Προγραμματισμός ΙΙ Ενότητα 9: Πρότυπες συναρτήσεις και πρότυπες κλάσεις - Μέρος 2 Δρ. Γεώργιος Σίσιας Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Πρότυπες συναρτήσεις και πρότυπες κλάσεις - Μέρος 2
Σκοποί ενότητας Η ενότητα αυτή, ασχολείται με το ζήτημα των πρότυπων συναρτήσεων και των πρότυπων κλάσεων. 5
Περιεχόμενα ενότητας Πρότυπες κλάσεις. Τεχνικά ζητήματα. Βιβλιογραφία. 6
Πρότυπες κλάσεις (1/7) Οι πρότυπες κλάσεις δουλεύουν με παρόμοιο τρόπο με τις πρότυπες συναρτήσεις. Κάποιο ή ακόμη και όλα τα μέλη δεδομένων μπορούν να είναι κάποιου γενικού τύπου. Η σύνταξή τους δε διαφέρει σημαντικά από τις απλές κλάσεις: Πριν από τη δήλωση της κλάσης έχουμε την ίδια δήλωση όπως και στις πρότυπες συναρτήσεις, ενώ μέσα σε μια πρότυπη κλάση χρησιμοποιούνται ο/οι γενικός τύπος/γενικοί τύποι. 7
Πρότυπες κλάσεις (2/7) 8
Πρότυπες κλάσεις (3/7) Εδώ βλέπουμε μια κλάση με όνομα MyClass η οποία είναι πρότυπη, και έχει δύο ιδιωτικά μέλη, τα Member1 και Member2, τα οποία είναι του τύπου T που δε γνωρίζουμε ακόμη, αλλά θα συγκεκριμενοποιηθεί αργότερα, όταν δηλωθούν στιγμιότυπα της κλάσης. Όπως και πριν, οι δύο πρώτες γραμμές της δήλωσης μπορούν να συμπτυχτούν σε μία. 9
Πρότυπες κλάσεις (4/7) Σε περίπτωση που χρειαζόμαστε παραπάνω από έναν γενικό τύπο, αυτό γίνεται όπως και στις πρότυπες συναρτήσεις: Οι γενικοί τύποι παρατίθενται ανάμεσα στα < και >, διαχωρισμένοι με κόμμα. Η δήλωση ενός στιγμιοτύπου μιας πρότυπης κλάσης γίνεται ως εξής: MyClass<int> object; 10
Πρότυπες κλάσεις (5/7) Εδώ έχει δηλωθεί ένα στιγμιότυπο της κλάσης MyClass, με όνομα object, και ο γενικός τύπος έχει αντικατασταθεί από τον int. Αυτό σημαίνει ότι τα δύο μέλη της κλάσης, τα Member1 και Member2, τώρα πια είναι του τύπου int. Ακολουθεί ένα παράδειγμα που συνδυάζει πρότυπες κλάσεις και κάποιους απλούς και βασικούς αλγόριθμους ταξινόμησης. 11
Πρότυπες κλάσεις (6/7) Ο κώδικας έχει ληφθεί από το αντίστοιχο μάθημα των Δομών Δεδομένων. Η κλάση που θα παρουσιαστεί παρακάτω αποθηκεύει και διαχειρίζεται έναν πίνακα στοιχείων τον τύπο των οποίων δε γνωρίζουμε ακόμη. Η κλάση έχει κατασκευαστή (για λόγους απλότητας υποθέτει ότι η δέσμευση μνήμης είναι πάντοτε επιτυχής), καταστροφέα, μεθόδους πρόσβασης και τροποποίησης, καθώς και τις επίμαχες μεθόδους ταξινόμησης (φυσαλίδας, εισαγωγής, και επιλογής). 12
Πρότυπες κλάσεις (7/7) Ο τύπος των προς ταξινόμηση στοιχείων ορίζεται κατά τη δήλωση στιγμιότυπων της κλάσης. Ο κατασκευαστής της κλάσης δέχεται ένα όρισμα που καθορίζει το μήκος του πίνακα (ή αν προτιμάτε, το πλήθος των στοιχείων που μπορεί να αποθηκεύσει ο πίνακας και θα ταξινομήσουμε). 13
Τεχνικά ζητήματα (1/9) Όταν υλοποιούμε απλές συναρτήσεις ή μεθόδους, οι τύποι δεδομένων που χρησιμοποιούνται από τις συγκεκριμένες συναρτήσεις ή μεθόδους είναι γνωστοί. Έτσι, ο μεταγλωττιστής γνωρίζει το μέγεθος των δεδομένων και τα χαρακτηριστικά τους, παράγοντας κώδικα αμέσως μόλις συναντηθούν κατά τη μεταγλώττιση αυτές οι συναρτήσεις ή μέθοδοι. Στην περίπτωση των μεθόδων, μπορείτε να θεωρήσετε ότι το αντικείμενο στο οποίο επενεργεί η μέθοδος είναι η πρώτη «αόρατη» παράμετρος σε μια μέθοδο που δουλεύει ως μια απλή συνάρτηση της C. 14
Τεχνικά ζητήματα (2/9) Αυτό δεν είναι δυνατό να γίνει όταν εμπλέκονται πρότυπες συναρτήσεις ή κλάσεις. Επειδή οι τύποι δεδομένων δεν είναι γνωστοί την ώρα που μεταγλωττίζεται ο κώδικάς τους, η μεταγλώττισή τους γίνεται την ώρα που χρησιμοποιούνται. Ο λόγος είναι ότι δεν μπορεί να παραχθεί ο αντίστοιχος κώδικας μηχανής εξαιτίας της έλλειψης πληροφοριών σχετικά με τους τύπους δεδομένων που ακόμη δεν έχουν προσδιοριστεί. 15
Τεχνικά ζητήματα (3/9) Αυτό αναβάλλεται μέχρι την ώρα που συγκεκριμενοποιηθεί ο γενικός τύπος. Αυτό προκαλεί σωρεία ζητημάτων που θα συζητήσουμε αμέσως τώρα. Όταν παράγεται εκ νέου κώδικας κάθε φορά που χρησιμοποιείται μια πρότυπη συνάρτηση ή μέθοδος, αυτό αυξάνει τον εκτελέσιμο κώδικα του προγράμματος, κάτι που είναι γνωστό ως «code bloat». 16
Τεχνικά ζητήματα (4/9) Την τελευταία δεκαετία οι μεταγλωττιστές προσπαθούν να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα. 1. Μία μέθοδος αντιμετώπισης είναι η παραγωγή εκτελέσιμου κώδικα μόνο όταν χρησιμοποιείται μια συνάρτηση ή μέθοδος. Αυτό σημαίνει ότι όταν μια συνάρτηση ή μέθοδος δε χρησιμοποιείται, ο μεταγλωττιστής ούτε που τις περνάει από συντακτικό έλεγχο. Κατά συνέπεια, αν έχετε κάποιο συντακτικό λάθος στο κώδικα μιας συνάρτησης ή μεθόδου που δε χρησιμοποιείτε, το λάθος αυτό παραμένει μέχρι τη στιγμή που θα τη χρησιμοποιήσετε, και τότε θα διαπιστώσετε το λάθος σας. Δηλαδή, αν γράψετε ασυναρτησίες οπουδήποτε μέσα σε μια μέθοδο, όπως π.χ. *@#^@*#$^@# και η μέθοδος δε χρησιμοποιείται πουθενά, η μεταγλώττιση θα είναι επιτυχής! 17
Τεχνικά ζητήματα (5/9) 2. Μία ακόμη μέθοδος των σύγχρονων μεταγλωττιστών είναι να αφαιρούν τον περιττό κώδικα κατά το στάδιο παραγωγής του εκτελέσιμου αρχείου (linking). Έτσι, αν έχουμε πολλές φορές κώδικα πρότυπων συναρτήσεων ή κλάσεων που δουλεύει με int και double, ο κώδικας αυτός θα συμπεριληφθεί στο εκτελέσιμο μόνο μία φορά. 18
Τεχνικά ζητήματα (6/9) Υπάρχει ένα ακόμη ζήτημα που πρέπει να αναφερθεί και πρέπει να θυμάστε, διότι σε αντίθετη περίπτωση θα χρειαστεί να το λύσετε όταν το δείτε για πρώτη φορά. Ολόκληρος ο κώδικας των πρότυπων συναρτήσεων ή κλάσεων (δήλωση και υλοποίηση, μαζί) πρέπει να βρίσκεται: Είτε σε ένα αρχείο.h. Είτε στο αρχείο main.cpp. 19
Τεχνικά ζητήματα (7/9) Αν διαβάσετε την ενότητα σχετικά με τις Βιβλιοθήκες, θα δείτε ότι η δήλωση των συναρτήσεων ή κλάσεων μπαίνει σε αρχείο.h και η υλοποίησή τους σε αρχείο.cpp. Οι πρότυπες κλάσεις αποτελούν εξαίρεση. Στο βιβλίο των Carrano και Henry (2013) χρησιμοποιείται μια κάπως ανορθόδοξη συμπερίληψη του αρχείου του κώδικα πρότυπων κλάσεων. Σε κάποιες άλλες πηγές οι γενικοί τύποι συγκεκριμενοποιούνται εκ των προτέρων. 20
Τεχνικά ζητήματα (8/9) Συνοψίζοντας, θα συμβουλεύαμε τα εξής: 1. Όλος ο κώδικας των πρότυπων συναρτήσεων ή κλάσεων πρέπει να είναι σε αρχείο.h ή στο αρχείο main.cpp, και όχι αλλού. 2. Πριν υλοποιήσετε μια πρότυπη συνάρτηση ή κλάση, υλοποιήστε την ως απλή, και όταν βεβαιωθείτε ότι δουλεύει σωστά (μετά από ενδελεχείς ελέγχους), τότε μετατρέψτε τη σε πρότυπη. 3. Αν αποφασίσετε να παρακάμψετε τη 2η συμβουλή, τότε βεβαιωθείτε (όπως ούτως ή άλλως θα έπρεπε να πράξετε), ότι έχετε ελέγξει διεξοδικά όλες τις μεθόδους μιας πρότυπης κλάσης, ή όλες τις πρότυπες συναρτήσεις σας. 21
Τεχνικά ζητήματα (9/9) 4. Μπορεί οι πρότυπες κλάσεις να είναι ιδιαίτερα βολικές με τις δομές δεδομένων, και κυρίως γι' αυτόν το λόγο υπάρχουν, αλλά μην το παρακάνετε παντού. 5. Οι σύγχρονοι μεταγλωττιστές έχουν εξαλείψει πολλά από τα προβλήματα που είχαν με τις πρότυπες συναρτήσεις και κλάσεις, ενώ οι φήμες έχουν παραμείνει. Απλά προσέξτε ώστε ο κώδικάς σας να είναι απλός και να χρησιμοποιείτε τις δυνατότητες της γλώσσας (const, &, ίσως το inline, κλπ). 22
Βιβλιογραφία (1/10) 1. Alexandrescu A. (2001) Modern C++ design: generic programming and design patterns applied. USA, Addison-Wesley Publishing Company. 323 pp. ISBN-13 978-0-201-70431-0. ( 22.85, 27,42). 2. Bennett S, McRobb S and R Farmer. (2002) Object-oriented systems analysis and design using UML. 2nd Edition. McGraw- Hill Education. ISBN 0-07-709864-1. 3. Booch G, Maksimchuk RA, Engle MW, Young BJ, Conallen J and Houston KA. (2007) Object-oriented analysis and design with applications. 3rd ed. USA, Addison-Wesley. 691 pp. ISBN10 0-201-89551-X. ISBN13 978-0-201-89551-3. ( 43.44, 52.56). 23
Βιβλιογραφία (2/10) 4. Carrano FM and Henry T. (2013) Data abstraction and problem solving with C++: walls and mirrors. 6th ed. UK, Pearson Education Limited. 833 pp. ISBN10 0-273-76841-7, ISBN13 978-0-76841-8. 5. Deitel HM and Deitel PJ. (2010) C++ προγραμματισμός. 6η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Μ. Γκιούρδα. 1448 σελ. ISBN13 978-960-512-591-2. 6. Fowler M. (1999) Refactoring: improving the design of existing code. USA, Addison Wesley Longman, Inc. 431 pp. ISBN13 978-0-201-48567-7. ( 38.62, 49.05). 24
Βιβλιογραφία (3/10) 7. Fowler M. (2004) UML distilled: a brief guide to the standard object modeling language. 3rd ed. USA, Pearson Education, Inc. 175 pp. ISBN13 978-0-321-19368-1. ( 30.10, 38.23). 8. Kruse RL and Ryba AJ. (1999) Data structures and program design in C++. USA, Prentice Hall. 717 pp. ISBN 0-13- 082640-5. ( 40.74). 9. Lafore R. (2006) Αντικειμενοστρεφής προγραμματισμός με τη C++. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. 1040 σελ. ISBN10 960-209-904-6. 25
Βιβλιογραφία (4/10) 10. Lafore, R. (2002) Object-oriented programming in C++. 4th ed. USA, Sams Publishing. 1012 pp. ISBN-10 0-672-32308-7. ISBN-13 978-0-672-32308-9. ( 29.60, 33.35). 11. Lakos, J. (1996) Large-Scale Software Design in C++. USA, Addison-Wesley. 852 pp. ISBN-10 0-201-63362-0. ISBN-13 978-0-201-63362-7. ( 26.26, 30.20). 12. MacLennan BJ. (1987) Principles of programming languages: design, evaluation, and implementation. 2nd ed. USA, CBS College Publishing. 568 pp. ISBN 0-03-021999-X. ( 8.00). 26
Βιβλιογραφία (5/10) 13. Martin RC. (2012) Agile software development: principles, patterns, and practices. USA, Pearson Education, Inc. 529 pp. ISBN10 0-13-276068-4. ISBN13 978-0-13-276058-4. ( 54.21, 65.59). 14. McConnell S. (1993) Code complete: a practical handbook of software construction. USA, Microsoft Press. 857 pp. ( 25.99). 15. McConnell S. (1996) Rapid development: taming wild software schedules. USA, Microsoft Press. 647 pp. ISBN 1-55615-900-5. ( 25.99). 27
Βιβλιογραφία (6/10) 16. McConnell S. (2004) Professional software development: shorter schedules, higher quality products, more successful projects, enhanced careers. USA, Addison-Wesley. 243 pp. ISBN 0-321-19367-9. ( 19.79, 29.08). 17. McDermid J, ed. (1991) Software engineer s reference book. Great Britain, Butterworth-Heinemann Ltd. 1140 pp. ISBN 0-7506-0813-7. ( 40.00). 18. Meyers S. (1996) More effective C++: 35 new ways to improve your programs and designs. USA, Addison-Wesley. 318 pp. ISBN 0-201-63371-X. ( 25.29, 36.90). 28
Βιβλιογραφία (7/10) 19. Meyers S. (2005) Effective C++: 55 specific ways to improve your programs and designs. 3rd ed. USA, Pearson Education, Inc. 297 pp. ISBN 0-321-33487-6. ( 18.52, 27.01). 20. Pressman RS. (2005) Software engineering: a practitioner s approach. 6th int. ed. Singapore, McGraw-Hill. 912 pp. ISBN 007-123840-9. ( 45.06, 65.83). 21. Reddy M. (2011) API design for C++. USA, Morgan Kaufmann Publishers. 441 pp. ISBN13 978-0-12-385003-4. ( 28.01, 32.21). 22. Sahni S. (2004) Δομές δεδομένων, αλγόριθμοι, και εφαρμογές στη C++. Ελλάδα/ΗΠΑ, Εκδόσεις Τζιόλα/McGraw-Hill. 852 σελ. ISBN10 960-418-030-4. ( 66.56). 29
Βιβλιογραφία (8/10) 23. Savitch W and Mock K. (2013) Πλήρης C++. 4η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Τζιόλα. 1024 σελ. ISBN13 978-960-418-358-6. ( 76.14). 24. Savitch W. (2015) Java: and introduction to problem solving and programming. 7th ed. USA, Pearson Education, Inc. 989 pp (+204 pp web chapters). ISBN10 0-13-376626-8. ISBN13 978-0- 376626-4. ( 83.99, 97.85 104.75, $122.68). 25. Schildt H. (2000) Ο οδηγός της C++. 3η Έκδοση, Εκδόσεις Μ. Γκιούρδα. 748 σελ. ISBN10 960-512-229-4. ( 29.00). 26. Schildt H. (2004) Μάθετε τη C++ από το μηδέν. 3η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. 660 σελ. ISBN10 960-209-731-0. ( 46.90). 30
Βιβλιογραφία (9/10) 27. Sommerville I. (2004) Software Engineering. 7th ed. USA, Addison-Wesley. 759 pp. ISBN 0-321-21026-3. ( 40.95, 60.17). 28. Stroustrup B. (2000) The C++ programming language. Special Edition. USA, Addison-Wesley Longman, Inc. 1020 pp. ISBN 0-201-70073-5. ( 37.20, 54.26). 29. Sutter H and Alexandrescu A. (2005) C++ coding standards: 101 rules, guidelines, and best practices. USA, Pearson Education, Inc. 220 pp. ISBN10 0-321-11358-6. ISBN13 978-0-321-11358-0. ( 19.71, 22.67). 31
Βιβλιογραφία (10/10) 30. Sutter H. (2000) Exceptional C++: 47 engineering puzzles, programming problems, and solutions. USA, Addison- Wesley Longman, Inc. 215 pp. ISBN10 0-201-61562-2. ISBN13 978-0-201-61562-3. ( 24.32, 27.97). 31. Sutter H. (2002) More exceptional C++: 40 new engineering puzzles, programming problems, and solutions. USA, Pearson Education, Inc. 279 pp. ISBN10 0-201-70434-X. ISBN13 978-0-201-70434-1. ( 28.05, 32.26). 32. Χατζηγιαννάκης ΝΜ. (2014) Η γλώσσα C++ σε βάθος. 2η αναθεωρημένη έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. 974 σελ. ISBN13 978-960-461-620-6. ( 89.00). 32
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Σίσιας Γεώργιος. «Προγραμματισμός ΙΙ». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 34
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 35
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 36