c++.pdf

Cz 1.

Rozdział 1.

Zaczynamy

Wprowadzenie

Witamy w „C++ dla ka

dego.” Ten rozdział pomo

e ci efektywnie programowa w C++.

Dowiesz si z niego:

dlaczego C++ jest standardowym j zykiem tworzenia oprogramowania

Jakie kroki nale

y wykona przy opracowaniu programu w C++

w jaki sposób wpisa , skompilowa i zbudowa swój pierwszy, działaj cy

program w C++.

Krótka historia j zyka C++

Od czasu pierwszych komputerów elektronicznych, zbudowanych do wspomagania artyleryjskich

oblicze trajektorii podczas drugiej wojny wiatowej, j zyki programowania przebyły dług drog .

ywali najbardziej prymitywnych instrukcjami komputera: j zyka

Na pocz tku programi ci u

maszynowego. Te instrukcje były zapisywane jako długie ci gi zer i jedynek. Dlatego wymy lono

zapami tania mnemoniki, takie jak ADD czy MOV.

Z czasem pojawiły si j zyki wy szego poziomu, takie jak BASIC czy COBOL. Te j zyki

umo liwiały stosowanie zapisu przypominaj cego słowa i zdania, np. LET I = 100. Te instrukcje

były tłumaczone przez interpretery i kompilatory na j zyk maszynowy.

Interpreter tłumaczy odczytywany program, bezpo rednio zamieniaj c jego instrukcje (czyli kod)

na działania. Kompilator natomiast tłumaczy kod na pewn form po redni . Ten proces jest

nazywany kompilacj ; w jej wyniku otrzymujemy plik obiektowy. Nast pnie kompilator

wywołuje program ł cz cy (tzw. linker), który zamienia plik obiektowy na program

wykonywalny.

łatwiejsze w u yciu dla programistów. Obecnie wi kszo programów interpretowanych jest

nazywanych skryptami, za sam interpreter nosi nazw Script Engine (w wolnym tłumaczeniu:

motor skryptu).

Niektóre j zyki, takie jak Visual Basic, nazywaj interpreter bibliotek czasu działania. Java

przypadkach taka maszyna wirtualna jest dostarczana przez przegl dark WWW (tak jak Internet

Explorer lub Netscape).

ródłowego (czytelnego dla człowieka) na kod obiektowy (czytelny dla maszyny). Ten dodatkowy

krok jest do niewygodny, ale dzi ki niemu kompilowane programy działaj bardzo szybko, gdy

czasochłonne zadanie przetłumaczenia kodu

ródłowego na j zyk maszynowy jest wykonywane

tylko raz (podczas kompilacji) i nie jest ju konieczne podczas działania programu.

Kolejn zalet wielu j zyków kompilowanych (takich jak C++) jest posiadanie tylko programu

wykonywalnego (bez konieczno ci posiadania interpretera). W przypadku j zyka

interpretowanego, do uruchomienia programu konieczne jest posiadanie interpretera.

Przez wiele lat głównym celem programistów było uzyskanie niewielkich fragmentów szybko

działaj cego kodu. Programy musiały by niewielkie, gdy pami była droga; musiały by tak e

szybsze, a tak e gdy spadła cena pami ci, te priorytety uległy zmianie. Obecnie czas pracy

programisty jest du o dro szy ni koszty eksploatacji wi kszo ci komputerów wykorzystywanych

w codziennej pracy. Teraz najwa niejszy jest dobrze napisany, łatwy w konserwacji kod. Łatwo

konserwacji oznacza, e gdy zmieni si wymagania wobec działania programu, program mo na

zmieni i rozbudowa , bez ponoszenia wi kszych wydatków.

UWAGA Słowo „program” jest u ywane w dwóch kontekstach: w odniesieniu do zestawu

si do całego programu przyjmujacego posta pliku wykonywalnego. Mo e to powodowa

znaczne nieporozumienia, w zwi zku z czym b dziemy stara si dokona rozró nienia

pomi dzy kodem ródłowym a plikiem wykonywalnym.

tzw. asemblery, zamieniaj ce instrukcje maszynowe na czytelne dla człowieka i łatwiejsze do

Poniewa interpretery odczytuj kod programu bezpo rednio i wykonuj go na bie co, s

nazywa swój interpreter maszyn wirtualn (VM, Virtual Machine), jednak w pewnych

Kompilatory wymagaj wprowadzenia dodatkowego kroku zwi zanego z kompilowaniem kodu

szybkie, gdy droga była równie moc obliczeniowa. Gdy komputery stały si mniejsze, ta sze i

poszczególnych instrukcji (kodu ródłowego), tworzonego przez programist oraz w odniesieniu

Rozwi zywanie problemów

Problemy, które obecnie rozwi zuj programi ci, s zupełnie inne ni problemy rozwi zywane

dwadzie cia lat temu. W latach osiemdziesi tych programy były tworzone w celu zarz dzania

du ymi ilo ciami nie poddanych obróbce danych danych. Zarówno osoby pisz ce kod, jak i osoby

korzystaj ce z programów, zajmowały si komputerami profesjonalnie. Obecnie z komputerów

korzysta du o osób, wi kszo z nich ma niewielkie poj cie o tym, jak działa program i komputer.

Komputery s narz dziem u ywanym przez ludzi do konkretnej pracy, a nie w celu dodatkowego

zmagania si z samym komputerem.

Mo na uwa a za ironi , e wraz z pojawieniem si coraz łatwiejszych do opanowania przez ogół

u ytkowników programów, tworzymy programy, które same w sobie staj si coraz bardziej

wymy lne i skomplikowane. Min ły ju czasy wpisywania przez u ytkownika tajemniczych

polece po znaku zach ty, które powodowały wy wietlenie strumienia nie przetworzonych

danych. Obecne programy korzystaj z wymy lnych „przyjaznych interfejsów u ytkownika”,

posiadaj cych wiele okien, menu, okien dialogowych oraz innych elementów, które wszyscy

dobrze znamy.

Wraz z rozwojem sieci WWW, komputery wkroczyły w now er penetracji rynku; korzysta z nicj

wi cej osób ni kiedykolwiek, a ich oczekiwania s bardzo du e. Przez kilka lat, jakie upłyn ły od

czasu pierwszego wydania tej ksi ki, programy stały si bardziej zło one, w zwi zku z czym

powstało zapotrzebowanie na pomocne w ich opanowaniu techniki programistyczne.

Wraz ze zmian wymaga dotycz cych oprogramowania, zmieniły si tak e same j zyki i

technika pisania programów. Cho historia tych przemian jest fascynuj ca, w tej ksi ce skupimy

si na transformacjach jakie nast piły w trakcie przej cia od programowania proceduralnego do

programowania obiektowego.

Programowanie proceduralne, strukturalne i

obiektowe

Do niedawna program był traktowany jako seria procedur, działaj cych na danych. Procedura

(funkcja) jest zestawem specyficznych, wykonywanych jedna po drugiej instrukcji. Dane były

całkowicie odseparowane od procedur, za zadaniem programisty było zapami tanie, która funkcja

wywołuje inne funkcje, oraz jakie dane były w wyniku tego zmieniane. W celu unikni cia wielu

potencjalnych bł dów opracowane zostało programowanie strukturalne.

Główn ide programowania strukturalnego jest: „dziel i rz d .” Program komputerowy mo e by

uwa any za zestaw zada . Ka de zadanie, które jest zbyt skomplikowane aby mo na było je łatwo

opisa , jest rozbijane na zestaw mniejszych zada składowych, a do momentu gdy, wszystkie

zadania s wystarczaj co łatwe do zrozumienia.

Na przykład, obliczenie przeci tnej pensji przeci tnego pracownika przedsi biorstwa jest do

zło onym zadaniem. Mo na je jednak podzieli na nast puj ce podzadania:

1. Obliczenie, ile zarabiaj poszczególne osoby.

2. Policzenie ilo ci pracowników.

3. Zsumowanie wszystkich pensji.

4. Podzielenie tej sumy przez ilo pracowników.

Sumowanie pensji mo na podzieli na nast puj ce kroki:

1. Odczytanie danych dotycz cych ka dego pracownika.

2. Odwołanie si do danych dotycz cych pensji.

3. Dodanie pensji do naliczanej sumy.

4. Przej cie do danych dotycz cych nast pnego pracownika.

Z kolei, uzyskanie danych na temat pracownika mo na rozbi na:

1. Otwarcie pliku pracowników.

2. Przej cie do wła ciwych danych.

3. Odczyt danych z dysku.

Programowanie strukturalne stanowi niezwykle efektywny sposób rozwi zywania zło onych

problemów. Jednak pod koniec lat osiemdziesi tych ograniczenia takiej metody programowania

objawiły si a nazbyt jasno.

Po pierwsze, w trakcie tworzenia oprogramowania naturalnym d eniem jest traktowanie danych

(na przykład danych pracownika) oraz tego, co mo na z nimi zrobi (sortowa , modyfikowa ,

itd.), jako pojedynczej cało ci. Niestety, w programowaniu strukturalnym struktury danych s

oddzielone od manipuluj cych nimi funkcji, a w programie strukturalnym nie istnieje naturalny

sposób ich poł czenia. Programowanie strukturalne jest cz sto nazywane programowaniem

proceduralnym, gdy skupia si na procedurach (a nie na „obiektach”).

Po drugie, programi ci zmuszeni s wci wymy la nowe rozwi zania starych problemów.

Czasem nazywa si to „wymy laniem koła”; stanowi to przeciwie stwo „ponownego

wykorzystania.” Idea ponownego wykorzystania oznacza tworzenie komponentów, posiadaj cych

znane wcze niej wła ciwo ci, które mog by w miar potrzeb doł czane do programu. Pomysł

został zapo yczony z rozwi za sprz towych — gdy in ynier potrzebuje nowego tranzystora,

zwykle nie musi go wymy la — przegl da du e pudło z tranzystorami i wybiera ten, który

spełnia dane wymagania, ewentualnie tylko nieco go modyfikuj c. In ynier oprogramowania nie

miał podobnej mo liwo ci.

Na to zapotrzebowanie próbuje odpowiedzie programowanie zorientowane obiektowo, dostarcza

ono technik zarz dzania zło onymi elementami, umo liwia ponowne wykorzystanie

komponentów i ł czy w logiczn cało dane oraz manipuluj ce nimi funkcje.

Zadaniem programowania zorientowanego obiektowo jest modelowanie „obiektów” (tzn. rzeczy),

a nie „danych.” Modelowanymi obiektami mog by zarówno elementy na ekranie, takie jak

przyciski czy pola list, jak i obiekty wiata rzeczywistego, np. motocykle, samoloty, koty czy

woda.

Obiekty posiadaj charakterystyki (szybki, obszerny, czarny, mokry) oraz mo liwo ci

(przyspieszanie, latanie, mruczenie, bulgotanie). Zadaniem programowania zorientowanego

obiektowo jest reprezentacja tych obiektów w j zyku programowania.

C++ i programowanie zorientowane obiektowo

J zyk C++ wspiera programowanie zorientowane obiektowo, obejmuje swym działaniem trzy

podstawy takiego stylu programowania: kapsułkowanie, dziedziczenie oraz polimorfizm.

Kapsułkowanie

Gdy in ynier chce doda do tworzonego urz dzenia rezystor, zwykle nie buduje go samodzielnie

od pocz tku — podchodzi do pojemnika z rezystorami, sprawdza kolorowe paski, oznaczaj ce

wła ciwo ci, i wybiera potrzebny element. Z punktu widzenia in yniera rezystor jest „czarn

skrzynk ” — niewa ny jest sposób w jaki działa (o ile tylko zachowuje si zgodnie ze swoj

specyfikacj ). In ynier nie musi zastanawia si nad wn trzem rezystora, aby u y go w swoim

projekcie.

Wła ciwo samozawierania si jest nazywana kapsułkowaniem. W kapsułkowaniu mo emy

zakłada opcj ukrywania danych. Ukrywanie danych jest mo liwo ci , dzi ki której obiekt mo e

by u ywany przez osob nie posiadaj c wiedzy o tym, w jaki sposób działa. Skoro mo emy

korzysta z lodówki bez znajomo ci zasad działania kompresora, mo emy te u y dobrze

zaprojektowanego obiektu nie znaj c jego wewn trznych danych składowych.

Sytuacja wygl da podobnie, gdy z rezystora korzysta in ynier: nie musi wiedzie niczego o jego

wewn trznym stanie. Wszystkie wła ciwo ci rezystora s zakapsułkowane w obiekcie rezystora

(nie s rozrzucone po całym układzie elektronicznym). Do efektywnego korzystania z rezystora

nie jest potrzebna wiedza o sposobie jego działania. Mo na powiedzie , e jego dane s ukryte

wewn trz obudowy.

C++ wspiera kapsułkowanie poprzez tworzenie typów zdefiniowanych przez u ytkownika,

zwanych klasami. O tym, jak tworzy klasy, dowiesz si z rozdziału szóstego, „Programowanie

zorientowane obiektowo.” Po stworzeniu, dobrze zdefiniowana klasa działa jako spójna cało —

jest u ywana jako jednostka. Wewn trzne działanie klasy powinno by ukryte. U ytkownicy

dobrze zdefiniowanych klas nie musz wiedzie , w jaki sposób one działaj ; musz jedynie

wiedzie , jak z nich korzysta .

Dziedziczenie i ponowne wykorzystanie

Gdy in ynierowie z Acme Motors chc zbudowa nowy samochód, maj do wyboru dwie

mo liwo ci: mog zacz od pocz tku lub zmodyfikowa istniej cy ju model. By mo e ich

model, Gwiazda, jest prawie doskonały, ale chc do niego doda turbodoładowanie i

sze ciobiegow skrzyni biegów. Główny in ynier nie chciałby zaczyna od pocz tku, zamiast

tego wolałby zbudowa nowy, podobny model, z tym dodatkowym wyposa eniem. Nowy model

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: