C создать классы организация

Классы и объекты

В данном уроке мы рассмотрим классы в C++ и познакомимся с объектно-ориентированным программированием. Объектно-ориентированное программирование или ООП — это одна из парадигм программирования. Парадигма — это, другими словами, стиль. Парадигма определяет какие средства используются при написании программы. В ООП используются классы и объекты. Все наши предыдущие программы имели элементы разных парадигм: императивной, процедурной, структурной.

Мы можем написать одинаковую программу в разных парадигмах. Парадигмы не имеют чёткого определения и часто пересекаются.

Давайте посмотрим на пример. Допустим, в нашей игре есть танки и они могут стрелять, при стрельбе у них уменьшается боезапас. Как мы можем это смоделировать без ООП:

У нас есть структура, которая содержит поле, представляющее количество снарядов, и есть функция атаки, в которую мы передаём танк. Внутри функции мы меняем количество снарядов. Так может выглядеть игра на языке C: структуры отдельно от функций, которые совершают действия со структурными переменными. Данную ситуацию можно смоделировать по-другому с помощью объектно-ориентированного программирования (Object-Oriented Programming, OOP) — ООП.В ООП действия привязываются к объектам.

Определение классов в C++

Класс — это пользовательский тип данных (также как и структуры). Т.е. тип данных, который вы создаёте сами. Для этого вы пишете определение класса. Определение класса состоит из заголовка и тела. В заголовке ставится ключевое слов class, затем имя класса (стандартный идентификатор C++). Тело помещается в фигурные скобки. В C++ классы и структуры почти идентичны. В языке C в структурах можно хранить только данные, но в C++ в них можно добавить действия.

В C++ ключевые слова struct и class очень близки и могут использоваться взаимозаменяемо. У них есть только одно отличие (об этом ниже). Вот как можно определить такой же класс с помощью struct:

Отличие только первом ключевом слове. В одном из прошлых уроков мы уже обсуждали структуры. что мы видим новое? Ключевые слова private и public — это спецификаторы доступа. Также мы видим, что внутри класса мы можем вставлять определения функций.

Определение класса это чертёж. Оно говорит нам из каких данных состоит класс и какие действия он может совершать. т.е. происходит объединение данных и действий в одной сущности.

Переменные и методы класса

Класс состоит из членов класса (class members). Члены класса могут быть переменными (data members) или методами (function members или methods). Переменные класса могут иметь любой тип данных (включая другие структуры и классы). Методы — это действия, которые может выполнять класс. По сути, это обычные функции.

Все методы класса имеют доступ к переменным класса. Обратите внимание, как мы обращаемся к ammo в методе Attack.

Создание объектов класса

Теперь у нас есть свой тип данных и мы можем создавать переменные данного типа. Если после определения структур мы могли создавать структурные переменные, то в случае классов, мы создаём объекты классов (или экземпляры). Разница между классами и структурами только в терминах. Для C++ это почти одно и то же.

Вот так мы можем создать объекты класса Tank и вызвать метод Attack:

t1 и t2 — объекты класса Tank. Для C++ объект класса — это всего-лишь переменная. Тип данных этих переменных — Tank. Ещё раз повторю, что классы (и структуры) позволяют создавать пользовательские типы данных.

В англоязычной литературе создание объектов классов также называется созданием экземпляров — instantiating.

Мы обращаемся к переменным класса и методам с помощью оператора точки (прямой доступ), также как мы обращались к полям структурных переменных.

В нашем примере каждый объект имеет доступ к своей копии ammo. ammo — переменная класса (data member). Attack — метод класса. У каждого объекта своя копия переменных класса, но все объекты одного класса вызывают одни и те же методы.

Размер объекта включает все данные, но не методы

В памяти переменные класса располагаются последовательно. Благодаря этому мы можем создавать массивы объектов и копировать их все вместе (если в классе этих объектов нет динамического выделения памяти). Это будет важно для нас, когда мы начнём работать с графикой в DirectX/OpenGL. Размер объекта класса можно узнать с помощью функции sizeof. При этом в качестве аргумента можно использовать как объект, так и сам класс:

Методы — это все лишь функции. Но в отличии от простых функций, у всех методов есть один скрытый параметр — указатель на объект, который вызывает данный метод. Именно благодаря этому указателю метод знает, какой объект вызвал его и какому объекту принадлежат переменные класса. Внутри метода имя этого указателя — this.

Указатель this

Вот как для компилятора выглядит любой метод:

Это просто иллюстрация. В реальности не нужно указывать аргумент (всё что в круглых скобках). Мы автоматически получаем доступ к указателю this. В данном случае его использование перед ammo необязательно, компилятор автоматически привяжет эту переменную к this.

Указатель this нужен, когда методу необходимо вернуть указатель на текущий объект.

Указатели на объекты

При работе с объектам в C++ вам неизбежно придётся работать с указателями (и ссылками). Как мы помним, при передаче в функцию по значению создаётся копия переменной. Если у вас сложный класс, содержащий большой массив или указатели, то копирование такого объекта может потребовать ненужное выделение дополнительной памяти или может быть вообще невозможным, в случае если в классе вы динамически выделяете память. Поэтому очень часто объекты создаются динамически. Для доступа к таким объектам используется оператор непрямого доступа (стрелочка):

При использовании ссылки на объект, для доступа к его членам используется оператор прямого доступа (точка), т.е. с ссылкой можно обращаться как с обычным объектом:

Чуть ниже мы увидим один случай, когда не обойтись без ссылок.

Конструктор класса (Constructor)

Конструктор класса — метод, вызываемый автоматически при создании объекта. Он используется для инициализации переменных класса и выделении памяти, если это нужно. По сути это обычный метод. Имя обязательно должно совпадать с именем класса и он не имеет возвращаемого значения. Рассмотрим новый класс:

Здесь, в конструкторе задаются начальные значения переменных, но мы можем делать в нём всё что угодно, это обычная функция.

Перегрузка конструктора класса

Перегрузка (overloading) конструктора позволяет создать несколько конструкторов для одного класса с разными параметрами. Всё то же самое, что и при перегрузке функций:

Начальные значения можно задавать в виде списка инициализации. Выше в конструкторе мы инициализировали переменные внутри тела. Список инициализации идёт перед телом конструктора и выглядит так:

В списке инициализации можно задать значение только части переменных класса.

Копирующий конструктор (Copy Constructor)

Без каких-либо действий с нашей стороны мы можем присваивать объектам другие объекты:

Здесь используется копирующий конструктор. Копирующий конструктор по умолчанию просто копирует все переменные класса в другой объект. Если в классе используется динамическое выделение памяти, то копирующий конструктор по умолчанию не сможет правильно создать новый объект. В таком случае вы можете перегрузить копирующий конструктор:

В копирующем конструкторе всегда используются ссылки. Это обязательно. Параметр point — это объект, стоящий справа от оператора присваивания.

Деструктор класса

Деструктор класса — метод, вызываемый автоматически при уничтожении объекта. Это происходит, например, когда область видимости объекта заканчивается. Деструктор нужно писать явно, если в классе происходит выделение памяти. Соответственно, в деструкторе вам необходимо освободить все указатели.

Допустим в нашем танке есть экипаж, пусть это будет один объект типа Unit. При создании танка мы выделяем память под экипаж. В деструкторе нам нужно будет освободить память:

Имя деструктора совпадает с именем класса и перед ним ставится тильда

. Деструктор может быть только один.

Объектно-ориентированное программирование в C++ (ООП)

Теперь, когда мы представляем что такое классы и объекты, и умеем с ними работать, можно поговорить о объектно-ориентированном программировании. Сам по себе стиль ООП предполагает использование классов и объектов. Но помимо этого, у ООП есть ещё три характерные черты: инкапсуляция данных, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция данных — Encapsulation

Что означает слово Encapsulation? Корень — капсула. En — предлог в. Инкапсуляция — это буквально помещение в капсулу. Что помещается в капсулу? Данные и действия над ними: переменные и функции. Инкапсуляция — связывание данных и функций. Давайте ещё раз взглянем на класс Tank:

Собственно, здесь в класс Tank мы поместили переменную ammo и метод Attack. В методе Attack мы изменяем ammo. Это и есть инкапсуляция: члены класса (данные и методы) в одном месте.

В C++ есть ещё одно понятие, которое связано с инкапсуляцией — сокрытие данных. Сокрытие предполагает помещение данных (переменных класса) в область, в которой они не будут видимы в других частях программы. Для сокрытия используются спецификаторы доступа (access specifiers). Ключевые слова public и private и есть спецификаторы доступа. public говорит, что весь следующий блок будет видим за пределами определения класса. private говорит, что только методы класса имеют доступ к данным блока. Пример:

Здесь мы видим, что объект может получить доступ только к членам класса, находящимся в блоке public. При попытке обратиться к членам класса (и переменным, и методам) блока private, компилятор выдаст ошибку. При этом внутри любого метода класса мы можем обращаться к членам блока private. В методе Move мы изменяем скрытые переменные x и y.

Хороший стиль программирования в ООП предполагает сокрытие всех данных. Как тогда задавать значения скрытых данных и получать доступ к ним? Для этого используются методы setters и getters.

Setters and Getters

Setters и Getters сложно красиво перевести на русский. В своих уроках я буду использовать английские обозначения для них. Setter (set — установить) — это метод, который устанавливает значение переменной класса. Getter (get — получить) — метод, который возвращает значение переменной:

Имена не обязательно должны включать Set и Get. Использование setters и getters приводит к увеличению количества кода. Можно ли обойтись без инкапсуляции и объявить все данные в блоке public? Да, можно. Но данная экономия кода имеет свои негативные последствия. Мы будем подробно обсуждать данный вопрос, когда будем говорить об интерфейсах.

Следующая концепция ООП — наследование.

Наследование (Inheritance) в C++

Производный класс не может получить доступ к private членам. Поэтому в классе Unit используется спецификатор protected. Данный спецификатор разрешает доступ к данным внутри класса и внутри дочерних классов, private же разрешает доступ только в методах самого класса.

При наследовании производный класс имеет доступ ко всем членам (public и protected) базового класса. Именно поэтому мы можем вызвать метод Move для объекта типа Archer.

Обратите внимание, как происходит наследование. При определении дочернего класса, после имени ставится двоеточие, слово public и имя базового класса. В следущем уроке мы рассмотрим для чего здесь нужно слово public.

Полиморфизм (Polymorphism)

Наследование открывает доступ к полиморфизму. Poly — много, morph — форма. Это очень мощная техника, которую мы будем использовать постоянно.

Полиморфизм позволяет поместить в массив разные типы данных:

Мы создали массив указателей на Unit. Но C++ позволяет поместить в такой указатель и указатель на любой дочерний классс. Данная техника будет особенно полезна, когда мы изучим виртуальные функции.

Заключение

Классы позволяют легко моделировать лубую предметную область. Иногда лучше избежать использование ООП, но об этом мы поговорим в другой раз.

В следующем уроке мы познакомимся с более сложными концепциями, касающимися классов: виртуалье методы, шаблоны, статичные члены. Впоследствии мы увидим, как классы используютя в DirectX.

Единственное отличие между классом и структурой в C++: по умолчанию в структуре используется спецификатор доступа public, а в классе — private. Часто в коде вы будете видеть, что структуры используются без методов, чисто для описания каких-либо сущностей. Но это делать необязательно это всего лишь соглашение.

Источник

Классы. Объектно-ориентированное программирование

Классы и объекты

C# является полноценным объектно-ориентированным языком. Это значит, что программу на C# можно представить в виде взаимосвязанных взаимодействующих между собой объектов.

Описанием объекта является класс , а объект представляет экземпляр этого класса. Можно еще провести следующую аналогию. У нас у всех есть некоторое представление о человеке, у которого есть имя, возраст, какие-то другие характеристики. То есть некоторый шаблон — этот шаблон можно назвать классом. Конкретное воплощение этого шаблона может отличаться, например, одни люди имеют одно имя, другие — другое имя. И реально существующий человек (фактически экземпляр данного класса) будет представлять объект этого класса.

По умолчанию проект консольного приложения уже содержит один класс Program, с которого и начинается выполнение программы.

По сути класс представляет новый тип, который определяется пользователем. Класс определяется с помощью ключевого слова сlass :

Где определяется класс? Класс можно определять внутри пространства имен, вне пространства имен, внутри другого класса. Как правило, классы помещаются в отдельные файлы. Но в данном случае поместим новый класс в файле, где располагается класс Program. То есть файл Program.cs будет выглядеть следующим образом:

Вся функциональность класса представлена его членами — полями (полями называются переменные класса), свойствами, методами, событиями. Например, определим в классе Person поля и метод:

В данном случае класс Person представляет человека. Поле name хранит имя, а поле age — возраст человека. А метод GetInfo выводит все данные на консоль. Чтобы все данные были доступны вне класса Person переменные и метод определены с модификатором public. Поскольку поля фактически те же переменные, им можно присвоить начальные значения, как в случае выше, поле age инициализировано значением 18.

Так как класс представляет собой новый тип, то в программе мы можем определять переменные, которые представляют данный тип. Так, здесь в методе Main определена переменная tom, которая представляет класс Person. Но пока эта переменная не указывает ни на какой объект и по умолчанию она имеет значение null . Поэтому вначале необходимо создать объект класса Person.

Конструкторы

Кроме обычных методов в классах используются также и специальные методы, которые называются конструкторами . Конструкторы вызываются при создании нового объекта данного класса. Конструкторы выполняют инициализацию объекта.

Конструктор по умолчанию

Если в классе не определено ни одного конструктора, то для этого класса автоматически создается конструктор по умолчанию. Такой конструктор не имеет параметров и не имеет тела.

Выше класс Person не имеет никаких конструкторов. Поэтому для него автоматически создается конструктор по умолчанию. И мы можем использовать этот конструктор. В частности, создадим один объект класса Person:

Для создания объекта Person используется выражение new Person() . Оператор new выделяет память для объекта Person. И затем вызывается конструктор по умолчанию, который не принимает никаких параметров. В итоге после выполнения данного выражения в памяти будет выделен участок, где будут храниться все данные объекта Person. А переменная tom получит ссылку на созданный объект.

Если конструктор не инициализирует значения переменных объекта, то они получают значения по умолчанию. Для переменных числовых типов это число 0, а для типа string и классов — это значение null (то есть фактически отсутствие значения).

После создания объекта мы можем обратиться к переменным объекта Person через переменную tom и установить или получить их значения, например, tom.name = «Tom»; .

Консольный вывод данной программы:

Создание конструкторов

Выше для инициализации объекта использовался конструктор по умолчанию. Однако мы сами можем определить свои конструкторы:

Теперь в классе определено три конструктора, каждый из которых принимает различное количество параметров и устанавливает значения полей класса. Используем эти конструкторы:

Консольный вывод данной программы:

При этом если в классе определены конструкторы, то при создании объекта необходимо использовать один из этих конструкторов.

Стоит отметить, что начиная с версии C# 9.0 мы можем сократить вызов конструктора, убрав из него название типа:

Ключевое слово this

Ключевое слово this представляет ссылку на текущий экземпляр класса. В каких ситуациях оно нам может пригодиться? В примере выше определены три конструктора. Все три конструктора выполняют однотипные действия — устанавливают значения полей name и age. Но этих повторяющихся действий могло быть больше. И мы можем не дублировать функциональность конструкторов, а просто обращаться из одного конструктора к другому через ключевое слово this, передавая нужные значения для параметров:

В данном случае первый конструктор вызывает второй, а второй конструктор вызывает третий. По количеству и типу параметров компилятор узнает, какой именно конструктор вызывается. Например, во втором конструкторе:

идет обращение к третьему конструктору, которому передаются два значения. Причем в начале будет выполняться именно третий конструктор, и только потом код второго конструктора.

Также стоит отметить, что в третьем конструкторе параметры называются также, как и поля класса.

И чтобы разграничить параметры и поля класса, к полям класса обращение идет через ключевое слово this. Так, в выражении this.name = name; первая часть this.name означает, что name — это поле текущего класса, а не название параметра name. Если бы у нас параметры и поля назывались по-разному, то использовать слово this было бы необязательно. Также через ключевое слово this можно обращаться к любому полю или методу.

Инициализаторы объектов

Для инициализации объектов классов можно применять инициализаторы . Инициализаторы представляют передачу в фигурных скобках значений доступным полям и свойствам объекта:

С помощью инициализатора объектов можно присваивать значения всем доступным полям и свойствам объекта в момент создания без явного вызова конструктора.

При использовании инициализаторов следует учитывать следующие моменты:

С помощью инициализатора мы можем установить значения только доступных из внешнего кода полей и свойств объекта. Например, в примере выше поля name и age имеют модификатор доступа public, поэтому они доступны из любой части программы.

Инициализатор выполняется после конструктора, поэтому если и в конструкторе, и в инициализаторе устанавливаются значения одних и тех же полей и свойств, то значения, устанавливаемые в конструкторе, заменяются значениями из инициализатора.

Источник