Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- sd-ca:laboratoare:laborator-02 [2016/02/21 19:34]
radu.stochitoiu
+++ sd-ca:laboratoare:laborator-02 [2016/02/21 19:51] (current)
radu.stochitoiu
@@ Line 3: / Line 3: @@
 ===== Obiective =====
-În urma parcurgerii acestui laborator studentul va:
+În urma parcurgerii acestui articol studentul va:
-  * înțelege conceptul de template
+  * învăța ce înseamnă o clasă
-  * înțelege conceptul de referințe din C++
+  * învăța ce înseamnă constructor / destructor
-  * înțelege conceptul de read-only introdus prin identificatorul const
+  * afla funcționalitățile claselor / funcțiilor prietene
+  * realiza supraîncărcarea operatorilor din C++
+  * înțelege conceptul de copy constructor
+  * înțelege conceptul de rule of three
+==== Clase ====
+Formal am făcut deja primii pași mai sus pentru a implementa o clasă în C++, utilizând keyword-ul //struct//.
+Totuși, ce înseamnă o clasă? Nu trebuie decât să ne gândim la ce am făcut mai sus:
+  *am definit un tip de date
+  *i-am adăugat atribute (am definit ce proprietăți îl caracterizează: partea reală și partea imaginară)
+  *i-am adăugat metode (am definit cum se comportă: inițializarea și conjugarea)
+Cu această adăugare menționată, putem să ne referim la ceea ce înseamnă o **clasă**, respectiv un **obiect**.
+Ne referim la o **clasă** ca fiind o amprentă (blueprint) sau descriere generală.
+Un **obiect** sau o **instanță a clasei** este o variabilă concretă ce se conformează descrierii clasei.
+Vom numi **clasă** tipul de date definit de //struct complex// sau //class complex// și **obiect** o instanțiere (o alocare dinamică sau locală) a tipului de date.
+Când discutăm despre tipul de date //complex// ne referim la clasă.
+Când discutăm despre variabila //number// ne referim la un obiect, o instanță a clasei.
+==== Keyword-ul "class" vs. "struct" ====
+Și totuși, C++ adăugă keyword-ul //class//. Care este diferența între //class// și //struct//?
+Iată cum definim complet clasa de mai sus, separând antetul de implementare și de programul principal.
+<columns 100% 100% ->
+<code c++ complex.h>
+class Complex {
+    double re;
+    double im;
+    Complex conjugate();
+};
+</code>
+<newcolumn>
+<code c++ complex.cc>
+#include "complex.h"
+Complex Complex::conjugate() {
+    Complex conjugate;
+    conjugate.re = this->re;
+    conjugate.im = -(this->im);
+    return conjugate;
+}
+</code>
+<newcolumn>
+<code c++ main.cc>
+#include <stdio.h>
+#include "complex.h"
+int main() {
+    Complex number;
+    number.re = 2;
+    number.im = 4;
+    printf("%.2lf %.2lf\n", number.re, number.im);
+    return 0;
+}
+</code>
+</columns>
+==== Specificatori de acces ====
+Am observat mesajul de eroare în urma compilării fișierelor de mai sus.
+Astfel, **singura diferență** folosirea celor două keyword-uri este nivelul implicit de vizibilitate a metodelor și atributelor.
+  ***private** - pentru clasele declarate cu **class**
+  ***public**  - pentru clasele declarate cu **struct**
+Membri precedați de label-ul **private** pot fi folosiți numai în interiorul clasei, în cadrul metodelor acesteia.
+Ei nu pot fi citiți sau modificați din afara clasei.
+Iată cum puteam remedia soluția:
+<code c++ complex.h>
+class Complex {
+public:
+    double re;
+    double im;
+    Complex conjugate();
+};
+</code>
+==== Constructori și destructori ====
+Studiați codul de mai jos.
+<columns 100% 100% ->
+<code c++ complex.h>
+class Complex {
+public:
+    // Constructor
+    Complex(double re, double im);
+    // Destructor
+    ~Complex();
+    double getRe();
+    double getIm();
+    Complex conjugate();
+private:
+    double re;
+    double im;
+};
+</code>
+<newcolumn>
+<code c++ complex.cc>
+#include "complex.h"
+Complex::Complex(double re, double im) {
+    this->re = re;
+    this->im = im;
+}
+Complex::~Complex() {
+}
+Complex Complex::conjugate() {
+    Complex conjugat(re, -im);
+    return conjugat;
+}
+double Complex::getRe() {
+    return re;
+}
+double Complex::getIm() {
+    return im;
+}
+</code>
+</columns>
+<code c++ main.cc>
+#include <stdio.h>
+#include "complex.h"
+int main() {
+    Complex number(2, 3);
+    printf("%lf %lf\n", number.getRe(), number.getIm());
+    return 0;
+}
+</code>
+</columns>
+==== Constructor ====
+Observăm două bucăți din cod în mod special:
+<code c++>
+Complex::Complex(double re, double im);
+</code>
+Linia de mai sus **nu are tip** returnat, spre deosebire de celelalte linii.
+Acesta este **constructorul** clasei, care este apelat în momentul alocării unui obiect.
+Ce operații sunt uzuale în constructor?
+  *inițializarea membrilor clasei cu valori predefinite sau date ca parametru
+  *alocarea memoriei pentru anumiți membri
+A doua bucată observată este:
+<code c++>
+Complex numar(2, 3);
+</code>
+Până acum nu ați mai alocat astfel structurile. Ce se întâmplă în spate este exact ceea ce intuiți: este apelat constructorul obiectului și se execută instrucțiunile acestuia pentru variabila numar (reprezentată ca pointer prin this, direct în interiorul constructorului).
+În constructorul definit mai sus, tot ceea ce se întâmplă este să se inițializeze membri. Pentru asta, C++ vă pune la dispoziție o sintaxă simplă:
+<code c++>
+Complex::Complex(double real, double imaginar) :
+    re(real),
+    im(imaginar) {
+}
+</code>
+Cei doi constructori sunt identici ca funcționalitate.
+==== Copy-constructor ====
+Reprezintă un tip de constructor special care se folosește când se dorește/este necesară o copie a unui obiect existent. Dacă nu este declarat, se va genera unul default de către compilator.
+Poate avea unul din următoarele prototipuri
+   * MyClass(const MyClass& obj);
+   * MyClass(MyClass& obj);
+=== Când se apelează? ===
+) Apel explicit
+<code c++ explicit_copy_constructor_call.cpp>
+MyClass m;
+MyClass x = MyClass(m); /* apel explicit al copy-constructor-ului */
+</code>
+) Transfer prin valoare ca argument într-o funcție
+<code c++ call_by_value.cpp>
+void f(MyClass obj);
+...
+MyClass o;
+f(o); /* se apelează copy-constructor */
+</code>
+) Transfer prin valoare ca return al unei funcții
+<code c++ return_by_value.cpp>
+MyClass f()
+{
+    MyClass a;
+    return a; /* se apelează copy-constructor */
+}
+</code>
+) La inițializarea unei variabile declarate pe aceeași linie
+<code c++ init.cpp>
+MyClass m;
+MyClass x = m; /* se apelează copy-constructor */
+</code>
+==== Destructor ====
+Așa cum probabil ați observat, **constructorul** este apelat în mod **explicit** de către voi. **Destructorul** însă, în cazul de mai sus, este apelat **implicit** la terminarea blocului care realizează dealocărea automată a obiectului.
+Un destructor nu are parametri și se declară în interiorul clasei astfel:
+<code c++>
+~Complex();
+</code>
+Dacă în constructor sau în interiorul clasei ați fi alocat memorie, cel mai probabil în destructor ați fi făcut curat și ați fi apelat free pe membrul respectiv.
+==== Rule of Three ====
+Reprezintă un concept de ** must do** pentru C++. Astfel:
+<note important>Dacă programatorul și-a declarat/definit unul dintre ** constructor default**, ** operator de assignment** sau ** copy-constructor**, trebuie să îi declare/definească și pe ceilalți 2</note>
+Explicație: dacă funcționalitatea vreunuia dintre cei 3 se vrea mai specială decât cea oferită default, atunci mai mult ca sigur se dorește schimbarea funcționalității default și pentru ceilalți 2 rămași.
+<code c++ rule_of_3.cpp>
+class Complex
+{
+    private:
+        int re;
+        int im;
+    public:
+        Complex()
+        {
+            re = 0;
+            im = 0;
+            printf("constructor default\n");
+        }
+        Complex(const Complex& c)
+        {
+            re = c.re;
+            im = c.im;
+            printf("copy contructor\n");
+        }
+        void operator=(const Complex& c)
+        {
+            re = c.re;
+            im = c.im;
+            printf("assignment operator\n");
+        }
+};
+</code>
+=====  Clase/metode prietene  =====
+Așa cum am văzut în primul articol, fiecare membru al clasei poate avea 3 specificatori de acces:
+  * public
+  * private
+  * protected
+Alegerea specificatorilor se face în special în funcție de ce funcționalitate vrem să exportăm din clasa respectivă.
+Dacă vrem să accesăm datele private/protejate din afara clasei, avem următoarele opțiuni:
+  * Funcții care ne întorc/setează valorile membre
+  * Funcții/Clase prietene (friend) cu clasa curentă.
+O funcție prieten are următoarele proprietăți:
+  * O funcţie este considerată prietenă al unei clase, dacă în declararea clasei, este declarată funcţia respectivă precedată de specificatorul **friend**
+  * Declararea unei funcţii prieten poate fi făcută în orice parte a clasei(publică, privată sau protejată).
+  * Definiţia funcţiei prieten se face global, în afara clasei.
+  * Funcția declarată ca **friend** are acces liber la orice membru din interiorul clasei.
+O clasă prieten are următoarele proprietăți:
+  * O clasă B este considerată prieten al unei clase A, dacă în declararea clasei A s-a întâlnit expresia: ''friend class B''
+  * Clasa B poate accesa orice membru din clasa A, fără nici o restricție.
+De asemenea, dacă clasa A este considerată prieten cu clasa B, nu înseamnă că si clasa B este considerată prieten cu clasa A. Nici tranzitivitatea nu este valabilă în relaţia de prietenie dintre clase.
+Exemplu:
+<code cpp>
+class Complex{
+private:
+    int re;
+    int im;
+public:
+    int GetRe();
+    int GetIm();
+    friend double ComplexModul(Complex c);   //am declarat fct ComplexModul ca prieten
+    friend class Polinom;   //Acum clasa Polinom care acces deplin la membrii **re** și **im**
+};
+double ComplexModul(Complex c)
+{
+   return sqrt(c.re*c.re+c.im*c.im);  //are voie, intrucat e prietena
+}
+</code>
+===== Supraîncarcarea operatorilor =====
+Un mecanism specific C++ este supraîncarcarea operatorilor, prin care programatorul poate asocia noi semnificaţii operatorilor deja existenţi. De exemplu, dacă dorim ca două numere complexe să fie adunate, în C trebuie să scriem funcții specifice, nenaturale. În C++ putem scrie foarte ușor:
+<code c>
+Complex a(2,3);
+Complex b(4,5);
+Complex c=a+b; //operatorul + a fost supraîncarcat pentru a aduna două numere complexe
+</code>
+Acest lucru este posibil, întrucât un operator este văzut ca o funcție, cu declarația:
+     tip_rezultat operator#(listă_argumente);
+Așadar pentru a supraîncărca un operator pentru o anumită clasă, este necesar să declarăm funcția următoare în corpul acesteia:
+     tip_rezultat operator#(listă_argumente);
+Există câteva restricții cu privire la supraîncarcare:
+  * Nu pot fi supraîncărcaţi operatorii: ::, ., .*, ?:, sizeof.
+  * Setul de operatori ai limbajul C++ nu poate fi extins prin asocierea de semnificaţii noi unor caractere, care nu sunt operatori, de exemplu nu putem defini operatorul === .
+  * Prin supraîncărcarea unui operator nu i se poate modifica aritatea (astfel operatorul ! este unar şi poate fi redefinit numai ca operator unar).
+  * Asociativitatea şi precedenţa operatorului se menţin.
+  * La supraîncărcarea unui operator nu se pot specifica argumente cu valori implicite.
+==== Operatori supraîncărcaţi ca funcţii prieten ====
+Un operator binar va fi reprezentat printr-o funcţie nemembră cu două argumente, iar un operator unar, printr-o funcţie nemembră cu un singur argument.
+Utilizarea unui operator binar sub forma **a#b** este interpretată ca **operator#(a,b)**.
+Argumentele sunt clase sau referinţe constante la clase.
+==== Supraîncărcarea operatorilor << şi >> ====
+În C++, orice dispozitiv de I/O este văzut drept un stream, așadar operațiile de I/O sunt operații cu stream-uri, care se definesc în felul următor:
+  * **Citire**: se execută cu operatorul de extracție >>, membru al clasei istream
+  * **Scriere**: se execută cu operatorul de inserție <<, membru al clasei ostream
+Acești operatori pot fi supraîncărcați pentru o clasă pentru a defini operații de I/O direct pe obiectele clasei.
+Supraîncărcarea se poate efectua folosind funcții friend utilizând următoarea sintaxă:
+<code c>
+istream& operator>> (istream& f, clasa & ob);        //Acum pot scrie in >> ob
+ostream& operator<< (ostream& f, const clasa & ob);  //Acum pot scrie out << ob
+</code>
+<note important>Operatorii >> și << întorc fluxul original, pentru a scrie înlănțuiri de tipul ''f>>ob1>>ob2''. </note>
+Funcţiile operator pentru supraîncărcarea operatorilor de I/O le vom declara ca funcţii prieten al clasei care interacţionează cu fluxul.
+<code c++ Complex.h>
+#include <iostream>
+class Complex
+{
+public:
+    double re;
+    double im;
+    Complex(double real=0, double imag=0): re(real), im(imag) {};
+    //supraîncărcarea  operatorilor +, - ca functii de tip "friend"
+    friend Complex operator+(const Complex& s, const Complex& d);
+    friend Complex operator-(const Complex& s, const Complex& d);
+    //funcţii operator pentru supraîncărcarea operatorilor de intrare/ieşire
+    //declarate ca funcţii de tip "friend"
+    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const Complex& z);
+    friend std::istream& operator>> (std::istream& is, Complex& z);
+};
+</code>
+<code c++ Complex.cpp>
+#include "complex.h"
+Complex operator+(const Complex& s, const Complex& d){
+  return Complex(s.re+d.re,s.im+d.im);
+}
+Complex operator-(const Complex& s, const Complex& d){
+  return Complex(s.re-d.re,s.im-d.im);
+}
+std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& z){
+   out << "(" << z.re << "," << z.im << ")"<< std::endl;
+   return out;
+}
+std::istream& operator>>(std::istream& is, Complex& z){
+  is >> z.re >> z.im;
+  return is;
+}
+</code>
+<code c++ main.cpp>
+#include "complex.h"
+int main() {
+ Complex a(1,1), b(-1,2);
+ std::cout << "A: " << a << "B: " << b;
+ std::cout << "A+B: " << (a+b);
+ std::cin >> b;
+ std::cout << "B: " << b;
+ a=b;
+ std::cout << "A: " << a << "B: " << b;
+}</code>
+==== Operatori supraîncărcaţi ca funcţii membre ====
+Funcţiilor membru li se transmite un argument implicit **this** (adresa obiectului curent), motiv pentru care un operator binar poate fi implementat printr-o funcţie membru nestatică cu un singur argument.
+Operatorii sunt interpretați în modul următor:
+  * Operatorul binar **a#b** este interpretat ca **a.operator#(b)**
+  * Operatorul unar prefixat **#a** este interpretat ca **a.operator#()**
+  * Operatorul unar postfixat **a#** este interpretat ca **a.operator#(int)**
+<code c++ Complex.h>
+#include <iostream>
+class Complex
+{
+public:
+    double re;
+    double im;
+    Complex(double real, double imag): re(real), im(imag) {};
+    //operatori supraîncărcaţi ca funcţii membre
+    Complex operator+(const Complex& d);
+    Complex operator-(const Complex& d);
+    Complex& operator+=(const Complex& d);
+    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const Complex& z);
+    friend std::istream& operator>> (std::istream& is, Complex& z);
+};
+</code>
+<code c++ Complex.cpp>
+#include "complex.h"
+Complex Complex::operator+(const Complex& d){
+  return Complex(re+d.re, im+d.im);
+}
+Complex Complex::operator-(const Complex& d){
+  return Complex(re-d.re, im-d.im);
+}
+Complex& Complex::operator+=(const Complex& d){
+  re+=d.re;
+  im+=d.im;
+  return *this;
+}
+std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& z){
+   out << "(" << z.re << "," << z.im << ")"<< std::endl;
+   return out;
+}
+std::istream& operator>>(std::istream& is, Complex& z){
+  is >> z.re >> z.im;
+  return is;
+}
+</code>
+==== Supraîncărcarea operatorului de atribuire ====
+Așa cum am amintit mai sus, majoritatea operatorilor pot fi supraîncărcați. O atenție importantă trebuie acordată operatorului de atribuire, dacă nu este supraîncărcat, realizează o copiere membru cu membru.
+Pentru obiectele care nu conţin date alocate dinamic la iniţializare, atribuirea prin copiere membru cu membru funcţionează corect, motiv pentru care nu se supraîncarcă operatorul de atribuire.
+<note important>Pentru clasele ce conţin date alocate dinamic, copierea membru cu membru, executată în mod implicit la atribuire conduce la copierea pointerilor la datele alocate dinamic, în loc de a copia datele.</note>
+Operatorul de atribuire poate fi redefinit numai ca funcţie membră, el fiind legat de obiectul din stânga operatorului =, motiv pentru care va întoarce o referinţă la obiect.
+<code c++ String.h>
+class String{
+  char* s;
+  int n; // lungimea sirului
+  public:
+	String();
+	String(const char* p);
+	String(const String& r);
+	~String();
+	String& operator=(const String& d);
+	String& operator=(const char* p);
+};
+</code>
+<code c++ String.cpp>
+#include "String.h"
+#include <string.h>
+String& String::operator=(const String& d){
+  if(this != &d){    //evitare autoatribuire
+    if(s)            //curatire
+      delete [] s;
+    n=d.n;           //copiere
+    s=new char[n+1];
+    strcpy(s, d.s);
+  }
+  return *this;      //intoarce referinta la obiectul modificat
+}
+String& String::operator=(const char* p){
+  if(s)
+      delete [] s;
+  n=strlen(p);
+  s=new char[n+1];
+  strcpy(s, p);
+  return *this;
+}
+</code>
@@ Line 16: / Line 574: @@
     *[**2p**] Setati tipul de return a metodelor de tip getter astfel incat sa puteti modifica valorea intoarsa.
     *[**1p**] Arătați funcționalitatea prin adăugarea de cod în fișierul main.cpp. Rezolvați, dacă e cazul, toate erorile/leak-urile depistate de Valgrind.
-</hidden>
   *[**5p**] Clasa Complex - clasă ce implementează conceptul de număr complex
@@ Line 33: / Line 590: @@
     *[**2p**] Alocați o instanță de tip MappingEntry local și dinamic (utilizând new / delete).
     *[**1p**] Arătați funcționalitatea prin adăugarea de cod în fișierul main.cpp. Rezolvați, dacă e cazul, toate erorile/leak-urile depistate de Valgrind.
-<hidden>
   *[**5p**] Clasa Punct2D - clasă ce implementează conceptul de punct în plan
     *[**2p**] Implementați și folosiți utilizând template-uri clasa Punct2D, adăugând constructor și destructor.
@@ Line 44: / Line 601: @@
-</hidden>
   *[**5p**] Clasa Punct2D - clasă ce implementează conceptul de punct în plan
@@ Line 61: / Line 618: @@
     *[**1p**] Arătați funcționalitatea prin adăugarea de cod în fișierul main.cpp. Rezolvați, dacă e cazul, toate erorile/leak-urile depistate de Valgrind.
-<hidden>
 ===== Interviu =====
-Această secțiune nu este punctată și încearcă să vă facă o oarecare idee a tipurilor de întrebări pe care le puteți întâlni la un job interview (internship, part-time, full-time, etc.) din materia prezentată în cadrul laboratorului.
+Această secțiune nu este punctată și încearcă să vă facă o oarecare idee a tipurilor de întrebări pe care le puteți întâlni la un job interview (internship, part-time, full-time, etc.) din materia prezentată în cadrul articolului.
   * Care este diferența între struct și class în C++?

Informatii utile

Laboratoare

Laboratoare din anii trecuti

Teme

Temele vor fi comune la toate seriile, urmariti meta-cursul SDA CA+CB+CC+CD

Resurse

sd-ca/laboratoare/laborator-02.1456076070.txt.gz · Last modified: 2016/02/21 19:34 by radu.stochitoiu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top