Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

§ 46. Что такое ООП?
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Зачем нужно что-то новое?
программы из миллионов строк
тысячи переменных и массивов
Э. Дейкстра: «Человечество еще в древности придумало способ управления сложными системами: «разделяй и властвуй»».
Структурное программирование:
декомпозиция по задачам
человек мыслит иначе, объектами

Как мы воспринимаем объекты?
существенные свойства
Абстракция – это выделение существенных свойств объекта, отличающих его от других объектов.

Использование объектов
Программа – множество объектов (моделей), каждый из которых обладает своими свойствами и поведением, но его внутреннее устройство скрыто от других объектов.
декомпозиция по объектам

§ 47. Объекты и классы
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

С чего начать?
Объектно-ориентированный анализ (ООА):
выделить объекты
определить их существенные свойства
описать поведение (команды, которые они могут выполнять)
Объектом можно назвать то, что имеет чёткие границы и обладает состоянием и поведением.
Состояние определяет поведение:
лежачий человек не прыгнет
незаряженное ружье не выстрелит
Класс – это множество объектов, имеющих общую структуру и общее поведение.

Модель дороги с автомобилями
Объект «Дорога»:
методы (поведение)
свойства
(состояние)
название класса

Модель дороги с автомобилями
Объект «Машина»:
свойства: координаты и скорость
все машины одинаковы
скорость постоянна
на каждой полосе – одна машина
если машина выходит за правую границу дороги, вместо нее слева появляется новая машина
Метод – это процедура или функция, принадлежащая классу объектов.

Модель дороги с автомобилями
Взаимодействие объектов:
узнать длину
свойства объектов
методы: операции, которые они могут выполнять
связи (обмен данными) между объектами
Схема определяет

§ 48. Создание объектов в программе
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Классы
программа – множество взаимодействующих объектов
любой объект – экземпляр какого-то класса
класс – описание группы объектов с общей структурой и поведением
Класс
Данные
Методы
отличие от структур!
состояние
поведение
Поле – это переменная, принадлежащая объекту.

Класс «Дорога»
class TRoad
{
float Length;
int Width;
};
Объявление класса:
Объявление переменной (создание объекта):
TRoad road;
road.Length = 60;
road.Width = 3;
Попытка изменить данные:
private
ошибка

Класс «Дорога»
class TRoad
{
public:
float Length;
int Width;
};
Объявление класса:
main()
{
TRoad road;
road.Length = 60; // работает!
road.Width = 3; // работает!
}
Основная программа:
public:

Класс «Дорога»
Конструктор – это метод класса, который вызывается для создания объекта этого класса.
TRoad road;
вызов конструктора
road.Length = ???
road.Width = ???
«мусор»

Новый конструктор
class TRoad
{
public:
float Length;
int Width;
TRoad(); // объявление конструктора
};
Класс:
TRoad();
TRoad::TRoad()
{
Length = 0;
Width = 0;
}
Конструктор:
TRoad::aaa()
{
...
}
метод aaa класса TRoad

Конструктор с параметрами
class TRoad
{
public:
...
TRoad ( float length0, int width0 );
};
TRoad::TRoad ( float length0, int width0 )
{
Length = length0;
Width = width0;
}
Конструктор:
Вызов:
TRoad road ( 60, 3 );

Защита от неверных данных
TRoad::TRoad ( float length0, int width0 )
{
if ( length0 > 0 )
Length = length0;
else Length = 1;
if ( width0 > 0 )
Width = width0;
else Width = 1;
}

Значения параметров по умолчанию
class TRoad
{
public:
...
TRoad ( float length0, int width0 = 3 );
};
Вызов:
TRoad road ( 60 );
= 3
значение по умолчанию
последние в списке параметров
width = 3

Класс «Машина»
class TCar
{
public:
float X, V;
int P; TRoad *Road;
void move();
TCar (); // конструктор без параметров
TCar ( TRoad *road0, int p0, float v0 );
};
дорога, по которой едет
координата, скорость
полоса

Конструкторы класса «Машина»
TCar::TCar ()
{
Road = NULL;
P = 0; V = 0; X = 0;
}
защита от ошибок – самостоятельно
TCar::TCar ( TRoad *road0, int p0,
float v0 )
{
Road = road0;
P = p0; V = v0; X = 0;
}

Класс «Машина»: метод move
void TCar::move()
{
X = X + V;
if ( X > Road->Length ) X = 0;
}
Равномерное движение:
перемещение за одну единицу времени
выезжает с другой стороны
обращение через указатель

Основная программа
const int N = 3;
TCar cars[N];
int i;
for ( i = 0; i < N; i++ )
{
cars[i].Road = &road;
cars[i].P = i + 1;
cars[i].V = 2.0*(i + 1);
}
do {
for ( i = 0; i < N; i++ )
cars[i].move();
}
while ( !kbhit() );
пока не нажата (любая) клавиша
#include

Использование указателей
const int N = 3;
TCar *cars[N];
for ( i = 0; i < N; i ++ )
cars[i] = new TCar ( &road, i+1,
2.0*(i+1) );
for ( i = 0; i < N; i ++ )
cars[i]->move();
массив указателей
создание объектов

Что в этом хорошего и плохого?
основная программа – простая и понятная
классы могут разрабатывать разные программисты независимо друг от друга (+интерфейс!)
повторное использование классов
неэффективно для небольших задач
ООП – это метод разработки больших программ!

Задание
«A»: Построить класс Попугай (TParrot), который умеет говорить какую-то фразу, заранее определённую при описании класса.
Пример:
TParrot p;
p.say(); Привет, друзья!
«B»: Изменить класс из задания A так, чтобы фраза задавалась при создании конкретного экземпляра.
Пример:
TParrot p1( "Гав!" );
TParrot p2( "Мяу!" );
p1.say(); Гав!
p2.say(); Мяу!

Задание
«С»: Изменить класс из задания B так, чтобы фразу можно было изменять во время работы программы.
Пример:
TParrot p( "Гав!" );
p.say(); Гав!
p.newText( "Мяу!" );
p.say(); Мяу!
«D»: Изменить класс из задания C так, чтобы при вызове метода say можно было задать число повторений.
Пример:
TParrot p( "Гав!" );
p.say(); Гав!
p.newText( "Мяу!" );
p.say( 3 ); Мяу! Мяу! Мяу!

Задание
«E»: Изменить класс из задания D так, чтобы можно было добавлять фразы в набор фраз, которые знает попугай. При вызове метода say попугай выдаёт случайную фразу из своего набора.
Пример:
TParrot p( "Гав!" );
p.say(); Гав!
p.learn( "Мяу!" );
p.say(); Гав!
p.say(3); Мяу! Мяу! Мяу!

§ 49. Скрытие внутреннего устройства
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Зачем скрывать внутреннее устройство?
Объектная модель задачи:
интерфейсы
защита внутренних данных
проверка входных данных на корректность
изменение устройства с сохранением интерфейса
Инкапсуляция («помещение в капсулу») – скрытие внутреннего устройства объектов.

Защита внутренних данных
метод есть
+ энергия
+ настроение
- голод
метод спать
+ энергия
+ голод
метод играть
- энергия
+ настроение
+ голод
состояние
методы

class TPen
{
private:
string FColor;
public:
string getColor ();
void setColor ( string newColor );
};
Пример: класс «перо»
class TPen
{
private:
string FColor; // цвет, "FF00FF"
};
R
G
B
Field – поле
string getColor ();
void setColor ( string newColor );
методы доступа

Пример: класс «перо»
Получить значение:
string TPen::getColor ()
{
return FColor;
}
Записать значение:
void TPen::setColor ( string newColor )
{
if ( newColor.length()!= 6 )
FColor = "000000";
else FColor = newColor;
}
если ошибка, чёрный цвет

Пример: класс «перо»
Использование:
TPen pen;
pen.setColor ( "FFFF00" );
cout << "цвет пера: " << pen.getColor();
установить цвет
прочитать цвет
pen.color = "FFFF00";
cout << pen.color;
нельзя в C++

Изменение внутреннего устройства
class TPen
{
private:
int FColor;
public:
string getColor(); void setColor( string newColor );
};
Удобнее хранить цвет в виде числа:
string getColor();
void setColor( string newColor );
int
изменилось внутреннее устройство

Преобразования int → hex
#include
Использование потока (байтов):
записываем в поток число в шестнадцатеричной системе
читаем строку
подключить строковые потоки
stringstream s;
s << hex << FColor;
"0000FF"
правильно так!
16711935
"FF00FF"

string TPen::getColor()
{
stringstream s;
s << setfill('0')
<< setw(6)
<< hex << FColor;
return s.str();
}
Преобразования hex ↔ int
#include
#include
подключить манипуляторы
заполнять не пробелами, а нулями
вывести 6 знаков
прочитать строку string из потока

Преобразования hex → int
void TPen::setColor ( string newColor )
{
stringstream s;
if ( newColor.length()!= 6 )
FColor = 0; // чёрный цвет
else {
s << newColor;
s >> hex >> FColor;
}
}
Использование потока:
16711935
"FF00FF"
записываем в поток строку
читаем число в шестнадцатеричной системе
записываем строку
читаем число

Свойства в C#
Свойство – это способ доступа к внутреннему состоянию объекта, имитирующий обращение к его внутренней переменной.
Доступ с помощью методов:
TPen pen;
pen.setColor ( "FFFF00" );
cout << "цвет пера: " << pen.getColor();
Доступ с помощью свойства color:
TPen pen;
pen.color = "FFFF00";
cout << "цвет пера: " << pen.color;
вызов pen.setColor
вызов pen.getColor

Свойства в C#
class TPen
{
private string FColor;
public string color
{ get { return FColor; }
set { FColor = value; }
}
}
метод чтения
метод записи
закрытое поле
открытое свойство
Использование:
TPen pen;
pen.color = "FFFF00";
string s = pen.color;

Свойства в C#
Защита от неверного ввода данных:
public string color
{
get { return FColor; }
set
{
if ( value.Length != 6 )
FColor = "000000";
else FColor = value;
}
}
переданное значение

Свойства в C#
Изменение внутреннего устройства:
class TPen
{
private int FColor;
public string color {
get {
return FColor.ToString ( "X6" );
}
set {
FColor = Convert.ToInt32(value, 16);
}
}
}
в строку
шестнадцатеричныйформат, 6 знаков
в целое
из шестнадцатеричной записи
переданное значение

Свойство «только для чтения»
class TCar {
private:
double Fv;
public:
double getV() { return Fv; }
};
нет метода записи
Скорость машины можно только читать:
class TCar {
private double Fv;
public double V {
get { return Fv; }
}
};
Свойство на C#:

Скрытие внутреннего устройства
Инкапсуляция («помещение в капсулу»)
интерфейс (public)
внутреннее устройство (private)

Задание
«A»: Построить класс РядЛампочек (TLampRow), который хранит состояние ряда из 8 лампочек в виде символьной строки. Цифра 0 обозначает выключенную лампочку, цифра 1 – включенную.
Методы getState и setState скрывают внутреннюю переменную state, которая хранит состояние лампочек. При записи нового значения проверяется, что длина строки состояния равна 8, иначе записываются все нули.
Метод show выводит на экран состояние лампочек, обозначая выключенную лампочку как минус, а включённую – как «*».
Пример:
TLampRow lamps;
lamps.show(); --------
lamps.setState( "10101010" );
cout << lamps.getState() << endl; 10101010
lamps.show(); *-*-*-*-

Задание
«B»: Дополните класс TLampRow из задания A так, чтобы количество лампочек в цепочке можно было задавать в конструкторе.
Пример:
TLampRow lamps( 6 );
lamps.show(); ------
lamps.setState( "101010" );
cout << lamps.getState() << endl; 101010 lamps.show(); *-*-*-
lamps.setState( "10101010" ); ошибка
cout << lamps.getState() << endl; 000000 lamps.show(); ------

Задание
«С»: Дополните класс TLampRow из задания B так, чтобы лампочки могли гореть одним из двух цветов – красный цвет имеет код 1 и обозначается при выводе как «*», а зелёный цвет имеет код 2 и обозначается как «о».
Пример:
TLampRow lamps( 6 );
lamps.show(); ------
lamps.setState( "102102" );
cout << lamps.getState() << endl; 102102 lamps.show(); *-o*-o
lamps.setState( "10201010" ); ошибка
cout << lamps.getState() << endl; 000000 lamps.show(); ------

Задание
«D»: Дополните класс TLampRow из задания C так, чтобы код состояния хранился как целое число. При этом интерфейс (способ чтения и записи свойства state) не должен измениться.
Пример:
TLampRow lamps( 6 );
lamps.show(); ------
lamps.setState( "102102" );
cout << lamps.getState() << endl; 102102 lamps.show(); *-o*-o*
lamps.setState( "10201010" ); ошибка
cout << lamps.getState() << endl; 000000 lamps.show(); ------

§ 50. Иерархия классов
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Классификации
Классификация – разделение изучаемых объектов на группы (классы), объединенные общими признаками.
Яблоко
Груша
Банан
Апельсин
базовый класс
Фрукт
классы-наследники
это фрукт,
у которого…

Что такое наследование?
класс Двудольные
семейство Бобовые
род Клевер
горный клевер
наследует свойства (имеет все свойства)
Класс Б является наследником класса А, если можно сказать, что Б – это разновидность А.
яблоко – это фрукт
машина – двигатель
яблоко – фрукт
горный клевер – клевер
горный клевер – это растение рода Клевер
машина содержит двигатель (часть – целое)

Иерархия логических элементов
Логический элемент
с одним входом
с двумя входами
НЕ
Объектно-ориентированное программирование – это такой подход к программированию, при котором программа представляет собой множество взаимодействующих объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

Базовый класс
class TLogElement
{
public:
bool In1, In2, Res;
void calc();
};
можно моделировать элементы с памятью (триггеры)
вычислить выход

Базовый класс
class TLogElement
{
private:
bool FIn1, Fin2, FRes;
void calc();
public: bool getIn1() { return FIn1; }
void setIn1 ( bool newIn1 );
bool getIn2() { return Fin2; }
void setIn2 ( bool newIn2 );
bool getRes() { return FRes; }
};
только для чтения

Установка входа
void TLogElement::setIn1(bool newIn1)
{
FIn1 = newIn1;
calc();
}
пересчёт при изменении входа
void TLogElement::calc()
{
}
заглушка

Что такое полиморфизм?
греч.: πολυ — много, μορφη — форма
Полиморфизм – это возможность классов-наследников по-разному реализовать метод, описанный для класса-предка.
class TLogElement
{
...
protected:
void calc();
};
защищённые элементы: доступны только наследникам

Базовый класс
class TLogElement
{
private:
bool FIn1, Fin2;
protected:
bool FRes;
virtual void calc()= 0;
bool getIn2() { return Fin2; }
void setIn2 ( bool newIn2 );
public:
bool getIn1() { return FIn1; }
void setIn1 ( bool newIn1 );
bool getRes() { return FRes; }
};
наследники будут изменять поле
virtual
= 0;

Базовый класс
class TLogElement
{
protected:
bool FRes;
virtual void calc()= 0; bool getIn2() { return Fin2; }
void setIn2 ( bool newIn2 );
...
};
наследники будут изменять поле
virtual
= 0;
для элементов с одним входом не нужно!
virtual (виртуальный) – этот метод могут переопределять классы-наследники
= 0 (абстрактный метод) – этот метод базовый класс не будет реализовывать (оставляет наследникам)

Абстрактный класс
Абстрактный метод – это метод класса, который объявляется, но не реализуется в классе.
Абстрактный класс – это класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод.
все логические элементы должны иметь метод calc
метод calc невозможно написать, пока неизвестен тип логического элемента
нет логического элемента «вообще», как не «фрукта вообще», есть конкретные виды
TLogElement – абстрактный класс из-за метода calc

Элемент «НЕ»
class TNot: public TLogElement
{
protected:
void calc();
};
void TNot::calc()
{ FRes =!getIn1();
}
наследник от TLogElement
переопределяет метод базового класса

Элемент «НЕ»
TNot n;
n.setIn1 ( false );
cout << n.getRes();
Использование:
создание объекта
установка входа
вывод результата

Элементы с двумя входами
class TLog2In: public TLogElement
{
public:
TLogElement::setIn2;
TLogElement::getIn2;
};
наследник от TLogElement
повысить «видимость» (protected → public)
нельзя, он абстрактный
сохранить права доступа

Элементы с двумя входами
class TAnd: public TLog2In
{
protected:
void calc();
};
class TOr: public TLog2In
{
protected:
void calc();
};
элемент «И»
элемент «ИЛИ»

Элементы с двумя входами
void TAnd::calc()
{
FRes = getIn1() && getIn2();
}
void TAnd::calc()
{ FRes = getIn1() || getIn2();
}
элемент «И»
элемент «ИЛИ»
доступ к защищённому полю (protected)

Вызов виртуального метода
void TLogElement::setIn1( bool newIn1 )
{
FIn1 = newIn1;
calc();
}
В базовом классе:
class TLogElement
{
protected:
virtual void calc()= 0;
...
};
virtual

Виртуальный метод
Виртуальный метод – это метод базового класса, который могут переопределить классы-наследники так, что конкретный адрес вызываемого метода определяется только при выполнении программы.
Статическое связывание:
транслятор записывает в код адрес процедуры
Динамическое связывание:
адрес процедуры определяется во время выполнения программы в зависимости от типа объекта

Пример: элемент «И-НЕ»
main()
{
TNot elNot;
TAnd elAnd;
int A, B;
cout << " A B !(A&B)" << endl;
cout << "-------------" << endl;
for ( A = 0; A <= 1; A++ ) {
elAnd.setIn1 ( A );
for ( B = 0; B <= 1; B++ ) {
elAnd.setIn2 ( B );
elNot.setIn1 ( elAnd.getRes() );
cout << " " << A << " " << B
<< " " << elNot.getRes() << endl;
}
}
}

Модульность
class TLogElement
{ … }
class TLog2In: public TLogElement
{ … }
class TNot: public TLogElement
{ … }
class TAnd: public TLog2In
{ … }
class TOr: public TLog2In
{ … }
Идея: выделить классы в отдельный модуль.
Интерфейс (log_elem.h):

Модульность
void TLogElement::setIn1 ( bool newIn1 )
{ ... }
void TLogElement::setIn2 ( bool newIn1 )
{ ... }
void TNot::calc()
{ ... }
void TAnd::calc()
{ ... }
void TOr::calc()
{ ... }
#include
Модуль (log_elem.cpp):
реализация методов классов
В основную программу:
#include

Сообщения между объектами
class TLogElement
{
private:
TLogElement *FNextEl;
int FNextIn;
...
public: void Link ( TLogElement *nextElement,
int nextIn = 1 );
};
адрес следующего элемента в цепочке
номер входа следующего элемента

Сообщения между объектами
void TLogElement::Link(
TLogElement *nextElement,
int nextIn )
{
FNextEl = nextElement;
FNextIn = nextIn;
}
Установка связи:

Сообщения между объектами
void TLogElement::setIn1 ( bool newIn1 )
{
FIn1 = newIn1;
calc();
if ( FNextEl )
switch ( FNextIn ) {
case 1:
FNextEl->setIn1 ( getRes() );
case 2:
FNextEl->setIn2 ( getRes() );
}
}
После изменения выхода «дергаем» следующий элемент:
если следующий элемент установлен…
передать результат на нужный вход

Сообщения между объектами
TLogElement::TLogElement()
{
FNextEl = NULL;
}
Новый конструктор:

Сообщения между объектами
TNot elNot;
TAnd elAnd;
elAnd.Link ( &elNot );
...
for ( A = 0; A <= 1; A ++ ) {
elAnd.setIn1 ( A );
for ( B = 0; B <= 1; B++ ) {
elAnd.setIn2( B );
elNot.setIn1(elAnd.getRes());
...
}
}
Изменения в основной программе:
elAnd.Link ( &elNot );
установить связь
это уже не нужно!

Задание
«A»: Постройте класс TPet (домашнее животное) с двумя скрытыми полями: FName (имя) и FAge (возраст). Они должны быть доступны для чтения через свойства name и age и недоступны для записи. Метод gettingOlder увеличивает возраст на 1 год. Класс TPet – абстрактный, он имеет абстрактный метод say.
Постройте два класса-наследника – TCat (кошка) и TDog (собака).Они должны реализовать метод say.
Описания классов должны быть в отдельном модуле animals.cpp.
Пример: см. следующий слайд.

Задание
«A»:
Пример:
TPet *p, *pets[2];
p = new TDog("Шарик", 5);
p->gettingOlder();
cout << p->getName() << ": "
<< p->getAge() << " лет" << endl;
pets[0] = new TCat("Мурка", 3);
pets[1] = p;
for( auto p: pets )
p->say();
Шарик: 6 лет Мурка: Мяу!
Шарик: Гав!

Задание
«B»: Добавьте класс TMammal (млекопитающее) – наследник класса TPet и предок для классов TCat и TDog. Он должен иметь метод run (бежать), который выводит сообщение вида «Вася побежал».
Пример:
TPet *pets[2];
pets[0] = new TCat("Мурзик", 3);
pets[1] = new TDog("Шарик", 5);;
for( int i = 0; i < 2; i++ ) {
pets[i]->say();
auto pMammal = dynamic_cast
(pets[i]);
if( pMammal )
pMammal->run();
}
Мурзик: Мяу!
Мурзик побежал...
Шарик: Гав!
Шарик побежал...

Задание
«C»: Добавьте класс TReptilia (рептилии) – наследник класса TPet и предок для новых классов TTurtle (черепаха) и TSnake (змея). Он должен иметь метод crawl (ползти), который выводит сообщение вида «Вася пополз…».
Пример:
TPet *pets[4];
pets[0] = new TCat("Мурзик", 3);
pets[1] = new TTurtle("Зак", 32);
pets[2] = new TDog("Шарик", 5);
pets[3] = new TSnake("Чаки", 2);
for( int i = 0; i < 4; i++ ) {
pets[i]->say();
auto pMammal = dynamic_cast
(pets[i]);
if( pMammal )
pMammal->run();
auto pRept = dynamic_cast
(pets[i]);
if( pRept )
pRept->crawl();
}
Мурзик: Мяу!
Мурзик побежал...
Зак: ...
Зак пополз...
Шарик: Гав!
Шарик побежал...
Чаки: ш-ш-ш-ш...
Чаки пополз...

Задание
«A»: Собрать полную программу и построить таблицу истинности последовательного соединения элементов «ИЛИ» и «НЕ».
Пример:
A | B | not(A+B)
-------------------
0 | 0 | 1
0 | 1 | 0
1 | 0 | 0
1 | 1 | 0

Задание
«B»: Добавить в иерархию классов элементы «И-НЕ» (TNAnd) и «ИЛИ-НЕ» (TNOr), которые представляют собой последовательные соединения элементов «И» и «ИЛИ» с элементом «НЕ». Построить их таблицы истинности.
Пример:
A | B | A nand B
-------------------
0 | 0 | 1
0 | 1 | 1
1 | 0 | 1
1 | 1 | 0
A | B | A nor B
-------------------
0 | 0 | 1
0 | 1 | 0
1 | 0 | 0
1 | 1 | 0

Задание
«C»: Добавить в иерархию классов элемент «исключающее ИЛИ» (TXor) и «импликация» (TImp). Построить их таблицы истинности.
Пример:
A | B | A xor B
-------------------
0 | 0 | 0
0 | 1 | 1
1 | 0 | 1
1 | 1 | 0
A | B | A -> B
-------------------
0 | 0 | 1
0 | 1 | 1
1 | 0 | 0
1 | 1 | 1

Задание
«D»: Добавить в иерархию классов элемент «триггер» (TTrigger). Построить его таблицу истинности при начальных значениях выхода Q, равных 0 и 1.
Пример:
При Q = 0:
A | B | Q
-------------------
0 | 0 | 0
0 | 1 | 0
1 | 0 | 1
1 | 1 | 1
При Q = 1:
A | B | Q
-------------------
0 | 0 | 1
0 | 1 | 0
1 | 0 | 1
1 | 1 | 1

§ 51. Программы с графическим интерфейсом
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Интерфейс: объекты и сообщения
поле ввода
кнопка
флажок
переключатель
Все элементы окон – объекты, которые обмениваются данными, посылая друг другу сообщения.
Сообщение – это блок данных определённой структуры, который используется для обмена информацией между объектами.
адресат (кому) или широковещательное
числовой код (тип) сообщения
параметры (дополнительные данные)

Классические программы
основная программа

Программы, управляемые событиями
Событие – это переход какого-либо объекта из одного состояния в другое.
нажатие на клавишу
щелчок мышью
перемещение окна
поступление данных из сети
запрос к веб-серверу
завершение вычислений
…

Программы, управляемые событиями
основная
программа

Что такое RAD-среда?
RAD = Rapid Application Development — быстрая разработка приложений
создание формы
минимальный код
добавляется автоматически
расстановка элементов интерфейса с помощью мыши и настройка их свойств
создание обработчиков событий
написание алгоритмов обработки данных
Этапы разработки:
Форма – это шаблон, по которому строится окно программы или диалога
выполняются при возникновении событий

RAD-среды: Delphi
Язык: Object Pascal, позднее Delphi:
1995: Borland, сейчас: Embarcadero Technologies

RAD-среды: MS Visual Studio
Языки: Visual Basic, Visual C++, Visual C#, Visual F#
c 1995 по н.в.: Microsoft

RAD-среды: Lazarus
Языки: FreePascal, Delphi
свободное ПО:
lazarus.freepascal.org

§ 52. Программирование в RAD-средах
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Visual Studio Express (C#)
http://www.visualstudio.com/ru-ru/products/visual-studio-express-vs.aspx

Язык C#
С → С++ → C#
язык CIL
(байт-код)
Common Intermediate Language
виртуальная машина CLR
Common Language Runtime
объединение программ на разных языках
полностью ООП – для больших программ
большая библиотека функций и компонентов
требовательна к ресурсам
надёжно – только под Windows
Linux – проект Mono

Form1.resx
Проект – это набор файлов, из которых компилятор строит исполняемый файл программы.
проект (.csproj, CSharp Project) – описание (XML)
модули, из которых состоит программа (*.сs);
ресурсы (*.resx) – строки (перевод сообщений).
Проекты и решения
Program.cs
Form1.Designer.cs
Form1.cs
my.exe
основная программа
обработчики событий
ресурсы
описание формы
Решение = один или несколько проектов.

Простейший проект
Файл – Создать проект – Приложение Windows Forms
Свойства
Панель элементов
Редактор кода
Конструктор формы
Структура проекта

Модуль формы
F7 – перейти из конструктора к коду формы
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
namespace Project1
{
public partial class Form1: Form {
public Form1(){ InitializeComponent(); }
}
}
библиотеки
пространство имён
конструктор

Модуль формы
public partial class Form1: Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent(); }
}
открытый класс
частичное описание
наследник класса Form
начальные установки

Основная программа
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Windows.Forms;
namespace Project1
{
static class Program { static void Main() {
...
Application.Run ( new Form1() );
}
}
}
библиотеки
статический класс
создание формы
запуск цикла обработки сообщений

Свойства формы
Name – имя формы
Size.Width – ширина
Size.Height – высота
Text – текст в заголовке окна
BackColor – цвет фона
Font – шрифт надписей
MainForm

Обработчик событий
2×ЛКМ: создать обработчик
FormClosing: форма закрывается
События

Обработчик события
private void MainForm_FormClosing (
object sender,
FormClosingEventArgs e )
{
}
закрытый метод класса MainForm
название обработчика
общий предок всех объектов
кто послал сообщение
дополнительные данные о событии

private void MainForm_FormClosing (
object sender, FormClosingEventArgs e)
{
DialogResult res; res = MessageBox.Show (
"Вы действительно хотите выйти из программы?",
"Подтверждение",
MessageBoxButtons.YesNo, MessageBoxIcon.Question
);
if ( res == DialogResult.No )
e.Cancel = true;
}
тип: результат диалога
Диалог с вопросом
Метод MessageBox.Show:
нажали «Нет», отменить закрытие

Параметры MessageBox.Show
сообщение пользователю
заголовок окна
тип запроса MessageBoxIcon
Error ошибка
Warning предупреждение
Information информация
Question вопрос
набор (множество) кнопок MessageBoxButtons:
YesNo «Да», «Нет»
YesNoCancel «Да», «Нет», «Отмена»
OK «OK»
OKCancel «ОК», «Отмена»

§ 53. Использование компонентов
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Панель компонентов
Стандартные
Контейнеры
Диалоги

Просмотр рисунков
панель
Panel
выключатель
CheckBox
рисунок
PictureBox
кнопка
Button

Настройка формы
Файл – Создать проект – Приложение Windows Forms
Name → MainForm
Text → Просмотр рисунков

Верхняя панель
панель Panel
Dock = Top

Кнопка и выключатель
кнопка
Button
выключатель
CheckBox
Name = OpenBtn
Text = Открыть файл
Name = SizeCB
Text = По размерам окна

Компонент PictureBox
рисунок
PictureBox
Name = Image
Dock = Fill

Выбор файла
Name = OpenDlg
выбор рисунка
OpenFileDialog

Выбор файла
if ( OpenDlg.ShowDialog() == DialogResult.OK )
Img.Image = new Bitmap (OpenDlg.FileName);
если файл выбран
имя файла
2×ЛКМ

Масштабирование
2×ЛКМ
if ( SizeCB.Checked )
Img.SizeMode = PictureBoxSizeMode.Zoom;
else Img.SizeMode = PictureBoxSizeMode.Normal;

Ввод и вывод данных
для веб-страниц
метка rgbLabel
Label
панель rgbPanel
Panel
поле ввода rEdit
TextBox
поле ввода bEdit
TextBox
поле ввода gEdit
TextBox

Обновление компонентов вывода
выделить все три (+Shift)
2×ЛКМ

Обновление компонентов вывода
private void rEdit_TextChanged ( object sender, EventArgs e )
{ int r, g, b;
r = Int32.Parse ( rEdit.Text );
g = Int32.Parse ( gEdit.Text );
b = Int32.Parse ( bEdit.Text );
rgbPanel.BackColor =
Color.FromArgb ( r, g, b );
rgbLabel.Text = "#" + r.ToString("X2")
+ g.ToString("X2") + b.ToString("X2");
}
из строки в число
построить цвет
в шестнадцатеричную систему, 2 знака

Вызов при запуске
private void MainForm_Load (
object sender, EventArgs e )
{
rEdit_TextChanged ( rEdit, e );
}
private void MainForm_Load (
object sender, EventArgs e )
{
rEdit_TextChanged ( null, null );
}
пустой объект
вызывающий объект – rEdit (здесь – всё равно!)

Обработка ошибок

Обработка ошибок
try
{
// «опасные» команды
}
catch
{
// обработка ошибки
}
попытаться выполнить
если исключение (аварийная ситуация)

Обработка ошибок
try {
r = Int32.Parse ( rEdit.Text );
g = Int32.Parse ( gEdit.Text );
b = Int32.Parse ( bEdit.Text );
rgbPanel.BackColor =
Color.FromArgb ( r, g, b );
rgbLabel.Text = "#" + r.ToString("X2")
+ g.ToString("X2") + b.ToString("X2");
}
catch {
rgbLabel.Text = "?";
}
rgbLabel.Text = "?";
если ошибка, записать "?"

Блокирование неверных символов
private void rEdit_KeyPress (
object sender, KeyPressEventArgs e )
{ if ( ! ( Char.IsDigit(e.KeyChar) ||
e.KeyChar == (char) 8) )
e.Handled = true;
}
Backspace
выделить все три (+Shift)
обработка завершена
это цифра

Задание
«A»: Постройте программу, которая вычисляет площадь комнаты.
Требования:
размер окна нельзя менять
при попытке закрыть окно выдаётся запрос на
подтверждение
площадь пересчитывается сразу же, как только изменяются значения длины или ширины комнаты
если длина или ширина отрицательны или не числа, вместо площади выводится знак вопроса

Задание
«B»: Постройте программу, которая вычисляет площадь стен комнаты и определяет, сколько рулонов обоев нужно на оклейку всех стен. Количество рулонов – целое число. Остальные требования такие же, как в варианта «А».

Задание
«С»: Доработайте программу так, чтобы по щелчку по кнопке «Сохранить» все данные сохранялись в файле с расширением .dat (имя файла можно выбрать), а по щелчку по кнопке «Загрузить» данные загружались из файла (имя файла также выбирается).

§ 54. Совершенствование компонентов
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

Новый класс (модуль)
Задача: построить поле для ввода целых чисел, в котором
есть защита от ввода неверных символов
есть методы для чтения/записи целого числа
class IntTextBox: TextBox
{
}
Проект – Добавить класс
using System.Windows.Forms;
там объявлен TextBox

Обработчик KeyPress
class IntTextBox: TextBox
{
protected override void OnKeyPress (
KeyPressEventArgs e ) {
if ( !(Char.IsDigit(e.KeyChar) ||
e.KeyChar == (char)8) )
e.Handled = true;
base.OnKeyPress(e);
}
}
только для наследников
перекрыть метод базового класса
base.OnKeyPress(e);
вызвать метод базового класса

Свойство Value
class IntTextBox: TextBox
{
...
public int Value
{
set { Text = value.ToString(); }
get {
try { return Int32.Parse(Text); }
catch { return 0; }
}
}
}
общедоступное свойство
число в строку
из строки в число

Поле для ввода целых чисел
private void decEdit_TextChanged (
object sender, EventArgs e )
{
hexLabel.Text =
decEdit.Value.ToString ( "X" );
}
Использование:
метка hexLabel
Label
поле ввода decEdit
IntTextBox
свойство
в шестнадцатеричную

§ 55. Модель и представление
Объектно-ориентированное программирование. Языки C++ и C#

решение
Еще одна декомпозиция
Задача: повторное использование написанного ранее готового кода.
решение

решение
Модель и представление
Задача: хранить и использовать данные об изменении курса доллара.

Модель и представление
Задача: вычисление арифметического выражения:
целые числа
знаки арифметических действий + - * /
Модель:
символьная строка
алгоритм вычисления:
k = номер последней операции
n1 = значение левой части
n2 = значение правой части
результат = операция(n1, n2)
функция LastOp (глава 6)

Модель
k = номер последней операции
if ( k < 0 )
результат:= строка в число
else {
n1 = значение левой части
n2 = значение правой части
результат = операция(n1, n2)
}
Псевдокод:

Статический класс – набор функций
static class Calculator
{
static int Priority ( char op ) {
...
}
static int LastOp ( string s ) {
...
}
public static int Calc ( string s ) {
...
}
}
Проект – Добавить класс
приоритет операции
последняя операция
вычислить

Модель: приоритет операций
int Priority ( char op )
{
switch ( op )
{
case '+':
case '-': return 1;
case '*':
case '/': return 2;
}
return 100;
}

Модель: номер последней операции
int LastOp ( string s )
{
int i, minPrt, res;
minPrt = 50; // любое между 2 и 100
res = -1;
for ( i = 0; i < s.Length; i++ )
if ( Priority(s[i]) <= minPrt )
{
minPrt = Priority(s[i]);
res = i;
}
return res;
}
<=
вернёт номер символа

Модель: вычисления
public static int Calc(string s)
{
int k, n1, n2, res = 0;
k = LastOp ( s );
if ( k < 0 ) return Int32.Parse(s);
n1 = Calc( s.Substring(0, k) ); // левая
n2 = Calc( s.Substring(k+1) ); // правая
switch ( s[k] ) {
case '+': res = n1 + n2; break;
case '-': res = n1 - n2; break;
case '*': res = n1 * n2; break;
case '/': res = n1 / n2; break;
}
return res;
}

Представление
многострочное поле TextBox
выпадающий список ComboBox
Name = Answers
Dock = Fill
ReadOnly = True
Multiline = True
Name = Input
Dock = Top
if ( нажата клавиша Enter )
{
x = значение выражения
добавить результат в конец поля вывода
if ( выражения нет в списке )
добавить его в список
}

Перехват нажатия на клавишу Enter
private void Input_KeyPress (
object sender, KeyPressEventArgs e )
{
if ( e.KeyChar == (char)13 )
{
...
}
}
KeyPress для элемента Input:
if ( e.KeyChar == (char)13 )
{
...
}
код клавиши Enter

Обработка и вывод данных
int x;
x = Calculator.Calc(
Input.Text);
Вычисления (обращение к модели):
Answers.Text += Input.Text + "=" +
x.ToString() + "\r\n";
Добавление строки в TextBox:
добавить строку
число в строку
новая строка

Обработка и вывод данных
int i = Input.FindString(Input.Text);
if ( i < 0 ) Input.Items .Insert ( 0, Input.Text );
Добавление строки в ComboBox:
Input.Items
вставить строку
найти индекс строки
массив строк в ComboBox
позиция списка
что вставлять

Перехват нажатия на клавишу Enter
private void Input_KeyPress (
object sender, KeyPressEventArgs e )
{
if ( e.KeyChar == (char)13 )
{
int x = Calculator.Calc ( Input.Text );
Answers.Text += Input.Text + "="
+ x.ToString() + "\r\n";
int i = Input.FindString(Input.Text);
if ( i < 0 )
Input.Items.Insert(0, Input.Text);
}
}
KeyPress для элемента Input:

Задание
«A»: Измените программу так, чтобы она могла вычислять значения выражений с вещественными числами.

Задание
«B»: Измените программу так, чтобы она могла вычислять значения выражений со скобками.

Задание
«С»: Измените программу так, чтобы она могла вычислять значения выражений, содержащих вызовы функций abs, sin, cos, sqrt.

Задание
«D»: Измените программу так, чтобы при вводе неверного выражения выводилось сообщение об ошибке.
Все результаты вычислений и сообщения об ошибках записываются в файл results.txt:
...
sin(1.2)*sqrt(1.7)=1.215230290196084
Неверное выражение sin(1.2)*sqrt(1.7)qwe
Оформите процедуру записи в файл как метод log класса формы.

Калькулятор

Конец фильма
ПОЛЯКОВ Константин Юрьевич
д.т.н., учитель информатики
ГБОУ СОШ № 163, г. Санкт-Петербург
[e-mail]
ЕРЕМИН Евгений Александрович
к.ф.-м.н., доцент кафедры мультимедийной дидактики и ИТО ПГГПУ, г. Пермь
[e-mail]