Calcolatori Elettronici III - Politecnico di Torinocorsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/9036N/part2g.pdf · calcolatori elettronici III... il costrutto class le definizioni delle componenti

d. canonico ( di no@pol i t o. i t )

cal col at or i el et t r oni c i I I I

Politecnico di Torinosede di Alessandria

Calcolatori Elettronici III

ing. Dino Canonicodip. di Automatica e Informatica

telefono: 011 564 7036posta elettronica: di no@pol i t o. i t

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Indice

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1342476568

7273747982868991

105111

Parte I dai linguaggi procedurali al paradigma ad oggettiIntroduzioneLinguaggi proceduraliLinguaggi ad oggettiClassiEreditarietàRidefinizioneClassi virtualiParte II: implementazione C++Implementazione C++Il costrutto classRegole di visibilitàImplementazione dei metodiCostruttori e distruttoriOverloading dei metodiAllocazione statica di oggettiAllcoazione dinamica di oggettiEreditarietà in C++Overloading degli operatori

Slide 2



implementazione C++

�

il C++ implementa i meccanismi del paradigma ad oggetti con costrutti appositi

�

le classi descrivono le potenzialità degli oggetti da essi instanziati

�

vengono supportati i meccanismi di

�

ereditarietà (semplice e multipla)

�

data hiding

�

overloading di operatori e funzioni

�

vengono mantenuti inoltre i costrutti e le caratteristiche del linguaggio C

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il costrutto class...

�

il costrutto class definisce una classe

�

è idealmente simile al costrutto struct del C, con due differenze sostanziali

�

permette di raggruppare in una struttura non solo variabili ma anche funzioni

�

permette di dividere le variabili e li funzioni in pubbliche (visibili ed utilizzabili da elementi esterni alla classe) e private (utilizzabili solo all’ interno della classe)

�

viene scritto all’ interno di un file (generalmente .h), eventualmente insieme al resto del codice

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... il costrutto class...

�

esempio

�

sia data una classe che modelli un semplice contatore, capace di

�

incrementare e decrementare il proprio valore

�

fornire il proprio valore all’esterno

�

se ne scriva l’ implementazione C++

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... il costrutto class...

cl ass count er{

i nt val or e;publ i c:

voi d i ncr ement a ( ) ;voi d decr ement a ( ) ;i nt l eggi ( ) ;

}

dichiarazione del nomedichiarazione componenti private

dichiarazione componenti pubbliche

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... il costrutto class

�

le definizioni delle componenti pubbliche e private seguono la sintassi del costrutto struct

�

l’ insieme delle componenti pubbliche della classe corrisponde all’ interfaccia della classe stessa

�

le componenti private sono invece funzioni e variabili “di servizio”, utilizzabili liberamente all’ interno della classe e quindi da metodi (funzioni) sia pubblici che privati, ma vengono “nascosti” agli utilizzatori terzi della classe

�

questo procedimento si dice data hiding

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regole di visibilità

�

gli elementi (metodi e membri) di una classe possono essere dichiarati come

�

public: visibili a chi fa uso della classe

�

private: visibili solo alla classe stessa ma invisibili all’esterno

�

i membri possono anche esseer definiti protected: sono visibili alla classe stessa e alle classi che ereditano da essa

�

le variabili comuni mantengono le regole di visibilià del C

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funzioni friend

�

è possibile definire funzioni che, pur essendo esterne ad una classe, ne possono manipolare i valori privati

�

queste funzioni, pur essendo definite all’ interno dell’ interfaccia della classe non ne fanno parte

�

queste funzioni devono essere definite tramite la keyword friend

�

è possibile definire friend anche intere classi

�

è una metodologia molto usata nel campo dell’overloading degli operatori

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implementazione dei metodi...

�

dopo aver definito i metodi pubblici e privati occorre scriverne l’ implemetazione

�

i membri vengono implementati separatamente rispetto alla definizione della classe e vi si collegano tramite la dichiarazione <nome_cl asse>: : anteposta al nome del metodo

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... implementazione dei metodi ...

�

si scriva l’ implementazione dei metodi della classe counter

voi d count er : : i ncr ement a ( ){

val or e ++;}voi d count er : : decr ement a ( ){

val or e −−;}i nt count er : : l eggi ( ){

r et ur n val or e;}

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... implementazione dei metodi

�

i metodi vengono implementati all’ interno del listato

�

tutti i metodi (pubblici e privati) possono "maneggiare" le variabili pubbliche e private

�

all’esterno però sono visibili solo i metodi pubblici e le variabili (o membri o attributi) pubbliche

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costruttori e distruttori...

�

la maniera nella quale vengono create le istanze di una classe non è automatica, ma va specificata in un apposito metodo (o in una apposita serie di metodi) detto costruttore

�

allo stesso modo, alla fine dell’elaborazione, le variabili oggetto allocate devono liberare le risorse impiegate nelle modalità espresse dal distruttore

�

in una classe possono esistere più costruttori, tra i quali chi istanzia l’oggetto (il programmatore) sceglie volta per volta quello che ritiene opportuno, ma un solo distruttore

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... costruttori e distruttori ...

�

il costruttore che non richiede alcun parametro in ingresso è detto costruttore di default

�

il costruttore viene richiamato automaticamente se non si fa una allocazione esplicita

�

discorso è analogo per quanto riguarda il distruttore

�

i costruttori hanno lo stesso nome della classe, il distruttore ha lo stesso nome della classe preceduto dal simbolo tilde

�

costruttori e distruttore non hanno un valore di ritorno

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... costruttori e distruttori

cl ass count er{

. . .

publ i c :count er ( ) ;count er ( i nt ) ;~count er ( ) ;. . .

}

count er : : count er ( ){

pr i nt f ( " cost r ut t or e\ n" ) ;val or e = 0;

}count er : : count er ( i nt i ni t ){

pr i nt f ( " cost r ut t or e a %d\ n" , i ni t ) ;val or e = i ni t ;

}count er : : ~count er ( ){

pr i nt f ( " di st r ut t or e\ n" ) ;}

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membri statici di una classe

�

un membro statico di una classe è un membro in cui indirizzo è condiviso da tutte le istanze della classe in questione

cl ass count er{st at i c val or e;publ i c :

voi d i ncr ement a ( ) ;voi d decr ement a ( ) ;i nt l eggi ( ) ;

}

i nt count er : : val or e = 0

counter c1

counter c1

counter c1

valore

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overloading dei metodi...

�

è possibile che una classe abbia più metodi, identici per quanto riguarda nome e tipo del valore di ritorno, ma che accettino in ingresso parametri diversi

�

questo comportamento (detto polimorfismo o overloading dei metodi) aggiunge flessibiltà agli oggetti scritti in C++

Slide 86



... overloading dei metodi

cl ass count er{

. . .

publ i c :voi d r eset ( ) ;voi d r eset ( i nt ) ;. . .

}

cambiano invecei parametri ingioco

nome e valoredi ritorno noncambiano

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primo programma completo#i ncl ude <st di o. h>

cl ass count er{

i nt val or e;publ i c:

count er ( ) ;count er ( i nt ) ;~count er ( ) ;voi d i ncr ement a ( ) ;voi d decr ement a ( ) ;i nt l eggi ( ) ;voi d r eset ( ) ;voi d r eset ( i nt ) ;

} ;

count er : : count er ( ){

pr i nt f ( " chi amo i l cost r ut t or e\ n" ) ;val or e = 0;

}

count er : : count er ( i nt val ){

pr i nt f ( " chi amo i l cost r ut t or e a val or e %d\ n" , val ) ;val or e = val ;

}

count er : : ~count er ( ){

pr i nt f ( " chi amo i l di st r ut t or e\ n" ) ;}

Voi d count er : : i ncr ement a ( ){

val or e ++;}

voi d count er : : decr ement a ( ){

val or e −−;}

i nt count er : : l eggi ( ){

r et ur n val or e;}

voi d count er : : r eset ( ){

val or e = 0;}

voi d count er : : r eset ( i nt val ){

val or e = val ;}

file count er . h

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allocazione statica di oggetti ...

�

come le variabili allocate staticamente nel C gli oggetti possono essere allocati staticamente nel C++

�

i membri e i metodi pubblici sono accessibili con una sintassi simile a quella utilizzata per le strutture

voi d mai n ( ){

count er c1, c2 ( 20) ;. . .c1. i ncr ement a ( ) ;pr i nt f ( " val or e di c2: %d\ n" , c2. l eggi ( ) ) ;

}

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... allocazione statica di oggetti

#i ncl ude <st di o. h>#i ncl ude " count er . h"

voi d mai n ( ){

count er c1, c2 ( 10) ;

c1. i ncr ement a ( ) ;c1. i ncr ement a ( ) ;

pr i nt f ( " c1 val e %d\ n" , c1. l eggi ( ) ) ;

c2. r eset ( 20) ;pr i nt f ( " c2 val e %d\ n" , c2. l eggi ( ) ) ;

}

file myPr ogr am. cpp

di no ~/ docs/ pol i / c3> gcc myPr ogr am. cppdi no ~/ docs/ pol i / c3> . / a. outchi amo i l cost r ut t or echi amo i l cost r ut t or e a val or e 10c1 val e 2c2 val e 20chi amo i l di st r ut t or echi amo i l di st r ut t or edi no ~/ docs/ pol i / c3>_

shell di sistema

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allocazione dinamica di oggetti...

�

come anche le variabili del C, nel C++ è possibile allocare dinamincamente gli oggetti mediante l’utilizzo di puntatori

�

come nel C è necessario riservare esplicitamente la memoria da utilizzare; a differenza del C non si usa la funzione mal l oc ( i nt ) ma la keyword new, seguita dai parametri del costruttore

�

per deallocare un oggetto non si usa la funzione f r ee ma il costrutto del et e, che invoca il distruttore specifico per la classe

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... allocazione dinamica di oggetti ...

�

anche in questo caso la sintassi è simile a quella usata per le strutture

voi d mai n ( ){

count er * c1, * c2;

c1 = new count er ( ) ;c2 = new count er ( 10) ;

. . .c2−>i ncr ement a ( ) ;pr i nt f ( " val or e di c1: %d\ n" , c1−>l eggi ( ) ) ;. . .

del et e c1;del et e c2;

}

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... allocazione dinamica di oggetti

#i ncl ude <st di o. h>#i ncl ude " count er . h"

voi d mai n ( ){

count er * c1;count er * c2;c1 = new count er ;c2 = new count er ( 10) ;

c1−>i ncr ement a ( ) ;c1−>i ncr ement a ( ) ;

pr i nt f ( " c1 val e %d\ n" , c1−>l eggi ( ) ) ;

c2−>r eset ( 20) ;pr i nt f ( " c2 val e %d\ n" , c2−>l eggi ( ) ) ;del et e c1;del et e c2;

}

file myPr ogr am. cpp

di no ~/ docs/ pol i / c3> gcc myPr ogr am. cppdi no ~/ docs/ pol i / c3> . / a. outchi amo i l cost r ut t or echi amo i l cost r ut t or e a val or e 10c1 val e 2c2 val e 20chi amo i l di st r ut t or echi amo i l di st r ut t or edi no ~/ docs/ pol i / c3>_

shell di sistema

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creazione per copia

�

normalmente gli oggetti vengono creati mediante l’uso degli appositi costruttori

�

esiste però un meccanismo collaterale detto "creazione per copia" che permette di creare un clone di un oggetto

�

questo si ottiene utilizzando l’oggetto da clonare come parametro del costruttore dell’oggetto da creare

voi d mai n ( ){

count er c1, c2 ( 10) , c3 ( c2) ;. . .

}

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passaggio di parametri per valore e per riferimento...

�

analogamente al C un oggetto può essere passato per valore o per riferimento: nel primo caso la funzione destinazione elabora una copia dell’oggetto passato, nel secondo ne manipola effettivamente il contenuto

�

valgono le stesse considerazioni fatte a suo tempo per il C (un puntatore passato per valore è come una variabile passata per riferimento...)

Slide 95



... passaggio di parametri per valore e per riferimento

voi d t est : : aument a ( count er c){

c. i ncr ement a ( ) ;}

voi d t est : : aument a ( count er * c){

c−>i ncr ement a ( ) ;}

voi d mai n ( ){

count er c1, c2 ( 10) ;t est t ;. . .t . aument a ( c1) ;t . aument a ( &c2) ;

}

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Esercizio ...

�

si implementi in C++ la classe Stringa, che permetta di

�

inizializzare una stringa vuota, oppure di inizializzare una stringa a partire da un array di caratteri

�

conoscere la lunghezza della stringa

�

confrontare la stringa con un array di caratteri dato (uguale/diversa)

�

trasformare i caratteri minuscoli in maiuscoli

�

concatenare la stringa con un’altra data

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... esercizio#i ncl ude <st r i ng. h>#i ncl ude <mal l oc. h>

cl ass St r i nga{ char * val or e; i nt di mensi one;

publ i c: St r i nga ( ) ; St r i nga ( char * ) ; ~St r i nga ( ) ; i nt l unghezza ( ) ; i nt ugual eA ( char * ) ; voi d i nMai uscol o ( ) ; char * l eggi ( ) ; voi d concat ena ( char * ) ;} ;

St r i nga: : St r i nga ( ){ val or e = ( char * ) mal l oc ( 0) ; di mensi one = 0;}

St r i nga: : St r i nga ( char * val ){ val or e = ( char * ) mal l oc ( si zeof ( val ) + 1) ; val or e [ st r l en ( val ) − 1] = ’ \ 0’ ; st r cpy ( val or e, val ) ; di mensi one = st r l en ( val or e) ;}

St r i nga: : ~St r i nga ( ){ f r ee ( val or e) ;}

i nt St r i nga: : l unghezza ( ){ r et ur n di mensi one;}

i nt St r i nga: : ugual eA ( char * val ){ i f ( s t r cmp ( val , val or e) == 0) r et ur n 0; el se r et ur n −1;}

voi d St r i nga: : i nMai uscol o ( ){ f or ( i nt a = 0; a < di mensi one; a ++) i f ( val or e [ a] <= ’ z ’ && val or e [ a] >= ’ a’ )

val or e [ a] = val or e [ a] −’ a’ +’ A’ ;}

char * St r i nga: : l eggi ( ){ r et ur n val or e;}

voi d St r i nga: : concat ena ( char * al t r o){ st r cat ( val or e, al t r o) ; di mensi one = st r l en ( val or e) ;}

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esercizio

�

si scriva il programma testString che svolga le seguenti operazioni:

�

allocazione statica e dinamica di due oggetti Stringa

�

inizializzazione degli stessi dove necessario

�

manipolazione

�

distruzione dove necessario

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Esercizio ...

�

si scrivano le classi ritenute necessarie per implementare un sistema di archivio produttori / prodotti / ordini

�

si identifichino i produttori mediante nome e indirizzo

�

si identifichino i prodotti mediante nome

�

si identifichino gli ordini in base a produttore, prodotto ordinato e quntità di quest’ultimo

�

per semplicità si assuma che ogni ordine comprenda un solo prodotto

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... esercizio

pr odot t o

get Nome ( )

pr odut t or e

get Nome ( )get I ndi r i zzo ( )

or di ne

pr odot t opr odut t or equant i t à

Slide 101



Esercizio...

�

si scrivano le classi necessarie per implementare un simulatore di pizzeria, comprendente clienti, tavoli, camerieri e forno

�

si assuma per semplicità che non esistano tavoli separati ma un’unica tavolata e che i clienti arrivino singolarmente

�

si prevedano per ogni classe parametri che descrivano il comportamento della classe stessa con il passare del tempo

Slide 102



...esercizio ...cl ass t avol o{ i nt n_post i ; i nt n_post i _l i ber i ;publ i c : t avol o ( i nt ) ; ~t avol o ( ) ; voi d occupa ( ) ; voi d r i l asci a ( ) ; i nt get _num_post i _l i ber i ( ) ;}

cl ass cl i ent e{ i nt pr ef er enza; i nt pazi enza_mi nut i ; i nt past o_mi nut i ;publ i c : cl i ent e ( i nt , i nt ) ; ~cl i ent e ( ) ;}

cl ass camer i er e{ t avol o ser v i z i o;publ i c : camer i er e ( t avol o) ; ~camer i er e ( ) ; voi d i nt er r oga_cl i ent e ( c l i ent e) ; voi d passa_or di ne ( f or no) ;}

cl ass f or no{ i nt t empo_pr epar azi one; i nt * coda;publ i c : f or no ( ) ; ~f or no ( ) ; voi d accoda ( i nt ) ; voi d pr epar a ( i nt ) ;}

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...esercizio

�

classe cliente

�

ogni cliente ha una preferenza sulla pizza da scegliere e questa è codificata con un numero intero.

�

Inoltre ha un determinato "tempo di pasto" che è quello durante il quale occupa un posto di un tavolo

�

classe tavolo

�

un tavolo è caratterizzato dal numero totale di posti e dal numero di quelli liberi

�

classe cameriere

�

ogni cameriere è assegnato ad un tavolo (ipotesi semplicistica)

�

il cameriere può interrogare un cliente sulle sue preferenze e passare l’ordinazione così ad un forno

�

classe forno

�

un forno può accettare una serie di ordinazioni e accodarle in un array

�

è caratterizzato inoltre da un tempo tipico di preparazione

Slide 104



ereditarietà in C++...

�

secondo il paradigma ad oggetti, è possibile da una classe generale derivare una classe più particolare, aggiungendo nuovo metodi o ridefinendone alcuni della classe principale

�

la classe derivata eredita dalla classe principale

�

tutti i membri (anche quelli privati)

�

tutti i metodi propri della classe tranne

�

costruttori e distruttori

�

overloading di operatori

Slide 105



... ereditarietà in C++

�

per definire che una classe ne estende un’altra occorre modificare il costrutto class

�

in particolare occorre definire le regole che indichino quali parti originariamente private sono "raggiungibili" dalle classi derivate e quali no

Slide 106



esempio

cl ass scaf f al e{ i nt al t ezza, l ar ghezza; i nt numer o_r i pi ani ;publ i c : scaf f al e ( ) ; ~scaf f al e ( ) ;

voi d set Al t ezza ( i nt ) ; voi d set Lar ghezza ( i nt ) ; voi d set Numer oRi pi ani ( i nt ) ; i nt get Al t ezza ( voi d) ; i nt get Lar ghezza ( voi d) ; i nt get Numer oRi pi ani ( voi d) ;}

cl ass ar madi o : publ i c scaf f al e{ i nt numer o_ant e;publ i c: ar madi o ( ) ; ~ar madi o ( ) ;

voi d set Numer oAnt e ( i nt ) ; i nt get Numer oAnt e ( voi d) ;}

eredita da...

non è il casodi ridefinirei metodi discaf f al e

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Costruttori nelle classi derivate

�

Se una classe B deriva da una classe A, può essere necessario dover invocare un costruttore specifico della classe A e non quello di default.

�

In questo caso si specifica la chiamata al construttore richiesto direttamente nella definizione del costruttore della classe derivata

�

La chiamata al costruttore della classe A va indicata immediatamente dopo la definizione del costruttore della classe B e va preceduta da un carattere ": "

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Esempio ...

�

si scriva una classe vei col o che esporti i seguenti metodi:

�

i nt l eggi _num_r uot e ( voi d) ;

�

i nt l eggi _peso ( voi d) ;

�

si scriva una classe auto che aggiunga alla classe veicolo il metodo

�

i nt l eggi _num_post i ( voi d) ;

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... esempiofile vei col o. h

file aut omobi l e. cpp

cl ass vei col o{ i nt num_r uot e; i nt peso;

publ i c:

vei col o ( i nt , i nt ) ; ~vei col o ( ) ;

i nt l eggi _num_r uot e ( voi d) ; i nt l eggi _peso ( voi d) ;} ;

vei col o: : vei col o ( i nt r , i nt p){ num_r uot e = r ; peso = p;}

vei col o: : ~vei col o ( voi d){ r et ur n;}

i nt vei col o: : l eggi _num_r uot e ( voi d){ r et ur n num_r uot e;}

i nt vei col o: : l eggi _peso ( voi d){ r et ur n peso;}

#i ncl ude " vei col o. h"

cl ass aut omobi l e : publ i c vei col o{ i nt num_post i ;publ i c: uut omobi l e ( i nt , i nt , i nt ) ; ~aut omobi l e ( ) ;

i nt l eggi _num_post i ( ) ;} ;

aut omobi l e: : aut omobi l e ( i nt nr uot e, i nt peso, i nt npost i ): vei col o ( nr uot e, peso){ num_post i = npost i ;}

aut omobi l e: : ~aut omobi l e ( ){}

i nt aut omobi l e: : l eggi _num_post i ( ){ r et ur n num_post i ;}

richiesta di un costruttore specifico

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Overloading degli operatori...

�

è possibile definire il comportamento degli operatori standard del C per compiere operazioni specifiche su particolari oggetti

�

il comportamento di un operatore si definisce come un metodo, con nome dato dall’operatore stesso e preceduto dalla keyword operator

�

generalmente è richiesta la dichiarazione friend dell’operatore per poter maneggiare i dati interni

Slide 111



... overloading degli operatori (esempio)

cl ass compl ex{pr i vat e: i nt r eal ; i nt i mag;publ i c: . . . f r i end compl ex oper at or + ( compl ex, compl ex) ; . . .} ;

. . .

compl ex oper at or + ( compl ex a, compl ex b){ compl ex t emp; t emp. r eal = a. r eal + b. r eal ; t emp. i mag = a. i mag + b. i mag; r et ur n t emp;}

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