Einführung in die Programmierung mit C++

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1 1 Seite 1 Einführung in die Programmierung mit C++ Teil III - Objektorientierte Programmierung 9. Klassen und Methoden Was sind Klassen? Seite 2 sprachliches Mittel von C++ um objektorientierte Programmierung zu ermöglichen dienen zur Beschreibung abstrakter Datentypen und bieten Möglichkeiten zur Kapselung, Vererbung und Polymorphie in Klassen können wie in Strukturen Elemente deklariert werden Klassenelemente werden auch oft Member-Variablen genannt in Klassen können auch Funktionen und Operatoren deklariert werden Klassenfunktionen werden auch oft Methoden oder Member-Funktionen genannt Klassenelemente und -funktionen können vor Zugriff geschützt werden Zugriff nur von Funktionen aus möglich, die in Klasse selbst deklariert sind anderen Funktionen kann Zugriff freigeschaltet werden spezielle Klassenfunktionen ermöglichen Initialisierung und Freigabe dynamischer Elemente u.a.

2 2 Beispiel I Vektorklasse Seite 3 #include <iostream> #include <cmath> namespace math class vector private: float x, y; // Wird fuer std::sqrt() benoetigt // Konflikt mit std::vector vermeiden public: vector() x = 0.; y = 0.; // inline Konstruktoren vector( const vector & v ) x = v.x; y = v.y; vector( float x, float y ) this->x = x; this->y = y; vector operator+( const vector & ) const; const vector & operator+=( const vector & ); float operator*( const vector & ) const; // Deklaration // überladener // Operatoren float abs() const; friend std::ostream & operator<<( std::ostream &, const vector & ); ; Beispiel II Seite 4 Fortsetzung: Vektorklasse vector vector::operator+( const vector & v ) const return vector( x + v.x, y + v.y ); const vector & vector::operator+=( const vector & v ) return *this = *this + v; float vector::operator*( const vector & v ) const return x*v.x + y*v.y; float vector::abs() const return std::sqrt( *this * *this );

3 3 Beispiel III Seite 5 Fortsetzung: Vektorklasse std::ostream & operator<<( std::ostream & s, const math::vector & v ) return s << "( " << v.x << ", " << v.y << " )"; int main() math::vector a, b( 3., 1. ), c( b ); a = b + c; std::cout << a << ", " << b << ", " << c << std::endl; std::cout << "a*b ist " << a * b << std::endl; std::cout << " a ist " << a.abs() << std::endl; return 0; Verwendung I Seite 6 Klassen werden mit Schlüsselwort class und Namen definiert geschützte Teile der Klassendefinition werden mit Schlüsselwort private eingeleitet öffentliche Schnittstelle wird mit Schlüsselwort public eingeleitet Methoden und Operatoren werden wie normale Funktionen definiert erhalten implizites Argument this (Zeiger auf tatsächliche Instanz) Methoden die nur deklariert wurden, müssen außerhalb der Klassendefinition definiert werden Zuordnung zu Klasse über vorangestellten Namen mit Auflösungsoperator :: Unterscheidung zwischen Klasse und Instanz Klasse ist Typdefinition Instanz ist Variable mit Klassentyp

4 4 Verwendung II Seite 7 Methoden, die Instanz nicht verändern, sollten als const definiert werden externe Funktionen und Operatoren die Zugriff auf private Elemente benötigen müssen als friend deklariert werden gehören nicht direkt zum Klassenkontext erhalten kein implizites this wird operator=() nicht explizit definiert, dann implizit definiert Elemente werden kopiert, sogenannte shallow copy für Klasse mit dynamischen Elementen explizit definieren Zugriff auf öffentliche Klassenelemente erfolgt wie bei Struktur über Zugriffsoperatoren. (bzw. -> bei Zeiger auf Instanz) Klassenfunktionen werden jeweils für konkrete Instanz ebenfalls über Zugriffsoperator. (bzw. -> s.o.) aufgerufen Konstruktoren und Destruktoren I Seite 8 Konstruktoren und Destruktoren sind spezielle Methoden ohne Rückgabewert Konstruktor wird implizit bei Erzeugung einer Instanz aufgerufen hat selben Namen wie Klasse kann überladen werden, passender Konstruktor wird automatisch gewählt Erzeugung: Definition von Variable, new, temporäre Objekte zur Erzeugung von Instanzen muß passender Konstruktor vorhanden sein! Destruktor wird am Ende der Gültigkeit einer Instanz aufgerufen hat Name der Klasse mit vorangestelltem ~ hat keine Argumente, kann nicht überladen werden Vernichtung: Ende des Gültigkeitsbereichs, delete

5 5 Konstruktoren und Destruktoren II Seite 9 Konstruktoren können nicht wie normale Methoden einer Instanz aufgerufen werden Konstruktor ist implizit statische Klassenfunktion (später) expliziter Konstruktoraufruf erzeugt (temporäre, unbenannte) Instanz Destruktoren sollten nicht wie normale Methode einer Instanz aufgerufen werden Spezielle Konstruktoren Default Konstruktor class_name() Copy Konstruktor class_name( const class name & ) Typumwandlung class_name( type_name ) automatische Typumwandlung kann mit Schlüsselwort explicit unterbunden werden wird kein Konstruktor explizit definiert, dann impliziter Default Konstruktor kein Parameter, initialisiert Elemente mit 0 wird kein Destruktor explizit definiert, dann impliziter Default Destruktor Beispiel I Seite 10 Konstruktoren und Destruktor #include <iostream> class test public: test() std::cout << this << ": default_ctor()" << std::endl; test( const test & t ) std::cout << this << ": copy_ctor()" << std::endl; test( int i ) std::cout << this << ": type_ctor()" << std::endl; explicit test( double f ) std::cout << this << ": explicit_ctor()" << std::endl; ~test() std::cout << this << ": dtor()" << std::endl; ; test by_value( test a ) std::cout << "inside by_value()" << std::endl; return a;

6 6 Beispiel II Fortsetzung: Konstruktoren und Destruktor const test & by_reference( const test & a ) std::cout << "inside by_reference()" << std::endl; return a; int main() test a, b( a ), c( 1 ), d( ); std::cout << "assignment" << std::endl; a = b; c = 42; d = ; std::cout << "call to by_value()" << std::endl; b = by_value( a ); std::cout << "call to by_reference" << std::endl; b = by_reference( a ); Seite 11 return 0; Statische Member Seite 12 bisher: jede Instanz besitzt eignen Satz an Klassenelementen, Methoden können nur für Instanz aufgerufen werden statische Klassenelemente werden von allen Instanzen geteilt und sind auch ohne Instanzen gültig z.b. Kapselung globaler Variablen, Ressourcenzähler müssen außerhalb der Klassendefinition separat definiert werden statische Klassenfunktionen werden unabhängig von einer Instanz aufgerufen ermöglichen z.b. direkten Zugriff auf geschützte statische Klassenelemente oft zur Konstruktion neuer Instanzen verwendet, Konstruktoren geschützt Zugriff auf statische Member wird Name der Klasse mit Auflösungsoperator :: vorangestellt

7 7 Beispiel I Seite 13 Instanzenzähler #include <iostream> class test private: static int counter; public: test() counter++; ~test() counter--; static int number_of_instances() return counter; ; int test::counter = 0; Beispiel II Seite 14 Fortsetzung: Instanzenzähler int main() std::cout << test::number_of_instances() << std::endl; test a, b, c; std::cout << test::number_of_instances() << std::endl; test a, d; std::cout << test::number_of_instances() << std::endl; std::cout << test::number_of_instances() << std::endl; return 0;

8 8 Beispiel III Seite 15 Verhindern automatischer Variablen class test private: test() public: static test * create() return new test(); ; int main() // test a; // nicht erlaubt! test * b = test::create(); delete b; return 0;