Laboratorio di Informatica

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1 Modellazione della realtà L astrazione Modellazione di un auto la modellazione di un oggetto (p.e. un auto) dipende dalle finalità che si pone la persona che lo sta analizzando: Laboratorio di Informatica 2. Programmazione ad oggetti in C++ lettore di Quattroruote guidatore manutentore progettista del motore progettista/design della carrozzeria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni A.A Semestre Prof. Giovanni Pascoschi Livelli di astrazione differenti in funzione della persona che vuole utilizzare l oggetto : chi conosce maggiori dettagli sull auto? chi conosce meno dettagli dell auto? 2 Progettazione del software L astrazione Progettazione del software L astrazione Nella progettazione software si possono adottare diversi livelli di astrazione p.e. possiamo prescindere da come è realizzata in dettaglio una funzione scritta da un altro programmatore Puo essere importante per noi conoscere solo come interfacciare questa funzione, ma non come è stata realizzata. Se avessimo tante funzioni già pronte e da utilizzare, potremmo integrare il nostro programma applicativo semplicemente conoscendo come interfacciare queste funzioni Astrazione sul controllo consiste nell'astrarre una data funzionalità dai dettagli implementativi della stessa funzione; è già supportata dai linguaggi di programmazione come il linguaggio C tramite il concetto di sottoprogramma (procedura o funzione). Astrazione dei dati consiste nell'astrarre le entità (oggetti) costituenti il sistema, descritte in termini di una struttura dati e delle funzioni possibili tramite essa. Nel linguaggio C il concetto di tipo di dato è quello di insieme dei valori che può assumere una informazione (tipicamente una variabile). 3 4

2 Progettazione del software ADT Progettazione del software OOP Il tipo di dati astratto (ADT) estende la definizione di dato, includendo anche l'insieme di tutte e sole le operazioni (funzioni) possibili su dati di quel tipo. La struttura dati è incapsulata nelle operazioni su di essa definite incapsulamento di classe/oggetto Un tipo di dato astratto (ADT) è un modello matematico consistente in una collezione di valori insieme ad una collezione di operazioni definite sul modello. Gli ADT generalizzano i tipi di dato primitivi (interi, reali, etc.), mentre le procedure generalizzano le operazioni primitive (+, -,...). Anche nel linguaggio C è possibile forzare l applicazione di una metodologia basata sugli oggetti, adoperando una opportuna disciplina di programmazione, aderendo cioè ad un insieme di regole, il cui uso però dipende dal programmatore senza nessun controllo da parte del compilatore Un linguaggio di programmazione OOP (Object Oriented Programming) supporta invece direttamente tecniche di sviluppo software basate sugli oggetti offrendo meccanismi espliciti per la definizione di entità (oggetti) che incapsulano una struttura dati nelle operazioni possibili su di essa. Il C++ permette ad esempio di definire istanze (cioè, variabili) di un ADT (dato tipo astratto). In tal caso il linguaggio basato su OOP presenta istruzioni per la definizione di classi ed oggetto. Una classe è una implementazione di un tipo di dati astratto. Un oggetto può essere riguardato come una istanza di una classe 5 6 Progettazione del software OOP Analogia progettista della FIAT La programmazione orientata agli oggetti OOP è intimamente connessa a tecniche di progettazione/sviluppo di tipo bottom-up. La metodologia bottom-up mira all'individuazione delle entità astratte (oggetti) facenti parte del sistema, delle loro proprietà e delle interazioni tra di esse è favorito il riuso del software attraverso l'individuazione di entità corrispondenti a componenti già esistenti una nuova applicazione può essere costruita a partire da componenti esistenti (mattoni elementari), opportunamente integrati/assemblati Il linguaggio C è invece orientato ad una programmazione di tipo top-down Un progettista FIAT per progettare un auto ha due possibilità: 1.progettare ogni oggetto dell auto 2.utilizzare oggetti già realizzati da altre aziende integrandoli con oggetti progettati internamente nella FIAT Cosa sceglie di solito? Occorre progettare ex-novo anche il tergicristallo? Di cosa ha bisogno il progettista per montare un tergicristallo su un auto FIAT? conoscere le caratteristiche e le funzionalità del tergicristallo e come interfacciare l oggetto tergicristallo 7 8

3 Esempio di oggetto fisico Esempio di oggetto fisico Caratterizzazione di un auto Attributi colore potenza marce peso cilindrata Utilizzazione di un auto Interfacciamento pedale dell acceleratore pedale del freno leva del cambio volante Funzionalità accelera frena cambia marcia cambia direzione 9 10 Esempio di oggetto software Perchè la programmazione OOP? Programmare per oggetti non velocizza l esecuzione dei programmi... Programmare per oggetti non ottimizza l uso della memoria... Dato 1 E allora perchè programmare per oggetti? Dato... Dato n 11 12

4 Implicazione dell incapsulamento Vantaggi della programmazione OOP L incapsulamento determina una netta divisione fra interfaccia e implementazione Da fuori si vede solo l interfaccia che definisce i messaggi accettati dall oggetto I dettagli dell implementazione (dati e codice delle funzioni) sono invisibili dall esterno ( information hiding ) Ogni oggetto ha in se tutto ciò che gli serve per rispondere alle chiamate La programmazione ad oggetti, attraverso l incapsulamento, consente di: ridurre la dipendenza del codice di alto livello dalla rappresentazione dei dati riutilizzare codice di alto livello sviluppare moduli indipendenti l uno dall altro avere codice utente che dipende dalle interfacce ma non dall implementazione Il confinamento di informazioni e funzionalità in oggetti permette livelli maggiori di astrazione e semplifica la gestione di sistemi complessi. Cos è? / Com è fatto? Data Oriented Cosa può fare per me? Object Oriented Vantaggi della programmazione OOP Oggetto in C++ Protezione delle strutture dati Incapsulamento information hiding Maggiore semplicità di progettazione astratta progettazione top-down e bottom-up, gerarchia di classi composizione delle classi come mattoni fondamentali Un oggetto in C++ è una entità software che incapsula un insieme di attributi (o dati) e comprende un insieme di operazioni (o metodi o funzioni) che manipolano i dati. L insieme dei valori assunti dai suoi attributi costituisce lo stato dell oggetto. Migliore riutilizzazione del codice composizione, aggregazione, derivazione L insieme delle sue operazioni definiscono il comportamento dell oggetto. Migliore manutenzione del codice le modifiche sono realizzate mediante aggiunta di classi e funzioni virtuali non è necessario riprendere e modificare l intero codice Migliore documentazione del codice Strumenti grafici del tipo UML 15 16

5 Classe in C++ Classe in C++ Il concetto di classe fornisce al programmatore uno strumento per creare nuovi tipi che possono essere usati facilmente come i tipi predefiniti (int, float, double, etc.) Un tipo è la rappresentazione concreta di un concetto. Ad es., il tipo predefinito double, insieme alle sue operazioni +, -, * e /, fornisce una rappresentazione del concetto di numero reale Una classe è quindi un nuovo tipo definito dal programmatore. Si progetta un nuovo tipo per fornire la definizione di un concetto che non è definito direttamente tra i tipi predefiniti (in maniera analoga alla struct) Ogni oggetto è istanza di una determinata classe Una classe definisce una tipologia di oggetti che possono essere descritti dallo stesso insieme di attributi e dallo stesso insieme di metodi Due istanze della stessa classe condividono le stesse proprietà strutturali (attributi) e le medesime proprietà comportamentali (metodi), ma sono comunque oggetti distinti Classe in C++ (sintassi) Oggetti in C++ una classe è il modello-prototipo al quale si conformano gli oggetti che istanziano la classe sintassi/struttura di una classe: class nome_classe { /* (default) dati e metodi accessibili solo ai metodi della classe. Sono quindi nascosti all esterno (non accessibili direttamente) */ protected: prossime lezioni /* privati all esterno; dati e metodi accessibili solo all interno della classe e tramite classi derivate */ /* dati e metodi accessibili pubblicamente a tutte le funzioni dello stesso scope dell oggetto */ ; Definita una classe, possono essere generate istanze della classe, ossia oggetti con la seguente sintassi: nome_classe identificatore; Per accedere ai singoli membri dell oggetto si usa l operatore. in maniera simile al caso delle strutture. le componenti funzionali dichiarati in una struttura possono essere definite all'interno (inline) o all'esterno 19 20

6 Esempio1: classe in C++ Esempio2: classe in C++ class Rettangolo { double base, altezza; void Set (double b, double h) { base = b; altezza = h; double Area( ) { return base * altezza; int main ( ) { Rettangolo tovaglia; // istanza oggetto tovaglia.set (12.0, 30.0); cout<< l area e :<< tovaglia.area( ); class orologio { int ora; int minuti; int secondi; void init(int h, int m, int s) { ora = h; minuti = m; secondi = s; ; int main ( ) { orologio a; // istanza oggetto a a.init(12, 30, 20); orologio b; // istanza oggetto b b.init(15, 05, 30); cout << a.ora << "\n"; // 12 cout << a.minuti << "\n"; // 30 cout << b.ora << "\n"; // 15 b.ora = a.ora + 1; cout << b.ora << "\n"; // 13 ; Classe in C++ : dati membro (attributi) Classe in C++ : funzioni membro (metodi) Non è possibile inizializzare dati membro di tipo privato I metodi sono dichiarati all interno della classe, ma possono essere definiti sia all interno della classe che all esterno Per ovviare al problema di inizializzare attributi privati si utilizzano i costruttori chiamate a funzioni membro tramite l operatore. p.e. : r1.funz1( ); //rappresenta l invio di un messaggio all oggetto r1 perchè esegua un determinato compito 23 24

7 Classe in C++ : funzioni membro (metodi) Esempio classe in C++ (campi pubblici & privati) I tipi di funzione membro (metodi): Costruttori e distruttori si invocano automaticamente alla creazione e alla distruzione di un oggetto Selettori (get) restituiscono valori di attributi privati Modificatori (set) modificano valori di attributi privati Operatori definiscono operatori standard C++ Iteratori elaborano insiemi di oggetti come gli array 25 class orologio { int ora; int minuti; int secondi; void init(int h, int m, int s) { ora = h; minuti = m; secondi = s; void stampa( ) { cout << ora << :" << minuti << :" << secondi << endl; ; int main ( ) { orologio a; // istanza oggetto a a.init(12, 30, 20); orologio b; // istanza oggetto b b.init(15, 05, 30); cout << a.ora << "\n"; // errore a.minuti = 25; // errore a.stampa( ); // 12 : 30 : 20 cout << b.ora << "\n"; // errore b.ora = a.ora + 1; // errore b.stampa( ); // 15 : 05 : Esempio classe in C++ (metodi definiti fuori dalla Classe) class orologio { int ora; int minuti; int secondi; void init(int h, int m, int s); void stampa( ); ; void orologio::init(int h, int m, int s){ ora = h; minuti = m; secondi = s; void orologio::stampa( ) { cout << ora << :" << minuti << :" << secondi << endl; int main ( ) { orologio a; // istanza oggetto a a.init(12, 30, 20); orologio b; // istanza oggetto b b.init(15, 05, 30); cout << a.ora << "\n"; // errore a.minuti = 25; // errore a.stampa( ); // 12 : 30 : 20 cout << b.ora << "\n"; // errore b.ora = a.ora + 1; // errore b.stampa( ); // 15 : 05 : 30 a = b; // l oggetto b è assegnato ad a 27 Classi in C++ : costruttori Per autoinizializzare gli attributi privati di un oggetto si utilizza il costruttore Il costruttore è il metodo che parte automaticamente alla creazione dell oggetto (anche se non definito esplicitamente dal programmatore, di default parte sempre all istanza dell oggetto) class Rettangolo { il costruttore ha lo stesso nome della classe il costruttore non ritorna alcun tipo di dato double base, altezza; void Set (double b, double h); double Area( ); // costruttore Rettangolo ( ) { base = 0.0; altezza = 0.0; ; ; 28

8 Classi in C++ : costruttori Un costruttore con parametri si dice costruttore alternativo esempio Rettangolo (10.0, 30.0); un costruttore, come per qualsiasi funzione (escluso il distruttore) puo essere sovraccaricata (overload) viene eseguito un unico costruttore in funzione del tipo e quantità di parametri utilizzati Rettangolo r1(20.0, 13.0); 29 Esempio classe in C++ (costruttori) class orologio { int ora; int minuti; int secondi; orologio(int h, int m, int s); void stampa( ); ; orologio::orologio(int h, int m, int s){ ora = h; minuti = m; secondi = s; void orologio::stampa( ) { cout << ora << :" << minuti << :" << secondi << endl; int main ( ) { orologio a(12, 30, 20); // istanza oggetto a a.stampa( ); // 12 : 30 : 20 N.B.: i costruttori hanno lo stesso nome della classe e non specificano alcun valore di ritorno 30 Classi in C++ : distruttori Esempio classe in C++ (distruttori) Un distruttore è un metodo speciale (opzionale) che viene chiamato automaticamente quando si distrugge un oggetto esempio ~Rettangolo ( ); Il distruttore serve normalmente per liberare la memoria assegnata dal costruttore Se non dichiarato dal programmatore il C++ ne crea automaticamente uno vuoto class Rettangolo { double base, altezza; void Set (double b, double h); double Area( ); // costruttore Rettangolo ( ) { base = 0.0; altezza = 0.0; ; // distruttore Rettangolo ( ) { cout<< Oggetto eliminato ; ; ; 31 32

9 Classi in C++ : classi composte Classi in C++ : overloading di funzioni membro Un classe è composta quando contiene membri dato che sono a loro volta delle classi class orologio { int ora; int minuti; int secondi; orologio(int h, int m, int s); void stampa( ); ; class data { int giorno; int mese; int anno; orologio time;. 33 i metodi come qualsiasi altra funzione possono essere sovraccaricati (overload) i costruttori sono i metodi che normalmente sono sovraccaricati 34 Classi in C++ : rappresentazione UML Classi in C++ : esempio numeri complessi Per rappresentare graficamente le classi si usa lo standard UML (Unified Modelling Language) Esempio complesso Rettangolo base altezza Assegna() Area() pr : float pi : float complesso() complesso() cadd() csub() cmult() visualizza() 35 36

10 Esempio numeri complessi (#1) Esempio numeri complessi (#2) #include <conio.h> class complesso { ; float pr, pi; complesso( ) {pr=0; pi=0; complesso(float x,float y); void cadd(complesso arg); void csub(complesso arg); void cmult(complesso arg); void visualizza(); //costruttore di default //altro costruttore //operazione addizione //operazione sottrazione //operazione moltiplicazione 37 // definizione metodi della classe complesso::complesso(float x, float y) { pr=x; pi=y; void complesso::cadd(complesso arg) { pr+=arg.pr; pi+=arg.pi; void complesso::csub(complesso arg) { pr-=arg.pr; pi-=arg.pi; void complesso::cmult(complesso arg){ float temp1, temp2; temp1=pr*arg.pr - pi*arg.pi; temp2=pr*arg.pi + pi*arg.pr; pr=temp1; pi=temp2; 38 Esempio numeri complessi (#3) Esempio numeri complessi (#4) void complesso::visualizza(){ if(pi<0.0) cout << '\n' << "complesso: " << pr << "- j" << abs(pi); else cout << '\n' << "complesso: " << pr << "+ j" << pi; a.csub(b); a.visualizza(); b.visualizza(); // differenza a-b int main(){ complesso a(1,3), b(2,2); complesso *c; c = new complesso(5.1,2.2); a.visualizza(); b.visualizza(); c->visualizza(); // allocazione dinamica dell oggetto puntato da c a.cmult(b); a.visualizza(); b.visualizza(); getch(); // moltiplicazione a*b a.cadd(b); b.cadd(b); a.visualizza(); b.visualizza(); // somma a+b // somma b+b 39 40

11 Riepilogo della lezione Fine della lezione Programmazione ad oggetti in C++ Astrazione Progettazione del software - OOP Classi e oggetti in C++ Membri pubblici/privati Costruttori/distruttori Domande? 41 42