organizacja kursu, paradygmaty, ogólnie o c i c++ · 2020. 3. 2. · geneza języka c++ 2 język c...

Organizacja kursuProgramowanie obiektowe

Język C i C++ – najistotniejsze różnicePrzeciążanie operatorów

Organizacja kursu, paradygmaty, ogólnie o C i C++

Bogdan [email protected]

Katedra Cybernetyki i RobotykiWydziału Elektroniki

Politechniki Wrocławskiej

Kurs: Programowanie obiektowe

Copyright c©2021 Bogdan Kreczmer

Niniejszy dokument zawiera materiały do wykładu dotyczącego programowania obiektowego. Jest onudostępniony pod warunkiem wykorzystania wyłącznie do własnych prywatnych potrzeb i może on być kopiowanywyłącznie w całości, razem z niniejszą stroną tytułową.

Programowanie obiektowe Organizacja kursu, paradygmaty, ogólnie o C i C++



Niniejsza prezentacja została wykonana przy użyciu sys-temu składu LATEX oraz stylu beamer, którego autoremjest Till Tantau.

Strona domowa projektu Beamer:http://latex-beamer.sourceforge.net

Programowanie obiektowe



Moje dane

Bogdan Kreczmer, dr inż., pok. 307 bud. C-3

Terminy konsultacji: pn. 13:15 – 15:15pt. 11:15 – 13:15

Strona kursu:http://sequoia.iiar.pwr.wroc.pl/∼kreczmer/kpohttp://rab.iiar.pwr.wroc.pl/∼kreczmer/kpo




Spis treści

1 Organizacja kursu

2 Programowanie obiektowePodejście obiektoweJęzyki programowaniaGeneza języka C++

3 Język C i C++ – najistotniejsze różniceKilka przykładowych różnicRóżnice w zapisie podstawowych elementów programuPliki nagłówkowe funkcji z języka CKonwencje nazw plików źródłowych dla języka C++

4 Przeciążanie operatorówOperatory jako funkcjeŁączność operatorów i porządek wykonywania operacji




Warunki udziału i przebieg kursu

Warunki udziału w kursie

Wykłady i materiały do wykładów

Projekt




Warunki zaliczeń

Kurs kończy się zaliczeniem. Zaliczenie kursu można uzyskać podwarunkiem uzyskania zaliczenia z projektu oraz pozytywnej ocenyz ekranówkiSposób liczenia oceny z kursu:

0,6E + 0,4P

Ocena celująca → ekranówka: 5,0; projekt: 5,5




Literatura

Literatura podstawowa:

S. B. Leppman, Josée Lajoie, B. E. Moo; C++ Primer, 2012

J. Grębosz; Symfonia C ++ standard

J. Grębosz; Pasja C ++

Bjarne Stroustrup; Język C++ Kompedium wiedzy, Wydanie IV,Helion, 2014




Literatura

Literatura pomocnicza:

B. Eckel; Thinking in C++

Nicolai M. Josuttis; C++ Biblioteka standardowa, Podręcznik pro-gramisty

David Vandevoorde, Nicolai M. Josuttis, C++ szablony

Grady Booch, James Rumbaugh, Ivar Jacobson; UML przewodnikużytkownika

Michał Śmiałek; Zrozumieć UML 2.0 – Metody modelowania obiek-towego, HELION 2005

James Martin, James J. Odell; Podstawy metod obiektowych




Podejście obiektoweJęzyki programowaniaGeneza języka C++

Programowanie obiektowe – Czym jest?

Programowanie obiektowe oparte jest na podejściu obiektowym doanalizy problemu oraz syntezy i implementacji jego rozwiązania.





Programowanie obiektowe – Czym jest?

Programowanie obiektowe oparte jest na podejściu obiektowym doanalizy problemu oraz syntezy i implementacji jego rozwiązania.

Podejście obiektowe bazuje na fundamentalnej cesze aktywnościintelektualnej, która pozwala ludziom (i nie tylko) wyróżniać odrębneobiekty w swoim otoczeniu, przypisywać im własności oraz określaćsposób ich interakcji między sobą i otoczeniem.





Języki programowania obiektowego

To co cechuje języki programowania obiektowego (języki obiekto-we) to to, że wspomagają i wymuszają stosowanie metod podejściaobiektowego.

Najistotniejszą cechą podejścia obiektowego jest integracja strukturdanych i kodu, który odwołuje się do tych struktur. Ten rodzaj inte-gracji ma formę obiektów.

Typy struktur danych zintegrowanychw ten sposób z kodem nazywane sąklasami.

Obiekt jest instancją klasy.





Warto wiedzieć

Ogólna koncepcja podejścia obiektowego do programowania powstałana przełomie lat 50-tych i 60-tych w MIT.

W bardziej formalnej postaci koncepcje te zostały wprowadzone wjęzyku Simula 67 w latach 60-tych.





Języki obiektowe

Przykłady języków obiektowych:

Smalltalk

Ruby





C++

Jakim językiem jest C++?

?





C++

Język C++ nie jest językiem obiektowym!





Od koncepcji do paradygmatu

Podejście obiektowe do programowania wyznaczasposób patrzenia na struktury danych i przepływsterowania w programie oraz wykonywanie całegoprogramu.Wprowadza ono pewien zbiór pojęć i koncepcji,który determinuje sposób rozumienia procesuprogramowania.

Ten zbiór pojęć i koncepcji odnoszący się doprogramowania określany jest mianemparadygmatu programowania.





Przykładowe paradygmaty programowania

Programowanie proceduralne

Programowanie strukturalne

Programowanie modularne

Programowanie imperatywne


Programowanie uogólnione

Programowanie sterowane zdarzeniami






Programowanie proceduralne – zaleca dzielenie programu naprocedury i nie wykorzystywanie zmiennych globalnych.













Programowanie strukturalne – wywoływanie procedur powinnotworzyć hierarchiczną strukturę z wykorzystanie instrukcjiwarunkowych i pętli. Zakazuje się używania instrukcji goto.













Programowanie modularne – zaleca stosowanie modułówgrupujących zbiory procedur.













Programowanie imperatywne – opisuje proces wykonywaniaprogramu jako sekwencję instrukcji zmieniających stan programu.













Programowanie obiektowe – definiuje program jak zbiór obiektów.Ich istotą jest łączenie stanu i zachowania. Program to zbiórobiektów komunikujących się między sobą w celu wykonania zadania.













Programowanie uogólnione – kładzie nacisk na ogólną konstrukcjęalgorytmu bez konieczności znajomości typów danych, np. sortowanie.













Programowanie sterowane zdarzeniami – opis programuuwypuklający przekazywanie sterowania między poszczególnymimodułami. Odnosi się on przede wszystkim do środowiskwieloprocesorowych. Jednak nie tylko. Przykładem są okienkowesystememy graficzne, np. system X-Window.





Języki programowania

Języki programowania mogą wspierać jednocześnie wiele paradygma-tów programowania.

Czyste języki obiektowe wspierają zasadniczo tylko paradygmatprogramowania obiektowego.





C++

Język C++ jest językiem hybrydowym!





Bjarne Stroustrup

Bjarne Stroustrup — (ur. 30.12.1950 – Århus, Dania) jest twórcąjęzyka C++ i nadal aktywnie uczestniczy w jego dalszym rozwoju.Inspiracją do stworzenia tego typu języka były problemy i spostrze-żenia, których dokonał w trakcie swoich prac nad doktoratem wUniwersytecie Cambridge.





Tło akcji

Bezpośrednim przyczynkiem do powstania koncepcji języka C++były prace Stroustrupa w Cambridge nad doktoratem. W trakcieswoich prac miał zbadać różne organizacje systemowego oprogra-mowania w systemach rozproszonych.





Zdarzenia

Udana (w sensie konstrukcji aplikacji) realizacja symulatorasystemu rozproszenego z wykorzystaniem Simuli. Pojęcie klasyw Simuli było bardzo pomocne na etapie projektu iimplmentacji.Poważne problemy związne z wydajnością programównapisanego w Simuli zmusza do poszukiwania bardziejwydajnego narzędzia.Traumatycznie bolesne doświadczenia związane zkoniecznością implementacji symulatora w oparciu o językBCPL. Osiągnięta została bardzo dobra wydajność kosztemwielu problemów przy realizacji implementacji.





Epilog

Po zakończeniu prac nad doktoratem Stroustrup postanawia stwo-rzyć język programowania, który łączyłby koncepcje klas z Simulioraz elastyczność tego języka z efektywnością kodu języka BCPL.





Niektóre spostrzeżenia

Kompilator Simuli dobrze wychwytywał błędy typu. Błędy teprzeważnie były albo wynikiem “głupich” pomyłek w trakcieprogramowania albo też potknięć koncepcyjnych.Ten drugi rodzaj błędów ma wręcz fundamentalne znaczeniedla procesu projektowania i pisania programownia (autor kursupozwolił sobie tę uwagę wzmocnić).

Żaden inny prosty system sprawdzania ścisłej zgodności typównie dostarczył tego rodzaju wsparcia.Przykładem może być system Pascala. Sprawiał on więcejkłopotów niż pozwalał ich uniknąć. Zmuszał do modyfikacjiprojektu, aby dostosować go do warunków narzuconych przezimplementację (co nie zmienia faktu, że jest to bardzo dobry język dlapoczątkowego kursu nauki informatyki – uwaga autora kursu).





Niektóre spostrzeżenia

Pojęcie klasy było zasadniczym elementem różniącym„sztywny” Pascal od „elastycznej” Simuli.

Wyczerpujące sprawdzanie zgodności typów w Simulisprawiało, że liczba problemów i błędów nie wzrastała szybciejniż liniowo wraz ze wzrostem programu.





Ważniejsze daty

1979 – (Maj) Początek prac na C z Klasami. (Październik) Od-danie do użytku pierwszej implementacji tego języka.

1983 – (Sierpień) Oddanie do użytku pierwszej implementacji ję-zyka C++. (Grudzień) Powstanie nazwy C++.

1985 – (Luty) Powstanie pierwszej wersji języka C++ (wersjaE) do użytku zewnętrznego. (Październik) Ukazanie siępierwszego wydania książki “Język C++”.

1987 – (Grudzień) Ukazanie się kompilatora GNU C++.





Ważniejsze daty

1989 – (Grudzień) Powstanie zespołu ANSI X3J16 do spraw nor-malizacji języka C++.

1990 – (Maj) Powstawnie w firmie Borland pierwszej implemen-tacji języka C++.Lipiec: Przyjęcie koncepcji szablonów.Listopad: Przyjęcie koncepcji wyjątków.

1990 – Wydanie książki: Ellis Margaret A., Stroustrup B.„The Annotated C++ Reference Manual ”,Reading, MA, Addison-Wesley 1990.Stał się on nieformalnym standardem języka, określanegojako C++ ARM.





Ważniejsze daty

1992 – (Luty) Powstanie pierwszej implementacji języka C++(zawierającej szablony i wyjątki) w firmie DEC. (Marzec)Powstanie pierwszej implementacji języka C++ w firmieMicrosoft. (Maj) Powstanie pierwszej implementacji ję-zyka C++ w firmie IBM.

1993 – Marzec: Przyjęcie koncepcji identyfikowania typu pod-czas wykonywania programu.Lipiec: Przyjęcie koncepcji przestrzeni nazw.

1998 – Przyjęcie standardu ANSI/ISO języka C++.





Genealogia





Dalszy rozwój i wprowadzane standardy

1998 – (ISO/IEC 14882:2011) Przyjęcie standarduANSI/ISO języka C++.

2003 – (ISO/IEC 14882:2003) Korekcja wcześniejszegostandardu.

2007 – (ISO/IEC TR 19768:2007) Oparty na technicznymraporcie „Library Technical Report 1 ”, który wpro-wadzał rozszerzenia do biblioteki standardowej.

2011 – (ISO/IEC 14882:2011) 11 sierpnia 2011: Nowystandard języka C++ wcześniej roboczo określanyjako C++0x.





Dalszy rozwój i wprowadzane standardy

1998 –C++98 (ISO/IEC 14882:2011) Przyjęcie standarduANSI/ISO języka C++.

2003 –C++03 (ISO/IEC 14882:2003) Korekcja wcześniejszegostandardu.

2007 –C++TR1 (ISO/IEC TR 19768:2007) Oparty na technicznymraporcie „Library Technical Report 1 ”, który wpro-wadzał rozszerzenia do biblioteki standardowej.

2011 –C++11 (ISO/IEC 14882:2011) 11 sierpnia 2011: Nowy stan-dard języka C++ wcześniej roboczo określany jakoC++0x.





Mapa drogowa rozwoju C++





Wzajemne powiązania

Kilka faktów:Słowo kluczowe class pochodzi z Simuli (podobnie jaknotacja wskaźnika this).

Zapis funkcja(void) w ANSI C pochodzi z języka C zKlasami.





Dlaczego C

Dlatego żeC jest językiem elastycznym

C jest językiem wydajnym

C jest językiem szeroko dostępnym

C jest językiem przenośnym





Dlaczego C

Dlatego żeC jest językiem elastycznym – nie ma wewnętrznychograniczeń wykluczających możliwość napisania jakiegośrodzaju programu, tzn. można korzystać w nim z większościtechnik programowania.








Dlaczego C


C jest językiem wydajnym – semantyka języka znajduje się na„niskim poziomie”, tzn. podstawowe pojęcia językaodzwierciedlają podstawowe pojęcia tradycyjnego komputera.







Dlaczego C



C jest językiem szeroko dostępnym – implementacje tegojęzyka istnieją zarówno dla mikrokomputerów jak też dladużych superkomputerów.






Dlaczego C




C jest językiem przenośnym – programy napisane w Czazwyczaj nie można automatycznie przenosić z jednegosystemu operacyjnego do drugiego. Jednak przenośność zuwzględnieniem odpowiednich uwarunkowań jest możliwa.





Po co to wszystko?

Dlaczego powstają nowe języki?





Przestrzenie rozwiązania i przestrzenie problemu





Co się dzieje, gdy zabraknie zgodności

http://mars.jpl.nasa.gov/msp98/orbiter/moi.html

Mars Climate Orbiter

Terminarz

Data startu: 11 grudnia 1998Osiągnięcie celu: wrzesień 1999

Cel misji

Badanie klimatu Marsa jego atmosfery izmian na powierzchni. Miał również służyćjako satelita komunikacyjny na potrzebyprogramu Mars Surveyor ’98 oraz Mars PolarLander.

Sonda Mars Climate Orbiter za bardzo zbliżyła się do Marsa i weszła w górne warstwy jegoatmosfery, co skutkowało jej zniszczeniem.

Bezpośrednią przyczyną okazało się przyjęcie złych jednostek. Oprogramowanie komputerapokładowego generowało dane w jednostkach imperialnych zamiast w jednostkach SI. To, żemają to być jednostki SI było uzgodnione w kontrakcie między NASA i firmą Lockheedproducentem sondy.





Zastanówmy się ...

Czy C++ jest lepszym językiem niż C?





Przestrzeń rozwiązana i przestrzeń problemu





Konkluzja

Ani język C ani też C++ nie jest ani generalnie gorszy ani teżgeneralnie lepszy. Ocena języka zależy od problemu, dla któregochcemy stworzyć model implementacji rozwiązania (programkomputerowy). Dopiero w tym kontekście można uzasadniaćwybór języka programowania.

Dotyczy to również wszystkich innych języków programowania.




Kilka przykładowych różnicRóżnice w zapisie podstawowych elementów programuPliki nagłówkowe funkcji z języka CKonwencje nazw plików źródłowych dla języka C++

C++ nie jest nadzbiorem C

Deklaracja stałych. Zachowanie zgodności wymaga jawnego dowiązania.ANSI C: const int Zm=23; ≡ extern const int Zm=23;

ANSI/ISO C++: const int Zm=23; ≡ static const int Zm=23;

Rozmiary stałych znakowych:ANSI C: sizeof (’a’) ≡ sizeof (int)

ANSI/ISO C++: sizeof (’a’) ≡ sizeof (char)

Niezadeklarowane funkcje:ANSI C: przyjmowane jest automatycznie int fun(int, ...).

ANSI/ISO C++: jest to niedopuszczalne.

Deklaracja extern int fun():ANSI C: równoważna extern int fun(...).

ANSI/ISO C++: extern int fun(void).





Wyświetlenie prostego komunikatuJęzyk C Język C++

#include

int main( ){

printf(”Hejka!!!\n”);return 0;

}

#include

int main( ){

std::cout




Wyświetlenie prostego komunikatuJęzyk C Język C++

#include

int main( ){

printf(”Hejka!!!\n”);return 0;

}

#include using namespace std;

int main( ){

cout




Odpowiedniość plików nagłówkowych dla C i C++






−→






−→

−→

−→

−→

−→





Rozszerzenia plików C++

Nie ma jednej ustalonej konwencji.

Programowanie obiektowe ....





Najczęściej spotykane są:

∗.H ←→ ∗.C

Programowanie obiektowe ...






∗.H ←→ ∗.C

∗.hh ←→ ∗.cc

Programowanie obiektowe ..






∗.H ←→ ∗.C

∗.hh ←→ ∗.cc

∗.hpp ←→ ∗.cpp

Programowanie obiektowe .






∗.H ←→ ∗.C

∗.hh ←→ ∗.cc


∗.hxx ←→ ∗.cxx






Można również stosować konwencje mieszane.

∗.H ←→ ∗.C

∗.hh ←→ ∗.cc


∗.hxx ←→ ∗.cxx




Operatory jako funkcjeŁączność operatorów i porządek wykonywania operacji

Arytmetyka symboli

enum Symbol { e, a, b };

Symbol TabliczkaDzialania[3][3] = { { e, a, b }, { a, b, e }, { b, e, a } };

Symbol Dodaj( Symbol y, Symbol x ){

???}

int main( ){Symbol y = a, x = b, wynik;

wynik = Dodaj(y, x);}

Tabliczka działania

+ e a b

e e a ba a b eb b e a





Arytmetyka symboli




???}




+ e a b


a + b = ?





Arytmetyka symboli




???}




+ e a be e a ba a b eb b e a

a + b = ?





Arytmetyka symboli




???}





a + b = e





Arytmetyka symboli




return TabliczkaDzialania[y][x];}





a + b = e





Arytmetyka symboli



Symbol operator + ( Symbol y, Symbol x ){



wynik = ???(y, x);}



a + b = e





Arytmetyka symboli






wynik = operator + (y, x);}



a + b = e





Arytmetyka symboli






wynik = y + x;}



a + b = e





Arytmetyka symboli






wynik = y + x;}



a + b = e

Czy są jakieś ograniczenia na

definiowanie funkcji operatorowych?





Arytmetyka symboli






wynik = y + x;}



a + b = e

Nie możemy definiować funkcji operatorowych. gdy ich wszystkie parametry są typów

wbudowanych takich jak float, int, itd. np.

int operator + (int arg1, float arg2)

{. . .

}

Dla tych typów definicje tych operacji są już wbudowane w kompilator.





To samo na kilka sposobów

enum Symbol { e, a, b };. . .

Symbol Dodaj( Symbol x, Symbol y );

Symbol operator + ( Symbol x, Symbol y );. . .


}


+ e a b


a + b = e










wynik = Dodaj(y, x);

}


+ e a b


a + b = e










wynik = Dodaj(y, x);wynik = operator+ (y, x);

}


+ e a b


a + b = e










wynik = Dodaj(y, x);wynik = operator+ (y, x);wynik = y + x;

}


+ e a b


a + b = e





Łączność działania – porządek wykonywania operacji





}


+ e a b


a + b + a = ?










wynik = y + x + y;

}


+ e a b


a + b + a = ?










wynik = (y + x) + y;

}


+ e a b


a + b + a = ?










wynik = (y + x) + y;wynik = operator+ (operator+ (y ,x), y );

}


+ e a b


a + b + a = ?










wynik = (y + x) + y;wynik = operator+ (operator+ (y ,x), y );wynik = Dodaj(Dodaj(x, y), y);

}


+ e a b


a + b + a = ?





Jawna zmiana porządku wykonywanych operacji





wynik = y + (x + y);

}


+ e a b


a + (b + a) = ?










wynik = y + (x + y);wynik = operator+ (y, operator+ (x ,y) );

}


+ e a b


a + (b + a) = ?










wynik = y + (x + y);wynik = operator+ (y, operator+ (x ,y) );wynik = Dodaj(y , Dodaj(x, y) );

}


+ e a b


a + (b + a) = ?




Koniec prezentacjiDziękuję za uwagę

Programowanie obiektowe Organizacja kursu, paradygmaty, ogólnie o C i C++

Organizacja kursuProgramowanie obiektowePodejscie obiektoweJezyki programowaniaGeneza jezyka C++

Jezyk C i C++ – najistotniejsze rózniceKilka przykładowych róznicRóznice w zapisie podstawowych elementów programuPliki nagłówkowe funkcji z jezyka CKonwencje nazw plików zródłowych dla jezyka C++

Przeciazanie operatorówOperatory jako funkcjeŁacznosc operatorów i porzadek wykonywania operacji

organizacja kursu, paradygmaty, ogólnie o c i c++ · 2020. 3. 2. · geneza języka c++ 2 język c...

Documents