Методические рекомендации к лабораторной работе №1 на тему Программирование на языке С++ с использованием классов

05 Методические рекомендации к лабораторной работе №1 на тему Программирование на языке С++ с использованием классов 23.01.2018 11:23

Методические рекомендации к лабораторной работе №1

с курса Програмирование (язык программирование С)

на тему: Программирование на языке С++ с использованием классов

Цель работы: 1) изучить возможности программирования классов на языке С++; 2) получить основные навыки программирования манипуляторов ввода/вывода.

Теоретические сведения

Класс есть расширение понятия структуры языка С++. Он позволяет создавать типы и определять функции, которые задают поведение типа. Каждый представитель класса называется объектом.

Определение класса

Определение класса идентично определению структуры в С++, за исключением того, что:

- оно обычно содержит одну или несколько спецификаций доступа (public, protected, private);

- вместо ключевого слова struct используется слово class;

- оно обычно включает в себя функции (функции-элементы или методы) наряду с данными-элементами;

- обычно в нем имеются некоторые специальные функции, такие как конструктор (функция с тем же именем, что и сам класс) и деструктор (функция, именем которой является имя класса с префиксом - тильдой (~)).

Пример 1. Определение класса.

class str

{ char *s; //элемент-данное

public: //спецификатор открытого доступа

str(char *word); //функция-элемент: конструктор

~str(); //функция-элемент: деструктор

void write(); //функция-элемент: метод печати

};

Управление доступом

В С++ можно ограничить видимость данных и функций класса при помощи меток public, protected, private. Метка-спецификатор доступа применяется ко всем элементам класса, следующим за ней, пока не встретится другая метка или кончится определение класса.

Метка-спецификатор public (открытый) используется тогда, когда элементы-данные и функции-элементы класса должны быть доступны для функций-элементов и других функций программы, в которой имеется представитель класса.

Метка-спецификатор protected (защищенный) используется в том случае, когда элементы данных и функции-элементы должны быть доступны для функций-элементов данного класса и классов производных от него.

Метка-спецификатор private (закрытый) используется, если элементы-данные и функции-элементы должны быть доступны только для функций-элементов данного класса.

В классе элементы по умолчанию являются закрытыми.

Элементы класса

Элементы класса делятся на две основные категории:

- данные, называемые элементами-данными;

- код, называемый элементами-функциями или методами.

Данные-элементы

Данные-элементы классов С++ идентичны элементам структур языка С++ с некоторыми дополнениями:

- данными-элементами могут быть перечислимые типы, битовые поля или представители ранее объявленного класса. Также допускается вложенное объявление перечислимого типа данных и создание псевдонимов с помощью typedef;

- данное-элемент класса может быть указателем или ссылкой на представитель этого класса.

Элементы-функции

Функция-элемент является функцией, объявленной (описанной) внутри определения класса. Тело функции может также определяться внутри определения класса, в этом случае функция называется встроенной (inline) функцией-элементом. Когда тело функции определяется вне тела класса, перед именем функции ставится префикс из имени класса и операции разрешения видимости (::).

Пример 2.

class str

{ char *s; // указатель на строку

public:

str(char *word) // встроенный конструктор

{ s=new char[strlen(word)+1];

strcpy(s, word);

};

~str()

{ delete [ ]s; }; // встроенный деструктор

void write(); // объявление функции-элемента

};

void str::write() // определение функции-элемента

{ cout<<s);

};

Доступ к данным-элементам

Функции-элементы находятся в области действия класса, в котором они определены. Т.о. они могут обращаться к любому элементу класса, используя просто имя переменной. Обычные функции или функции-элементы другого класса могут получить доступ к элементам-данным с помощью операции. или −>, применяемых к представителю или указателю на представитель класса.

Пример 3.

class coord

{ public: int x, y; // координаты x и y

};

void main()

{ coord org; // представитель класса координат

coord *orgptr = &org; // указатель на представитель класса

org.x = 0; // задание значения координаты x

orgptr−>y = 0; // задание значения координаты y

}

Вызов функций-элементов

Функции-элементы класса могут вызывать другие функции-элементы того же класса, используя имя функции.

Пример 4.

class coord

{ int x, y; // координаты x и y

public:

void setcoord(int _x, int _y)

// функция задания значений координат

{ x =_x; y =_y;

};

void getcoord(int &_x, int &_y)

//функция получения значений координат

{_x = x; _y = y;};

};

void main()

{ coord org; // представитель класса координат

coord *orgptr = &org; // указатель на представитель класса

org.setcoord(10, 10); // вызов функции-элемента

// задания значений

int col, row;

orgptr−>getcoord(col, row); // вызов функции-элемента

// получения значений координат

}

Указатель this

Каждая нестатическая (не имеющая спецификатора static) функция-элемент имеет доступ к объекту, для которого вызвана, через ключевое слово this. Указатель this является указателем на тип_класса *.

Пример 5.

class simple

{ public:

simple();

void greet() { cout<<“ Hello!”;};

};

simple::simple()

{ greet(); // вызов

this−>greet(); // функции

(*this).greet(); // greet()

}

Т.к. функции-элементы могут обращаться ко всем элементам класса просто по имени, в основном указатель this используется для возвращения указателя (return this) или ссылки (return *this) на подразумеваемый объект.

Конструктор

Конструктор инициализирует представитель класса (объект) и является функцией-элементом с тем же именем, что и класс. Конструктор вызывается компилятором всегда, когда создается представитель класса. Объект считается созданным в тот момент, когда завершил работу конструктор объекта.

Для конструкторов выполняются следующие правила:

- для конструктора не указывается возвращаемый тип;

- конструктор не может возвращать значение;

- конструктор не наследуется;

- для одного класса может существовать один или несколько конструкторов;

- если конструктор не задан явным образом, то автоматически создаётся пустой конструктор.

Деструктор

Деструктор является дополнением конструктора. Он имеет то же имя, что и класс, но с префиксом - тильдой (~). Он вызывается всякий раз, когда уничтожается представитель класса. Объект считается уничтоженным, когда завершил работу деструктор объекта. Для деструктора существуют следующие правила:

- деструктор не может иметь аргументов;

- деструктор не может возвращать значения;

- деструктор не наследуется (исключением является виртуальный деструктор);

- для одного класса может существовать только один деструктор;

- если деструктор не задан явным образом, то автоматически создаётся пустой деструктор.

Пример 6.

//file ctime.h

#include <string.h>

#include <iostream>

#include <stdlib.h>

using namespace std;

class CTime

{ char *timestr;

public:

CTime(); //конструктор по умолчанию

CTime(const CTime& clk); //копирующий конструктор

~CTime(); //деструктор

void show(); //функция-элемент

}; //обязательно ставить точку с запятой, т.к. class -

// объявление типа

//file ctime.cpp

#include “ctime.h”

CTime:: CTime()

{ char *str=”00:00:00”;

timestr=new char[strlen(str)+1];

strcpy(timestr,str);

}

CTime:: CTime(const CTime& clk)

{ timestr=new char[strlen(clk.timestr)+1];

strcpy(timestr,clk.timestr);

}

CTime::~ CTime()

{ delete [] timestr;

}

void CTime::show()

{ cout<<”Time is “<<timestr<<endl;

}

//file main.cpp

#include “ctime.h”

int main()

{ CTime a; //для а вызывается конструктор по умолчанию

CTime *b=new CTime; //для b вызывается конструктор по

// умолчанию

CTime e(a); //для e вызывается копирующий конструктор

//вызовем функцию-элемент

a.show(); //00:00:00

b->show(); //00:00:00

e,show(); //00:00:00

system(“PAUSE”);

}

//в конце области видимости автоматически вызываются деструкторы объектов в порядке, обратном вызову конструкторов, т.е. сначала для е, затем для d и т.д.

Форматируемый ввод/вывод. Манипуляторы

При вводе/выводе данных можно воспользоваться манипуляторами, то есть специальными функциями форматирования, которые могут находиться в теле оператора ввода/вывода. Если в манипуляторе используются параметры, то необходимо подключение заголовочного файла <iomanip.h>.

Для сохранения и восстановления состояния потока используется функция-метод класса потока flags(). Например:

long a;

a=cout.flags(); //для сохранения состояния потока в а

cout.flags(a); //для восстановления состояния потока из а

Таблица 1

Манипуляторы ввода/вывода

Манипулятор	Назначение	Ввод/вывод
dec	Вывод числовых данных в десятичной системе счисления	Вывод
hex	Вывод числовых данных в шестнадцатеричной системе счисления	Вывод
Манипулятор	Назначение	Ввод/вывод
oct	Вывод числовых данных в восьмеричной системе счисления	Вывод
endl	Вывод символа новой строки и флэширование	Вывод
ends	Вывод нуля (NULL)	Вывод
flush	Флэширование	Вывод
ws	Пропуск начальных пробелов	Ввод
resetiosflags(long f)	Сброс флагов, задаваемых в f	Ввод/вывод
setbase(int основание)	Устанавливает основаниесистемы счисления для вывода данных	Вывод
setfill(char ch)	Устанавливает символ заполнения ch	Вывод
setiosflags(long f)	Установка флагов, задаваемых в f	Вывод
setprecision(int p)	Задает число символов после десятичной точки, равным p	Вывод
setw(int w)	Задает ширину поля, равной w позиций	Вывод

Примеры программирования

Пример 7. Вывод данных с использованием манипуляторов.

#include <iostream.h>

#include <iomanip.h>

#include <math.h>

int main()

{ double x, y;

cout << "Input x ";

cin >> x;

y = sin(x);

cout << setprecision(3);

cout << setw(7) << x;

cout << setw(7) << y;

return 0;

}

Пример 8. Описать и определить класс-список.

Файл list.h содержит описание класса.

struct list

{

int inf; // информационное поле

list *next; // указатель на следующий элемент списка

};

class CSpisok

{

list* head; // указатель на начало списка

public:

CSpisok (int n);

CSpisok (const CSpisok& s);

void print ();

~CSpisok();

};

Файл list.cpp содержит определение функций-элементов.

#include <stdlib.h>

#include <iostream>

#include <iomanip>

#include "list.h"

CSpisok:: CSpisok(int n)

//конструктор инициализирует список из n элементов по принципу

// "очередь"

{ head = NULL;

list *p,*pn;

for (int i = 0; i<n; i++)

{

p = new list;

p−>inf = rand()%100-50;

p−>next = NULL;

if (head == NULL) head = p;

else pn−>next = p;

pn = p;

}

};

CSpisok:: CSpisok (const CSpisok& s)

//конструктор копии класса CSpisok

{ head = NULL;

list *sp = s.head, *p, *pn;

while (sp)

` { p = new list;

p−>inf = sp−>inf;

p−>next = NULL;

if (head == NULL) head = p;

else pn−>next = p;

pn = p;

sp = sp−>next;

}

};

CSpisok::~ CSpisok()

//деструктор - уничтожает объект класса список из памяти

{ list *p;

while (head)

{ p = head;

head = head−>next;

delete p;

}

};

void CSpisok::print()

//функция-элемент печати содержимого списка

{ list *p = head;

while (p)

{ cout<<setw(5)<<p−>inf;

p = p−>next;

}

cout<<endl;

};

Файл main.cpp содержит основную функцию.

#include <iostream>

#include <iomanip>

#include “list.h”

int main ()

{ CSpisok s1(10), // создание списка из 10 элементов

s2(s1), // s2- копия списка s1

s3(15); // создание списка из 15 элементов

s1.print(); // печать s1

s2.print(); // печать s2

s3.print(); // печать s3

system("PAUSE");

return 0;

}

В проект включены файлы: main.cpp и list.cpp.

Результаты выполнения программы:

-49 -50 -17 -47 -15 -29 3 -31 20 44

-49 -50 -17 -47 -15 -29 3 -31 20 44

-23 -6 -40 19 6 -46 -34 31 18 26 32 45 -29 -8 45.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой класс?

2. Какие спецификации доступа используются при описании класса?

3. Что является элементами класса?

4. Как осуществляется доступ к элементам класса?

5. Для чего используется указатель this?

6. Что такое конструктор?

7. Что такое деструктор?

Порядок выполнения лабораторной работы

Напишите программу согласно Вашему варианту задания.

Варианты заданий

Номер варианта	Задание
1, 14	Определить класс-строку. В класс включить два конструктора: для определения класса строки строкой символов и путем копирования другой строки (объекта класса строки). Предусмотреть функции поиска слова в строке и добавления другой строки, начиная с позиции N.
2, 15	Определить класс-строку. В класс включить два конструктора: для определения класса строки строкой символов и путем копирования другой строки (объекта класса строки). Предусмотреть функции слияния двух строк и функцию подсчёта предложений в строке.
3, 16	Определить класс-строку. В класс включить два конструктора: для определения класса строки строкой символов и путем копирования другой строки (объекта класса строки). Предусмотреть функции сортировки слов в строке по-алфавиту и подсчёта количества слов.
4, 17	Определить класс список элементов. В определение класса включить два конструктора: для определения списка по его размеру и путем копирования другого списка. Предусмотреть функции подсчёта количества элементов списка и добавления одного списка в другой список, начиная с позиции N.
5, 18	Определить класс список элементов. В определение класса включить два конструктора для определения списка по его размеру и путем копирования другого списка. Предусмотреть функции сортировки списка по возрастанию и вывода на экран в обратном порядке.
6, 19	Определить класс список элементов. В определение класса включить два конструктора для определения списка по его размеру и путем копирования другого списка. Предусмотреть функции инверсии списка (123->321) и поиска подсписка в списке.
7, 20	Определить класс сортированный список элементов. В определение класса включить два конструктора для определения списка по его размеру и путем копирования другого списка. Предусмотреть функции добавления элемента и слияния двух сортированных списков.
8, 21	Определить класс список элементов. В определение класса включить два конструктора для определения списка по его размеру и путем копирования другого списка. Предусмотреть функции формирования нового списка из элементов, входящих только в один из двух других списков и вычисления суммы элементов списков.
9, 22	Определить класс матрицу. В класс включить два конструктора для определения матрицы по количеству элементов и путем копирования другой матрицы. Предусмотреть функции вычисления детерминанта матрицы и умножения матрицы на число.
10, 23	Определить класс стек. В класс включить два конструктора для определения стека по его размеру и путем копирования другого стека. Предусмотреть функции вычисления среднего арифметического из элементов стека и нахождения элемента по его номеру.
11, 24	Определить класс вектор. В класс включить два конструктора для определения вектора по его размеру и путем копирования другого вектора. При задании вектора по его размеру предусмотреть его заполнение случайными числами. Предусмотреть функции умножения векторов и подсчёта суммы элементов вектора.
12, 25	Определить класс вектор. В класс включить два конструктора для определения вектора по его размеру и путем копирования другого вектора. При задании вектора по его размеру предусмотреть его заполнение случайными числами. Предусмотреть функции нахождения максимального и минимального из элементов вектора и умножения вектора на число.
13, 26	Определить класс вектор. В класс включить два конструктора для определения вектора по его размеру и путем копирования другого вектора. При задании вектора по его размеру предусмотреть его заполнение случайными числами. Предусмотреть функции сортировки вектора по возрастанию и нахождения среднего арифметического из элементов вектора.

С уважением ИЦ "KURSOVIKS"!