Einführung in den Einsatz von Objekt-Orientierung mit C++ II

Transkript

1 Einführung in den Einsatz von Objekt-Orientierung mit C++ II ADV-Seminar Leiter: Mag. Michael Hahsler Objektorientierung in C++ Klassen Vererbung Operatoren überladen Pointer Dynamische Speicherverwaltung Standard Template Library Implementierung von Assoziationen Seite 2 Seite 1

2 Klassen Eine Klasse ist ein Bauplan für ein C++-Objekt. Eine Klasse beschreibt: Attribute (Zustand) Elementfunktionen (Eigenschaften) Deklaration Verwendung Volumen = x Seite 3 Klasse - Deklaration I Deklaration: class Classname { public: <DATA> <FUNCTIONS> ; // Strichpunkt!!! Scope: public (+): kann von außen gelesen und verändert werden (= Interface) private (-): gehört dem Objekt Seite 4 Seite 2

3 Klasse - Deklaration II Beispiel Dose: Dose Inhalt max. Inhalt Zustand füllen trinken ausleeren wie voll? Can - float content - float max_content + int condition - float fill(float) + float trink(float) + float empty() + float get_content() Seite 5 Klasse - Deklaration III Beispiel Dose: Can - float content - float max_content + int condition - float fill(float) + float trink(float) + float empty() + float get_content() class Can { private: float content; float max_content; float fill(float); public: Can(); // Konstruktor int condition; float drink(float); float empty(); float get_content(); ; Seite 6 Seite 3

4 Klasse - Verwendung Instanzierung (wie eine Variable): Can a_can; //Can is a Class Instanzierung Verwendung mit dem Operator. (Punkt) float result; result = a_can.drink(125); cout << a_can.condition << endl; Volumen = x Seite 7 Klasse - Elementfunktionen In der Klassendefinition wird nur der Prototyp angegeben. Ausprogrammierung später. <Ret> klassenname::funktionsname(<args>){... Konstruktor: wird bei der Erzeugung einer Instanz augerufen. Kein Returnwert!!! klassenname::klassenname(<args>){... Destruktor: wird bei der Zerstörung einer Instanz augerufen. klassenname::~klassenname() {... Seite 8 Seite 4

5 Beispiel: Koordinaten Siehe Angabe Seite 9 Vererbung (Inheritance) I Hierarchische Beziehung zwischen Klassen mit ähnlichen Eigenschaften Behälter Dose Häferl Gießkanne Seite 10 Seite 5

6 Vererbung (Inheritance) II Wozu: Durch Vererbung wird eine Klassen-Hierarchie aufgebaut. Wobei abgeleitete Klassen die Eigenschaften ihrer Eltern erben. Vererbt wird von einer Basisklasse (Base Class) an eine abgeleiteten Klasse (Derived Class). Die abgeleitete Klasse bekommt alle Attribute und Funktionen der Basisklasse. In der abgeleiteten Klasse können dann Funktionen überladen oder neue definiert werden. Dadurch kann das Verhalten abgeändert werden. (Bsp.: Auto -> Amphibienfahrzeug) Seite 11 Vererbung (Inheritance) III Syntax: class Derived : public Base { //new functions ; Public/Privat Vererbung Mehrfachvererbung, Virtuelle Basisklassen Polymorphismus, Virtuelle Funktionen Seite 12 Seite 6

7 Operatoren überladen I Funktionen: sind Programmteile, die Teilprobleme lösen. Sie bekommen Parameter (Argumente) übergeben und liefern einen Wert zurück. a = sum(b,c); Operatoren: sind die Verben in der Programmiersprache C++. (Bsp.: + Addition, / Division, < kleiner als, = Zuweisung). Sie werden auf Operanden angewandt und liefern ein Ergebnis. a = b + c; -> Operatoren stellen spezielle Funktionen dar. Seite 13 Operatoren überladen II class Coord { public: Coord operator + (const Coord&);... private: int x, y; ; Coord Coord::operator + (const Coord& a_point) { Coord result; result.x = x + a_point.x; result.y = y + a_point.y; return result; // needs a copy-constructor! int main () { Coord p1(1,4), p2(3,5), p3; p3 = p1 + p2; // verwendet op+ von p1 Seite 14 Seite 7

8 Operatoren überladen III Operatoren und Konstruktor werden zur Typkonvertierung verwendet. Einschränkungen: nur für eigene Klassen linkes Argument muß eigene Klasse sein keine Standardwerte Klammerungsregeln gelten keine neuen Operatoren Abhilfe: Externer Operator mit friend Seite 15 Pointer I Bei Objekten/Variablen muß man folgende Dinge auseinanderhalten: Adresse: Speicherstelle, die das Betriebssystem dem ausführenden Programm für ein Objekt aus dem verfügbaren virtuellen Speicher zur Verfügung stellt. Die Adresse wird bei der Deklaration des Objekts und der damit verbundenen Allokation des benötigten Speichers vergeben. Inhalt: Daten (Wert), die ein C++-Objekt enthält. Diese werden unter der Adresse gespeichert. Die Erstbelegung des Wertes erfolgt bei der Initialisierung bzw. durch den Konstruktor. Seite 16 Seite 8

9 Pointer II Seite 17 Pointer III - Operatoren Referenzoperator '&': gibt für einen Variablennamen die dazugerhörige Speicheradresse aus. Dereferenzierungsoperator '*': gibt für eine angegebene Speicheradresse in Verbindung mit einem Variablentyp den Wert aus. Diese Adresse sollte allerdings in einer speziellen Variablen, einer Pointervariablen mitgegeben werden. Pointervariable: Pointervariable oder kurz Pointer, sind Variablen in denen man eine Adresse speichern kann. Die Variablen haben den selben Typ wie die Variable, deren Adresse gespeichert werden soll. Seite 18 Seite 9

10 Pointer IV - Verwendung Deklaration: int* ip; // Pointer des Typs int Verwendung: int i=45; int* ip; ip=&i; // Adresse von i zuweisen cout << i << " ist " << *ip << endl; // Wert (45) wird in beiden // Fällen ausgegeben Seite 19 Pointer V - Bsp: Maximum #include <iostream> main() { int a[]={3,2,24,7,5,9,-1; // -1 as deliminator int* max=a; // pointer to the biggest number int* current=a; // iterator while(*(current++)!= -1){ if(*current > *max) max=current; cout << "The biggest number is: " << *max << "\n"; Seite 20 Seite 10

11 Dynamische Speicheralokation I Bisher: Statische Speicheralokation bei der Übersetzung Oft weiß man bei der Programmierung folgendes noch nicht genau: Wie groß ein Array werden kann. Wie viele Instanzen man von einer Klasse braucht. Beispiel: Ein Lotto-Programm soll beliebig viele Lottotips speichern können. -> Der Speicher muß während das Programm abläuft reserviert werden. Seite 21 Dynamische Speicheralokation II Operator: new Der folgende Ausdruck reserviert Speicher für 250 Objekte des Typs char. char* ptr1 = new char [250]; Der folgende Ausdruck reserviert Speicher für ein Objekt Myclass. Nach der Allokation des Speichers wird das Objekt durch Aufruf des Konstruktors mit dem Wert initialisiert. Myclass* ptr2 = new Myclass(65553); Der folgende Ausdruck reserviert Speicher für 10 Instanzen des Objekts Myclass und ruft für jede Instanz den Konstruktor auf: Myclass* ptr3 = new Myclass[10]; Seite 22 Seite 11

12 Dynamische Speicheralokation III Verwendung von dyn. erzeugten Instanzen Für statisch erzeugte Instanzen haben wir bisher den Punktoperator nach dem Namen der Instanz verwendet um Fkt. aufzurufen: Glass a_glass(); returnvalue = a_glass.fill(100); Bei dyn. erzeugten Instanzen gibt es aber keinen Namen, sondern new liefert nur einen Pointer auf das erzeugte Objekt. Um mit einem Pointer auf das Objekt zuzugreifen gibt es den Pfeiloperator: Glass* other_glass = new Glass(); returnvalue = other_glass->fill(100); Destruktor zur Freigabe des Speichers mit: delete other_glass; Seite 23 Standard Template Library (STL) I Basiert auf der Trennung zwischen Daten und Funktionen (kein OO Ansatz!!!). Container: Verwalten ein Menge von Objekten des gleichen Typs. Iterator: Sind Zeiger auf Objekte in einem Container, mit denen man über die Objekte wandern (iterieren) kann. Iteratoren stellen für alle Containertype das gleiche Interface zur Verfügung. Algorithmen: Bearbeiten die Objekte in Containern (sortieren, finden, löschen...). Die C++-Standardbibliothek (Standard-Template-Library STL) Literaturgrundlage: Josuttis, Nicolai: Die C++ Standardbibliothek, Eine detaillierte Einführung in die vollständige ANSI/ISO-Schnittstelle, ISBN Seite 24 Seite 12

13 STL II - Sequentielle Container Gelinkte Liste: Container dessen Elemente Schlüssel/Wert-Paare sind. Vektor (dynam. Array): Verwaltung von Elementen in einem dynamischen Array mit wahlfreiem Zugriff. String, Array Seite 25 STL III - Bsp: Vektor #include <iostream> #include <vector> #include <string> using namespace std; int main() { typedef vector<string> VectorOfStrings; VectorOfStrings v; //leerer Vektor v.push_back("rudorfer"); // Element hinten anfügen v.push_back("hahsler"); // Element hinten anfügen for(unsigned int i=0; i < v.size(); ++i) { cout << v[i] << endl; // Zugriff mit Index-Operator Seite 26 Seite 13

14 Implementierung von Assoziationen spricht mit Klasse A Klasse B Klasse A hat Pointer auf die Instanz der Klasse B: class B { ; public: functionofb(); class A { void talk();... private: ; B* myb; Klasse A spricht mit Klasse B: A::talk(){ myb->funtionofb(); Seite 27 Implementierung von Assoziationen besteht aus Auto Einzelteile 1 * Klasse Auto hat einen Kontainer mit Instanzen der Klasse B: class B ; public: functionofb(); class A { void talk();... private: ; B mybs[200]; //auch STL-Vektor/Liste möglich Klasse A spricht mit Klasse B: A::talk(){ mybs[25]->funtionofb(); Seite 28 Seite 14

15 Bsp: Das Buch Siehe Angabe Seite 29 Seite 15