C++ Ders6 - Siniflar ve Nesneler

Sınıflar ve Nesneler

(class)

Sınıflara ve Nesnelere Giriş

� Nesneye yönelik programlama terminolojisinde, bir sınıfprogramcı tarafından tanımlanmış bir yeni tip gibidir

� Tıpkı doğal dillerdeki “sınıf” tanımı gibi:� Aynı özellikleri ve fonksiyonları paylaşan elemanlar kümesidir

� Nesneye yönelik programlamada da tanım aynıdır

� Nesneye yönelik programlama dillerinde (C++ gibi) nesneler bir kavrama ait herşeyi biraraya birleştirmeye yararlar (tarih, öğrenci gibi)� Data (durum) (e.g. öğrenci no, not ortalaması)

� Fonksiyonlar (davranış) (e.g. öğrenci kaydolur, öğrenci mezun olur)

Nesnelere Giriş� Data tiplerinden değişkenler tanımlıyoruz (int, double

gibi). Benzer şekilde, sınıflardan da nesneler tanımlarız� bir nesne bir sınıfın üyesidir

� Neden sınıflar ve nesneler? Neden nesneye dayalıprogramlama?� Programcıya detaylarla uğraşmadan raftan hazır parçalar alıp

kullanabilmesini sağlar

� Zaman ve çaba kazandırır� Nesneler de gerçek hayattaki şeylerin programda gösterimidir.

� Siz de kendi sınıflarınızı tasarlayabilir ve sonra da kullanabilirsiniz, ama önce başka programcıların tanımladığı sınıfları kullanacağız� Genellikle bir programcının yaptığı da budur

Nesneye Yönelik Programlama

� OO programlama olmadan – Takvim yazdırma programı� Bir çok yardımcı fonksiyon gerekli

� Artık yıl kontrolü

� Haftanın gününü kelimeye dönüştüren fonksiyon gerekli

� …

gün

haftanın hangi günü

ay

AyĐsmi artık yıl

yılData

Fonksiyonlar

. . .

� Bu yapı kompleks mi? • Kimisi için evet, kimisi için hayır

Nesneye Yönelik Programlama

� OO versiyonu - Takvim yazdırma programı� Tarih kavramı bir sınıf olarak geliştirilmiş

� data ve fonksiyonlar bir araya getirilmiş durumda

� Bunu sevdiniz mi? • kimisi için evet, kimisi için hayır

� OO yaklaşımı insan yapısına daha uygundur• Đnsanın kavrayışı da nesnelere dayalıdır

Data (gün, ay, yıl)

FonksiyonlarHaftanın günü

Ayın adı…

Sınıfları nasıl kullanacağız?

� Bir sınıfın davranışı üye fonksiyonları (metodları)tarafından belirlenir

� Bu üye fonksiyonları ve ne yaptıklarını bilmek gerekir� Fonksiyonun adını� Parametrelerini ve parametre tiplerini� Döndürdüğü tipi� Fonksiyonunu

� Fonksiyonun nasıl çalıştığını bilmeniz gerekmez� analoji: araba kullanırız ama yakıt enjeksiyonunun nasıl çalıştığını bilmemize gerek yoktur

Dice sınıfı

� Bilgisayar taklidi zar� Gerçek zar değil, ama aynı fonksiyona sahip

� 1 ile “zarın kenar sayısı” arasında rastgele bir sayı atıyor

� Bu sınıftan oluşturacağımız zar nesneleri istediğimiz sayıda kenara sahip olabilirler

� Kullanıcı programcı bu sınıfa şu başlık dosyasından ulaşabilir#include "dice.h“

Dice sınıfı� Küçük bir sınıf

� Örnek ile görmekte fayda var

� Durum� Kenar sayısı

� Zarın atılma sayısı

� Üye fonksiyonları

Dice(int sides); // constructor – verilen sides kenarlı bir zar oluşturur

int Roll(); // rastgele atışı döndürür

int NumSides() const; // kaç tane kenar olduğunu

int NumRolls() const; // zarın kaç kez atıldığını

Bir sınıf nerede tanımlanır?

� Sınıfın tanımı ve üye fonksiyon prototipleri ve bazı diğer tanımlamalar bir header dosyası (.h dosyası) içindedir� Fonksiyon prototipinde fonksiyon adı, döndürdüğü tipi ve

parametrelerini içerir. Fonksiyon gövdesi orada değildir.

� Üye fonksiyonların gövdeleri .cpp dosyası içindedir

� Dice örneğinde� Sınıfın tanımı dice.h dosyasındadır

� Bu yüzden roll.cpp dosyasının başına include eklenmiştir

� Sınıfın uygulaması dice.cpp dosyasındadır� VS projesinin parçası olmalıdır – birlikte link edilirler

dice.h başlık dosyası� Dice sınıfını kullanabilmek için #include "dice.h" demek gerekirclass Dice{public:Dice(int sides); // constructorint Roll(); // return the random rollint NumSides() const; // how many sides int NumRolls() const; // # times this die rolled

private:int myRollCount; // # times die rolledint mySides; // # sides on die

};

� Her Dice nesnesinin kendine has mySides ve myRollCount değişkenleri vardır� Genellikle constructor fonksiyon tarafından ilk değerleri atanırlar

Dice sınıfını kullanmak

cout << cube.NumSides() << " kenarlı zar atılıyor " << endl;

cout << cube.Roll() << endl;cout << cube.Roll() << endl;cout << cube.NumRolls()

<< " kere atıldı" << endl;üye

fonksiyonlar

Dice cube(6); //altı kenarlı zar oluşturur

Dice dodeca(12); // 12 kenarlı zar oluşturur

roll.cpp

constructor

� Nesneleri nasıl tanımlarız?

sınıf_adı nesneler_listesi_virgülle_ayrılmış;

� Eğer argumanlar istiyorsa constructor, onları da unutmayın.

� Nasıl üye fonksiyon çağırdık?

nesne_adı.fonksiyon_adı(argumanlar);

� Bir üye fonksiyon çağrıldığı nesne üzerinde işlem yapacaktır.

Nasıl?

Dice ile neler yapabiliriz, neler

yapamayız� Kenar sayısı belirtmeden Dice nesnesi yaratamayız

� Bu bir hata değil, bir tasarım kararıdır� Varolan sınıfı parametresiz bir constructor ile değiştirebilirsiniz

Dice d(2); // ok, madeni para gibi

Dice cube; // ok değil, derlenmez

� Dice nesnesi ne kadar rasgeledir – nasıl test edebiliriz?� Bir hedef toplam elde etmek için kaç kez zar atılması gerektiğini hesaplarız

� Bunu defalarca tekrarlarız bir ortalama elde etmek için

� 6 kenarlı zar kullanarak bunu 2 ve 12 arasındaki bütün değerler için tekrarlarız

� testdice.cpp

Sınıf tanımının parçaları

� Public � Üye fonksiyonlar

� Programcı sadece public bölümdekileri kullanabilir

� Constructors� Nesneleri yaratmaya yarayan özel bir üye fonksiyon (değişkenler)

� Aynı isimle birden fazla constructor olabilir, ama değişik parametrelerle

� Private� Daha ziyade sınıfın data (bilgi) kısmı burada olur

� Sınıfın kendi iç uygulaması için kullanılırlar� Örneğin. mySides – used by Roll

� Programcı göremez� Örneğin. roll.cpp , programcı mySides ı değiştiremez

Dice sınıfının kullanımı

#include "dice.h"int main(){

Dice cube(6);Dice dodeca(12);

cout << cube.Roll();

int k;for(k=0; k < 6; k++){ cout << dodeca.Roll();}return 0;

}

Nesneler oluşturuldu

0

myRollCount mySides

6

cube

0

myRollCount mySides

12

dodeca

Metodlar çağırıldı

1

myRollCount mySides

6

cube

Döngüden sonra

6

myRollCount mySides

12

dodeca

dice.cpp – 1/2

Dice::Dice(int sides)// postcondition: all private fields initialized {

myRollCount = 0;mySides = sides;

}

int Dice::NumSides() const// postcondition: return # of sides of die {

return mySides;}

Constructor

dice.cpp– 2/2

int Dice::NumRolls() const// postcondition: return # of times die has been rolled{

return myRollCount;}

int Dice::Roll()// postcondition: number of rolls updated// random 'die' roll returned {

RandGen gen; // random number generator

myRollCount= myRollCount + 1; // update # of rollsreturn gen.RandInt(1,mySides); // in range [1..mySides]

}

.cpp dosyası

� Sınıfın bütün member üye fonksiyonları bu dosyadadır� Her fonksiyonun adı, parametre listesi, ve döndürdüğü tip vardır� Bir üye fonksiyonun adında sınıfın adı da vardır

return_type sınıf_adı :: fonksiyon_adı (parametreler)

� Constructor lar bir şey döndürmezler

sınıf_adı :: sınıf_adı (parametreler)

:: operatorü fonksiyonun sınıfını belirler

� Her metot sınıfın private data bölgesine dokunabilir (cağırıldığınesnenin datasına tabii)� Böylece , her metot çağrılışında, üye fonksiyon değişik nesnelerin

private bilgisini kullanacaktırcube.NumSides() ile dodeca.NumSides()

� . operatorü üye fonksiyon cağrılacağı zaman kullanılır

RandGen Sınıfı

� Rastgele sayı üreten bir sınıf� Projenize randgen.cpp dosyasını ekleyin ve

#include "randgen.h" satırını da programınızın başına ekleyin

� Dört üye fonksiyonu var:int RandInt(int max = INT_MAX);

� [0..max) aralığında bir rastgele tamsayı üretirint RandInt(int low, int max);

� [low..max] aralığında bir rastgele tamsayı üretirdouble RandReal();

� [0..1) aralığında bir rastgele reel sayı üretirdouble RandReal(double low, double max);

� [low..max] aralığında bir rastgele reel sayı üretir

� numberguess.cpp

Aşırı yükleme (Overloading)

� RandGen sınıfında, RandInt adında iki farklıfonksiyon var� RandReal de bunun gibi aynı

� Aynı ismi birden fazla fonksiyon için kullanmaya overloading diyoruz. � Parametre tipleri ve/veya return tipleri farklıdır.

� Hem üye hem serbest fonksiyonlaraşırı yüklenebilirler.

The class Date

� The class Date is accessible to client programmers

#include "date.h"

� to get access to the class

� The compiler needs this information.

� It may also contain documentation for the programmer

� Link the implementation in date.cpp

� Add this cpp to your project

� The class Date models a calendar date:� Month, day, and year make up the state of a Date object

� Dates can be printed, compared to each other, day-of-week determined, # days in month determined, many other behaviors

� Behaviors are called methods or member functions

Constructing Date objects – see

usedate.cppDate today;Date republic(10,29,1923);Date million(1000000);Date y2k(1,1,2000);cout << "today: " << today << endl;cout << "Republic of Turkey has been founded on: "

<< republic << endl;

cout << "millionth day: " << million << endl;

OUTPUTtoday: April 12 2009

Republic of Turkey has been founded on: October 29 1923

millionth day: November 28 2738

Constructing/defining an object

� Date objects (as all other objects) are constructed when they’re first defined� Three ways to construct a Date

� default constructor, no params, initialized to today’s date

� single long int parameter, number of days from January 1, 1

� three params: month, day, year (in this order).

� Constructors for Date objects look like function calls� constructor is special member function

� Different parameter lists mean different constructors

� Once constructed, there are many ways to manipulate a Date� Increment it using ++, subtract an integer from it using -, print it using cout, …

� MonthName(), DayName(), DaysIn(), …

� See date.h for more info on date constructors and member functions

Date Member Functions

Date MidtermExam(4,6,2011);

� Construct a Date object given month, day, year

MidtermExam.DayName()

� Returns the name of the day (“Monday” or “Tuesday”, or ...)

� in this particular case, returns “Wednesday” since April 6, 2011 is a Wednesday

MidtermExam.DaysIn()

� Returns the number of days in the particular month

� in our case return 30, since April 2011 has 30 days in it

� Add, subtract, increment, decrement days from a dateDate GradesDue = MidtermExam + 2;

� GradesDue is April 8, 2011

� Let’s see usedate.cpp in full and datedemo.cpp now

Example: Father’s day (not in book)� Father’s day is the third Sunday of June

� write a function that returns the date for the father’s day of a given year which is the parameter of the function

� In main, input two years and display father’s days between those years

Date fathersday(int year)// post: returns fathers day of year{

Date d(6,1,year); // June 1

while (d.DayName() != "Sunday"){

d += 1;}

//d is now the first Sunday, 3rd is 14 days later

return d + 14;}

� See fathersday.cpp for full program

Updating a Class (not in book)

� Suppose you want to add more functionality to the date class

� need to change the header file (date.h)

� need to add implementation of new function(s) to date.cpp

� Example: a new member function to calculate and return the remaining number of days in the object’s month

� any ideas? do you think it is too difficult?

� have a look at the existing member functions and see if they are useful for you

Updating a Class (not in book)

� We can make use of DaysIn member function

� Prototype in Date class (add to the header file)int RemainingDays () const;

� Implementationint Date::RemainingDays () const{

return DaysIn() - myDay;}

� In a member function implementation private data and other member functions referred without the dot operator.� They operate on the object for which the member function is called

Updating a Class (not in book)� Example use of RemainingDays

Date today;

cout << "There are " << today.RemainingDays() <<

" days left in the current month" << endl;

� See date_modified.h, date_modified.cpp and demodatemodified.cpp

� When RemainingDays is called,� call to DaysIn is for object today

� since it is the object on which RemainingDays is called

� myDay is today’s myDay� since it is the object on which RemainingDays is called

Designing classes from scratch

� Chapter 7 (especially 7.1 and 7.2)

� a good development strategy� “iterative enhancement” approach

� READ those sections, you are responsible� we won’t cover all, because it takes too much time and becomes

boring!

� I will give a simpler class design example here� less iterative

� but similar application

Implementing Classes – Iterative

Enhancement

� It is difficult to determine what classes are needed,

how they should be implemented, which functions are required

� Experience is a good teacher, failure is also a good teacher

Good design comes from experience, experience comes from

bad design

� Design and implementation combine into a cyclical process: design, implement, re-visit design, re-implement, test, redesign, …

� Grow a working program, don’t do everything at the same time

Design and Implementation Heuristics

� A design methodology says that

“look for nouns, those are classes”, and then “look for verbs and scenarios, those are member functions”

� Not every noun is a class, not every verb is a member function� some functions will be free ones or will be implemented in main

(these are design decisions)

� Concentrate on behavior (member functions) first when designing classes, then on state (private part)� private data will show its necessity during the implementation of

the public part

Example class design

� Quiz class� simple quiz of addition questions

� Scenarios� user is asked a number of questions

� computer asks random questions

� user enters his/her answer� correct / not correct

� feedback and correct answer are displayed

� correct answers are counted

� There may be two classes� question

� quiz

� but I will have one class which is for question and implement quiz in main� Be careful! This example is similar but different than the one in

book (Sections 7.1 and 7.2)

Question class

� Question behaviors (verbs). A question is� created

� asked

� answered

� checked

� These are candidate member functions� more? less? we will see

� A question is simply two random integers (to keep it simple say between 1 and 100) to be added� those numbers are definitely in class private data

� what else?� we will see

Question class� simplemathquest.h (first draft)

class Question

{

public:

Question(); // create a random question

void Ask() const; // ask the question to user

int GetAnswer() const; //input and return user answer

bool IsCorrect(int answer) const; //check if correct

private:

int myNum1; // numbers used in question

int myNum2;

};

Quiz program (main - simplequiz.cpp) – Draft 1

int qNum = PromptRange("how many questions: ",1,5);int k, ans, score =0;

for(k=0; k < qNum; k++){

Question q;q.Ask();ans = q.GetAnswer();if (q.IsCorrect(ans)){

cout << ans << " correct answer" << endl << endl;score++;

}else{

cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " << ???????? << endl << endl;

}}cout << "Score is " << score << " out of " << qNum

<< " = " << double(score)/qNum * 100 << "%" << endl;

� Something missing: a function to return the correct result

Question class

� simplemathquest.h (second draft)

class Question

{

public:





int CorrectAnswer() const; //return the correct answer

private:


int myNum2;

};

Quiz program (simplequiz.cpp) – Draft 2

int qNum = PromptRange("how many questions: ",1,5);

int k, ans, score =0;

for(k=0; k < qNum; k++)

{

Question q;

q.Ask();

ans = q.GetAnswer();

if (q.IsCorrect(ans))

{ cout << ans << " correct answer" << endl << endl;

score++;

}

else

{ cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " << q.CorrectAnswer() << endl << endl;

}

}

cout << "Score is " << score << " out of " << qNum


Question class implementation� simplemathquest.cpp (draft 1)

void Question::Ask() const

{

cout << myNum1 << " + " << myNum2 << " = ";

}

Question::Question()

{

RandGen gen;

myNum1 = gen.RandInt(1,100);


}

constructor

int Question::GetAnswer() const

{

int ans;

cin >> ans;

return ans;

}

Ooops! We did not access or modify the object’s state. It is better not to have this function

as a member function

Question class implementation

� simplemathquest.cpp (draft 1) - continued

� Problem: Where is the correct answer stored?� a new private data field would be good

bool Question::IsCorrect(int answer) const

{

return ?????? == answer;

}

int Question::CorrectAnswer() const

{

return ??????;

}

Question class� simplemathquest.h (final)

class Question

{

public:




int CorrectAnswer() const; //return the correct answer

private:


int myNum2;

int myAnswer; // store the answer

};


Question class implementation� simplemathquest.cpp (final)Question::Question()

{

RandGen gen;



myAnswer = myNum1 + myNum2;

}

void Question::Ask() const

{

cout << myNum1 << " + " << myNum2 << " = ";

}

int Question::GetAnswer() const{int ans;

cin >> ans;return ans;}

Question class implementation

� simplemathquest.cpp (final) - continued

bool Question::IsCorrect(int answer) const

{

return myAnswer == answer;

}

int Question::CorrectAnswer() const

{

return myAnswer;

}

Quiz program (simplequiz.cpp) – Final

int qNum = PromptRange("how many questions: ",1,5);int k, ans, score =0;

for(k=0; k < qNum; k++){

Question q;q.Ask();cin >> ans;if (q.IsCorrect(ans)){

cout << ans << " correct answer" << endl << endl;score++;

}else{ cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " <<

q.CorrectAnswer() << endl << endl;}

}cout << "Score is " << score << " out of " << qNum


Thinking further� What about a generic question class

� not only addition, but also other arithmetic operations� may need another private data member for the operation that is

also useful to display the sign of operation in Ask

� may need parameter in the constructor (for question type)

� will do this week in recitations

� What about questions for which answers are strings?� maybe our generic question class should have string type answers to serve not

only to arithmetic questions but any type of questions

� see Sections 7.1 and 7.2

string as a class� string is a class

� string variables are objects, they’re instances of the class

� A class is a collection of members that have common attributes � strings share some properties, but have different values

� A string is a sequence of characters� first char is at position 0

� first index is 0

� last valid index (position of the last character): string’s length -1

� Constructors� without initialization

string mystr, s;

� with initializationstring s = "Hello World";

string otherstring = s; or string otherstring(s);

� You may use functions and operators that return strings in initializationstring s = "Hello" + "World"; //concatenation operator

string member functions

� The function length() returns the number of characters

string s = "hello";int len = s.length(); // value of len is 5

s = ""; // s is null stringlen = s.length(); // value of len is 0

� Member functions are applied to objects using dot notation� Cannot use length() without an object to apply it to

� Not valid int x = length(s);

� Not valid int x = string.length();

� Valid? double y = sqrt(s.length());

string member functions

int length()

// postcondition: returns the number of characters

string substr(int pos, int len)

// precondition: 0 <= pos, and pos < length of the string object

// postcondition: returns substring of len characters beginning at position

// pos. Returns as many characters as possible if len is too large, but

// causes error if pos is out of range (>= length of the string object)

int find(string s)

// postcondition: returns first position/index at which substring s begins in

// string object– returns string::npos if s does not occur

Extracting substrings

� A substring is part of a string, substrings can be extracted from a string using member function substr

string s = "theater";int len = s.length(); // value of len is 7string t = s.substr(0,3); // t is "the", s is “theater”t = s.substr(1,4); // t is now “heat”s = s.substr(3,3); // s is “ate” t is still “heat”

s = “cinema”;t = s.substr(4,8); // t is “ma”t = s.substr(8,2); // run-time error

� See strdemo.cpp which is a sample program that uses length and substr functions

0

t h

1 2

a

3

e t e r

4 5 6

0

c i

1 2

e

3

n m a

4 5

Finding substrings within strings: find and rfind

� String member function find looks for an occurrence of one string (which is a parameter) in another (which is the object string), returns position of the start of the first occurrence� If no occurrence, then string::npos is returned

� largest unsigned integer (4,294,967,295)

string s = "I am the eggman, he is too";int k = s.find("I"); // k is 0k = s.find("he"); // k is 6k = s.find("egg"); // k is 9k = s.find("a"); // k is 2cout << s.find("cat"); // output is 4294967295

k = s.find("cat"); // k is –1 since it is signed, // we should use unsigned int

� rfind is same as find, but searches backwards, returns the last occurrencek = s.rfind("he"); // k is 17k = s.rfind("egg"); // k is 9

� See strfind.cpp which is a sample program on find function

find and rfind with 2 parameters

� There is another version of find and rfind that takes two parameters � First parameter is still a string (the search string)� Second parameter is an integer (an index value) � In this version, searching starts from the character for which the index is the second parameter of find or rfind

� Useful when you need to search a string not from the endpoint, but from somewhere in the middle

string s = "I am the eggman, he is too";int k;k = s.find("a"); // k is 2

k = s.find("a",5); // k is 13

k = s.rfind("he"); // k is 17k = s.rfind("he", 15); // k is 6

More on strings

� You can append one string to the end of another� using operator +

string s = "cs201";

s = s + " is easy"; // s is now "cs201 is easy"

� You can change or extract one character of a string using atmember function� parameter of at must be between 0 and string’s length - 1, otherwise a

run-time error occurs

string s = "Hello World";

s.at(4) = '!'; // s is now "Hell! World"

cout << s.at(1); // displays e on screen

s.at(20) = 'a'; // run-time error

Example (See stringremove.cpp)� Write a function that takes two string parameters (say s1 and s2). Function removes first occurrence of s2 in s1 and returns the resulting string.� In the main program, test the function by removing some input strings from “Today is Monday”

� See program in next slide

Example (See stringremove.cpp)

string remove(string s1, string s2)

// post: removes first occurrence of s2 from s1 and returns the

// resulting string.

// Returns s1 if s2 does not occur any.

{

unsigned int location;

string temp = s1;

location = s1.find(s2);

if (location != string::npos)

{

temp = s1.substr(0, location) + s1.substr(location+s2.length(), s1.length());

}

return temp;

}

Example: Print a string backwards Example: Print a string backwards

((revstring.cpprevstring.cpp))

� Determine the index of the last character of the string,and then access each character backwards� How many times should the loop iterate ?

string s; int k;cout << "enter string: ";cin >> s;cout << s << " reversed is ";

k = s.length() - 1; // index of last character in swhile (k >= 0){

cout << s.substr(k,1);k -= 1;

}cout << endl;

� What could we use instead of s.substr(k,1) ?s.at(k)

Reverse String as a function

� First step, what is the prototype?

string revstring(string s)// pre: s = c0c1c2…cn-1// post: return cn-1…c2c1c0

� Second step, how do we build a new string?� Start with an empty string, ""� Add one character at each iteration using concatenation, +

rev = rev + s.substr(k,1);

� Use revstring to determine if a string is a palindrome

See palindrome.cpp for full program

string revstring(string s)

// post: returns reverse of s, that is "stab" for "bats“

{

int k = s.length() – 1;

string rev = ""; // start with empty string

while (k >= 0)

{

rev = rev + s.substr(k,1);

k -= 1;

}

return rev;

}

bool IsPalindrome(string word)

// post: returns true if and only word is a palindrome

{

return (word == revstring(word));

}

Documents

C++ Ders6 - Siniflar ve Nesneler