, станом і поведінкою. Ідентичність це властивість, що відрізняє об'єкт від усіх інших об'єктів. Об'єкт набуває ідентичності при створенні його конструктором і втрачає її при видаленні його деструктором. Стан визначається набором значень атрибутів об'єкту. Поведінка визначається набором методів.

© Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Принцип інкапсуляції 52 Висновок Вивчили 1.Як створити об'єкт в заданому початковому стані 2.Як змінити стан об'єкту 3.Як визначити стан об'єкту 4.Як видалити об'єкт Наступна задача: наділити об'єкти поведінкою