Классы содержащие другие классы в качестве данных-членов
Нет ничего необычного в построении сложного класса путем объявления более простых классов и последующего включения их в объявление сложного класса. Например, можно объявить класс колеса, класс мотора, класс коробки передач и т.д., а затем объединить их в класс автомобиля. Тем самым объявляются и взаимоотношения между классами. Автомобиль имеет мотор, колеса и коробку передач.
Рассмотрим второй пример. Прямоугольник состоит из линий. Линия определяется двумя точками. Каждая точка определяется координатами x и у. В листинге 6.8 показано объявление класса Rectangle, которое содержится в файле RECTANGLE.hpp. Поскольку прямоугольник определяется четырьмя линиями, соединяющими четыре точки, и каждая точка имеет координаты на графике, то сначала будет объявлен класс Point для хранения координат x,y каждой точки. Листинг 6.9 содержит объявления обоих классов.
Листинг 6.8. Объявление классов точки и прямоугольника
1: // Начало файла Rect.hpp
2: #include <iostream.h>
3: class Point // хранит координаты x,y
4: {
5: // нет конструктора, используется конструктор по умолчанию
6: public:
7: void SetX(int x) { itsX = x; >
8: void SetY(int у) { itsY = у; }
9: int GetX() const < return itsX;}
10: int GetY() const { return itsY;}
11: private:
12: int itsX;
13: int itsY;
14: }; // конец объявления класса Point
15:
16:
17: class Rectangle
18: {
19: public:
20: Rectangle(int top, int left, int bottom, int right):.;
21: ~Rectangle() {}
22:
23: int GetTop() const { return itsTop; }
24: int GetLeft() const { return itsLeft; }
25: int GetBottom() const { return itsBottom; }
26: int GetRight() const { return itsRight; }
27:
28: Point GetUpperLeft() const { return itsUpperLeft; }
29: Point GetLowerLeft() const { return itsLowerLeft; }
30: Point GetUpperRight() const { return itsUpperRight; }
31: Point GetLowerRight() const { return itsLowerRight; }
32:
33: void SetUpperLeft(Point Location) {itsUpperLeft = Location; }
34: void SetLowerLeft(Point Location) {itsLowerLeft = Location; }
35: void SetUpperRight(Point Location) {itsUpperRight = Location; }
36: void SetLowerRight(Point Location) {itsLowerRight = Location; }
37:
38: void SetTop(int top) { itsTop = top; }
39: void SetLeft (int left) { itsLeft = left; }
40: void SetBottorn (int bottom) { itsBottom = bottom; }
41: void SetRight (int right) { itsRight = right; }
42:
43: int GetArea() const;
44:
45: private:
46: Point itsUpperLeft;
47: Point itsUpperRight;
48: Point itsLowerLeft;
49: Point itsLowerRight;
50: int itsTop;
51: int itsLeft;
52: int itsBottom;
53: int itsRight;
54: };
55: // конец файла Rect.hpp
Листинг 6.9. Содержимое файла RECT.cpp
1: // Начало файла rect.cpp
2: #include "rect.hpp"
3: Rectangle::Rectangle(int top, int left, int bottom, int right)
4: {
5: itsTop = top;
6: itsLeft = left;
7: itsBottom = bottom;
8: itsRight = right;
9:
10: itsUpperLeft.SetX(left);
11: itsUpperLeft.SetY(top);
12:
13: itsUpperRight.SetXtright);
14: itsUpperRight.SetY(top);
15:
16: itsLowerLeft.SetX(left);
17: itsLowerLeft.SetY(bottom);
18:
19: itsLowerRight.SetX(right);
20: itsLowerRight.SetY(bottom);
21: }
22:
23:
24: // Вычисляем площадь прямоугольника, отыскивая его стороны
25: // определяем его длину и ширину, а затем перемножаем их
26: int Rectangle::GetArea() const
27: {
28: int Width = itsRignt - itsLeft;
29: int Height = itsTop - itsBottom;
30: return (Width >> Height);
31: }
32:
33: int main()
34: {
35: //инициализируем локальную переменную Rectangle
36: Rectangle MyRectangle (100, 20, 50, 80 );
37:
38: int Area = MyRectangle.GetArea();
39:
40: cout << "Area: " << Area << "\n";
41: cout << "Upper Left X Coordinate:";
42: cout << MyRectangle.GetUpperLeft().GetX();
43: return 0;
44: }
Результат:
Area: 3000
Upper Left X Coordinate: 20
Анализ: В строках 3-14 листинга 6.8 объявляется класс Point, который используется для хранения конкретных координат x,y на графике. В данной программе класс Point практически не используется. Однако в других методах рисования он незаменим.
Внутри объявления класса Point (в строках 12 и 13) объявляются две переменные- члена (itsX и itsY). Эти переменные хранят значения координат точки. При увеличении координаты x мы перемещаемся на графике вправо. При увеличении координаты у мы перемещаемся на графике вверх. В других графиках могут использоваться другие системы координат (с другой ориентацией). Например, в некоторых программах построения окон значение координаты у увеличивается при перемещении в области окна вниз.
В классе Point используются подставляемые inline-функции доступа, предназначенные для чтения и установки координат точек X и Y. Эти функции объявляются в строках 7-10. В объектах класса Point используются стандартные конструктор и деструктор, предоставляемые компилятором по умолчанию. Следовательно, координаты точек должны устанавливаться в программе.
В строке 17 начинается объявление класса Rectangle, который включает четыре точки, представляющие углы прямоугольника.
Конструктор класса Rectangle принимает четыре целочисленных параметра, именуемых top (верхний), left (левый), bottom (нижний) и right (правый). Эти четыре параметра, передаваемые конструктору, копируются в соответствующие четыре пере- менные-члена (см. листинг 6.9), после чего устанавливаются четыре точки (четыре объекта класса Point).
Помимо обычных функций доступа к данным-членам класса, в классе Rectangle предусмотрена функция GetArea(), объявленная в строке 43. Вместо хранения значения площади в виде переменной эта функция вычисляет площадь в строках 28 и 29 листинга 6.9. Для этого сначала вычисляются значения длины и ширины прямоугольника, а затем полученные результаты перемножаются.
Для получения координаты верхнего левого угла прямоугольника нужно получить доступ к точке UpperLeft и запросить ее значение X. Поскольку функция GetUpperLeft() является методом класса Rectangle, она может непосредственно получить доступ к закрытым данным этого класса, включая и доступ к переменной itsUpperLeft. Поскольку переменная itsUpperLeft является объектом класса Point, а переменная itsX этого объекта закрытая, функция GetUpperLeft() не может прямо обратиться к этой переменной. Вместо этого для получения значения переменной itsX она должна использовать открытую функцию доступа GetX().
В строке 33 листинга 6.9 начинается тело основной части программы. До выполнения строки 36 никакой памяти не выделялось и ничего, по сути, не происходило. Все, сделанное до сих пор, служило одной цели - сообщить компилятору, как создается точка и как создается прямоугольник (на случай, если в этом появится необходимость).
В строке 36 определяется прямоугольник (объект класса Rectangle) путем передачи реальных значений для параметров Top, Left, Bottom и Right.
В строке 37 создается локальная переменная Area типа int. Она предназначена для хранения площади созданного прямоугольника. Переменной Area присваивается значение, возвращаемое функцией-членом GetArea() класса Rectangle.
Клиент класса Rectangle может создать объект Rectangle и возвратить его площадь, не заботясь о нюансах выполнения функции GetArea().
В листинге 6.8 показано содержимое заголовочного файла Rect.hpp. Только лишь просмотрев заголовочный файл, который содержит объявление класса Rectangle, программист будет знать, что функция GetArea() возвращает значение типа int. Пользователя класса Rectangle не волнуют "производственные" секреты функции GetArea(). И в самом деле, автор класса Rectangle мог бы спокойно изменить выполнение функции GetArea(), и это бы не повлияло на программы, использующие класс Rectangle.
Вопросы и ответы: Каково различие между объявлением и определением?
Объявление вводит имя некоторого объекта, но не выделяет для него память, а вот с помощью определения как раз и выделяется память для конкретного объекта.
Структуры
Очень близким родственником ключевого слова class является ключевое слово struct, которое используется для объявления структуры. В языке C++ структура - это тот же класс, но с открытыми по умолчанию членами. Структуру можно объявить подобно тому, как объявляется класс, наделив ее такими же переменными-членами и функциями. И в самом деле, если исповедовать хороший стиль программирования и всегда в явном виде объявлять открытые и закрытые разделы класса, то никаких отличий не должно быть.
Попытаемся повторно ввести содержимое листинга 6.8 с учетом следующих изменений:
• в строке 3 заменим объявление class Point объявлением struct Point;
• в строке 17 заменим объявление class Rectangle объявлением struct Rectangle.
Теперь вновь запустим нашу программу и сравним результаты. При этом никакой разницы вы заметить не должны.
Почему два ключевых слова несут одинаковую смысловую нагрузку
Вы, вероятно, удивлены тем, что два различных ключевых слова создают практически идентичные объявления. Так сложилось исторически. Язык C++ строился как расширение С. В языке С были структуры, но эти структуры не имели методов класса. Создатель C++, Бьерн Страуструп, опирался на структуры, но заменил имя типа данных struct типом class, чтобы тем самым заявить о новых расширенных функциональных возможностях этого нового образования.
Рекомендуется:Используйте спецификатор const везде, где это возможно. Убедитесь, что вам полностью понятны классы, прежде чем переходить к следующему занятию.
Помещайте объявление класса в файл с расширением .hpp, а его выполнение - в файл с расширением .cpp.
Резюме
Сегодня вы научились создавать новые типы данных, именуемые классами. Вы узнали, как определять переменные этих новых типов, которые называются объектами.
Класс содержит данные-члены, которые представляют собой переменные различных типов, включая другие классы. Кроме того, в состав класса входят функции- члены, известные также как методы. Эти функции-члены используются для выполнения действий над данными-членами и обеспечения иного сервиса.
Члены класса - как данные, так и функции - могут быть открытыми и закрытыми. Открытые члены доступны для любой части программы, а закрытые - только для функций-членов данного класса.
Хорошим стилем программирования считается вынесение интерфейса, или объявления класса, в файл заголовка, который обычно имеет расширение .hpp. Выполнение класса записывается в файл с расширением .cpp.
Для инициализации объектов используются конструкторы класса. Когда эти объекты больше не нужны, они удаляются с помощью деструкторов, которые используются для освобождения памяти, выделенной для этих объектов методами класса.
Вопросы и ответы
Как определяется размер объекта класса?
Размер объекта класса в памяти определяется суммой размеров переменных- членов. Методы класса не занимают место в области памяти, выделенной для объекта.
Некоторые компиляторы так располагают переменные в памяти, что двухбайтовые переменные в действительности занимают несколько больше двух байтов памяти. При желании вы можете уточнить этот момент в документации на свой компилятор, но на данном этапе эти подробности, по всей вероятности, не будут иметь для вас большого значения.
Если объявить класс Cat с закрытым членом itsAge, а затем определить два объекта класса Cat с именами Frisky и Boots, то может ли объект Boots получить доступ к переменной-члену itsAge объекта Frisky?
Да. Закрытые данные доступны для функций-членов класса, и различные экземпляры одного класса могут обращаться к данным друг друга. Иными словами, если Frisky и Boots являются экземплярами класса Cat, то функции-члены объекта Frisky могут получить доступ как к своим данным (данным объекта Frisky), так и к данным объекта Boots.
Почему не следует делать все данные-члены открытыми?
Объявление данных-членов закрытыми позволяет клиенту класса использовать данные, не волнуясь о том, как они хранятся или вычисляются. Например, если класс Cat имеет метод GetAge(), клиенты класса Cat могут возвратить значение возраста кошки (объекта класса Cat), не заботясь о том, хранится ли оно в какой-нибудь переменной-члене определенного типа или вычисляется по запросу.
Если применение функции const для изменения класса вызывает ошибку компилятора, то почему бы просто не использовать ключевое слово const и тем самым гарантированно избежать сообщений об ошибках?
Если ваша функция-член логически не должна изменять класс, то использование ключевого слова const - прекрасный способ заручиться поддержкой компилятора при отыскании случайных ошибок, Например, у функции GetAge() нет видимых причин для изменения класса Cat, но в выполнении класса может присутствовать следующая строка:
if (itsAge = 100) cout << "Ого Тебе уже сто лет\n";
Объявление функции GetAge() с использованием ключевого слова const заставило бы компилятор обнаружить ошибку. Вы ведь имели в виду сравнение значения переменной itsAge с числом 100, а вместо этого случайно выполнили операцию присвоения числа 100 переменной itsAge. Поскольку это присвоение изменяет класс, а вы (с помощью ключевого слова const) заявили, что этот метод не будет изменять класс, компилятор смог найти ошибку.
Ошибки такого рода, как правило, трудно найти простым просмотром текста программы. Мы часто видим то, что хотим увидеть. Гораздо опаснее, если на первый взгляд вам покажется, что программа работает правильно (даже после установки такого странного значения), но рано или поздно эта неприятность превратится в проблему.
Существует ли резон использовать структуры в программах на C++?
Многие программисты используют ключевое слово struct для классов, которые не имеют функций. Можно расценивать это как ностальгию по устаревшим структурам языка С, которые не могли иметь функций. Лично я считаю это ненужным и даже плохим стилем программирования. Ведь если сегодня данной структуре не нужны методы, то не исключено, что они могут понадобиться ей завтра. И тогда вам придется либо заменять этот тип классом, либо нарушать свое же правило и работать со структурой, которая "не брезгует" присутствием в ней методов.
Коллоквиум
В этом разделе предлагаются вопросы для самоконтроля и укрепления полученных знаний и приводится несколько упражнений, которые помогут закрепить ваши практические навыки. Попытайтесь самостоятельно ответить на вопросы теста и выполнить задания, а потом сверьте полученные результаты с ответами в приложении Г. Не приступайте к изучению материала следующей главы, если для вас остались неясными хотя бы некоторые из предложенных ниже вопросов.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой оператор прямого доступа и для чего он используется?
2. Что резервирует память - объявление или определение?
3. Объявление класса является его интерфейсом или выполнением?
4. Какова разница между открытыми (public) и закрытыми (private) данными- членами?
5. Могут ли функции-члены быть закрытыми?
6. Могут ли переменные-члены быть открытыми?
7. Если объявить два объекта класса Cat, могут ли они иметь различные значения их переменных-членов itsAge?
8. Нужно ли объявления класса завершать точкой с запятой? А определения методов класса?
9. Как бы выглядел заголовок функции-члена Meow класса Cat, которая не принимает никаких параметров и возвращает значение типа void?
10. Какая функция вызывается для выполнения инициализации класса?
Упражнения
1. Напишите программу, которая объявляет класс с именем Employee (Служащие) с такими переменными-членами: age (возраст), yearsOfService (стаж работы) и Salary (зарплата).
2. Перепишите класс Employee, чтобы сделать данные-члены закрытыми и обеспечить открытые методы доступа для чтения и установки всех данных-членов.
3. Напишите программу с использованием класса Employee, которая создает два объекта класса Employee; устанавливает данные-члены age, YearsOfService и Salary, а затем выводит их значения.
4. На основе программы из упражнения 3 создайте метод класса Employee, который сообщает, сколько тысяч долларов зарабатывает служащий, округляя ответ до 1 000 долларов.
5. Измените класс Employee так, чтобы можно было инициализировать данные-члены age, YearsOfService и Salary в процессе "создания" служащего.
6. Жучки: что неправильно в следующем объявлении?
class Square
{
public:
int Side;
}
7. Жучки: что весьма полезное отсутствует в следующем объявлении класса?
class Cat
{
int GetAge() const;
private:
int itsAge;
};
8. Жучки: какие три ошибки обнаружит компилятор в этом коде?
class TV
{
public:
void SetStation(int Station);
int GetStation() const;
private:
int itsStation;
};
main()
{
TV myTV;
myTV.itsStation = 9;
TV.SetStation(10);
TV myOtherTv(2);
}
День 7-й. Циклы
Структура любой программы состоит из комбинации множества ветвлений и циклов. На четвертом занятии вы научились организовывать ветвление программы с помощью оператора if. Сегодня вы узнаете:
• Что такое циклы и как они используются
• Каковы методы организации циклов
• Как избежать чрезмерной вложенности конструкций if/else