Практическая работа №10. Введение в объектно-ориентированное программирование

Цель работы: изучение принципов разработки классов в С++.

 

Задачи:

1. Изучить теоретический материал

2. Написать программу согласно индивидуальному варианту задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Оформить отчет.

 

Теоретический материал

 

Классы и объекты в С++ являются основными концепциями объектно-ориентированного программирования — ООП. Объектно-ориентированное программирование — расширение структурного программирования, в котором основными концепциями являются понятия классов и объектов. Основное отличие языка программирования С++ от С состоит в том, что в С нет классов, а следовательно язык С не поддерживает ООП, в отличие от С++.

Чтобы понять, для чего же в действительности нужны классы, проведём аналогию с каким-нибудь объектом из повседневной жизни, например, с велосипедом. Велосипед — это объект, который был построен согласно чертежам. Так вот, эти самые чертежи играют роль классов в ООП. Таким образом классы — это некоторые описания, схемы, чертежи по которым создаются объекты. Теперь ясно, что для создания объекта в ООП необходимо сначала составить чертежи, то есть классы. Классы имеют свои функции, которые называются методами класса. Передвижение велосипеда осуществляется за счёт вращения педалей, если рассматривать велосипед с точки зрения ООП, то механизм вращения педалей — это метод класса. Каждый велосипед имеет свой цвет, вес, различные составляющие — всё это свойства. Причём у каждого созданного объекта свойства могут различаться. Имея один класс, можно создать неограниченно количество объектов (велосипедов), каждый из которых будет обладать одинаковым набором методов, при этом можно не задумываться о внутренней реализации механизма вращения педалей, колёс, срабатывания системы торможения, так как всё это уже будет определено в классе. Разобравшись с назначением класса, дадим ему грамотное определение.

Классы в С++ — это абстракция описывающая методы, свойства, ещё не существующих объектов. Объекты — конкретное представление абстракции, имеющее свои свойства и методы. Созданные объекты на основе одного класса называются экземплярами этого класса. Эти объекты могут иметь различное поведение, свойства, но все равно будут являться объектами одного класса. В ООП существует три основных принципа построения классов:

1. Инкапсуляция — это свойство, позволяющее объединить в классе и данные, и методы, работающие с ними и скрыть детали реализации от пользователя.

2. Наследование — это свойство, позволяющее создать новый класс-потомок на основе уже существующего, при этом все характеристики класса родителя присваиваются классу-потомку.

3. Полиморфизм — свойство классов, позволяющее использовать объекты классов с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Каждое свойство построения классов мы рассмотрим подробно по мере необходимости, а пока просто запомните эти три. А теперь вернёмся к классам, для начала рассмотрим структуру объявления классов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

// объявление классов в С++ class /*имя класса*/ { private: /* список свойств и методов для использования внутри класса */ public: /* список методов доступных другим функциям и объектам программы */ protected: /*список средств, доступных при наследовании*/ };

Объявление класса начинается с зарезервированного ключевого слова class,послекоторого пишется имя класса. В фигурных скобочках, строки 3 — 10 объявляется тело класса, причём после закрывающейся скобочки обязательно нужно ставить точку с запятой, строка 10. В теле класса объявляются три метки спецификации доступа, строки 4, 6, 8, после каждой метки нужно обязательно ставить двоеточие. В строке 4 объявлена метка спецификатора доступа private. Все методы и свойства класса, объявленные после спецификатор доступа private будут доступны только внутри класса. В строке 6 объявлен спецификатор доступа public, все методы и свойства класса, объявленные после спецификатора доступа public будут доступны другим функциям и объектам в программе. Пока на этом остановимся, спецификатор доступа protected разбирать сейчас не будем, просто запомните, что он есть. При объявлении класса, не обязательно объявлять три спецификатора доступа, и не обязательно их объявлять в таком порядке. Но лучше сразу определиться с порядком объявления спецификаторов доступа, и стараться его придерживаться. Разработаем программу, в которой объявим простейший класс, в котором будет объявлена одна функция, печатающая сообщение.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

// classes.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.   #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; // начало объявления класса class CppStudio // имя класса { public: // спецификатор доступа void message() // функция (метод класса) выводящая сообщение на экран { cout << "website: cppstudio.com\ntheme: Classes and Objects in C + +\n"; } }; // конец объявления класса CppStudio   int main(int argc, char* argv[]) { CppStudio objMessage; // объявление объекта objMessage.message(); // вызов функции класса message system("pause"); return 0; }

 

В строках 7 — 14 мы определили класс с именем CppStudio. Имя класса принято начинать с большой буквы, последующие слова в имени также должны начинаться с большой буквы. Такое сочетание букв называют верблюжьим регистром, так как чередование больших и маленьких букв напоминает силуэт верблюда. В теле класса объявлен спецификатор доступа public, который позволяет вызывать другим функциям методы класса, объявленные после public. Вот именно поэтому в главной функции, в строке 19 мы смогли вызвать функцию message(). В классе CppStudio объявлена всего одна функция, которая не имеет параметров и выводит сообщение на экран, строка 12. Методы класса — это те же функции, только объявлены они внутри класса, поэтому всё что относится к функциям актуально и для методов классов. Объявление классов выполняется аналогично объявлению функций, то есть класс можно объявлять в отдельном файле или в главном файле, позже посмотрим как это делается. В строке 18 объявлена переменная objMessage типа CppStudio, так вот, переменная objMessage— это объект класса CppStudio. Таким образом, класс является сложным типом данных. После того как объект класса объявлен, можно воспользоваться его методами. Метод всего один — функция message(). Для этого обращаемся к методу объекта objMessageчерез точку, как показано в строке 19, в результате программа выдаст текстовое сообщение (см. Рисунок 1).

Рисунок 1 — Классы в С++

set — функции и get — функции классов

Каждый объект имеет какие-то свои свойства или атрибуты, которые характеризуют его на протяжении всей жизни. Атрибуты объекта хранятся в переменных, объявленных внутри класса, которому принадлежит данный объект. Причём, объявление переменных должно выполняться со спецификатором доступа private. Такие переменные называются элементами данных. Так как элементы данных объявлены в private, то и доступ к ним могут получить только методы класса, внешний доступ к элементам данных запрещён. Поэтому принято объявлять в классах специальные методы — так называемые set и get функции, с помощью которых можно манипулировать элементами данных. set-функции инициализируют элементы данных, get-функции позволяют просмотреть значения элементов данных. Доработаем класс CppStudio так, чтобы в нём можно было хранить дату в формате дд.мм.гг. Для изменения и просмотра даты реализуем соответственно set и get функции.

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

// classes.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.   #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std;   class CppStudio // имя класса { private: // спецификатор доступа private int day, // день month, // месяц year; // год public: // спецификатор доступа public void message() // функция (метод класса) выводящая сообщение на экран { cout << "\nwebsite: cppstudio.comntheme: Classes and Objects in C + +\n"; } void setDate(int date_day, int date_month, int date_year) // установка даты в формате дд.мм.гг { day = date_day; // инициализация день month = date_month; // инициализация месяц year = date_year; // инициализация год } void getDate() // отобразить текущую дату { cout << "Date: " << day << "." << month << "." << year << endl; } }; // конец объявления класса CppStudio   int main(int argc, char* argv[]) { setlocale(LC_ALL, "rus"); // установка локали int day, month, year; cout << "Введите текущий день месяц и год!\n"; cout << "день: "; cin >> day; cout << "месяц: "; cin >> month; cout << "год: "; cin >> year; CppStudio objCppstudio; // объявление объекта objCppstudio.message(); // вызов функции класса message objCppstudio.setDate(day, month, year); // инициализация даты objCppstudio.getDate(); // отобразить дату system("pause"); return 0; }

В определении класса появился новый спецификатор доступа private, строка 9. Данный спецификатор доступа ограничивает доступ к переменным, которые объявлены после него и до начала спецификатора доступа public, строки 9 — 12. Таким образом к переменным day, month, year, могут получить доступ только методы класса. Функции не принадлежащие классу, не могут обращаться к этим переменным. Элементы данных или методы класса, объявленные после спецификатора доступа private, но до начала следующего спецификатора доступа называются закрытыми элементами данных и закрытыми методами класса. Следуя принципу наименьших привилегий и принципу хорошего программирования, целесообразно объявлять элементы данных после спецификатора доступа private, а методы класса — после спецификатора доступа public. Тогда, для манипулирования элементами данных, объявляются специальные функции — get и set. В класс CppStudio мы добавили два метода setDate() и getDate(), подробно рассмотрим каждый метод. Метод setDate()определён с 18 по 23 строки. Как уже ранее упоминалось, set — функции инициализируют элементы данных, поэтому метод setDate() выполняет именно такую функцию. То есть методsetDate() инициализирует переменные day, month, year. Чтобы просмотреть, значения в закрытых элементах данных объявлена функция getDate(),которая возвращает значения из переменных day, month, yearв виде даты.На этом определение класса закончено, в main(), как и всегда, создаем объект класса, и через объект вызываем его методы, строки 39 — 41. Если бы элементы данных были объявлены после спецификатора public мы бы смогли к ним обратиться точно также, как и к методам класса. Результат работы программы показан на рисунке 2.

Рисунок 2 — Классы в С++

 

Конструкторы

В предыдущей программе, у класса CppStudio были объявлены элементы данных, которые могут хранить информацию о дате. Когда был создан объект класса, мы сначала вызвали set — функцию, для того, чтобы задать текущую дату (тем самым проинициализировать элементы данных), а потом — вызвали get — функцию и увидели соответствующую дату на экране. Если бы мы сначала вызвали get — функцию, то вместо даты мы бы увидели какие-то числа — мусор. Так вот, при создании объектов, можно сразу же проинициализировать элементы данных класса, выполняет эту функцию конструктор. Конструктор — специальная функция, которая выполняет начальную инициализацию элементов данных, причём имя конструктора обязательно должно совпадать с именем класса. Важным отличием конструктора от остальных функций является то, что он не возвращает значений вообще никаких, в том числе и void. В любом классе должен быть конструктор,даже если явным образом конструктор не объявлен (как в предыдущем классе), то компилятор предоставляет конструктор по умолчанию, без параметров. Доработаем класс CppStudio, добавив к нему конструктор.

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

// classes.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.   #include "stdafx.h" #include <iostream> using namespace std; class CppStudio // имя класса { private: // спецификатор доступа private int day, // день month, // месяц year; // год public: // спецификатор доступа public CppStudio(int date_day, int date_month, int date_year) // конструктор класса { setDate(date_day, date_month, date_year); // вызов функции установки даты } void message() // функция (метод класса) выводящая сообщение на экран { cout << "\nwebsite: cppstudio.com\ntheme: Classes and Objects in C + +\n"; } void setDate(int date_day, int date_month, int date_year) // установка даты в формате дд.мм.гг { day = date_day; // инициализация день month = date_month; // инициализация месяц year = date_year; // инициализация год } void getDate() // отобразить текущую дату { cout << "date: " << day << "." << month << "." << year << endl; } }; // конец объявления класса CppStudio   int main(int argc, char* argv[]) { CppStudio objCppstudio(11,11,2011); // объявление объекта и инициализация элементов данных objCppstudio.message(); // вызов функции message objCppstudio.getDate(); // отобразить дату system("pause"); return 0; }

Конструктор объявлен в строках 13 — 16. Конструктор имеет три параметра, через которые он получает информацию о дате, в теле конструктора вызывается set — функция для установки даты. Можно было реализовать начальную инициализацию элементов данных класса и без set — функции, но так как эта функция была предусмотрена, то правильнее будет использовать именно эту функцию, строка 15. В строке 35 объявляем объект класса, причём после имени объекта в круглых скобочках передаём три аргумента. Вот так с помощью конструктора выполняется начальная инициализация элементов данных (см. Рисунок 3).

 

Рисунок 3 — Классы в С++

 

Индивидуальные варианты заданий

Для всех вариантов: разработать класс (по варианту), содержащий:

· поля данных (по варианту) с уровнем доступа private;

· конструктор объекта по умолчанию (без аргументов), инициализирующий все данные;

· конструктор объекта с аргументами, которые будут передаваться в него и инициализировать все данные;

· функцию void Print() с открытым доступом (public), которая будет выводить данные на экран;

· функцию void Input()с открытым доступом (public), которая будет обеспечивать ввод данных с клавиатуры;

 

Вариант 1	СТУДЕНТ имя – char* курс – int пол – int(bool)
Вариант 2	СЛУЖАЩИЙ имя – char* возраст – int рабочий стаж – int
Вариант 3	КАДРЫ имя – char* номер цеха – int  разряд – int
Вариант 4	ИЗДЕЛИЕ имя – char* шифр – int количество – int
Вариант 5	БИБЛИОТЕКА название книги – char* автор – char* стоимость – int
Вариант 6	ЭКЗАМЕН имя студента – char* дата – char* оценка – int
Вариант 7	АДРЕС имя – char* улица – char* номер дома – int
Вариант 8	ТОВАР имя – char* количество – int стоимость – int
Вариант 9	КВИТАНЦИЯ номер – int дата – char* сумма – int
Вариант 10	ЦЕХ имя – char* начальник – char* количество сотрудников – int
Вариант 11	ПЕРСОНА имя – char* возраст – int пол – int
Вариант 12	АВТОМОБИЛЬ марка – char* цвет – char* стоимость – int
Вариант 13	СТРАНА имя – char* форма правления – char* площадь – int
Вариант 14	ЖИВОТНОЕ имя – char* класс – char* средний вес – int
Вариант 15	КОРАБЛЬ имя – char* водоизмещение – int тип – char*

 

Контрольные вопросы

6. Что такое класс в С++?

7. Что такое объект?

8. Принципы построения классов.

9. Как описать классы в С++?

10. Как создать объект класса?

11. Какие методы и свойства описываются в разделе private?

12. Какие методы и свойства описываются в разделе public?

13. Какие методы и свойства описываются в разделе protected?

14. Для чего нужен конструктор класса?

15. Каковы особенности описания конструкторов?

 

Содержание отчета

1. Титульный лист

2. Цели, задачи работы

3. Индивидуальное задание

4. Блок-схема алгоритма (для каждой задачи)

5. Листинг программы(для каждой задачи)

6. Результат выполнения программы – скриншот (для каждой задачи)

7. Ответы на контрольные вопросы