PowerPoint Presentation

Olio-ohjelmoinnin perusteetluento 3

Päivi Ovaska

LTY/Tietotekniikan osasto

Sisältö

C++-kielen näkymistä

Olioiden ja luokkien välistenyhteyksien toteuttaminen

Johdanto periytymiseen

Näkymät (scope)

C++-kielessä kolmenlaisia näkymiä:

Tiedostonäkymä eli globaali määrittelyalue

Tunnus näkyy kaikkialla käännösyksikössä

paikallinen näkymä eli aliohjelma tai lohko

tunnus näkyy vain paikallisesti lohkossa taialiohjelmassa

luokkanäkymä

tunnus näkyy luokan määrittelyssä esiintyviennäkyvyyssääntöjen mukaisesti

nimiavaruus

tunnus näkyy kaikialla, missä nimiavaruus onotettu käyttöön

Luokkanäkymä

Jokainen luokka on oma paikallinen näkymänsä

Luokka, joka sisältää muita luokkia on samassa näkymässä

Jäsenfunktiot ovat luokan näkymässä

Jäsenfunktion ylläpitävät myös omaa paikallista näkymäänsä

int height;//global height

Class Screen{

public:

Screen(){height=::height;}

private:

short height;

};

Screen: badPractice()

{

int hi=height; //Screen::height

int height=height; //hides Screen::height

Screen:bdPrac()

{

int height=Screen::height;

}

Screen::badPractice()

{

int height= (Screen::height > ::height) ? ::height: Screen::height;

}

Paikallinen luokka

Paikallisen luokan jäsenfunktiot onmääriteltävä luokan rungossa

Paikallinen luokka on funktion näkymässä,mutta funktiossa määritellyt muuttujateivät ole luokan jäsenfunktioidennäkymässä

int doString (char *s)

{

class String{...};

String str(s);

}

String str(“gravity”); //virhe, String ei näkymässä

Paikallinen luokka (jatkuu)

Paikallisen luokan määrittely antaa ohjelmoijallemahdollisuuden rajoittaa luokan näkyvyyttä kyseessäolevalle funktiolle

const int bufsize = 1024;

void func()

{

const int bufSize = 512;

char *ps = new char[bufSize]; //512

class String{

public:

String()

{

str = new char [bufSize]; //1024!

}

Olioiden ja luokkien välistenyhteyksien toteuttaminen

Olioilla toisiinsa nähden kolmenlaisia suhteita:koostumussuhteita, yhteyssuhteita ja riippuvuussuhteita

Suhteet toteutetaan määrittelemällä olio luokanjäseneksi

Esimerkkejä luokkien välisistäkoostumussuhteista

Koostumussuhde (aggregation)

Olio voi koostua muista olioista

Koosteolio ja osaolio

Koosteolion luokka muodostaa koosterakenteen (aggregate),jossa tietojäseninä voi olla olioita

Koosteolio omistaa osaolionsa ja on vastuussa niidenkäsittelystä

Koosteolion asiakkaat eivät tunne koosteolion rakennetta,vaan käsittelevät koosteoliota kokonaisuutena

Koosteolio ei välttämättä sisällä syntyhetkellä kaikkiaosaolioita, vaan osaolio voi syntyä myöhemmin koosteolionolemassaolon aikana

Joidenkin koosteolioiden sisältämä osaolio on mahdollistavaihtaa toiseen osaolioon

UML määrittelee kaksi koostetyyppiä:

kokoonpanollinen kooste (muodostuminen, composite aggregate)

jaettu kooeste (koostuminen, shared aggregate)

Esimerkkejä koostumussuhteista

Tilaus sisältää tilausrivioilioita, joitavoidaan lisätä tilausolioon senolemassaolon aikana

Tietokone koostuu näytöstä,keskusyksiköstä ja muistaoheislaitteista. Tietokoneen näyttö onmahdollista vaihtaa toiseentarvittaessa

Koostumussuhteen toteuttaminen

Koostumussuhde voidaan toteuttaakolmella eri tavalla:

Koosteluokassa suora viittaus osaolioon(muodostuminen)

Koosteluokassa osoitinviittaus osaolioon

Koosteluokassa viittaus osaolioon

Koosteluokan aliohjelmat käsittelevätosaolioita lähettämällä viestejä osaolioille

Koosteluokassa suora viittausosaolioon

osaolio syntyy automaattisesti koosteoliontilanvarauksen yhteydessä

osaolio häviää automaattisesti koosteoliontilanvapautuksen yhteydessä

koosteolion on aina pakko sisältää osaolio

class Osa

{

...

};

class Kooste

{

Osa Osa1;

}

Koosteluokassa osoitinviittausosaolioon

osaolio saattaa syntyä aiemmin tai myöhemmin kuinkoosteolio

osaolio on liitettävä koosteolioon koosteluokanmuodostimessa tai muussa aliohjelmassa

osaolio on tuhottava koosteolion tilanvapautuksenyhteydessä

koosteolio ei välttämättä sisällä osaoliota, koosteolionsisältämä osaolio voi vaihtua

class Kooste

{

Osa* Osa2;

}

Koosteluokassa viittaus osaolioon

osaolio syntyy aikaisemmin kuin koosteolio

osaolio on liitettävä koosteolioonkoosteolion muodostimessa

osaolio on tuhottava koosteoliontilanvapautuksen yhteydessä

koosteolio ei välttämättä sisällä osooliota,koosteolion sisältämä osaolio ei voi vaihtua

class Kooste

{

Osa& Osa3;

}

Muodostimet koosteluokassa

Oletusmuodostin

Kooste::Kooste()

{

Osa2 = new Osa;

}

Kooste::Kooste():Osa3(*(new Osa)) //aiheuttaa//Osa-luokan//kopiomuodostimen kutsun

{

}

Parametrillinen muodostin

Kooste::Kooste(Osa& Eka, Osa& Toka)

: Osa2(&Eka), Osa3(Toka)

{

//Osa2=&Eka;

}

Hajotin

Kooste::~Kooste()

{

delete Osa2;

delete &Osa3;

}

Esimerkki koosteluokista:Tietokone

#include <iostream>

using namespace std;

#include <cstring>

class Naytto

{

char koko[10];

public:

Naytto(const char p_koko[]) {strcpy(koko, p_koko);}

~Naytto() {strcpy(koko, " ");}

void Nayta() const {cout<<"\nNäytön koko: "<<koko;}

};

class Keskusyksikko

{

char muistia[10];

public:

Keskusyksikko(const char p_muisti[]) {strcpy(muistia,p_muisti);}

~Keskusyksikko() {strcpy(muistia, " ");}

void Nayta() const {cout<<"\nKeskusmuistia:"<<muistia;}

};

class Tietokone

{

char merkki[25];

Keskusyksikko &CPU;

Naytto *naytto;

public:

Tietokone(const char [], const char [], const char []);

Tietokone(const Tietokone &);

~Tietokone();

Tietokone &operator=(const Tietokone &);

void Nayta() const;

Naytto *IrrotaNaytto();

void LiitaNaytto(Naytto *);

};

Tietokone::Tietokone(const char p_merkki[], const charp_cpu[], const char p_naytto[]):

CPU(*(new Keskusyksikko(p_cpu)))

{

strcpy(merkki, p_merkki);

naytto = new Naytto(p_naytto);

}

Tietokone::Tietokone(const Tietokone &P_kone)

: CPU(*(new Keskusyksikko(P_kone.CPU)))

{

strcpy(merkki, P_kone.merkki);

if (P_kone.naytto)

naytto = new Naytto(*(P_kone.naytto));

else

naytto = NULL;

}

Tietokone &Tietokone::operator=(const Tietokone &P_kone)

{

if (this == &P_kone) return (*this);

strcpy(merkki, P_kone.merkki);

CPU = P_kone.CPU;

if (!P_kone.naytto)

naytto = new Naytto(*(P_kone.naytto));

else

*naytto = *P_kone.naytto;

return (*this);

}

Esimerkki koosteluokista jatkuu

Tietokone::~Tietokone()

{

delete &CPU;

if (naytto) delete naytto;

}

Naytto *Tietokone::IrrotaNaytto()

{

Naytto *apu;

apu = naytto;

naytto = NULL;

return apu;

}

void Tietokone::LiitaNaytto(Naytto *p_naytto)

{

naytto = p_naytto;

}

void Tietokone::Nayta() const

{

cout<<"\nTietokoneen merkki: "<<merkki;

CPU.Nayta();

if (naytto)

naytto->Nayta();

else

cout<<"\nNäyttö on irrotettutietokoneesta";

}

int main()

{

Tietokone kone1("Compaq", "16 MB", "15tuumaa");

kone1.Nayta();

Naytto *apu = kone1.IrrotaNaytto();

cout<<"\nKoneesta irrotettu näyttö: ";

apu->Nayta();

kone1.Nayta();

Tietokone kone2(kone1);

kone2.Nayta();

delete apu;

return 0;

}

Yhteyssuhteen toteuttaminen

Olioiden välillä voi olla väliaikaisiayhteyssuhteita (association)

Yhteyssuhde toteutetaanosoitinmuuttujien tai viittaustenavulla tai erilliselläyhteyssuhdeluokalla

Opiskelijan ja suorituksen välinen

yhteyssuhde

Erillinen yhteyssuhdeluokka, joka

sisältää osoittimet olioihin

Esimerkkejä yhteyssuhteesta

#include <iostream>

using namespace std;

#include "henkilo.hpp"

class Avioliitto

{

Henkilo *mies;

Henkilo *vaimo;

public:

Avioliitto(const Henkilo *, const Henkilo *);

void Nayta();

~Avioliitto();

};

Avioliitto::Avioliitto(const Henkilo *p_mies, const Henkilo*p_vaimo)

{

mies = p_mies;

vaimo = p_vaimo;

}

void Avioliitto::Nayta()

{

mies->Nayta();

vaimo->Nayta();

}

Avioliitto::~Avioliitto()

{

mies = NULL;

vaimo = NULL;

}

int main()

{

Henkilo nainen("Maija", "Meikäläinen", 1, 3, 70);

Henkilo mies("Tatu", "Teikäläinen", 2, 4, 68);

Avioliitto liitto(&mies, &nainen);

liitto.Nayta();

return 0;

}

include <iostream>

using namespace std;

#include "henkilo.hpp"

class Avioliitto

{

Henkilo &mies;

Henkilo &vaimo;

public:

Avioliitto(const Henkilo &, const Henkilo &);

void Nayta();

~Avioliitto();

};

Avioliitto::Avioliitto(const Henkilo &p_mies, const Henkilo&p_vaimo)

: mies(p_mies), vaimo(p_vaimo) //huom! tietojäsenten alustus

{ //viittauksia käytettäessä

}

void Avioliitto::Nayta()

{

mies.Nayta();

vaimo.Nayta();

}

Avioliitto::~Avioliitto()

{

}

int main()

{

Henkilo nainen("Maija", "Meikäläinen", 1, 3, 70);

Henkilo mies("Tatu", "Teikäläinen", 2, 4, 68);

Avioliitto *liitto = new Avioliitto(mies, nainen);

liitto->Nayta();

delete liitto;

nainen.Nayta();

mies.Nayta();

return 0;

}

Kooste vai assosiaatio?

Jos luokka tarvitsee tiukasti kokoelinkaarensa ajan luokkaa B,kyseessä on kooste, muutoinassosiaatio

Assosiaatiossa olioilla on omaoikeutuksensa olemassaoloon myösyksinään

Riippuvuussuhde (dependency)

Heikko yhteys: Luokka A tarvitseeluokan B olioita (esim. luokan Bolioita tarvitaan vain parametreina)

luokka Heippa vaatii, että luokan java.awt.Graphics olio on sen

käytettävissä

Yleistä periytymisestä

Asioiden luokittelu ja kategorisointiluonnollista ihmiselle

 Käytetty laajalti tieteissä, kielissä jne.

 Olio-ohjelmointi:

Ryhmittely yhteisten rajapintojen perusteella

Ryhmittely yhteisen toteutuksen perusteella

 Useimmissa kielissä molemmat samamekanismi: periytyminen (inheritance)

Luokkahierarkkia

Luokkahierarkkiat

Erilaisia luokkien rooleja:

Abstraktit kantaluokat

Rajapintaluokat

Konkreettiset luokat

 Hierarkian yläosan luokat

”Yläkäsitteitä”

Määräävät alempien luokkien rajapintaa

Luokkiin viittaaminen ”yhteisellä nimellä”(polymorfismi)

 Hierarkian alaosan luokat

 Palveluiden toteutus (dynaaminen sitominen)

Erikoistaminen (specialization)

Periytyminen ja uudelleenkäyttö

Usein luokilla yhteisiä ominaisuuksia

 Yleistys (generalization):

Yhteiset osat omaan luokkaansa

Osat periyttämällä mukaan varsinaisiinluokkiin

 Ohjelmakoodin uudelleenkäyttö

 Ei koodin toistoa

Periytyminen (inheritance)

Ohjelmoija voi uudelleenkäyttää aiemmin kirjoitetun luokan määrityksiäuutta luokkaa määritellessään

Aliluokka (subclass,derived class) on yliluokasta (superclass, baseclass) johdettu uusi luokka

Aliluokka sisältää (perii) kaikki sen yliluokan (kantaluokan) ominaisuudet(attribuutit ja rajapinnan)

Aliluokkaan voidaan liittää uusia ominaisuuksia , ja kantaluokanominaisuuksia voidaan tarvittaessa muuttaa

Periytyminen on yksiperiytymistä (single inheritance), kun luokka periiyhden yliluokan ja moniperiytymistä (multiple inheritance), kunluokka perii monta yliluokkaa

Liittymän periytymistä (interface inheritance) tai toteutustavanperiytymistä (implementation inheritance)

class Yliluokka

{

//toteutustavan periytyminen

public:

void Ali(); //liittymän periytyminen

};

Periytyminen ja sen käyttötilanteet

Lähellä koostumussuhteen toteuttamista:

An employee is a personperiytyminen

A forest has treeskoostumus

Periytettävät ominaisuudet on valittavakahden eri näkökulman perusteella:aliluokan asiakkaiden näkökulma jaaliluokan toteuttajan näkökulma

Palveluliittymän laajentaminenaliluokan asiakkaille

Yliluokan palveluliittymän ja mahdollisestitoteutusratkaisun (aliohjelmien) periyttäminenaliluokalle

Aliluokan olion asiakas voi pyytää oliolta myös yliluokanpalveluliittymässä esiteltyjä palveluita ja kutsuayliluokassa toteutettuja aliohjelmia:

periytymistapa public

luetaan: aliluokka on yliluokka

työntekijä on henkilö

Palveluliittymän laajentaminenaliluokan kehittäjille

Yliluokan palveluliittymän ja aliohjelmien periyttäminenaliluokalle

Aliluokan aliohjelmat voivat kutsua yliluokassa esiteltyjäja toteutettuja aliohjelmia

periytymistavat protected

luetaan: aliluokka on kuten yliluokka

aliluokka perii sekä liittymän että

toteutustavan, mutta

piilottaa periytymisen

luokkahierarkkian sisään

Toteutustavan periyttäminenaliluokkaan

Yliluokan palvelujen toteutustavan eli aliohjelmien jaattribuuttien toteutustavan periyttäminen

Aliluokan olion palveluliittymä piilottaa yliluokanpalveluliittymän

Aliluokka kontrolloi yliluokan aliohjelmienkäyttötilanteita

periytymistavat private

luetaan: aliluokka toteutetaan kuten yliluokka

Pino on toteutettu Taulukolla

Yliluokan määrittely

class Yliluokka

{

private:

//vain yliluokassa näkyvät jäsenet

protected:

//myös aliluokassa näkyvät jäsenet

public:

//kaikkialla näkyvät jäsenet

};

Perittävä yliluokka voi olla konkreettinen tai abstraktiluokka

Abstrakteja luokkia

käytetään luokkahierarkkian

palveluliittymän standardointiin

UML esimerkki periytymisestä

Erilaisia aliohjelmia

Tavalliset aliohjelmat

Aliohjelmaa käytetään kaikille luokkahierarkian olioille

Aliluokka voi peittää (hide) yliluokan aliohjelman, eikuitenkaan suositella

Mahdollisesti korvattavat aliohjelmat

Yliluokka sisältää oletustoteutukset, mutta siitä voi olla useitatoteutuksia luokkahierarkkiassa

Aliluokka voi korvata (override) yliluokan aliohjelmanoletustoteutuksen tarvittaessa

Toteutustapa: Virtuaaliset aliohjelmat (virtual functions)

Aina korvattavat aliohjelmat

Eri aliluokkien olioille käytetään eri ohjelmakoodia, aliluokkaanon toteutettava aliohjelma aina määrätyllä nimellä

Toteutustapa: puhtaat virtuaaliset aliohjelmat (pure virtualfunctions) ja abstrakti luokka

Erilaisten aliohjelmien esittely

class Yliluokka

{

...

public:

void Aliohjelma1();

virtual void Aliohjelma2(){...}

virtual void Aliohjelma3() =0;

};

Periytymisen syntaksi

class A

2 {

3 // Luokan A ominaisuudet

4 };

5 class B : public A

6 {

7 // Luokan B A:han lisäämätt ominaisuudet

8 };

9 class C : public A

10 {

11 // Luokan C A:han lisäämät ominaisuudet

12 };

13 class D : public C

14 {

15 // Luokan D C:hen lisäämät ominaisuudet

...

Näkyvyyssääntöjen japeriytymistavan yhteisvaikutus

Aliluokan metodien suunnittelu

Aliohjelman peittäminen

samannimisen aliohjelman toteuttaminen aliluokassa

aliluokan olioita ei ole mahdollista käyttää kaikissa niissä tilanteissamissä yliluokan olioita voidaan käyttää

kun aliluokan olioita käytetään yliluokan tunnuksen avulla

Aliohjelman korvaaminen

Virtuaalisen aliohjelman toteuttaminen aliluokassa

nimen ja parametrien vastaavuus

Periytymättömät aliohjelmat

yliluokassa esiteltyjä aliohjelmia, joita ei voi suoraan kutsualähettämällä viestiä aliluokkaan luodulle oliolle

tulee esitellä ja toteuttaa aina tarvittaessa jokaiselle luokalle erikseen

muodostimet

hajotin

sijoitusaliohjelma (operator=)

ystäväaliohjelma (friend)

Aliluokan esittely ja määrittely

Esitelyluokka on olion tunnuksen luokka

voi olla määrittelyluokka tai jokin määrittelyluokan aliluokka

Määrittelyluokka on luokka, jonka mukaan olion tietojäsententilanvaraus tapahtuu

Aliluokan olion määrittelyluokka on aina aliluokka

Aliluokan oliolle varattavan tilan koko on yliluokka ja aliluokkayhteensä

Automaattisella oliolla esittely- ja määrittelyluokat ovat samat

Aliluokka olio;

Dynaamisella oliolla esittely- ja määrittelyluokat voivat olla eri

Aliluokka *olio = new Aliluokka;

Yliluokka *olio = new Aliluokka;

Aliluokka &olio = aliluokan olio;

Yliluokka &olio = aliluokan olio;

Muodostinten ja hajotintensuoritusjärjestys C++ perinnässä

Järjestelmä kutsuu yliluokan muodostimiaja hajottimia automaattisesti aliluokanolion tilanvarauksen ja tilanvapautuksenyhteydessä

Järjestelmä kutsuu olion määrittelyluokanmuodostinta ja järjestys on ensin yliluokanmuodostin ja sitten aliluokan muodostin.Hajotinten suoritusjärjestys päinvastainen

Kutsutun aliohjelman etsintäluokkahierarkkiassa

Staattinen sidonta (Static binding)

Ajettavan aliohjelman valinta ja sitominen tapahtuu ohjelmankäännöksen aikana

Dynaaminen sidonta (Dynamic binding)

Ajettavan aliohjelman valinta ja sitominen tapahtuu ohjelman ajonaikana

Sidontatapaan vaikuttavat tekijät:

Olion esittely- ja määrittelyluokka

staattinen sidonta olion tunnuksen esittelyluokan perusteella

dynaaminen sidonta olion määrittelyluokan perusteella, mahdollistavain dynaamisilla olioilla

Kutsutun aliohjelman laji

staattinen sidonta tavallinen aliohjelma

dynaaminen sidonta virtuaalinen aliohjelma

Virtuaalisten metodien dynaaminen sidonta ja osoittimien käyttötoteuttavat C++ kielessä monimuotoisuuden (polymorphism),josta enemmän lisää seuraavalla luennolla

eri olioiden kykyä reagoida samaan viestiin eri tuloksella

Periytyminen vai kooste?

Periytyminen ja koostaminen samantapaisiaasioita

 Niiden välillä valitseminen joskus vaikeaa

 Nyrkkisääntöjä:

Periytä luokka B luokasta A vain silloin kunpystyt perustelemaan, että luokanB oliotvoidaan nähdä aina myös luokan A olioina.

Älä käytä periytymistä jos periytymisellä saatuolion rakenne voi muuttua ohjelman ajoaikana(käytä tällöin koostetta).

Periytyminen vai kooste?