Объектно-ориентированное программирование

Структура дисциплины ООП
Лекции – Объектно-ориентированное программирование на С++ в среде разработки Qt Creator (Clang) или Visual Studio 2017 Community – 51 час.
Семинары: 34 часа – 16-17 занятий
Лабораторные работы: 34 часа – 10 работ
Домашние работы: 3 задания (2+3+2 = 7 задач)
Баллы:
1 модуль:
5 неделя – РК1 (Лаб. 4) Матрицы (с лекциями) – 6..10 баллов;
8 неделя – РК2 Динамические структуры данных – 15..25 баллов;
2 модуль:
13 неделя – РК3 Иерархии классов – 15..25 баллов;
15 неделя – ДЗ 3.2 Защита ДЗ – 6..10 баллов
Экзамен: - 18..30 баллов.

Проектно-технологическая практика
Три задания:
1. Pascal. Создание информационной системы – 6 неделя – 24..40
2. С++. Создание программной системы с элементарным интерфейсом –
12 неделя – 18..30
3. С++. Создание программной системы с Qt интерфейсом –
16 неделя – 18..30
Необходимо подготовить 2 экз. бланка задания и подписать самим и у преподавателя, затем один экз. отдать Ивановой Г.С.: 1-й экз. пойдет в отчет по практике, 2-й – останется у меня.
Контроль знаний – дифференцированный зачет по баллам:
60..70 – удовлетворительно;
71..84 – хорошо;
85..100 – отлично

Литература
Подбельский В.В. Стандартный Си++: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2008.
Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н. Объектно-ориентированное программирование. Учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 456 с.
Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Самарев Р.С. . C++. Часть 1. Средства процедурно-го программирования Microsoft Visual С++ 2008: Учебное пособие. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 126 с. – ЭУИ.
Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н. C++. Часть 2. Объектно-ориентированное программирование на языке С++ в среде Visual Studio 2008: Учебное пособие. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 161 с. – ЭУИ.
Иванова Г.С. . C++. Часть 3. Создание графических интерфейсов пользователя с использованием библиотеки Qt 4.7: Учебное пособие. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 52 с. – В электронном виде.
Шилдт Г. Полный справочник по С++, 4 изд. – М.: Изд. дом "Вильямс", 2009 (2015). – 800 с.
Уроки С++. URL: https://ravesli.com/uroki-cpp/ .
Шлее М. Qt 5.3. Профессиональное программирование на С++. СПб.: БХВ-Петербург, 2015. 928 с.
Дейтел Х., Дейтел П. Как программировать на С++.

История создания языка программирования С++
С++ - компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения (универсальный).
Первоначальное название - «С with Classes».
Основное достоинство – наличие большого количества специаль-ных средств и механизмов, упрощающих написание слож-ных системных программ.
Основной недостаток – незащищенный синтаксис, кото-рый часто не позволяет точно идентифицировать ошибку на этапе компиляции программы.
Си - 1972 Денис Ритчи
(1989 Стандарт ANSI,
1999 Новый стандарт)
С++ 1983 г.
(начало работы:1979-й год
автор: Бьерн Страуструп)
Standard С++ (1998)
BCPL (1967)
С++ (2003-2005)
С++ 11
C++ 14
C++ 17

МГТУ им. Н.Э. Баумана
Факультет Информатика и системы управления
Кафедра Компьютерные системы и сети
Лектор: д.т.н., проф.
Иванова Галина Сергеевна
Глава 1 Скалярные типы данных. Основные операторы С++

1.1 Алфавит языка. Структура программы
Алфавит языка С++ включает:
1) строчные и прописные латинские буквы: a, A, b, B и т.д.;
2) арабские цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;
3) шестнадцатеричные цифры: 0..9, а..f или A..F;
4) специальные символы: + - * / = ; { } и т. д.;
5) служебные слова: do, while, for, if, else и т. д.
В отличие от Паскаля С++, как и Си, различает строчные и прописные буквы.

В С++ все программы/подпрограммы называются функциями.
Функция main() – основная программа, всегда имеющая имя main, принимающая управление от операционной системы и возвращаю-щая его ей. Присутствие этой функции (функции WinMain() – для Windows или др. со словом main) является обязательным.
Команды препроцессора – команды, выполняемые перед компиля-цией программы, могут использоваться для подключения необхо-димых библиотек.
<Команды препроцессора>
[<Объявление типов, переменных и констант>]
[<Объявления (прототипы) функций>]
<Описание функции main()>
[<Описания других функций>]
Структура консольной программы
Консольная программа на С++ включает:
Используемая нотация:
<...> - некоторая конструкция С++;
[<...>] – присутствие конструкции в операторе не обязательно

Описание функции
Если функция возвращает скалярное значение, то первое слово описания содержит его тип. Если функция не возвращает значения, т.е. фактически является процедурой, то указывают тип void – «пустой» тип.
Независимо от наличия или отсутствия параметров скобки после имени функции должны быть указаны обязательно. При отсутствии параметров в скобках может быть указано void или ничего.
{...} – операторные скобки, ограничивающие тело функции – аналог begin... end Паскаля.
<Тип результата или void> <Имя функции> ([<Список параметров>])
{[ < Объявление локальных переменных и констант >]
<Операторы>
}

Сравнение программ, написанных на Pascal и С++
Free Pascal (базовая объектная модель):
Program primer;
Uses SysUtils;
Var A:integer=18;
B:integer=24;
C:integer;
Function Nod(A,B:integer):integer;
Begin
while A<>B do
if A>B then A:=A-B
else B:=B-A;
Nod:=A;
End;
Begin
C:=Nod(A,B);
Writeln('Nod=', C);
End.
Qt Creator (clang) C++ - Пример Ex1_01:
#include
using namespace std;
int nod(int a,int b)
{
while (a!=b)
if (a>b) a=a-b;
else b=b-a;
return a;
}
int main(int,char**)
{
int a=18,
b=24,
c;
c=nod(a,b);
cout << "nod=" << c << '\n';
return 0;
}
Команда
препроцессора
Объявление
переменных
Основная
функция main()
Описание
функции
Подключение адресного пространства

1.2 Фундаментальные типы данных
Для совместимости с Си по-прежнему считается: 0 – false; не 0 – true.

2. Вещественные типы
3. Неопределенный («пустой») тип void
Нельзя объявлять значения типа void, этот тип используется только при объявлении:
нетипизированных указателей;
функций, не возвращающих значений (процедур).

1.3 Объявление переменных и констант
Формат:
[<Изменчивость>] <Тип><Список идентификаторов>[=<Значение>];
где <Изменчивость> – описатель возможности изменения значений:
const – константа – неизменяемое значение,
volatile – независимо меняющаяся переменная,
без указания изменчивости – обычная переменная
<Тип> – описатель типа: int, char, float, double и т.д.;
<Список идентификаторов> – список имен переменных или констант;
<Значение> – начальное значение переменной или значение
константы.
Примеры:
а) int a, b; // две целые переменные
б) float c=1.05,d(3.5),e{1.1}; // инициализированные перем.
в) const unsigned char letter='a'; // константа – код буквы «a»
г) int const a=15; // целая константа 15
д) const int a(1); // целая константа 1

Перечисляемый тип (Cи)
Используется для объявления совокупности поименованных констант.
Формат:
enum [class <имя>] {<Ид>[=<Целое>] [,<Ид>[<>]…]}
[<Список переменных>];
Примеры:
enum class Options {None, One, All};
Options o = Options::All;
enum {SUN, MON, TUES, FRI=5, SAT} day;
Задание типа позволяет ограничить область видимости перечисленных значений (С++ 11).
Имя
переменной
SUN =0, MON = 1, TUES = 2, FRI=5, SAT=6

Объявление типа
Появилось только в С++.
Формат:
typedef <Описание типа> <Имя объявляемого типа>;
Примеры:
1) typedef unsigned int word;
2) typedef enum {false, true} boolean;
Имя
нового типа
Имя
нового типа

1.4 Простейший ввод/вывод
1.4.1. Ввод-вывод с помощью функций Си
1 Форматный ввод /вывод
Ввод:
int scanf(<Форматная строка>, <Список адресов переменных>);
// возвращает количество значений или EOF(-1)
(VS)int scanf_s(<Форматная строка>, <Список адресов переменных c указанием размера буфера для символов и строк>);
Вывод:
int printf(<Форматная строка>, <Список выражений>);
где <Форматная строка> - строка, которая помимо символов содержит спецификации формата для выводимых значений вида:
%[-] [<Целое 1>].[<Целое 2>] [h/l/L]<Формат>
«-» - выравнивание по левой границе,
<Целое 1> - ширина поля вывода;
<Целое 2> - количество цифр дробной части вещественного числа;
h/l/L - модификаторы формата;
<Формат> - определяется специальной литерой.

Спецификации формата
d,i - целое десятичное число (int);
u - целое десятичное число без знака (unsigned int);
o - целое число в восьмеричной системе счисления;
x,X - целое число в шестнадцатеричной системе счисления, % 4x - без гашения незначащих нулей, X – буквы верхнего регистра;
f - вещественное число float в форме с фиксированной точкой;
e,E - вещественное число float в форме с плавающей точкой;
g,G - вещественное число float в одной из указанных выше форм;
c - символ;
p - указатель (адрес) в шестнадцатеричном виде;
s - символьная строка.
Кроме этого, форматная строка может содержать:
\n - переход на следующую строку;
\n hhh - вставка символа с кодом ANSI hhh (код задается в шестнадцатеричной системе счисления);
%% - печать знака %.

Примеры форматного ввода/вывода
а) int i=26;
printf ("%-6d∪∪∪%%∪ %o∪ %X\n", i, i, i);
б) scanf("%d %d",&a,&b);
Вводимые значения: 1) 24 28 2) 24↵
28
в) scanf("%d,%d",&a,&b);
Вводимые значения: 24,28
г) scanf("%s",name);
Вводимые значения: Иванов Иван
Результат ввода: name="Иванов"
д) int i; char ch, name[20];
scanf_s("%d %s %c",&i,name,20,&ch,1);
26∪∪∪∪∪∪∪%∪32∪1A ↵
В параметрах функции указаны размеры буферов
Ввод строки до пробела

Модификаторы формата
Модификаторы употребляются с некоторыми форматами для указания типов переменных, отсутствовавших в первых версиях С++
Модификатор Спецификатор Тип
формата переменной
h i d u o x X short
l i d u o x X long
l e E f g G double
L e E f g G long double
Примеры:
short s1; long L1; double d1;
printf("input short>"); scanf("%hd", &s1);
printf("input long >"); scanf("%ld", &L1);
printf("input double>"); scanf("%lf", &d1);

Ограничение набора вводимых символов при вводе строк
%[<Множество символов>] - можно вводить только указанные символы, при вводе другого символа ввод завершается
%[^<Множество символов>] – можно вводить все символы, кроме указанных
Примеры:
%[A-Z] - все заглавные английские буквы;
%[0-9A-Za-z] - все десятичные цифры и все буквы английского алфавита;
%[A-FT-Z] - все заглавные буквы от A до F и от T до Z;
%[-+*/] - четыре арифметических операции;
%[z-a] - символы 'z', '-' (минус) и 'a';
%[+0-9-A-Z] - символы '+', '- 'и диапазоны 0-9 и A-Z;
%[+0-9A-Z-] - то же самое;
%[^-0-9+A-Z] - все символы, кроме указанных.
scanf_s("%[A-Z]",st,20); //ввод до другого символа
если ввести ABCD20, то st="ABCD"

2 Ввод/вывод строк
Ввод:
char* gets(<Строковая переменная>);
// возвращает копию строки или NULL
(VS)char* gets_s(<Строковая переменная>,<Размер буфера>);
Вывод:
int puts(<Строковая константа или переменная>);
Примеры:
а) puts("Это строка");
Результат: Это строка↵
б) char st[21];
gets(st);
Вводимые значения: Иванов Иван↵
Результат: st ="Иванов Иван"
в) char st[21];
gets_s(st,20); // один байт для хранения '\0'
Ввод строки до маркера "конец строки"

3 Ввод/вывод символов
Ввод символа:
int getchar(); // возвращает символ или EOF
Вывод символа:
int putchar(<Символьная переменная или константа>);
Примеры:
а) ch=getchar( );
б) putchar('t');

1.4.2 Ввод-вывод с использованием библиотеки классов С++
Операции ввода-вывода с консолью могут осуществляться с использованием специальной библиотеки классов С++.
Для осуществления операций ввода-вывода с консолью необходимо подключить библиотеку iostream, содержащую описание этих классов, и разрешить программе использовать стандартное адресное пространства std, в котором работают все старые библиотеки С++:
//include
using namespace std;

Вывод на экран
Операция вывода на экран компьютера предполагает вставку данных в стандартный поток вывода.
cоut >> <Имя скалярной переменной, строки или константы
значений или строк>;
С помощью операции вставки в поток можно выводить данные следующих типов: int, short, long, double, char, bool, char * (строки Си) и т.п.
Стандартный поток вывода на экран
Операция вставки в поток

Примеры вывода на экран
1) вывод строковых констант, чисел и логических значений: int a=3; float b=5.34; bool c=true;
cout<< "Results: a=" << a << " b=" << b <<
" c=" << c << "." << '\n';
2)вывод в две строки:
cout<< "Results: a=" << a << " b=" << b <<'\n'<<
" c=" << c << "." << '\n';
Results: a=3 b=5.34 c=1.↵
Results: a=3 b=5.34↵ c=1.↵
переход на следующую строку, можно также использовать endl

Управление выводом. Манипуляторы
Манипуляторы – специальные методы классов ввода-вывода, предназначенные для управления операциями ввода-вывода. Они непосредственно "вставляются" в поток.
Манипуляторы бывают с параметрами и без. Для использования манипуляторов с параметрами необходимо подключить библиотеку iomanip:
#include
setw(int n)- устанавливает ширину поля печати n;
setprecision(int n) - устанавливает размер дробной части
числа n (вместе с точкой);
int a=3; double b=-5.543;
cout << setw(8) << a << endl;
cout << setw(8) << setprecision(2) << b << endl;
3↵
-5.5↵

Ввод с клавиатуры
Операция ввода с клавиатуры программируется как операция извлечения из потока.
cin >> <имя скалярной переменной или строки>;
Можно вводить целые и вещественные числа, символы, строки, булевские значения: int, long, double, char, char *(строки) и т.д.
Значения (кроме символов) следует разделять пробелами и/или маркерами перехода на следующую строку. Символы при вводе не разделяются.
Стандартный поток ввода с клавиатуры
Операция извлечения из потока

Примеры ввода с клавиатуры
1) ввод чисел:
int a; float b; bool c;
cout << "Enter a, b, c: ";
cin >> a >> b >> c;
2) ввод символов:
char ch1,ch2;
cout<< "Enter ch1, ch2: ";
cin >> ch1 >> ch2;
3) пропуск Enter перед вводом символов и строк:
cin >> n;
cin.ignore(2,'\n');
Enter a, b, c: 3 5.1 true↵
Enter a, b, c: ↵
3↵
5.1↵
true↵
Enter ch1, ch2: ab↵
Enter n: 4↵

1.5 Операции
Арифметические:
+ – сложение;
- – вычитание;
* – умножение;
/ – деление – результат – вещественное, если хотя бы одно из
чисел – вещественное, результат – целое, если
делимое и делитель – целые,
% - остаток от деления целых чисел.
Логические: ! (не), && (и), || (или).
Логические поразрядные:
- (не), & (и), | (или), ^ (исключающее или).
Отношения:
<, >, <=, >=, = = (равно), ! = (неравно).

Операции (2)
Сдвиги:
<идентификатор> >> <идентификатор> - сдвиг вправо,
<идентификатор> << <идентификатор> - сдвиг влево.
Порядковые:
++<идентификатор>, <идентификатор>++ (следующее);
- -<идентификатор>, <идентификатор> - - (предыдущее).
Присваивания:
= += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>=
Условная:
<Выражение1>?<Выражение2>:<Выражение3>

Приоритет операций
1. ( ) [ ] -> :: .
2. ! (не) + - ++ -- &(адрес) *(указатель) sizeof new delete
3. .* ->*
4. * / %
5. + - (бинарные)
6. << >>
7. < <= > >=
8. = = ! =
9. &(поразрядное и)
10. ^(исключающее или)
11. | (поразрядное или)
12. &&
13. ||
14. ?:
15. = *= /= %= += -= &= ^= |= <<= >>=
16. ,

1.6 Выражение
Формат составного выражения:
<Выражение1>[,<Выражение2>,...[,<Выражение n>]...]
Примеры:
a) int a=10, b=3; float ret; ret=a/b;
б) c=1; b=c++;
в) c=1; sum=++c;
г) c = a << 4;
д) a+=b;
е) a=b=5;
ж) с=(a=5, b=a*a);
з) a=(b=s/k)+n;
и) c=(a>b)?a:b;
ret=3
b=1, c=2
c=2, sum=2
эквивалентно с=a*16;
эквивалентно a=a+b;
эквивалентно b=5; a=b;
эквивалентно a=5; b=a*a; c=b;
эквивалентно b=s/k; a=b+n;
если a>b, то с=a, иначе с=b

1.7 Блок операторов
Блок операторов используется в конструкциях ветвления, выбора и циклов, предусматривающих один оператор.
Формат:
{ <Оператор>;… <Оператор>;}
Пример:
{
f = a + b;
a += 10;
}
Точка с запятой в отличие от Паскаля является частью оператора, а потому не может опускаться перед фигурной скобкой.

if (<Выражение>) <Оператор;> [ else <Оператор;>]
Примеры:
а) if (!b)
cout<<"с - не определено"<
else {c=a/b; cout<<"c="<
б) if ((c=a+b)!=5) c+=b;
else c=a;
в) if ((cin>>ch, ch==′q′) // если в ch введено q,
cout<<"Программа завершена. "<< endl; // то ...
else cout<<"Продолжаем работу... "<< endl; // иначе ...
г) ch=′a′;
if ((oldch=ch, ch=′b′)==′a′)cout<<"Это символ ′a′\n";
else cout<<"Это символ ′b′\n";
1.8 Оператор условной передачи управления

1.9 Оператор выбора
switch (<выражение>)
{ case <элемент>: <операторы;>
case <элемент>: <операторы;>
. . .
[ default : <операторы;>]
}
Пример:
switch (n_day)
{ case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5: cout << "Go work!" << endl; break;
case 6: cout << "Clean the yard and";
case 7: cout << "relax!" << endl;
}

1.10 Операторы циклов
1. Оператор цикла while
while (<Выражение>) <Оператор>
Пример Ex1_02. Вычислить при x > 1 сумму ряда S=1+1/x-1/x2+1/x3-... с точностью ξ.
#include
#include
int main(int, char**)
{
double s, r, x, eps;
puts("Input x, eps:");
scanf("%lf %lf", &x, &eps);
if (x <= 1) puts("Error.");
else
{
s = 1; r = 1 / x;
while (fabs(r) > eps) {s += r; r = -r / x;}
printf("Result= %lf.\n", s);
}
return 0;
}

2. Оператор цикла for
for (<Выражение1>;<Выражение2>;<Выражение3>)<Оператор>;
Эквивалентно:
<Выражение1>
while (<Выражение2>)
{<Оператор>;
<Выражение3>;
}
Пример Ex1_03. Вычислить сумму первых десяти натуральных чисел.
#include
using namespace std;
int main()
{ int i,s;
for (i=1,s=0;i<=10;i++) s+=i;
cout << "Sum=" << s << endl;
return 0;
}

3. Оператор цикла do ... while
do <Оператор > while (<Выражение>) ;
Пример. Игнорировать ввод значения, выходящего за пределы заданного интервала.
do {
cout<<"Enter a in ["<
cin >> a;
}
while (a
high);

1.11 Неструктурные операторы передачи управления
1. Оператор безусловного перехода goto
goto <Метка перехода>;
Пример:
again: x=y+a;
...
goto again;

2. Оператор досрочного завершения break
break;
Пример Ex1_04. Суммирование до 10 чисел вводи-мой последовательности. При вводе отрицатель-ного числа работа программы завершается.
#include
using namespace std;
int main()
{ int s=0,k;
cout<<"Input up to 10 numbers."<
for (int i=1; i<11; i++)
{
cin >> k;
if (k < 0) break;
s+=k;
}
cout << "Result =" << s << endl;
return 0;
}
break

3. Оператор продолжения continue
continue;
Пример Ex1_05. Программа суммирует 10
целых положительных чисел.
#include
using namespace std;
int main()
{ int s=0,i=1,k;
cout <<"Enter 10 numbers." << endl;
while(i<11)
{ cin >> k;
if (k<0){ cout<<"Error."<
continue;
}
s+=k; i++;
}
cout << "Result =" << s << endl;
return 0;
}
continue