IV. PROGRAMAREA ORIENTATĂ PE OBIECTE

Transcription

1 IV. PROGRAMAREA ORIENTATĂ PE OBIECTE 26. NOŢIUNI INTRODUCTIVE DESPRE POO Conceptul de programare structurată are la baza celebra ecuaţie a lui Niklaus Wirth: Algoritm + Structura de date = Program În unele aplicaţii complexe acest concept este deficitar în ceea ce priveşte reutilizarea, adaptarea şi extinderea unor module de program. Conceptul de programare orientată obiect, POO (în limba engleză, OOP - Object Oriented Programming), se bazează pe un ansamblu alcătuit dintr-o structură de date şi procedurile sau metodele de operare cu aceste date, formând împreună un obiect conform ecuaţiei: Date + Metode = Obiect Tehnica de programare orientată obiect este definită de urmatoarele criterii: 1) Structura modulară bazată pe obiecte: sistemele sunt modularizate pe baza structurilor de date ale acestora (datele trebuie să furnizeze criteriul de structurare fundamental). 2) Abstractizarea datelor: obiectele trebuie să fie descrise ca implementări ale tipurilor abstracte de date. 3) Gestiunea automată a memoriei: obiectele neutilizate trebuie să fie dealocate de sistemul limbajului de bază, fără intervenţia programatorului. 4) Clase: orice tip care nu este simlu este un modul şi orice modul de nivel înalt este un tip. Acest criteriu distinge în mod clar limbajele orientate obiect de celelalte limbaje. 5) Moştenirea: o clasă poate fi definită ca o extensie sau restricţie a alteia. 6) Polimorfismul şi legarea dinamică: entităţile de program trebuie să poată referi obiecte din mai multe clase, iar operaţiile trebuie să poată dispune realizări diferite în clase diferite. Astfel, prin polimorfism, o entitate a unui program poate referi în timpul rulării instanţieri din clase diferite, iar legarea dinamică permite ca sistemul în rulare să selecteze versiunea unei operări corespunzătoare instanţierii. 7) Moştenirea multiplă şi repetată: trebuie să existe posibilitatea să se declare o clasă ca moştenitoare a mai multor clase şi de mai multe ori pentru o aceeaşi clasă. 27. CLASE. CONSTRUCTORI ŞI DESTRUCTORI O clasă reprezintă o metodă logică pentru organizarea datelor şi funcţiilor (metodelor) în aceeaşi structură, prin folosirea cuvâtului cheie class, cu forma generală: class nume_clasă { etichetă_acces_1: membru1; etichetă_acces_2: membru2;... nume_obiect; unde: -nume_clasă este un nume ales de programator pentru clasa respectivă; -nume_obiect (opţional) este reprezentat printr-unul sau mai mulţi identificatori de obiecte valide aparţinând clasei respective; 1

2 -membru1, membru2,... pot fi declaraţii de date sau metode; -etichetă_acces_1, etichetă_acces_2,... sunt opţionale şi specifică drepturile de acces la membrii clasei care urmează şi pot fi: -private: membrii pot fi accesaţi numai de alţi membri ai aceleiaşi clase sau de membrii claselor prietene (reprezintă eticheta de acces implicită); -protected: membrii pot fi accesaţi de alţi membri ai aceleiaşi clase, ai claselor prietene şi ai claselor derivate; - membrii pot fi accesaţi de oriunde clasa este vizibilă. O referire la un membru al unei clase se face prin utilizarea nume_obiect.membru. În general, este necesar să se iniţializeze valorile variabilelor şi să se asigneze memoria dinamică pentru obiecte, ca acestea să fie operaţionale. Astfel, o clasă poate să includă o funcţie specială, constructor, având acelaşi nume ca numele clasei. Această funcţie este apelată automat când se crează o instanţă nouă a clasei respective. Destructorul are acelaşi nume cu numele clasei, precedat de caracterul '~'. Execută operaţia inversă. Acesta este apelat când un obiect este eliberat din memorie, fie pentru că domeniul său de existenţă s-a încheiat (exemplu: obiectul a fost definit ca un obiect local în cadrul unei funcţii şi funcţia s-a încheiat), fie pentru că este un obiect asignat dinamic şi este eliberat folosind operatorul delete. Constructorii şi destructorii se declară şi se definesc similar cu celelalte funcţii membre, însă având următoarele caracteristici: -numele coincide cu numele clasei de care aparţin, numele destructorului fiind precedat de caracterul '~'; -nu se specifică niciun tip rezultat; -nu se pot moşteni, dar se pot apela de clasa derivată; -constructorii pot avea parametri, inclusiv parametri impliciţi (un constructor fără parametri se numeşte constructor implicit) şi pot fi supradefiniţi, însă destructorii nu pot avea parametri. În cazul în care se omite definirea de constructori şi destructori pentru o clasă, compilatorul va genera un constructor implicit şi un destructor. Constructorii şi destructorii pot fi publici sau privaţi, dar de regulă se declară publici. La fel ca oricare altă funcţie, un constructor poate fi supraîncărcat cu o serie de funcţii având acelaşi nume dar parametri diferiţi ca număr sau tip. În cazul în care se declară o clasă fără specificarea niciunui constructor, compilatorul asociază în mod automat doi constructori, constructorul implicit (nu execută nici o operaţie) şi constructorul de copiere (pentru iniţializarea datelor membre ale unui obiect cu valorile datelor corespunzătoare altui obiect, ca la o operaţie de atribuire standard). Există posibilitatea de definire într-un program a pointerilor către clase, sub forma generală: nume_clasă * variabilă_pointer; referirea la un membru al obiectului indicat de un pointer se face prin: variabilă_pointer -> membru_obiect. Problema Să se definească o clasă reprezentând dreptunghiuri şi să se utilizeze pentru calcularea ariilor unor dreptunghiuri particulare având dimensiunile date. Soluţia I: class Dreptunghi { int *lungime, *latime; 2

3 Dreptunghi (int, int); ~Dreptunghi (); int aria (void) {return (*lungime * *latime); ; Dreptunghi::Dreptunghi (int a, int b) { lungime=new int; latime=new int; *lungime=a; *latime=b; Dreptunghi::~Dreptunghi () { delete lungime; delete latime; int main () { Dreptunghi drept1 (2,4), drept2 (3,5); cout << Aria dreptunghi 1: <<drept1.aria()<<endl; cout << Aria dreptunghi 2: <<drept2.aria()<<endl; Clasa Dreptunghi are următorii membrii: -doi pointeri latime si lungime pentru variabile dinamice de tip întreg având semnificaţiile corespunzătoare pentru un dreptunghi; -prototipurile constructorului Dreptunghi(int, int) şi destructorului ~Dreptunghi(), care sunt apoi definiţi în afara declaraţiei clasei; -funcţia inline aria(), care calculează aria dreptunghiului respectiv (este funcţie de tip inline, deoarece este definită chiar în cadrul declaraţiei clasei şi se inserează în codul funcţiilor apelante pentru fiecare apel). Pointerii lungime şi latime sunt consideraţi private, neavând nicio etichetă de acces la începutul declaraţiei, iar cele trei funcţii sunt declarate public. În afara declaraţiei clasei sunt definiţi constructorul Dreptunghi(int, int) şi destructorul ~Dreptunghi(), folosindu-se operatorul de rezoluţie '::', sub forma nume_clasă::funcţie. Avantajul acestei soluţii este că în timp ce pentru fiecare obiect creat (instanţiere a clasei respective) se alocă în memorie spaţiul necesar datelor membre, pentru aceste funcţii membre există un singur exemplar al codului, excepţie făcând evident funcţiile inline, de exemplu funcţia aria(). Constructorul Dreptunghi(int, int) este apelat la crearea unui obiect al clasei Dreptunghi, când iniţializează valorile variabilelor dinamice indicate de pointerii lungime şi latime cu valorile parametrilor acestuia. Destructorul ~Dreptunghi() elibereaza memoria ocupată de datele membre ale obiectului. Soluţia a II-a: class Dreptunghi { int lungime, latime; void seteaza_valoare (int, int); int aria (void) {return (lungime * latime); ; void Dreptunghi::seteaza_valoare (int a, int b) { lungime=a; 3

4 latime=b; int main () { Dreptunghi a, *b, *c; Dreptunghi *d=new Dreptunghi[2]; b=new Dreptunghi; c=&a; a.seteaza_valoare (1,2); b->seteaza_valoare (3,4); d->seteaza_valoare (5,6); d[1].seteaza_valoare (7,8); cout << "a aria: " << a.aria() << endl; cout << "*b aria: " << b->aria() << endl; cout << "*c aria: " << c->aria() << endl; cout <<"d[0] aria: " << d[0].aria() << endl; cout << "d[1] aria: " << d[1].aria() << endl; delete b; delete [] d; În această variantă nu au fost definiţi constructor şi destructor pentru clasa Dreptunghi, aceştia fiind generaţi în mod implicit de către compilator. În schimb au fost definite două funcţii membre ale clasei, seteaza_valoare şi aria, prima pentru atribuirea de valori variabilelor membre (lungime şi latime) ale unui obiect din clasa Dreptunghi, iar a doua pentru calcularea ariei obiectului (dreptunghiului). În funcţia main sunt declarate mai multe obiecte, astfel: -a este un obiect din clasa Dreptunghi; -b şi c sunt pointeri către obiecte din clasa Dreptunghi; -d este un pointer către un tablou de două obiecte aparţinând aceleiaşi clase. Prin atribuirea c=&a (pointerul c ia valoarea adresa obiectului a) rezultă că a şi *c reprezintă unul şi acelaşi obiect. De remarcat faptul că accesul la un membru y al unui obiect indicat de un pointer x se poate face în două moduri echivalente: (*x).y x->y În funcţia main d[0] reprezintă primul obiect indicat de pointerul d, iar d[1] este al doilea obiect indicat de d. Problema Să se definească o clasă corespunzătoare unei stive de numere întregi. class Stiva { int vector[200]; int indicator; int push (int); //adauga un element în vârful stivei int pop (int&); //extrage elementul din vârful stivei void afiseaza(); int full () { return(indicator==0); int empty () { return(indicator==200); void init () { indicator=200; 4

5 ; int Stiva::push (int a) { if (!full()) { indicator--; vector[indicator]=a; return 1; else { cout<<"stiva este plina!\n"; int Stiva::pop (int &a) { if (!empty()) { a=vector[indicator]; indicator++; return 1; else { cout<<"stiva este vida!\n"; void Stiva::afiseaza() { int i; cout<<endl<<"stiva contine:"<<endl; if (!empty()) for (i=indicator; i!=200; i++) cout<<vector[i]<<endl; else cout<<"...continut vid..."<<endl; void main () { int a; Stiva stv; stv.init(); stv.push(11); stv.push(22); stv.push(33); stv.pop(a); cout<<endl<<"elementul extras este "<<a<<endl; stv.push(44); În această problemă s-a definit o clasă numită Stiva, reprezentând o stivă de numere întregi. Clasa conţine următorii membrii: -vector este un tablou unidimensional cu 200 de elemente, în care se memorează datele încărcate în stivă; -indicator este indicatorul vârfului stivei, reprezentând indicele din tabloul vector în care s-a înscris ultima cea mai recentă dată; -funcţia in-line full întoarce valoarea 1 (adevărat) dacă stiva este plină şi valoarea 0 (fals) dacă stiva nu este plină; 5

6 -funcţia in-line empty întoarce valoarea 1 (adevărat) dacă stiva este goală şi respectiv, valoarea 0 (fals) dacă stiva nu este goală; -funcţia push execută depunerea unei date întregi (argumentul funcţiei) în vârful stivei, această operaţie se poate realiza numai dacă stiva nu este plină; -funcţia pop execută extragerea celui mai recent element depus în stivă, aflat în vârful stivei (depus în tabloul vector în poziţia dată de indicator), numai dacă stiva nu este goală; -funcţia afiseaza permite afişarea conţinutului curent al stivei. În funcţia main se declară un obiect stv de tip Stiva, pentru care se execută o succesiune de operaţii push şi pop, afişând după fiecare operaţie conţinutul curent al stivei. Problema Să se definească o clasă corespunzătoare şirurilor de numere întregi. class SirInt { private: int lung, sir[100]; SirInt () { //constructor lung=0; void citire (); void afisare (); void ordonare (); ; void SirInt::citire() { int i; cout<<endl<<"introduceti lungimea sirului:"; cin>>lung; cout<<"introduceti elementele sirului:"<<endl; for (i=0; i<lung; i++) { cout<<"x["<<i<<"]="; cin>>sir[i]; void SirInt::afisare() { int i; cout<<"sirul contine urmatoarele elemente:"; for (i=0; i<lung; i++) cout<<" x["<<i<<"]="<<sir[i]; void SirInt::ordonare() { int i, ordonat, temp; do { ordonat=1; for (i=1; i<lung; i++) if (sir[i-1]>sir[i]) { temp=sir[i-1]; sir[i-1]=sir[i]; sir[i]=temp; ordonat=0; while (ordonat==0); void main () { SirInt s; 6

7 cout<<"la initializarea obiectului:"<<endl; s.afisare(); s.citire(); cout<<"dupa citirea aleatoare a elementelor sirului:"<<endl; s.afisare(); s.ordonare(); cout<<endl<<"dupa ordonarea crescatoare:"<<endl; s.afisare(); Clasa SirInt conţine vectorul sir, tablou de numere întregi şi variabila întreagă lung (reprezentând lungimea efectivă a şirului) ca date membre şi, în afară de constructor, încă trei funcţii membre pentru operaţiile de citire, afişare şi ordonare ale unui şir. În funcţia main se declară un obiect de acest tip (când în mod automat se apelează constructorul clasei), rezultând un şir vid (de lungime 0), apoi se apelează funcţia citire pentru acest obiect, care permite introducerea de la tastatură a elementelor şirului, iar în final se face ordonarea crescătoare a componentelor şirului apelând funcţia ordonare. După fiecare etapă se afişează conţinutul şirului pentru a putea urmări efectul operaţiilor. Probleme propuse Să se definească o clasă corespunzătoare unei matrici pătrate de numere reale, având funcţii membre pentru citirea componentelor matricii, afişarea valorilor componentelor, calcularea mediei aritmetice a elementelor strict pozitive şi calcularea transpusei matricii. În funcţia main pentru un obiect al acestei clase se apelează funcţiile membre, afişându-se matricea iniţială, media aritmetică a elementelor strict pozitive şi matricea transpusă Să se definească o clasă corespunzătoare unei persoane, care să conţină ca date membre informaţii de identificare, cum sunt nume, prenume, cod numeric personal, adresă. De asemenea, clasa trebuie să conţină funcţii membre pentru citirea şi afişarea informaţiilor despre o persoană Să se definească o clasă corespunzătoare unei cozi (FIFO) circulare pentru stocarea de numere reale. În cadrul acestei clase se vor defini funcţii membre pentru test coadă vidă, test coadă plină, plasarea unei valori în coadă, extragerea valorii celei mai vechi din coadă, afişarea conţinutului cozii Să se definească o clasă corespunzătoare unei liste dublu înlănţuite de numere întregi plasate în ordine crescătoare. Să se scrie funcţii membre pentru test listă vidă, afişarea conţinutului listei, inserarea unui element nou, ştergerea unui element din listă. În funcţia main se introduc de la tastatură comenzi, reprezentate printr-un singur caracter, pentru operaţiile de inserare un număr, ştergere un număr şi încheiere program. 7