Programmazione ad oggetti: Cenni generali

Programmazione ad oggetti: Cenni generali

Michelangelo Diligenti Ingegneria Informatica e

dell'Informazione

diligmic@diism.unisi.it

Argomenti

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Programmazione ad oggetti

 Motivazioni

 Classi

 Metodi e membri

 Primi cenni di sintassi C++ per realizzare classi

Motivazioni per la

programmazione ad oggetti

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Riusabilità

 Sviluppo di componenti software indipendenti e portabili

 Creazione di librerie generiche e facilmente integrabili

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Estensibilità

 Facile prendere il codice ed estenderlo a nuove funzionalità desiderate

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Flessibilità

 Modifiche che siano isolate e non rompano l'intero sistema

Il processo di progettazione

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Goal: creare un sistema software

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Decomporre il sistema in componenti indipendenti:

 Ripetere in modo iterativo: un componente può essere diviso in sotto-componenti e così via

 Processo top-down

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Astrazione

 Non serve conoscere i dettagli del software

 Per fare design non penso a come implementare!

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Design può seguire diversi paradigmi

 Procedurale o Modulare

 Ad oggetti

Astrazione

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Definire gli attributi ed i comportamenti delle entità (componenti software), trascurando come queste sono implementate

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Proprietà

 Comprensibile nomi sono intiutivi

 Coerente e corretta fa ciò che si desidera

 Minima non contiene attributi o comporamenti inutili

 Completa contiene tutti gli attributi e comportamenti desiderati

Forme di astrazione

● Procedurale (funzioni)

 Definisce funzioni che realizzano il task

 Definisce i parametri passati tra le funzioni

 Programmazione in C viene spesso fatta con questa modalità

 Difficile isolare i componenti, non poca riusabilità e flessibilità

 Difficile capire chi cambia cosa e trovare i bugs

● Modulare

 Definisce dei moduli con dati e procedure

 Ogni modulo ha solo una parte visibile dall'esterno (pubblica)

● Ad oggetti (object-oriented)

 Tipi di dati astratti implementati da classi

 Ogni progetto è suddiviso in classi

 Ogni classe ha definite delle funzionalità pubbliche e private

 Un oggetto è un'istanza di una classe

Programmazione ad oggetti

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Simile al modulare ma con costrutti ben definiti e specifici

– Costruire un sistema partendo dalle sue parti

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Ogni parte del sistema è un oggetto con

– Attributi o membri o dati: definiscono le sottoparti dell'oggetto. Possono essere

● Altri oggetti

● Tipi elementari come numeri o stringhe

– Metodi: definiscono le operazioni che sono effettuabili su un oggetto

Programmazione ad oggetti

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Ogni oggetto può essere riusato in altri contesti

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Possibile usare l'oggetto per quello che fa, non per come è realizzato

 Una macchina ci porta dove vogliamo senza sapere esattamente come funziona il suo motore

 Solo chi implementa conosce i dettagli

 Astrazione: chi utilizza l'oggetto non sa come e' implementato!

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Implementazione possibile attraverso vari linguaggi

– C++, Java, ecc.

Processo di astrazione e software

entità

attributi

funzionalità

Mondo reale Astrazione software

{data, data,…}

{method, method,…}

Classe

Dati

Metodi

Separazione dell'interfaccia ed implementazione

Interfaccia

Implementazione

visible nascosta

• Interfaccia: Cosa fare

• Implementazione: Come farlo

• Usare l'interfaccia senza sapere nulla dell'implementazione

• Programmazione Contract-based

• Permette l'astrazione

Struttura di una classe

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Classe

 Astrazione di un oggetto che separa l'interfaccia dall'implementazione

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Una classe rappresenta tutti i membri di un gruppo di oggetti (istanze della classe)

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Una classe ha un'interfaccia pubblica ed un' implementazione privata

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Dati ed algoritmi sono privati e quindi nascosti all'utente

 Questo evita errate alterazioni dello stato

Programmazione ad oggetti:

esempio

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Si parte da delle specifiche

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Spesso importanti dettagli mancano

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Molto detto non è importante

Specifica:

Progetta un catalogo per la musica, che permetta di aggiungere album, informazioni su artisti ed albums, titoli di canzoni e compositori. Gli utenti devono anche essere in grado di cercare informazioni nella collezione.

Passo 1: identificare gli oggetti

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Cerchiamo i nomi di cose nelle specifiche

 musica

 catalogo

 utente

 canzone

 titolo

 artista

 disco

 compositore

 informazione

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Cosa considerare come oggetti da convertire in classi?

Specifiche:

Progetta un catalogo per la musica, che

permetta di aggiungere album, informazioni su artisti ed albums, titoli di canzoni e

compositori. Gli utenti devono anche essere in grado di cercare informazioni nella collezione.

Passo 1: identificare gli oggetti

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Un oggetto deve:

 Essere un entità reale con un chiaro confine

 Essere rilevante nelle specifiche

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Attenzione se

 L'oggetto è un azione

 L'oggetto astrae due concetti

 L'oggetto ha nessuna od una sola azione da compiere

Passo 1: identificare gli oggetti

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Vediamo i singoli candidati

 musica: troppo generale e poco concreto

 catalogo: utile e concreto, si accede dall'esterno

 utente: entità esterna al sistema, non va modellato ma gli va fornito un modo per fare le sue operazioni sugli oggetti

 canzone: utile e rilevante

 titolo: non rilevante, attributo di canzone e disco

 artista: non rilevante, attributo di disco

 disco: utile e chiaro, contiene una lista di oggetti canzone

 compositore: non rilevante, attributo di canzone

 informazione (troppo generale e non concreto)

Passo 2: identificare i dati

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Cosa contiene ogni oggetto?

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Catalogo

 Lista di dischi: vector<Disco>

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Disco

 Autore: string

 Titolo: string

 Lista di canzoni: vector<Canzone>

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Canzone

 Compositore: string

 Titolo: string

Passo 3: identificare le funzionalità

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Catalogo

 void AggiungiDisco(Disco disco);

 Disco GetDisco(string titolo);

 vector<Disco> GetDischi(string autore);

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Disco

 vector<Canzone> GetCanzoni();

 string GetTitolo();

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Canzone

 string GetCompositore();

 string GetTitolo();

Passo 4: stabilire la visibilità

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Chi può accedere alle funzionalità di una classe?

 Chiunque: metodi detti public

 Solo la classe stessa: metodi detti private

 Solo alcune classi correlate: metodi detti protected

 Solo alcuni metodi o classi specifiche: metodi detti friend

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Metodi public definiscono l'interfaccia di una classe

 Definiscono come la classe viene usata dall'esterno

 I metodi sono invocati su un'istanza specifica

Riassumendo

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Ogni cosa è modellabile come un oggetto

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Un oggetto ha un tipo: la sua classe

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Un oggetto è associato a:

 Attributi (i dati che definiscono l'oggetto)

 Funzioni (chiamati metodi in OOP), definiscono tutti ed i soli modi di usarlo

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Oggetto ha funzioni con cui lo si usa dall'esterno

 Insieme di metodi pubblici formano l'interfaccia

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Data una classe si costruiscono istanze di essa

 Come per un float, vi sono infinite possibili istanze di

Esempio di classi e visibilità

class Point { private:

float x;

float y;

public:

float Dist(const Point& pt);

};

class Rectangle { private:

Point anchor;

float width, height;

public:

float Area();

float Perimeter();

Point Center();

};

Dati (attributi) Metodi (funzionalità)

Dati (attributi) Metodi (funzionalità)

OOP in C++: primi concetti

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Definizione di classe

class NomeClasse {

… };

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Inizio dati o metodi privati

private:

●

Inizio dati o metodi pubblici

public:

●

Dato (come qualsiasi dato in C)

[float, double, int, AltroNomeClasse…] nomeDato;

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Metodo (simile a funzioni in C)

OOP in C++: esempio

class Serbatoio { private:

int livello;

public:

int Livello() { return livello; }

void Riempire(int delta_livello) { livello += delta_livello;

}

void Svuotare(int delta_livello) { livello -= delta_livello;

} };

Un metodo permette accedere allo stato senza modificarlo

Metodi definiscono come usare la classe. I dati privati sono disponibili nel metodo senza passarli come argomento

Buona norma avere i dati privati.

Permette di evitare

che qualcuno modifichi lo stato della classe.

OOP in C++: note

● Un metodo di una class C viene applicat ad un'istanza:

– tutti i dati di C sono visibili (anche i privati)

● non necessario passarli

– possibile chiamare i metodi pubblici o privati di C stessa class Serbatoio {

private:

int livello;

public:

void Riempire(int delta_livello) { livello += delta_livello; } void Svuotare(int delta_livello) {

Riempire(-delta_livello);

} };

Chiamo un metodo da un altro metdo

Dato privato è visibile

OOP in C++: costruttori

class Serbatoio { ...

public:

Serbatoio() { livello = 0;

};

Serbatoio(int livello_iniziale) { livello = livello_iniziale;

} };

Esistono dei metodi speciali

che hanno il nome della classe.

Sono detti Costruttori e definiscono le operazioni da fare per costruire un istanza della classe

Vi possono essere più costruttori che prendono diversi parametri.

Il costruttore senza parametri è detto Default Constructor

Se nessun costruttore è definito, il compilatore ne crea uno di default, ma non sempre fa ciò che si desidera!

Buona norma aggiungere i costruttori che si vogliono usare

OOP in C++: uso dei metodi

#include <iostream>

class Serbatoio { ...

};

int main() {

Serbatoio s(5);

s.Riempire(3);

printf(“%d\n”, ”s.Livello());

return 0;

Usare una classe vuol dire

1) definire un istanza e chiamare il costruttore

2) chiamare l'interfaccia come istanza.metodo()

OOP in C++: istanze di classe

#include <iostream>

class Serbatoio { ...

};

int main() {

Serbatoio s1(5);

Serbatoio s2(10);

… }

● Classe: tipo di oggetto

● Istanza: variabile che contiene una singola incarnazione di una classe

Data una class Serbatoio

Possibile instanziare un numero infinito di istanze di serbatoi: s1. s2, ...

Metodi speciali: accessors

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Dati sempre privati

●

Metodi accessors o getters permettono di

accedere ai dati privati dall'esterno della classe

 Sone sempre metodi const, senza parametri

 Dati restano protetti in quanto non cambiabili

 Esempio

class Serbatoio { private:

std::string nome;

int livello;

public:

int Livello() { return livello; }

const std::string& Nome() { return nome; } std::string Nome() { return nome; }

Ritorna per const reference o per valore

Metodi speciali: setters

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Dati sempre privati

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Metodi setters permettono di modificare i dati privati

 Non sono const per definizione, accettano un parametro

 Vanno definiti solo quando si vuole far cambiare lo stato dall'esterno in modo controllato

 Esempio

class Serbatoio { private:

std::string nome;

int livello;

public:

void SetLivello(int livello_) { livello = livello_; }

void SetNome(const std::string& nome_) { nome = nome_; } };

OOP in C++: esercizio

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Completare la classe Rettangolo e Punto vista in precedenza

 Aggiungere costruttori

 Implementare i metodi

 Aggiungere main che costruisce rettangolo e ne stampa area, perimetro e centro

OOP in C++: esercizio

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Realizzare del software che permetta di effettuare calcoli con numeri complessi. Deve essere possibile sommare o moltiplicare due numeri complessi.

– Usare la programmazione ad oggetti

– Classe NumeroComplesso

● Stabilire dati membri e metodi da realizzare

● Stabilire la loro visibilità

● Implementare i costruttori che ritenete necessari

● Implementare i metodi

– Nota (a+ib)*(c+id) = (ac -bd) + i(bc+ad)

OOP in C++: esercizio

● PARTE 1

Si deve realizzare una classe che realizza un generatore casuale di numeri interi (usando la funzione rand() come generatore sottostante). Deve essere possibile

inizializzare il generatore con un seme o richiedere un nuovo numero casuale.

 Effettuate il design della classe ed implementatelo in C++.

 Chiamatela dal main, stampando i primi 100 numeri generati.

● PARTE 2

Come PARTE 1 ma si deve ritornare un float e deve essere possibile specificare il min e max dell'intervallo tra cui i numeri devono stare.

OOP in C++: esercizio

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PARTE 3

Definire ed implementare una classe che defisce un polinomio di grado 2

y = Ax

+ Bx + C

 La classe deve permettere di inizializzare A,B,C.

 La classe deve permettere di calcolare y dato x.

 La classe deve permettere di calcolare le radici del polinomio (-B +/- √(B² – 4AC)/2A)