Объектно-ориентированное программирование Парадигма программирования, основанная на представлении предметной области в виде взаимосвязанных абстрактных объектов и их реализаций

Классы и объекты В ООП вводится понятие Класса – пользовательского типа данных, объединяющего данные и методы их обработки Объектом называется экземпляр класса Собака – это класс Собака Жучка из 3 подъезда – это объект, представитель или экземпляр класса «Собака»

Объявление класса в С++ class { // поля класса (данные и методы) };

Данные объекта (переменные объекта, члены-данные) Члены-данные (data members) хранят всю необходимую информацию об объекте, формируют его состояние, характеристики и т.п. Изменение состояния объекта или его характеристик связано с изменением данных, в нем содержащихся

Методы класса Класс может содержать один или более методов, позволяющих осуществлять манипуляцию данными объекта Метод объекта – программный код, выполненный в виде процедуры или функции, реагирующий на передачу объекту определенного сообщения Вызов метода объекта может приводить к изменению его состояния (значение членов- данных), а может и не приводить Пример 1: поиск и замена текста в документе Пример 2: проверка правописания текста документа

Свойства Свойство – составляющая часть объекта, доступ к которой осуществляется программистом как к переменной объекта В некоторых объектно-ориентированных языках программирования (например, в C++ и Java) свойства, как элемент языка, отсутствуют В этом случае в класс добавляют методы, посредством которых осуществляется доступ к необходимым переменным класса

Пример: Треугольник Свойства Координаты вершины A Координаты вершины B Координаты вершины C Площадь Периметр Координаты центра вписанной окружности Методы Переместить в заданном направлении Отмасштабировать Повернуть вокруг заданной точки

class Point { public: double x, y; }; class Triangle { public: double GetArea(); double GetPerimeter(); Point GetCenter(); void Move(double dx, double dy); void Scale(double sx, double sy); void Rotate(Point center, double angle); Point p0, p1, p2; };

Важнейшие принципы ООП Абстракция данных Инкапсуляция Наследование Полиморфизм

Абстракция данных Объекты представляют неполную информацию о реальных сущностях предметной области Абстракция позволяет оперировать с объектном на уровне, адекватном решаемой задаче Высокоуровневые обращения к объекту могут обрабатываться с помощью вызова функций и методов низкого уровня

Инкапсуляция Инкапсуляция - способность объекта скрывать внутреннее устройство своих свойств и методов Согласно данному принципу, класс должен рассматриваться как черный ящик Внешний пользователь не знает детали реализации объекта и работает с ним только путем предоставленного объектом интерфейса Следование данному принципу может уменьшить число связей между классами и упростить их независимую реализацию, модификацию и тестирование

class IntStack { public: void Push(int value); int Pop(); bool IsEmpty()const; private: // здесь располагаются данные // необходимые для реализации стека целых чисел }; Пример. Стек целых чисел

Наследование Наследование позволяет описать новый класс на основе уже существующего родительского (базового) класса Класс-потомок может добавить свои собственные свойства и методы, пользоваться методами и свойствами базового класса Наследование позволяет строить иерархии классов

Пример class Plane { public: void TakeOff(); void Fly(); void Land(); private: double m_fuel; }; class MilitaryPlane : public Plane { public: void Attack(); private: intm_ammo; };

Полиморфизм Полиморфизмом называют явление, при котором классы-потомки могут изменять реализацию метода класса-предка, сохраняя его интерфейс Полиморфизм позволяет обрабатывать объекты классов-потомков как однотипные объекты, не смотря на то, что реализация методов у них может различаться

class Shape { public: virtual double GetArea()=0; }; class Rectangle : public Shape { public: virtual double GetArea() { return width * height; } private: doublewidth, height; }; class Circle : public Shape { public: virtual double GetArea() { return * radius * radius; } private: double radius; };

Объявление класса в C++ Для объявления класса в C++ служит ключевое слово class Синтаксис class идентификатор { // объявление данных и методов }; Реализация методов класса может быть вынесена за пределы объявления класса

Пример class Date { int year, month, day; void next(); void print(); }; // Реализация методов класса void Date::print() { printf(%d/%d/%d, day, month, year); } void Date::next() { //... }

Размещение классов в различных файлах Общепринятой практикой является размещение объявления классов в заголовочных файлах.h, а их реализации – в файлах.cpp Повышение модульности проекта Каждый класс может быть подключен для дальнейшего использования при помощи директивы #include имя заголовочного файла При внесении изменений в реализацию метода класса перекомпиляции подвергнутся только измененные файлы

Пример date.h class Date { public: void Next(); void Print(); private: int m_day; int m_month; int m_year; }; date.cpp #include date.h void Date::Next() { //... } void Date::Print() { //... } main.cpp #include date.h int main() { Date date1; return 0; }

Ограничение доступа к данным и методам класса Доступ к данным и методам класса извне может быть ограничен Рекомендуется запрещать доступ к данным класса в обход его методов Для разделения прав доступа к полям класса используются ключевые слова public: private: protected:

Публичные (public) поля класса Public-методы и данные класса определяют его интерфейс доступ к ним возможен из любой части кода необходимо помещать в public-раздел класса только необходимый набор методов, выполняющих высокоуровневые операции над объектом класса

Закрытые (частные) поля класса Private-данные и методы класса определяют его реализацию Доступ к ним разрешен только из методов данного класса Рекомендуется все данные класса делать закрытыми, их обработку осуществлять внутри методов Закрытые методы класса обычно используются публичными методами, решая внутренние задачи класса

Защищенные поля класса Protected-данные и методы определяют интерфейс для производных классов Доступ к ним разрешен изнутри методов данного класса и всех его потомков В защищенной зоне размещают методы, которые не должны быть видны снаружи класса, но реализация которых может быть переопределена или использована производными классами

Пример class Date { public: void Next(); void Print(); private: int year, month, day; }; // Реализация методов класса void Date::Print() { printf(%d/%d/%d, day, month, year); } void Date::Next() { //... }

Ссылка на себя Внутри методов класса для обращения к данным класса можно использовать их имена В метод класса неявно передается указатель на объект, для которого он вызывается Доступен данный указатель по ключевому слову this

Пример class ListItem { public: void Append(ListItem *pItem) { pItem->m_pNext = this; m_pPrevious = pItem; m_pNext = NULL; } private: ListItem *m_pNext; ListItem *m_pPrevious; intm_data; };

Константные методы В языке C++ методы объекта, не изменяющие его состояния (его данных) могут быть объявлены константными Например, методы, возвращающие значения определенных полей данных Изменить данные класса из константного метода нельзя

Когда возникает необходимость в константных методах Если объект был объявлен как константа, либо доступен по константной ссылке или указателю на const, то вызвать у него можно только константные методы Это заставляет объявлять методы константными везде, где это только возможно

Пример class IntArray { public: … int GetSize()const { return m_numberOfItems; } void ClearElements() { delete [] m_pData; m_pData = NULL; m_numberOfItems = 0; } private: int *m_pData; int m_numberOfItems; }; void f(IntArray const& array) { int i = array.GetSize();// можно array.ClearElements();// нельзя – неконстантные методы недоступны }

Изменчивые (mutable) данные класса Данные класса, которые все-таки нужно изменять из константных методов класса в С++ объявляются с ключевым словом mutable Пользоваться этой возможностью следует аккуратно, четко осознавая, что даже в этом случае константные методы не должны изменять состояние объекта Под состоянием объекта здесь понимается информация о нем, доступная посредством публичных методов

Пример class VeryComplexShape { public: VeryComplexShape() { m_areaInitialized = false; } double GetArea()const { if (!m_areaInitialized) { // вычисляем площадь фигуры (задача требует длительных вычислений) m_areaInitialized = true; … } return m_area; } void ModifyShape(...) { m_areaInitialized = false; //... } private: mutable bool m_areaInitialized; mutable double m_area; };

Инициализация экземпляра класса Для инициализации состояния объекта в момент его создания существует специальная функция – конструктор Конструктор имеет то же имя, что и имя класса Тип возвращаемого значения для конструктора не указывается (даже void) Конструктор вызывается в момент создания экземпляра класса (объявление переменной класса или вызов оператора new) Класс может иметь несколько конструкторов, предоставляющих различные способы инициализации объекта

Пример class Date { public: Date(int day, int month) { m_day = day; m_month = month; m_year = GetCurrentYear(); } Date(int day, int month, int year) { m_day = day; m_month = month; m_year = year; } private: int m_day, m_month, m_year; };

Конструктор по умолчанию Конструктор, не имеющий параметров, называется конструктором по умолчанию Поля данных в таком конструкторе инициализируются значениями по умолчанию Создавать такой конструктор или не создавать – зависит от конкретной задачи

Инициализация данных экземпляра класса В качестве данных класса могут выступать другие классы Их инициализация осуществляется ДО выполнения тела конструктора Для их инициализации вызываются конструкторы по умолчанию Если таковых не имеется, программист должен использовать списки инициализации

Списки инициализации Применяются для инициализации полей класса в конструкторе ДО выполнения его тела Использование списков инициализации – единственное решение в случае, когда класс содержит внутри себя поля, являющиеся классами без конструкторов по умолчанию константы ссылки

Пример class Foo { public: Foo(int i, int j = 0) :m_i(i),m_j(j) { } private: int m_i, m_j; }; class Bar { public: Bar() :m_foo(3, 5) { } Bar(int i, int j):m_foo(i, j) { } private: Foom_foo; };

Деинициализация экземпляра класса В ходе своей работы объект может использовать определенные системные ресурсы Динамическая память, открытые файлы, сетевые соединения и т.п. Для освобождения этих ресурсов служит особый метод класса – деструктор Имя деструктора совпадает с именем класса, только перед ним указывается символ ~ (тильда) Данная функция вызывается автоматически при уничтожении экземпляра класса: Выход за пределы блока, в котором объявлен экземпляр класса Вызов оператора delete или delete []

Пример class MyFile { public: MyFile():m_pFile(NULL) {} ~MyFile() { Close(); } bool Open(const char *fileName) { Close(); m_pFile = fopen(fileName, r); return m_pFile != NULL; } void Close() { if (m_pFile){fclose(m_pFile); m_pFile = NULL;} } private: FILE *m_pFile; };

Конструктор копирования (копирующий конструктор) В языке C++ существует специальный тип конструкторов, использующийся для создания копии объекта Явное создание копии объекта программистом Неявное создание копии объекта Возврат объекта из функции Передача объекта в функцию по значению Во время работы механизма исключений Синтаксис Type(Type const& t);

Автоматически сгенерированный конструктор копирования Если программист не определит конструктор копирования явно, компилятор сгенерирует его во время компиляции Автоматически сгенерированный конструктор копирования осуществляет копирование всех полей класса, вызывая для них их конструкторы копирования

#include "stdio.h" class Foo { public: Foo():m_moo(0) { } Foo(Foo const& foo) :m_moo(foo.m_moo) { printf("Creating copy of foo\n"); } private: intm_moo; }; class Bar { public: void Do() { printf("Do\n"); } private: Foom_foo; }; void f(Bar b) { printf("f()\n"); b.Do(); } Bar g() { printf("g()\n"); Bar b; return b; } int main() { Bar b0; printf("Call f()\n"); f(b0); printf("Call g()\n"); Bar b1 = (g()); b1.Do(); return 0; } OUTPUT: Call f() Creating copy of foo f() Do Call g() g() Creating copy of foo Do

Создание собственного конструктора копирования Часто возникают ситуации, когда автоматически сгенерированный конструктор копирования не подходит Пример – класс, реализующий массив Стандартный конструктор копирования просто скопирует значение указателя на элементы массива, в то время как необходимо выделить в динамической памяти новый массив и скопировать в него данные из оригинального массива В этом случае программист должен разработать собственный конструктор копирования

Пример #include "stdio.h" #include "memory.h" class IntArray { public: IntArray():m_pData(NULL), m_size(0){} IntArray(IntArray const& arr) :m_pData(new int [arr.m_size]),m_size(arr.m_size) { if (m_size != 0) { memcpy(m_pData, arr.m_pData, sizeof(int) * m_size); } private: int * m_pData; intm_size; };

Запрещение копирования объектов Возможны ситуации, когда операция копирования объекта не имеет смысла и должна быть запрещена Класс, инкапсулирующий сетевое соединение Класс, инкапсулирующий работу с файлом Объект должен существовать в единственном экземпляре внутри приложения, например, «клавиатура» Для запрещения копирования объекта, конструктор копирования объявляется в закрытой (private) области класса Реализацию данного конструктора можно не писать

Пример class CFile { public: // … private: CFile(Cfile const&); // … };