Sınıflar ve Nesneler (class)

Transkript

1 Sınıflar ve Nesneler (class)

2 Sınıflara ve Nesnelere Giriş Nesneye yönelik programlama terminolojisinde, bir sınıf programcı tarafından tanımlanmış bir yeni tip gibidir Tıpkı doğal dillerdeki sınıf tanımı gibi: Aynı özellikleri ve fonksiyonları paylaşan elemanlar kümesidir Nesneye yönelik programlamada da tanım aynıdır Nesneye yönelik programlama dillerinde (C++gibi)nesneler bir kavrama ait herşeyi biraraya birleştirmeye yararlar (tarih, öğrenci gibi) Data(durum) (e.g. öğrenci no, not ortalaması) Fonksiyonlar (davranış) olur) (e.g. öğrenci kaydolur, öğrenci mezun

3 Nesnelere Giriş Data tiplerinden değişkenler tanımlıyoruz (int, double gibi). Benzer şekilde, sınıflardan da nesneler tanımlarız bir nesne bir sınıfın üyesidir Neden sınıflar ve nesneler? Neden nesneye dayalı programlama? Programcıya detaylarla uğraşmadan raftan hazır parçalar alıp kullanabilmesini sağlar Zaman ve çaba kazandırır Nesneler de gerçek hayattaki şeylerin programda gösterimidir. Siz de kendi sınıflarınızıtasarlayabilir ve sonra da kullanabilirsiniz, ama önce başka programcıların tanımladığı sınıfları kullanacağız Genellikle bir programcının yaptığı da budur

4 Nesneye Yönelik Programlama OO programlama olmadan Takvim yazdırma programı Bir çok yardımcı fonksiyon gerekli Artık yıl kontrolü Haftanın gününü kelimeye dönüştüren fonksiyon gerekli Data gün ay yıl Fonksiyonlar haftanın hangi günü AyĐsmi artık yıl Bu yapı kompleks mi? Kimisi için evet, kimisi için hayır...

5 Nesneye Yönelik Programlama OO versiyonu - Takvim yazdırma programı Tarih kavramı bir sınıf olarak geliştirilmiş data ve fonksiyonlar bir araya getirilmiş durumda Data (gün, ay, yıl) Fonksiyonlar Haftanın günü Ayın adı Bunu sevdiniz mi? kimisi için evet, kimisi için hayır OO yaklaşımı insan yapısına daha uygundur Đnsanın kavrayışı da nesnelere dayalıdır

6 Sınıfları nasıl kullanacağız? Bir sınıfın davranışıüye fonksiyonları(metodları) tarafından belirlenir Bu üye fonksiyonları ve ne yaptıklarını bilmek gerekir Fonksiyonun adını Parametrelerini ve parametre tiplerini Döndürdüğü tipi Fonksiyonunu Fonksiyonun nasıl çalıştığını bilmeniz gerekmez analoji: araba kullanırız ama yakıt enjeksiyonunun nasıl çalıştığını bilmemize gerek yoktur

7 Dice sınıfı Bilgisayar taklidi zar Gerçek zar değil, ama aynı fonksiyona sahip 1 ile zarın kenar sayısı arasında rastgele bir sayı atıyor Bu sınıftan oluşturacağımız zar nesneleri istediğimiz sayıda kenara sahip olabilirler Kullanıcı programcı bu sınıfa şu başlık dosyasından ulaşabilir #include "dice.h

8 Dice sınıfı Küçük bir sınıf Örnek ile görmekte fayda var Durum Kenar sayısı Zarın atılma sayısı Üye fonksiyonları Dice(int sides); // constructor verilen sides kenarlı bir zar oluşturur int Roll(); // rastgele atışı döndürür int NumSides() const; // kaç tane kenar olduğunu int NumRolls() const; // zarın kaç kez atıldığını

9 Bir sınıf nerede tanımlanır? Sınıfın tanımıveüye fonksiyon prototipleri ve bazıdiğer tanımlamalar bir header dosyası(.h dosyası) içindedir Fonksiyon prototipinde fonksiyon adı, döndürdüğütipi ve parametrelerini içerir. Fonksiyon gövdesi orada değildir. Üye fonksiyonların gövdeleri.cpp dosyası içindedir Dice örneğinde Sınıfın tanımı dice.h dosyasındadır Bu yüzden roll.cpp dosyasının başına include eklenmiştir Sınıfın uygulaması dice.cpp dosyasındadır VS projesinin parçası olmalıdır birlikte link edilirler

10 dice.h başlık dosyası Dice sınıfınıkullanabilmek için #include "dice.h" demek gerekir class Dice public: Dice(int sides); // constructor int Roll(); // return the random roll int NumSides() const; // how many sides int NumRolls() const; // # times this die rolled private: int myrollcount; // # times die rolled int mysides; // # sides on die ; Her Dice nesnesinin kendine has mysides ve myrollcount değişkenleri vardır Genellikle constructor fonksiyon tarafından ilk değerleri atanırlar

11 Dice sınıfını kullanmak constructor Dice cube(6); //altı kenarlı zar oluşturur Dice dodeca(12); // 12 kenarlı zar oluşturur cout << cube.numsides() << " kenarlı zar atılıyor " << endl; cout << cube.roll() << endl; cout << cube.roll() << endl; cout << cube.numrolls() << " kere atıldı" << endl; üye roll.cpp fonksiyonlar

12 Nasıl? Nesneleri nasıl tanımlarız? sınıf_adı nesneler_listesi_virgülle_ayrılmış; Eğer argumanlar istiyorsa constructor, onları da unutmayın. Nasıl üye fonksiyon çağırdık? nesne_adı.fonksiyon_adı(argumanlar); Bir üye fonksiyon çağrıldığı nesne üzerinde işlem yapacaktır.

13 Dice ile neler yapabiliriz, neler yapamayız Kenar sayısı belirtmeden Dice nesnesi yaratamayız Bu bir hata değil, bir tasarım kararıdır Varolan sınıfı parametresiz bir constructor ile değiştirebilirsiniz Dice d(2); // ok, madeni para gibi Dice cube; // ok değil, derlenmez Dice nesnesi ne kadar rasgeledir nasıl test edebiliriz? Bir hedef toplam elde etmek için kaç kez zar atılması gerektiğini hesaplarız Bunu defalarca tekrarlarız bir ortalama elde etmek için 6 kenarlı zar kullanarak bunu 2 ve 12 arasındaki bütün değerler için tekrarlarız testdice.cpp

14 Sınıf tanımının parçaları Public Üye fonksiyonlar Programcı sadece public bölümdekileri kullanabilir Constructors Nesneleri yaratmaya yarayan özel bir üye fonksiyon (değişkenler) Aynıisimle birden fazla constructor olabilir, ama değişik parametrelerle Private Daha ziyade sınıfın data (bilgi) kısmı burada olur Sınıfın kendi iç uygulaması için kullanılırlar Örneğin. mysides used by Roll Programcı göremez Örneğin. roll.cpp, programcı mysides ı değiştiremez

15 Dice sınıfının kullanımı #include "dice.h" int main() Dice cube(6); Dice dodeca(12); Nesneler oluşturuldu cube myrollcount 0 myrollcount 0 dodeca mysides 6 mysides 12 cout << cube.roll(); int k; for(k=0; k < 6; k++) cout << dodeca.roll(); return 0; Metodlar çağırıldı cube myrollcount mysides 1 6 myrollcount Döngüden sonra dodeca mysides 6 12

16 dice.cpp 1/2 Dice::Dice(int sides) // postcondition: all private fields initialized myrollcount = 0; mysides = sides; Constructor int Dice::NumSides() const // postcondition: return # of sides of die return mysides;

17 dice.cpp 2/2 int Dice::NumRolls() const // postcondition: return # of times die has been rolled return myrollcount; int Dice::Roll() // postcondition: number of rolls updated // random 'die' roll returned RandGen gen; // random number generator myrollcount= myrollcount + 1; // update # of rolls return gen.randint(1,mysides); // in range [1..mySides]

18 .cpp dosyası Sınıfın bütün member üye fonksiyonları bu dosyadadır Her fonksiyonun adı, parametre listesi, ve döndürdüğü tip vardır Bir üye fonksiyonun adında sınıfın adı da vardır return_type sınıf_adı:: fonksiyon_adı(parametreler) Constructor lar bir şey döndürmezler sınıf_adı:: sınıf_adı(parametreler) :: operatorü fonksiyonun sınıfını belirler Her metot sınıfın private data bölgesine dokunabilir(cağırıldığı nesnenin datasına tabii) Böylece, her metot çağrılışında, üye fonksiyon değişik nesnelerin private bilgisini kullanacaktır cube.numsides() ile dodeca.numsides(). operatorü üye fonksiyon cağrılacağı zaman kullanılır

19 RandGen Sınıfı Rastgele sayı üreten bir sınıf Projenize randgen.cpp dosyasını ekleyin ve #include "randgen.h" satırını da programınızın başına ekleyin Dört üye fonksiyonu var: int RandInt(int max = INT_MAX); [0..max) aralığında bir rastgele tamsayı üretir int RandInt(int low, int max); [low..max] aralığında bir rastgele tamsayı üretir double RandReal(); [0..1) aralığında bir rastgele reel sayı üretir double RandReal(double low, double max); [low..max] aralığında bir rastgele reel sayı üretir numberguess.cpp

20 Aşırı yükleme (Overloading) RandGen sınıfında, RandInt adında iki farklı fonksiyon var RandReal de bunun gibi aynı Aynı ismi birden fazla fonksiyon için kullanmaya overloading diyoruz. Parametre tipleri ve/veya return tipleri farklıdır. Hem üye hem serbest fonksiyonlaraşırı yüklenebilirler.

21 The class Date The class Date is accessible to client programmers #include "date.h" to get access to the class The compiler needs this information. It may also contain documentation for the programmer Link the implementation in date.cpp Add this cpp to your project The class Datemodels a calendar date: Month, day, and year make up the stateof a Dateobject Dates can be printed, compared to each other, day-of-week determined, # days in month determined, many other behaviors Behaviors are called methods or member functions

22 Constructing Date objects see usedate.cpp Date today; Date republic(10,29,1923); Date million( ); Date y2k(1,1,2000); cout << "today: " << today << endl; cout << "Republic of Turkey has been founded on: " << republic << endl; cout << "millionth day: " << million << endl; OUTPUT today: April Republic of Turkey has been founded on: October millionth day: November

23 Constructing/defining an object Date objects (as all otherobjects) are constructed when they re first defined Three ways to construct a Date default constructor, no params, initialized to today s date single long int parameter, number of days from January 1, 1 three params: month, day, year (in this order). Constructors for Date objects look like function calls constructor is special member function Different parameter lists mean different constructors Once constructed, there are many ways to manipulate a Date Increment it using ++, subtract an integerfrom it using -, print it using cout, MonthName(), DayName(), DaysIn(), See date.hfor more info on date constructors and member functions

24 Date Member Functions Date MidtermExam(4,6,2011); Construct a Date object given month, day, year MidtermExam.DayName() Returns the name of the day ( Monday or Tuesday, or...) in this particular case, returns Wednesday since April 6, 2011is a Wednesday MidtermExam.DaysIn() Returns the number of days in the particular month in our case return 30, since April 2011 has 30days in it Add, subtract, increment, decrement days from a date Date GradesDue = MidtermExam + 2; GradesDue is April 8, 2011 Let s see usedate.cpp in full and datedemo.cpp now

25 Example: Father s day (not in book) Father s day is the third Sunday of June write a function that returns the date for the father s day of a given year which is the parameter of the function In main, input two years and display father s days between those years Date fathersday(int year) // post: returns fathers day of year Date d(6,1,year); // June 1 while (d.dayname()!= "Sunday") d += 1; //d is now the first Sunday, 3rd is 14 days later return d + 14; See fathersday.cpp for full program

26 Updating a Class (not in book) Suppose you want to add more functionality to the date class need to change the header file (date.h) need to add implementation of new function(s) to date.cpp Example: a new member function to calculate and return the remaining number of daysin the object s month any ideas? do you think it is too difficult? have a look at the existing member functions and see if they are useful for you

27 Updating a Class (not in book) We can make use of DaysInmember function Prototype in Date class (add to the header file) int RemainingDays () const; Implementation int Date::RemainingDays () const return DaysIn() - myday; In a member function implementationprivate data and other member functions referred without the dot operator. They operate on the object for which the member function is called

28 Updating a Class (not in book) Example use of RemainingDays Date today; cout << "There are " << today.remainingdays() << " days left in the current month" << endl; See date_modified.h, date_modified.cppand demodatemodified.cpp When RemainingDays is called, call to DaysInis forobjecttoday since it is the object on which RemainingDaysis called myday is today s myday since it is the object on which RemainingDaysis called

29 Designing classes from scratch Chapter 7 (especially 7.1 and 7.2) a good development strategy iterative enhancement approach READ those sections, you are responsible we won t cover all, because it takes too much time and becomes boring! I will give a simpler class design example here less iterative but similar application

30 Implementing Classes Iterative Enhancement It is difficult to determine what classes are needed, how they should be implemented, which functions are required Experience is a good teacher, failure is also a good teacher Good design comes from experience, experience comes from bad design Design and implementation combine into a cyclical process: design, implement, re-visit design, reimplement, test, redesign, Grow a working program, don t do everything at the same time

31 Design and Implementation Heuristics A design methodology says that look for nouns, those are classes, and then look for verbs and scenarios, those are member functions Not every noun is a class, not every verb is a member function some functions will be free ones or will be implemented in main (these are design decisions) Concentrate on behavior (member functions) first when designing classes, then on state (private part) private data will show its necessity during the implementation of the public part

32 Example class design Quiz class simple quiz of addition questions Scenarios user is asked a number of questions computer asks random questions user enters his/her answer correct / not correct feedback and correct answer are displayed correct answers are counted There may be two classes question quiz but I will have one class which is for question and implement quiz in main Be careful! This example is similar but different than the one in book (Sections 7.1 and 7.2)

33 Question class Question behaviors (verbs). A question is created asked answered checked These are candidate member functions more? less? we will see A question is simply two random integers (to keep it simple say between 1 and 100) to be added those numbers are definitely in class private data what else? we will see

34 Question class simplemathquest.h (first draft) class Question public: Question(); // create a random question void Ask() const; // ask the question to user int GetAnswer() const; //input and return user answer bool IsCorrect(int answer) const; //check if correct private: int mynum1; // numbers used in question int mynum2; ;

35 Quiz program (main - simplequiz.cpp) Draft 1 int qnum = PromptRange("how many questions: ",1,5); int k, ans, score =0; for(k=0; k < qnum; k++) Question q; q.ask(); ans = q.getanswer(); if (q.iscorrect(ans)) cout << ans << " correct answer" << endl << endl; score++; else cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " <<???????? << endl << endl; cout << "Score is " << score << " out of " << qnum << " = " << double(score)/qnum * 100 << "%" << endl; Something missing: a function to return the correct result

36 Question class simplemathquest.h (second draft) class Question public: Question(); // create a random question void Ask() const; // ask the question to user int GetAnswer() const; //input and return user answer bool IsCorrect(int answer) const; //check if correct int CorrectAnswer() const; //return the correct answer private: int mynum1; // numbers used in question int mynum2; ;

37 Quiz program (simplequiz.cpp) Draft 2 int qnum = PromptRange("how many questions: ",1,5); int k, ans, score =0; for(k=0; k < qnum; k++) Question q; q.ask(); ans = q.getanswer(); if (q.iscorrect(ans)) cout << ans << " correct answer" << endl << endl; score++; else cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " << q.correctanswer() << endl << endl; cout << "Score is " << score << " out of " << qnum << " = " << double(score)/qnum * 100 << "%" << endl;

38 Question class implementation simplemathquest.cpp (draft 1) Question::Question() RandGen gen; constructor mynum1 = gen.randint(1,100); mynum2 = gen.randint(1,100); void Question::Ask() const cout << mynum1 << " + " << mynum2 << " = "; int Question::GetAnswer() const int ans; cin >> ans; return ans; Ooops! We did not access or modify the object s state. It is better not to have this function as a member function

39 Question class implementation simplemathquest.cpp(draft 1) - continued bool Question::IsCorrect(int answer) const return?????? == answer; int Question::CorrectAnswer() const return??????; Problem: Where is the correct answer stored? a new private data field would be good

40 Question class simplemathquest.h (final) class Question public: Question(); void Ask() const; // create a random question // ask the question to user int GetAnswer() const; //input and return user answer bool IsCorrect(int answer) const; //check if correct int CorrectAnswer() const; //return the correct answer private: int mynum1; // numbers used in question int mynum2; int myanswer; // store the answer ;

41 Question class implementation simplemathquest.cpp(final) Question::Question() RandGen gen; mynum1 = gen.randint(1,100); mynum2 = gen.randint(1,100); myanswer = mynum1 + mynum2; void Question::Ask() const cout << mynum1 << " + " << mynum2 << " = "; int Question::GetAnswer() const int ans; cin >> ans; return ans;

42 Question class implementation simplemathquest.cpp(final) - continued bool Question::IsCorrect(int answer) const return myanswer == answer; int Question::CorrectAnswer() const return myanswer;

43 Quiz program (simplequiz.cpp) Final int qnum = PromptRange("how many questions: ",1,5); int k, ans, score =0; for(k=0; k < qnum; k++) Question q; q.ask(); cin >> ans; if (q.iscorrect(ans)) cout << ans << " correct answer" << endl << endl; score++; else cout << "Sorry, not correct. Correct answer was " << q.correctanswer() << endl << endl; cout << "Score is " << score << " out of " << qnum << " = " << double(score)/qnum * 100 << "%" << endl;

44 Thinking further What about a generic question class not only addition, but also other arithmetic operations may need another private data memberfor the operation that is also useful to display the sign of operation in Ask may need parameter in the constructor (for question type) will do this week in recitations What about questions for which answers are strings? maybe our generic question class should have string type answersto serve not only to arithmetic questions but any type of questions see Sections 7.1 and 7.2

45 string as a class string is a class string variables are objects, they re instances of the class A class is a collection of members that have common attributes strings share some properties, but have different values A string is a sequence of characters first char is at position 0 first index is 0 last valid index (position of the last character): string s length-1 Constructors without initialization string mystr, s; with initialization string s = "Hello World"; string otherstring = s; or string otherstring(s); You may use functions and operators that return strings in initialization string s = "Hello" + "World"; //concatenation operator

46 string member functions The function length() returns the number of characters string s = "hello"; int len = s.length(); // value of len is 5 s = ""; // s is null string len = s.length(); // value of len is 0 Member functions are applied to objects using dot notation Cannot use length() without an object to apply it to Not valid int x = length(s); Not valid int x = string.length(); Valid? double y = sqrt(s.length());

47 string member functions int length() // postcondition: returns the number of characters string substr(int pos, int len) // precondition: 0 <= pos, and pos < length of the string object // postcondition: returns substring of len characters beginning at position // pos. Returns as many characters as possible if len is too large, but // causes error if pos is out of range (>= length of the string object) int find(string s) // postcondition: returns first position/index at which substring s begins in // string object returns string::npos if s does not occur

48 Extracting substrings A substring is part of a string, substrings can be extracted from a string using member function substr string s = "theater"; int len = s.length(); // value of len is 7 string t = s.substr(0,3); // t is "the", s is theater t = s.substr(1,4); // t is now heat s = s.substr(3,3); // s is ate t is still heat s = cinema ; t = s.substr(4,8); t = s.substr(8,2); t h c i e t e r // t is ma // run-time error See strdemo.cppwhich is a sample program that uses length and substr functions a 3 n e m a 3 4 5

49 Finding substrings within strings: find and rfind String member function findlooks for an occurrence of one string (which is a parameter) in another (which is the object string), returns position of the start of the first occurrence If no occurrence, then string::npos is returned largest unsigned integer (4,294,967,295) string s = "I am the eggman, he is too"; int k = s.find("i"); // k is 0 k = s.find("he"); // k is 6 k = s.find("egg"); // k is 9 k = s.find("a"); // k is 2 cout << s.find("cat"); // output is k = s.find("cat"); // k is 1 since it is signed, // we should use unsigned int rfind is same as find, but searches backwards, returns the last occurrence k = s.rfind("he"); // k is 17 k = s.rfind("egg"); // k is 9 See strfind.cpp which is a sample program on find function

50 find and rfind with 2 parameters There is another version of find and rfind that takes two parameters First parameter is still a string (the search string) Second parameter is an integer (an index value) In this version, searching starts from the character for which the index is the second parameter of find or rfind Useful when you need to search a string not from the endpoint, but from somewhere in the middle string s = "I am the eggman, he is too"; int k; k = s.find("a"); // k is 2 k = s.find("a",5); // k is 13 k = s.rfind("he"); // k is 17 k = s.rfind("he", 15); // k is 6

51 More on strings You can append one string to the end of another using operator + string s = "cs201"; s = s + " is easy"; // s is now "cs201 is easy" You can change or extract one character of a string using at member function parameter of atmust be between 0 and string s length -1, otherwise a run-time error occurs string s = "Hello World"; s.at(4) = '!'; // s is now "Hell! World" cout << s.at(1); // displays e on screen s.at(20) = 'a'; // run-time error

52 Example (See stringremove.cpp) Write a function that takes two string parameters (say s1 and s2). Function removes first occurrence of s2 in s1 and returns the resulting string. In the main program, test the function by removing some input strings from Today is Monday See program in next slide

53 Example (See stringremove.cpp) string remove(string s1, string s2) // post: removes first occurrence of s2 from s1 and returns the // resulting string. // Returns s1 if s2 does not occur any. unsigned int location; string temp = s1; location = s1.find(s2); if (location!= string::npos) temp = s1.substr(0, location) + s1.substr(location+s2.length(), s1.length()); return temp;

54 Example: Print a string backwards (revstring.cpp) Determine the index of the last character of the string, and then access each character backwards How many times should the loop iterate? string s; int k; cout << "enter string: "; cin >> s; cout << s << " reversed is "; k = s.length() - 1; // index of last character in s while (k >= 0) cout << s.substr(k,1); k -= 1; cout << endl; What could we use instead of s.substr(k,1)? s.at(k)

55 Reverse String as a function First step, what is the prototype? string revstring(string s) // pre: s = c 0 c 1 c 2 c n-1 // post: return c n-1 c 2 c 1 c 0 Second step, how do we build a new string? Start with an empty string, "" Add one character at each iteration using concatenation, + rev = rev + s.substr(k,1); Use revstring to determine if a string is a palindrome

56 See palindrome.cpp for full program string revstring(string s) // post: returns reverse of s, that is "stab" for "bats int k = s.length() 1; string rev = ""; // start with empty string while (k >= 0) rev = rev + s.substr(k,1); k -= 1; return rev; bool IsPalindrome(string word) // post: returns true if and only word is a palindrome return (word == revstring(word));