ISВN 966-0000-00-0

 

Розглядаються основні засоби обєктно-орієнтованого і узагальненого підходу на прикладі мови програмування С++. Вивчаються класи та робота з ними, конструктори та їх перевантаження, перевантаження операторів і методів класу, просте і множинне успадкування в класах, віртуальні функції та поліморфізм, шаблони функцій та класів, оброблення виняткових ситуацій, С++-система введення-виведення. Значна частина робіт пов’язана з шаблонами бібліотеки STL. До всіх робіт є короткий теоретичний матеріал з частинами програм і повним робочим кодом прототипу до лабораторної роботи. До кожної теми розроблено до 20 індивідуальних завдань.

Практикум призначено для студентів ВУЗів, що вивчають комп'ютерні науки.

 

ББК 32.973.26-01+18.2.75

 

Навчальне видання

 

Світлана Іванівна КОШИРЕЦЬ – канд. техн. наук, ст. викладач каф. обчисл. техніки

і моделювання технологічних процесів НЛТУ України

Микола Федорович САЛО – асист. каф. обчисл. техніки

і моделювання технологічних процесів НЛТУ України

Ярослав Іванович СОКОЛОВСЬКИЙ – доктор техн. наук, професор каф. обчисл. техніки

і моделювання технологічних процесів НЛТУ України

 

О'єктно-орієнтоване програмування мовою С++

 

ISВN 966-0000-00-0 ^Ó С.І. Коширець, М.Ф. Сало, Я.І. Соколовський, 2012

ЗМІСТ

ВСТУП.................................................................................................................... 6

Лабораторна робота №1. Робота в інтегрова- ному середовищі Visual Studio C++ 2010.......................................................................... 8

1.1. Програма роботи..................................................................................... 8

1.2. Вказівки до виконання роботи................................................................ 8

1.3.Теоретичні відомості................................................................................. 8

1.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 12

1.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 15

1.6. Контрольні запитання............................................................................ 16

Лабораторна робота №2. Робота з класами, мАСИВИ ОБ’ЄКТІВ....................................................................................................................... 18

2.1. Програма роботи................................................................................... 18

2.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 18

2.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 18

2.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 21

2.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 23

2.6. Контрольні запитання............................................................................ 25

Лабораторна робота №3. Робота з конструкторами та перевантаження методів класу................................................. 26

3.1. Програма роботи................................................................................... 26

3.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 26

3.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 26

3.4. Розширений опис завдання.................................................................... 31

3.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 32

3.6. Контрольні запитання............................................................................ 36

Лабораторна РОБОТА №4. Перевантаження операторів для класу......................................................................................................... 37

4.1. Програма роботи................................................................................... 37

4.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 37

4.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 37

4.4. Розширений опис завдання.................................................................... 40

4.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 40

4.6. Контрольні запитання............................................................................ 44

Лабораторна робота №5. одинарне Успадкування............. 45

5.1. Програма роботи................................................................................... 45

5.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 45

5.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 45

5.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 48

5.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 50

5.6. Контрольні запитання............................................................................ 54

Лабораторна робота №6. Множинне успадкування........... 55

6.1. Програма роботи................................................................................... 55

6.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 55

6.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 55

6.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 57

6.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 60

6.6. Контрольні запитання............................................................................ 64

Лабораторна робота №7. Поліморфізм та віртуальні функції 66

7.1. Програма роботи................................................................................... 66

7.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 66

7.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 66

7.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 69

7.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 72

7.6. Контрольні запитання............................................................................ 74

Лабораторна робота №8. Шаблони функцій і класів........... 76

8.1. Програма роботи................................................................................... 76

8.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 76

8.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 76

8.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 77

8.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 80

8.6. Контрольні запитання............................................................................ 82

Лабораторна робота №9. засоби ОПРА ЦЮВАННЯ ВИняткових СИТУАЦІЙ В C++...................................................................................... 84

9.1. Програма роботи................................................................................... 84

9.2. Вказівки до виконання роботи.............................................................. 84

9.3. Теоретичні відомості.............................................................................. 84

9.4. Зразок виконання роботи...................................................................... 89

9.5. Індивідуальні завдання.......................................................................... 90

9.6. Контрольні запитання............................................................................ 91

Лабораторна робота №10. Стандартні потокові класи...... 92

10.1. Програма роботи................................................................................. 92

10.2. Вказівки до виконання роботи............................................................ 92

10.3. Теоретичні відомості............................................................................ 92

10.4. Зразок виконання роботи.................................................................... 94

10.5. Індивідуальні завдання...................................................................... 100

10.6. Контрольні запитання........................................................................ 106

Лабораторна робота №11. Файлові і рядкові потоки........ 107

11.1. Програма роботи............................................................................... 107

11.2. Вказівки до виконання роботи.......................................................... 107

11.3. Теоретичні відомості.......................................................................... 107

11.4. Зразок виконання роботи.................................................................. 108

11.5. Індивідуальні завдання...................................................................... 110

11.6. Контрольні запитання........................................................................ 110

Лабораторна робота №12. Стандартна бібліотека шаблонів STL, контейнери та ітератори................................................................ 112

12.1. Програма роботи............................................................................... 112

12.2. Вказівки до виконання роботи.......................................................... 112

12.3. Теоретичні відомості.......................................................................... 112

12.4. Зразок виконання роботи.................................................................. 116

12.5. Індивідуальні завдання...................................................................... 118

12.6. Контрольні запитання........................................................................ 119

Лабораторна робота №13. Стандартна бібліотека шаблонів STL, Алгоритми............................................................................................ 120

13.1. Програма роботи............................................................................... 120

13.2. Вказівки до виконання роботи.......................................................... 120

13.3. Теоретичні відомості.......................................................................... 120

13.4. Зразок виконання роботи.................................................................. 122

13.5. Індивідуальні завдання...................................................................... 123

13.6. Контрольні запитання........................................................................ 124

Література...................................................................................................... 126

 

 

ВСТУП

У даному лабораторному практикумі підібрано низку лабораторних робіт, призначених для набуття студентами основних навиків об’єктно-орієнтованого програмування мовою С++ в середовищі Visual Studio.

Практикум побудовано таким чином, що в першій роботі описано методику роботи в інтегрованому середовищі Visual Studio C++, а саме в консольному і візуальному режимах, описано як правильно відлагоджувати та реалізовувати проекти використовуючи дане середовище. Решта робіт присвячені вивченню технології обєктно-орієнтованого і узагальненого підходу до програмування мовою С++. Перша частина робіт дає змогу отримати навики з створення класів та нанаданням їм функціональних можливостей, а також опису їх взаємодії. Дані роботи реалізовують основні принципи ООП: інкапсуляцію, поліморфізм та успадкування через конструктори і деструктори, перевантаження методів та операцій, просте і множинне успадкування, віртуальні функціх та абстрактні класи. Темі потокових класів писвячено дві роботи, які дають змогу навчитись контролювати різного роду потоки і форматувати їх дані при виводі, перевантажувати оператори вводу-виводу для роботи з власними типами даних. Окремою роботою виділено тему оброблення виключень з метою оволодіння концепцією програмування захисту від помилок, шляхом включення в код програми засобів контролю її нормального виконання. Друга частина практикуму дає змогу навчитись застосовувати шаблони проектування для вирішення поставлених задач, а саме вміти створювати контейнери, отримувати доступ до їх елементів за допомогою літераторів і виконувати різноманітні операції над об’єктами, використовуючи різні види алгоритмів.

Для наочного відображення структури класів та їх взаємодії в практикумі використовуються засоби UML, а саме діаграми класів і варіантів використання.

Звичайно, запропоновані завдання не можуть охопити всю повноту можливостей С++. Проте набутих навичок буде достатньо для оволодіння технологією обєктно-орієнтованого підходу мовою С++ і її використання для вирішення різних типів задач та подальшого самовдоналення.

В результаті виконання лабораторних робіт студенти:

· знатимуть синтаксис, симантику, технології та функціональні можливості об’єктно-орієнтованого програмування мовою С++;

· вмітимуть будувати діаграми класів і варіантів використання та описувати класи і відношення між ними для розв’язування сформульованих задач засобами мови С++, редагувати, відлагоджувати та реалізовувати програми в середовищі Visual Studio, використовувати в програмах шаблони STL для зменшення їх об’єму та часу виконання.

Матеріал цього практикуму значною мірою відповідає робочій навчальній програмі дисципліни " Об'єктно-орієнтоване програмування".

Лабораторна робота №1. Робота в інтегрованому середовищі Visual Studio C++ 2010

МЕТА РОБОТИ: ознайомитись з основними компонентами інтегрованого середовища Visual Studio C++ 2010, навчитись створювати, відлагоджувати та реалізовувати проекти програм використовуючи об’єктно-орієнтоване програмування.

1.1. Програма роботи

1.1.1. Отримати завдання.

1.1.2. Написати програми відповідних класів, основну та відповідні допоміжні функції, згідно з вказівками до виконання роботи.

1.1.3. Підготувати власні коректні вхідні дані (вказати їх формат і значення) і проаналізувати їх.

1.1.4. Оформити електронний звіт про роботу та захистити її.

1.2. Вказівки до виконання роботи

1.2.1. Студент, згідно з індивідуальним номером, вибирає своє завдання з розд. 1.5 і записує його до звіту.

1.2.2. Оголошення класу (структури), основну та відповідні допоміжні функції необхідно запрограмувати так, як це показано у розд. 1.4.

1.2.3. Власних вхідних даних необхідно підготувати не менше двох комплектів. Їхні значення мають бути коректними, знаходитися в розумних межах і відповідати тим умовам, які стосуються індивідуального завдання.

1.2.4. Звіт має містити такі розділи:

● мету роботи та завдання з записаною умовою задачі;

● коди всіх використовуваних.h і.ccp файлів, а також пояснення до них;

● результати реалізації програми, які виведені в вікно форми;

● діаграму класів з поясненням;

● висновки, в яких наводиться призначення програми, обмеження на її застосування і можливі варіанти удосконалення, якщо такі є.

1.3.Теоретичні відомості

Програма в Visual Studio C++ 2010 являє собою проект, який містить вихідні файли на С++ та файли необхідних ресурсів (рис. 1). Перелік файлів, які входять в проект, а також властивості проекту зберігаються в файлі проекту з розширенням .vcxproj. Збірка проекту – процес перетворення вихідних файлів в деяке представлення: виконуючий файл (.ехе), динамічну (.DLL) чи статичну (.LIB) бібліотеку. В процесі збірки здійснюється компіляція вихідних файлів для отримання об’єктних файлів (файлів з кодом отриманих в результаті трансляції компілятором чи асемблером вихідного тексту програми) і їх компонування (зв’язування об’єктних модулів програми між собою і з бібліотеками часу виконання) в додатки чи бібліотечні модулі.

 

Рис. 1. Вікно середовища Visual Studio C++ 2010

1 – панель інструментів

2 – вікно редактора вихідного коду

3 – панель виводу інформації

4 – провідник задач (Explorer Solution)

Середовище Visual Studio C++ 2010 дає змогу використовувати декілька проектів разом в складі однієї задачі (анг. Solution), що значно полегшує розробку великих програмних комплексів, які складаються з декількох зв’язаних між собою проектів. Саме від налаштування цих зв’язків і залежить хід виконання задачі. Для налаштування зв’язків між проектами слід в контекстному меню проекту обрати пункт Project Dependencies.

Для створення нового проекту слід викликати майстер проектів (File–> New) і обрати тип проекту (рис. 2):

· Windows Application – додаток з віконним інтерфейсом;

· Console Application – консольний додаток;

· Static Library – статична бібліотека, файл .lib, що містить функції, котрі можуть бути скомпоновані в складі інших модулів;

· Dynamic Library – динамічна бібліотека,.DLL файл, який містить функції, що можуть сумісно використовуватись декількома додатками одночасно;

· MFC Application – додаток, який використовує бібліотеку базових класів MFC, що дає змогу створити віконні додатки в Windows.

· ATL Project – СОМ-сервер, організований у вигляді динамічної бібліотеки, виконавчого модуля чи сервісу, які використовують бібліотеку ATL.

Рис. 2. Вікно майстра проектів

Властивості будь-якого проекту можна редагувати, для цього слід обрати в контекстному меню проекту в провіднику задач (Explorer Solution) пункт Properties (рис. 3).

Рис. 3. Налаштування властивостей проекту

 

Для збірки проекту в складі однієї задачі слід натиснути клавішу F7, а щоб скомпілювати вихідний файл – Ctrl-F7.

Проект може бути поданий в двох основних конфігураціях: робочій і фінальній. Робоча конфігурація (Debug) модуля має більший розмір і меншу швидкодію, але найбільше забезпечує можливості редагування на рівні вихідного коду. При компіляції відключається оптимізація коду, в модуль поміщається додаткова інформація для редагування коду. Фінальна конфігурація (Release) характеризується меншим розміром і більшою швидкодією. Користувач може обрати необхідну конфігурацію із списку, що розкривається на панелі інструментів (рис. 4) і тоді при наступній збірці проект буде скомпільований і скомпонований в обраній конфігурації. Окрім цього користувач може обрати платформу (32-бітну чи 64-бітну) (рис. 4).

Рис. 4. Вибір конфігурації проекту

Для пакетної збірки проекту відразу ж в декількох конфігураціях можна скористатись командою Build–> Batch Build …

Для запуску активного проекту слід натиснути комбінацію Ctrl-F5, але якщо в задачі декілька проектів, то один з них можна помітити як активний обравши в контекстному меню проекту Set as StartUp Project.

Налагодження проекту – це процес пошуку і виправлення помилок в програмі. Для цього в даному середовищі можна використовувати наступні можливості:

· зупинення виконання програми в вказаних місцях;

· трасування (покрокове виконання) програми;

· перегляд і зміна значень змінних і вмістимого комірок пам’яті (в повних версіях середовища).

Для встановлення точок зупинки використовують клавішу F9. Для трасування програм використовують такі клавіші:

· F10 – виконати текучий оператор без входу в середину функції чи методу класу;

· F11 – виконати текучий оператор з входом в середину функції чи метод класу;

· Shift-F11 – продовжити виконання програми до виходу з текучої функції чи методу класу;

· Ctrl-F10 – продовжити виконання програми до досягнення позиції курсору;

· Alt-Num* – встановити курсор в позицію виконання наступного оператора;

· F5 – продовжити виконання програми.

Дане середовище розробки програм дає змогу внести зміни в програму в процесі її виправлення і продовжити виконання виправленої програми без перезапуску. Для цього після внесення змін в програму слід натиснути комбінацію Alt-F10 або одну з команд трасування програми.

Для зупинення роботи програми і виходу з режиму виправлення помилок слід натиснути комбінацію клавіш Shift–F5.

1.4. Зразок виконання роботи

Для створення нового проекту з формами потрібно обрати пункт меню File-> New-> Project-> CLR-> Windows Form і вказати ім’я проекту і паку для його зберігання. При цьому повинна з’явитись порожня форма та порожні файли для створення проекту (рис. 5) і ми з допомогою інструментів на панелі Toolbox вставляємо необхідні для її заповнення.

Рис. 5. Вигляд форми і провідника задач для проекту

Для збереження розмірів форми можна заблокувати її розгортання, задавши відповідну властивість форми MaximizeBox = False.

Тепер для опису класу потрібно обрати пункт меню Project-> Add Class

-> C++ Class і задати необхідні дані в вікні діалогу (рис. 6).

Рис. 6. Вікно діалогу для опису класу

Після цього середовище само автоматично створить відповідні файли з розширенням.h i.cpp. В заголовний файл потрібно розмістити опис класу (згідно діаграми класів – рис. 7), а в інший – визначення його функцій чи методів.