Бублик Володимир Васильович Об'єктно-орієнтоване програмування Частина 1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції Лекції для студентів. - презентация

1 Бублик Володимир Васильович Об'єктно-орієнтоване програмування Частина 1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції Лекції для студентів 2 курсу Copenhagen, Fort

2 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 2 Операторні вирази Як правильно прочитати вираз a+b? Залежно від того, як визначена операція додавання для типів даних a i b

3 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 3 Утиліта класу const T operator+(const T&, const T&); Тоді вираз a+b; (INFIX) читається як operator+(a, b); (PREFIX) Запис (PREFIX) повністю коректний, хоча всі віддають перевагу (INFIX)

4 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 4 Метод класу const T T::operator+(const T&) const ; Тепер вираз a+b; (INFIX) читається вже як a.operator+(b); (REQUEST) Запис (REQUEST) повністю коректний, хоча всі віддають перевагу (INFIX)

5 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 5 Метод vs утиліта Методи Конструктор (звичайний і копіювальний), Деструктор, Присвоєння Причина Якщо в класі не визначені власні конструктори, деструктор або присвоєння, автоматично клас доповнюється відповідними методами за замовчуванням

6 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 6 Метод vs утиліта Методи Мають повний доступ до закритої частини класу Особливість типу першого аргументу (this) Утиліти Не мають повного доступу до закритої частини класу, якщо тільки їм не надано виняткових прав Всі аргументи рівноправні

7 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 7 Утиліта додавання const Point operator+ (const Point & u, const Point & v) { //доступ до координат точки за селекторами return Point ( u.x()+v.x(), u.y()+v.y() ); }

8 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 8 Груба помилка class Point { // немає підстав надавати виняткові права friend Point operator+(const Point &, const Point &); double _x; double _y; public: Point (double x=0, double y=0); Point (const Point &); ~Point(); };

9 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 9 Невиправдане порушення прав доступу Прямий доступ до атрибутів нічого корисного не дає Point operator+ (const Point & u, const Point & v) { return Point ( u._x+v._x, u._y+v._y ); }

10 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 10 Утиліта vs. метод У власному класі можна одну і ту ж операцію за бажанням визначити як метод або утиліту, але не одне та інше одночасно Додавати власні методи до чужого класу не дозволяється. Можна, правда, визначити власний варіант чужого класу, додавши до нього все, що завгодно, але про це пізніше. Методи порушують інкапсуляцію, тому що мають доступ до всього

11 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 11 Утиліти bool operator==(const Point & u, const Point & v) { return ( u.x() == v.x() ) && (u.y() == v.y() ); } const Point operator+ (const Point & u, const Point & v) { return Point ( u.x()+v.x(), u.y()+v.y() ); } Утиліта не знає this

12 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 12 Приклад. Операції, реалізовані методами class Point { private: double _x, _y; public: bool operator==(const Point &) const; const Point operator+ (const Point &) const; };

13 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 13 Реалізація методів bool Point ::operator==(const Point & u) const { return ( this->x() == u.x() ) && (this-> y() == u.y() ); } const Point Point :: operator+ (const Point & v) const { return Point (this-> x()+v.x(), this-> y()+v.y() ); }

14 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 14 Реалізація методів (без явного this) bool Point ::operator==(const Point & u) const { return ( x() == u.x() ) && ( y() == u.y() ); } const Point Point :: operator+ (const Point & v) const { return Point ( x()+v.x(), y()+v.y() ); }

15 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 15 Погана реалізація методів bool Point ::operator==(const Point & u) const { return ( _x == u._x ) && ( _y == u._y ); } const Point Point :: operator+ (const Point & v) const { return Point ( _x+v._x, _y+v._y ); } //Сумлінний охоронник реєструє кожного: //свого і чужого

16 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 16 Приклад. Операції, реалізовані утилітами class Point { private: double _x, _y; public: //bool operator==(const Point &) const; //const Point operator+ (const Point &) const; }; const Point operator+ (const Point &, const Point &); bool operator==(const Point &, const Point &);

17 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 17 Довизначення (overloading) операцій Довизначенню підлягають операції, хоча б один аргумент яких належить програмованому типу: класу, структурі або переліку Довизначення можливе як у формі члена класу (методу), так і позакласної функції (утиліти)

18 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 18 Довизначення (overloading) операцій Зауваження. Уникайте терміну перевизначення. Ми сказали б, що операція додавання перевизначена для точок площини, якби спочатку там була б якась операція додавання, яку ми потім замінили іншою. Таке буде далі, називатиметься overriding, а не overloading Зараз же ми розповсюджуємо операцію, наприклад, додавання, визначену на числах, рядках, тощо, на новий клас. Перевизначенням можна було б називати хіба що присвоєння, адресування або кому оскільки вони завжди передвизначені

19 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 19 Не підлягають довизначенню Операція. доступу до поля структури-члена класу; Операція.* доступу до поля за указником поля; Операція :: розв'язання області дії; Операція ?: імплікації

20 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 20 Суміщені присвоєння //+=, -=, *=, /= //Член класу Complex& Complex::operator+=(const Complex& a) { _re += a._re; _im += a._im; return *this; }

21 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 21 Суміщені присвоєння //+=, -=, *=, /= //Член класу (інша реалізація) – краща? Complex& Complex::operator+=(const Complex& a) { re() += a.re(); im() += a.im(); return *this; }

22 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 22 Суміщені присвоєння //+=, -=, *=, /= //Утиліта Complex& operator+=(Complex& a, const Complex& b) { //Bad solution (why?) //a = a+b; a.re() += b.re(); a.im() += b.im(); return a; }

23 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 23 Утиліта додавання Complex& operator+(Complex& a, const Complex& b) { Complex res = a; return res += b; } Vs/ Complex& operator+(Complex& a, const Complex& b) { return Complex(a.re()+b.re(), a.im()+b.im()); }

24 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 24 Арифметичні операції унарний + (тотожній оператор); унарний - (зміна знаку на протилежний); бінарний + (додавання); бінарний - (віднімання); бінарний * (множення); бінарний / (частка від ділення); бінарний % (остача від ділення);

25 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 25 Приклад. Комплексні утиліти const Complex operator+ (const Complex&, const Complex&); const Complex operator- (const Complex&, const Complex&); const Complex operator* (const Complex&, const Complex&); const Complex operator/ (const Complex&, const Complex&); bool operator== (const Complex&, const Complex&); bool operator!= (const Complex& a, const Complex& b) { return !(a==b);}

26 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 26 Приклад. Комплексні методи const Complex Complex::operator+(const Complex&) const; const Complex Complex:: operator-(const Complex&) const; const Complex Complex:: operator*(const Complex&) const; const Complex Complex:: operator/(const Complex&) const; bool Complex:: operator== (const Complex&) const; bool Complex:: operator!= (const Complex& b) const { return !(a==b);}

27 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 27 Властивості арифметичних операцій Не порушуйте традиційних властивостей арифметичних операцій //Скалярний добуток векторів double Vector::operator*(const Vector &) const; //Асоціативність Vector u, v, w; //u*v*w? ERROR!!!

28 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 28 Властивості арифметичних операційй //Скалярний добуток векторів double Vector::operator*(const Vector &) const; сonst Vector Vector::operator*(const double ) const; //Асоціативність Vector u, v, w; //ОК u*(v*w);

29 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 29 Властивості арифметичних операційй //Скалярний добуток векторів double Vector::operator*(const Vector &) const; сonst Vector Vector::operator*(const double ) const; сonst Vector operator*(const double, const Vector &); //Асоціативність Vector u, v, w; //ОК u*(v*w); //ОК (u*v)*w;

30 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 30 Вправа Доповніть клас class Item { private: double _price; public: double operator+(const Item&) const; //Які ще операції додавання потрібні, щоб з їх //допомогою додавати ціни одиниць товару? //a+(b+c); (a+b)+c; (a+b)+(c+d); };

31 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 31 Конвертори типів Операції перетворення типів Для кожного стандартного або програмованого типу можна визначити перетворення до цього типу class Time { private: int _hours, _minutes, _seconds; public: //Перетворення часу в секунди operator int() const; };

32 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 32 Реалізація Перетворення типу завжди визначається як метод //Перетворення часу, вираженого //в годинах, хвилинах і секундах, //в секунди Time::operator int () const { return _hours*3600 +_minutes*60 +_seconds; }

33 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 33 Явний виклик Перетворення типу можна застосувати явно Time t(1,10,20); cout<

34 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 34 Неявний виклик Виклики неявних перетворень генеруються компілятором (не більше одного перетворення за раз) Time t(1,20,35), t1(1,10,20); int duration = 10; //Компілятор згенерує код для перетворення типу //використана операція додавання цілих чисел cout<

35 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 35 Декілька конверторів class Time { private: int _hours, _minutes, _seconds; public: //Перетворення часу в секунди operator int() const; //Перетворення часу в години operator double() const; };

36 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 36 Реалізація //Перетворення часу в дійсне число const double Time::hourToDec = 1./3600.; Time::operator double() const { return int(*this)*hourToDec; }

37 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 37 Неоднозначність При наявності кількох перетворень неявні перетворення можуть виявитися неоднозначними //Компілятор діагностує помилки //cout<

38 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 38 Конвертуючі конструктори Конструктор класу T з одним параметром деякого типу S можна трактувати як перетворення об'єкту типу S (параметру) до типу Т. class S; class T { public: //конвертуючий конструктор T( const S&); }

39 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 39 Явне перетворення Неявне перетворення типу відмінимо за допомогою заборони неявного виклику конвертуючого конструктора explicit class S; class T { public: //явний конструктор explicit T( const S&); }

40 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 40 Приклад class TComplex; class AComplex { public: AComplex (const TComplex&); }; class TComplex { public: TComplex (const AComplex&); };

41 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 41 Додавання комплексних чисел Адитивні операції визначаємо як утиліти над комплексними числами в алгебраїчній формі const AComplex operator+ (const AComplex& a, const AComplex& b) { return AComplex(a.re()+b.re(), a.im()+b.im()); }

42 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 42 Множення комплексних чисел Мультиплікативні операції визначаємо як утиліти над комплексними числами в тригонометричній формі const TComplex operator* (const TComplex& a, const TComplex& b) { return TComplex(a.rho()*b.rho(), a.phi()+b.phi()); }

43 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 43 Неявні перетворення комплексних чисел AComplex u(1,1); TComplex t(1, ); cout<

44 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 44 Інше додавання комплексних чисел Адитивні операції визначаємо як методи комплексних чисел в алгебраїчній формі const AComplex AComplex ::operator+ (const AComplex& b) const { return AComplex(re()+b.re(), im()+b.im()); } Яке додавання краще?

45 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 45 Множення комплексних чисел Мультиплікативні операції визначаємо методами комплексних чисел в тригонометричній формі const TComplex TComplex ::operator* (const TComplex& b) const { return TComplex (rho()*b.rho(), phi()+b.phi()); } Яке множення краще?

46 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 46 Неявні перетворення комплексних чисел AComplex u(1,1); TComplex t(1, ); cout<

47 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 47 Несиметричність параметрів Несподівана несиметричність в типах першого і другого параметру арифметичних операцій може служити серйозним аргументом на користь операцій-утиліт

48 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 48 Операції вводу/виводу Реалізуються утиліти, тому що лише тип другого параметру визначається програмованим класом, тоді як тип першого аргументу належить класам вихідного або вхідного потоків ostream& operator<<(ostream &, const Complex &); istream& operator>>(istream &, Complex&); Вправа. Визначте в класі Complex методи вводу і виводу

49 © Бублик В.В. ООП-1. Об'єктне програмування. Лекція 5. Програмовані операції 49 Інші програмовані операції Доступ за індексом Адресування і розіменування Виклик функції Інкремент і декремент служать підставою для важливих ідіом програмування: асоціативних масивів, інтелектуальних указників, функціональних об'єктів