Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования

Подождите немного. Документ загружается.

С.Р:=А.Р*В.Р;

Sokr(С)

End;

Procedure Chastnoe; {Деление дробей)

Begin

{Знаменатель дроби)

C.Q:=A.Q*B.P;

{Числитель дроби)

C.P:=A.P*B.Q;

Sokr(С)

End;

Procedure Stepen; {Возведение дроби в степень)

Var I: Natur;

Begin

C.Q:=1;

C.P:=1;

Sokr(A);

For I:=l To N Do

Proizvedenie(А,С,С)

End;

Function Menshe; {отношение '<' между дробями)

Begin

Menshe:=A.P*B.Q<A.Q*B.P

End;

Function Bolshe; {отношение '>' между дробями)

Begin

Bolshe:=A.P*B.Q>A.Q*B.P

End;

Function Ravno; {отношение '=' между дробями)

Begin

Ravno:=A.P*B.Q=A.Q*B.P

End;

Function BolsheRavno; {отношение '>=' между

дробями}

Begin

BolsheRavno:=Bolshe(А,В) Or Ravno(A,B)

End;

Function MensheRavno; {отношение '<=' между

дробями)

Begin

MensheRavno:=Menshe(А,В) Or Ravno(A,B)

End;

Function NeRavno; {отношение '<>' между дробями

Begin

NeRavno:=Not Ravno(A,B)

End;

{Раздел инициализации модуля}

Begin

End.

При разработке модуля рекомендуется такая последовательность

действий:

Спроектировать модуль, т.е. определить основные и вспомо-

гательные подпрограммы и другие ресурсы.

Описать компоненты модуля.

Каждую подпрограмму целесообразно отладить отдельно, пос-

ле чего «вклеить» в текст модуля.

Сохраним текст разработанной программы в файле DROBY

PAS

и откомпилируем наш модуль. Для этого можно воспользоваться

внешним компилятором, поставляемым вместе с Турбо Паска-

лем. Команда будет выглядеть так: ТРС DROBY

PAS. Если в тексте

нет синтаксических ошибок, получим файл

DROBY.три,

иначе

будет выведено соответствующее сообщение с указанием строки,

содержащей ошибку. Другой вариант компиляции: в меню систе-

мы программирования Турбо Паскаль выбрать Compile/Destination

Disk, затем — Compile/Build.

Теперь можно подключить модуль к программе, где планиру-

ется его использование. Решим первую задачу — выполним сум-

мирование массива дробей.

Program Sum;

Uses Droby;

Var A: Array[1..100] Of Frac;

I,N: Integer;

S: Frac;

Begin

Write('Введите количество элементов

массива:');

ReadLn(N);

S.P:=0; S.Q:=l; {Первоначально сумма равна нулю}

For I:=l To N Do {Вводим и суммируем дроби}

Begin

Write('Введите числитель',I,'-й

дроби:');

ReadLn(A[I].P);

Write('Введите знаменатель ',1,'-й

дроби:');

ReadLn(A[I].Q);

Summa(A[I],S,S);

End;

WriteLn('Ответ:',S.P,'/',S.Q)

End.

Вторую задачу читателю предлагается решить самостоятельно.

Как видно из примера, для подключения модуля используется

служебное слово Uses, после которого указывается имя модуля.

Данная строка записывается сразу же после заголовка программы.

151

Если необходимо подключить несколько модулей, они перечисля-

ются через запятую.

При использовании ресурсов модуля программисту совсем не

обязательно иметь представление о том, как работают вызывае-

мые подпрограммы. Достаточно знать назначение подпрограмм и

их спецификации, т.е. имена и параметры. По такому принципу

осуществляется работа со всеми стандартными модулями. Поэто-

му если программист разрабатывает модули не только для лично-

го пользования, ему необходимо выполнить полное описание всех

доступных при подключении ресурсов.

3.23.

Объектно-ориентированное программирование

Основные понятия объектно-ориентированного программирования

(ООП). Основополагающей идеей одного из современных подхо-

дов к программированию

—

объектно-ориентированному

—

явля-

ется объединение данных и обрабатывающих их процедур в еди-

ное целое — объекты.

Объектно-ориентированное программирование — это методо-

логия программирования, которая основана на представлении

программы в виде совокупности объектов, каждый из которых

является реализацией определенного класса (типа особого вида),

а классы образуют иерархию, основанную на принципах наследу-

емости. При этом объект характеризуется как совокупностью всех

своих свойств и их текущих значений, так и совокупностью допу-

стимых для данного объекта действий.

Несмотря на то что в различных источниках делается акцент на

те или иные особенности внедрения и применения ООП, три ос-

новных (базовых) понятия ООП остаются неизменными. К ним

относятся:

• наследование (Inheritance);

• инкапсуляция (Encapsulation);

• полиморфизм (Polymorphism).

Эти понятия как три кита лежат в основе ООП.

При процедурном подходе требуется описать каждый шаг, каж-

дое действие алгоритма для достижения конечного результата. В

отличие от него объектно-ориентированный подход оставляет за

объектом право решать, как отреагировать и что сделать в ответ

на поступивший вызов. Достаточно в стандартной форме поста-

вить перед ним задачу и получить ответ.

Объект состоит из следующих трех частей:

• имени объекта;

• состояния (переменных состояния);

• методов (операций).

Можно дать обобщающее определение: объект ООП

—

это со-

вокупность переменных состояния и связанных с ними методов

152

(операций). Упомянутые методы определяют, как объект взаи-

модействует с окружающим миром.

Под методами объекта понимают процедуры и функции,

объявление которых включено в описание объекта и которые вы-

полняют действия. Возможность управлять состояниями объекта

посредством вызова методов в итоге и определяет поведение

объекта. Совокупность методов часто называют интерфейсом

объекта.

Инкапсуляция

—

это механизм, который объединяет данные и

методы, манипулирующие этими данными, и защищает и то и

другое от внешнего вмешательства или неправильного исполь-

зования. Когда методы и данные объединяются таким способом,

создается объект.

Применяя инкапсуляцию, мы защищаем данные, принадле-

жащие объекту, от возможных ошибок, которые могут возник-

нуть при прямом доступе к этим данным. Кроме того, примене-

ние указанного принципа очень часто помогает локализовать воз-

можные ошибки в коде программы. А это намного упрощает

процесс поиска и исправления этих ошибок. Можно сказать, что

инкапсуляция обеспечивает сокрытие данных, что позволяет за-

щитить эти данные. Однако применение инкапсуляции ведет к

снижению эффективности доступа к элементам объекта. Это обус-

ловлено необходимостью вызова методов для изменения внут-

ренних элементов (переменных) объекта. Но при современном

уровне развития вычислительной техники подобные потери в эф-

фективности не играют существенной роли.

Наследование — это процесс, посредством которого один

объект может наследовать свойства другого объекта и добавлять

к ним черты, характерные только для него. В итоге создается

иерархия объектных типов, где поля данных и методов «пред-

ков» автоматически являются и полями данных и методов «по-

томков».

Смысл и универсальность наследования заключаются в том,

что не надо каждый раз заново («с нуля») описывать новый объект,

а можно указать «родителя» (базовый класс) и описать отличи-

тельные особенности нового класса. В результате новый объект будет

обладать всеми свойствами родительского класса плюс своими соб-

ственными отличительными особенностями.

Пример 1. Можно создать базовый класс «транспортное сред-

ство», который универсален для всех средств передвижения, к

примеру, на четырех колесах. Этот класс «знает», как двигаются

колеса, как они поворачиваются, тормозят и т.д. Затем на осно-

ве этого класса создадим класс «легковой автомобиль». Посколь-

ку новый класс унаследован из класса «транспортное средство»,

унаследованы все особенности этого класса, и нам не надо в

очередной раз описывать, как двигаются колеса и

т.

д.

Мы просто

153

добавим те черты, которые характерны для легковых автомоби-

лей. В то же время мы можем взять за основу этот же класс

«транспортное средство» и построить класс «грузовые автомоби-

ли».

Описав отличительные особенности грузовых автомобилей,

получим новый класс «грузовые автомобили». А, к примеру, на

основании класса «грузовой автомобиль» уже можно описать оп-

ределенный подкласс грузовиков и т.д. Таким образом, сначала

формируем простой шаблон, а затем, усложняя и конкретизи-

руя,

поэтапно создаем все более сложные шаблоны.

Полиморфизм — это свойство, которое позволяет одно и то же

имя использовать для решения нескольких технически разных за-

дач.

Полиморфизм подразумевает такое определение методов в

иерархии типов, при котором метод с одним именем может при-

меняться к различным родственным объектам. В общем смысле

концепцией полиморфизма является идея «один интерфейс

—

мно-

жество методов». Преимуществом полиморфизма является то, что

он помогает снижать сложность программ, разрешая использова-

ние одного интерфейса для единого класса действий. Выбор кон-

кретного действия в зависимости от ситуации возлагается на ком-

пилятор.

Пример 2. Пусть есть класс «автомобиль», в котором описано,

как должен передвигаться автомобиль, как он поворачивает, как

подает сигнал и т.д. Там же описан метод «переключение переда-

чи».

Допустим, что в этом методе класса «автомобиль» описана

автоматическая коробка передач. А теперь необходимо описать

класс «спортивный автомобиль», у которого механическое (руч-

ное) переключение скоростей. Конечно, можно было бы опи-

сать заново все методы для класса «спортивный автомобиль».

Вместо этого указываем, что класс «спортивный автомобиль»

унаследован из класса «автомобиль», а следовательно, он обла-

дает всеми свойствами и методами, описанными для класса-ро-

дителя. Единственное, что надо сделать

—

это переписать метод

«переключение передач» для механической коробки передач.

В результате при вызове метода «переключение передач» будет

выполняться метод не родительского класса, а самого класса

«спортивный автомобиль».

Механизм работы ООП в таких случаях можно описать при-

мерно так: при вызове того или иного метода класса сначала

ищется метод в самом классе. Если метод найден, то он выпол-

няется, и поиск этого метода завершается. Если же метод не най-

ден, то обращаемся к родительскому классу и ищем вызванный

метод в нем. Если он найден, то поступаем, как при нахождении

метода в самом классе. А если нет, то продолжаем дальнейший

поиск вверх по иерархическому дереву, вплоть до корня (верх-

него класса) иерархии. Этот пример отражает так называемый

механизм раннего связывания.

154

Объекты

Турбо Паскале.

Инкапсуляция.

Для описания объек-

тов зарезервировано слово object. Тип object

—

это структура

данных, которая содержит поля и методы. Описание объектного

типа выглядит следующим образом:

Туре идентификатор типа объекта>=ОЬ]есЪ

<поле>;

<метод>;

End;

Поле содержит имя и тип данных. Методы

—

это процедуры

или функции, объявленные внутри декларации объектного типа,

в том числе и особые процедуры, создающие и уничтожающие

объекты (конструкторы и деструкторы). Объявление метода внут-

ри описания объектного типа состоит только из заголовка (как в

разделе Interface в модуле).

Пример 3. Опишем объект «обыкновенная дробь» с методами

«НОД числителя и знаменателя», «сокращение», «натуральная

степень».

Type Natur=l..32767;

Frac=Record P: Integer; Q: Natur End;

Drob=Object A: Frac;

Procedure NOD(Var C:

Natur);

Procedure Sokr;

Procedure Stepen(N: Natur; Var C:

Frac);

End;

Описание объектного типа, собственно, и выражает такое свой-

ство,

как

инкапсуляция.

Проиллюстрируем далее работу с описанным объектом, реа-

лизацию его методов и обращение к указанным методам. При этом

понадобятся некоторые вспомогательные методы.

Type Natur=l..Maxlnt;

Frac=Record P: Integer; Q: Natur End;

{Описание объектного типа}

Drob=Object

A: Frac;

Procedure Vvod; {ввод дроби}

Procedure NOD(Var C:

Natur);

{НОД}

Procedure Sokr;

Procedure Stepen(N: Natur; Var C:

Frac);

Procedure Print; {вывод дроби}

155

End;

{Описания методов объекта}

Procedure

Drob.

NOD;

Var M,N: Natur;

Begin

M:=Abs(A.P);

N:=A.Q;

While MON Do

If M>N

Then If M Mod N<>0 Then M:=M Mod N Else M:=N

Else If N Mod MOO Then N:=N Mod M Else N:=M;

C:=M

End;

Procedure Drob.Sokr;

Var N: Natur;

Begin If

POO

Then Begin

Drob.NOD(N);

A.P:=A.P Div N; A.Q:=A.Q Div N

End

Else A.Q:=1

End;

Procedure Drob.Stepen;

Var I: Natur;

Begin

C.P:=1;

C.Q:=1;

For I:=l To N Do Begin C.P:=C.P*A.P;

C.Q:=C.Q*A.Q

End;

Procedure Drob.Vvod;

Begin

Write('Введите числитель

дроби:');

ReadLn(A.P);

Write('Введите знаменатель дроби:');ReadLn(A.Q);

End;

Procedure Drob.Print;

Begin WriteLn(A.P,'/',A.Q) End;

{Основная программа}

Var Z: Drob; F: Frac;

Begin

Z.Vvod;

{ввод дроби}

Z.Print; {печать введенной дроби}

Z.Sokr;

{сокращение введенной дроби}

Z.Print; {печать дроби после сокращения}

Z.Stepen(4,F);

{возведение введенной дроби в 4-ю

степень}

WriteLn(F.P,'/',F.Q)

End.

156

Прокомментируем отдельные моменты в рассмотренном при-

мере. Во-первых, реализация методов осуществляется в разделе

описаний, после объявления объекта, причем при реализации

метода достаточно указать его заголовок без списка параметров,

но с указанием объектного типа, методом которого он является.

Еще раз отметим, что все это напоминает создание модуля, где

те ресурсы, которые доступны при его подключении, прежде

всего объявляются в разделе interface, а затем реализуются в

разделе implementation.

действительности объекты и их ме-

тоды реализуют чаще всего именно в виде модулей.

Во-вторых, все действия над объектом выполняются только с

помощью его методов.

В-третьих, для работы с отдельным экземпляром объектного

типа в разделе описания переменных должна быть объявлена пе-

ременная (или переменные) соответствующего типа. Легко ви-

деть,

что объявление статических объектов не отличается от объяв-

ления других переменных, а их использование в программе напо-

минает использование записей.

Наследование.

Объектные типы можно выстроить в иерархию.

Один объектный тип может наследовать компоненты из другого

объектного типа. Наследующий объект называется потомком.

Объект, которому наследуют,

—

предком. Если предок сам явля-

ется чьим-либо наследником, то потомок наследует и эти поля и

методы. Следует подчеркнуть, что наследование относится только

к типам, но не экземплярам объекта.

Описание типа-потомка имеет отличительную особенность:

<имя TMna-noTOMKa>=Object(<имя

типа-предка>),

дальнейшая запись описания обычная.

Следует помнить, что поля наследуются без какого-либо ис-

ключения. Поэтому, объявляя новые поля, необходимо следить за

уникальностью их имен, иначе совпадение имени нового поля с

именем наследуемого поля вызовет ошибку. На методы это прави-

ло не распространяется, но об этом ниже.

Пример 4. Опишем объектный тип «Вычислитель» с методами

«сложение», «вычитание», «умножение», «деление» (некоторый

исполнитель) и производный от него тип «Продвинутый вычис-

литель» с новыми методами «степень», «корень л-й степени».

Type BaseType=Double;

Vichislitel=Object

А,В,С:

BaseType;

Procedure Init; {ввод или инициализация

полей}

Procedure Slozh;

Procedure Vide-

procedure Umn;

157

Procedure Delen

End;

NovijVichislitel=Object(Vichislitel)

Integer;

Procedure Stepen;

Procedure Koren

End;

Обобщая вышесказанное, перечислим правила наследования:

• информационные поля и методы родительского типа насле-

дуются всеми его типами-потомками независимо от числа проме-

жуточных уровней иерархии;

• доступ к полям и методам родительских типов в рамках опи-

сания любых типов-потомков выполняется так, как будто бы они

описаны в самом типе-потомке;

• ни в одном из типов-потомков не могут использоваться иденти-

фикаторы полей, совпадающие с идентификаторами полей какого-

либо из родительских

типов.

Это правило относится и к идентифика-

торам формальных параметров, указанных в заголовках методов;

• тип-потомок может доопределить произвольное число соб-

ственных методов и информационных полей;

• любое изменение текста в родительском методе автоматичес-

ки оказывает влияние на все методы порожденных типов-потом-

ков,

которые его вызывают;

• в противоположность информационным полям идентифика-

торы методов в типах-потомках могут совпадать с именами мето-

дов в родительских типах. При этом одноименный метод в типе-

потомке подавляет одноименный ему родительский, и в рамках

типа-потомка при указании имени такого метода будет вызывать-

ся именно метод типа-потомка, а не родительский.

Вызов наследуемых методов осуществляется согласно следую-

щим принципам:

• при вызове метода компилятор сначала ищет метод, имя ко-

торого определено внутри типа объекта;

• если в типе объекта не определен метод с указанным в

операторе вызова именем, то компилятор в поисках метода с

таким именем поднимается выше к непосредственному роди-

тельскому типу;

• если наследуемый метод найден и его адрес подставлен, то

следует помнить, что вызываемый метод будет работать так, как

он определен и компилирован для родительского типа, а не для

типа-потомка. Если этот наследуемый родительский тип вызывает

еще и другие методы, то вызываться будут только родительские

или вышележащие методы, так как вызовы методов из нижележа-

щих по иерархии типов не допускаются.

Полиморфизм. Как отмечалось выше, полиморфизм (многооб-

разие) предполагает определение класса или нескольких классов

158

методов для

родственных объектных типов

так,

что каждому классу

отводится своя функциональная

роль.

Методы одного класса обыч-

но наделяются общим именем.

Пример 5. Пусть имеется родительский объектный тип «выпук-

лый четырехугольник» (поля типа «координаты вершин, заданные

в порядке их обхода») и типы, им порожденные: параллелограмм,

ромб, квадрат. Описать для указанных фигур методы «вычисление

углов» (в фадусах), «вычисление диагоналей», «вычисление длин

сторон», «вычисление периметра», «вычисление площади».

Type BaseType=Double;

FourAngle=Object

Xl,yl,x2,y2,x3,y3,x4,y4,

A,B,C,D,D1,D2,

Alpha,Beta,Gamma,Delta,

P,S: BaseType;

Procedure Init;

Procedure Storony;

Procedure Diagonali;

Procedure Angles;

Procedure Perimetr;

Procedure Ploshad;

Procedure PrintElements;

End;

Parall=Object(FourAngle)

Procedure Storony;

Procedure Perimetr;

Procedure Ploshad;

End;

Romb=Object(Parall)

Procedure Storony;

Procedure Perimetr;

End;

Kvadrat=Object(Romb)

Procedure Angles;

Procedure Ploshad;

End;

Procedure FourAngle.Init;

Begin

Write('Введите координаты вершин заданного

четырехугольника:');

ReadLn

(xl,

yl,

х2, у2,

хЗ, уЗ,

х4 , у4)

;

End;

Procedure FourAngle.Storony;

Begin A:=Sqrt(Sqr(x2-xl)+Sqr(y2-yl));

B:=Sqrt(Sqr(x3-x2)+Sqr(y3-y2));

159