Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti.

Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti

Introduzione Le due componenti principali dei programmi: Algoritmi: l’insieme delle istruzioni che svolgono un particolare compito Dati: ciò su cui gli algoritmi agiscono per produrre una soluzione unica La relazione fra queste componenti definisce il paradigma di programmazione Programmazione procedurale: problemi modellati dagli algoritmi. Dati immagazzinati in aree comuni o passate agli algoritmi Programmazione ad oggetti: problemi modellati dalle relazioni fra tipi di dati astratti (ADT, Abstract Data Types), chiamati generalmente oggetti 19-23 febbraio 2014 2

Il rapporto Dato-Algoritmo 19-23 febbraio 2014 3 Linguaggio Bits Bits macchina Programmazione Dati Algoritmi Livello di astrazione Assemblers Symbolic Op-code Words Compilatori Variables & Statements Types Linguaggi Data Subroutines strutturati structures Ada (Modula) Abstract Packages Data Types (Modules) Object Oriented Objects Objects

Cos’è un oggetto? Né più né meno di quello che potreste trovare scritto in un vocabolario… Un oggetto è un’entità che si possa immaginare dotata di determinate caratteristiche e funzionalità. Lo stato di un oggetto è rappresentato da dati che ne descrivono le caratteristiche in un certo istante Le funzionalità di un oggetto sono le operazioni che può svolgere quando glie lo si richiede (cioè quando riceve un messaggio) Nella nostra vita quotidiana siamo molto più abituati a ragionare per oggetti che non in modo strutturato! 19-23 febbraio 2014 4

… cos’è un oggetto: Un insieme di dati e funzioni: 19-23 febbraio 2014 5 Funzione Codice funzione Codice funzione Codice funzione Dato

Incapsulazione Netta divisione fra interfaccia e implementazione Da fuori si vede solo l’interfaccia che definisce i messaggi accettati dall’oggetto I dettagli dell’implementazione (dati e codice delle funzioni) sono invisibili dall’esterno Ogni oggetto ha in se tutto ciò che gli serve per rispondere alle chiamate (o deve sapere a chi chiedere…) Il confinamento di informazioni e funzionalità in oggetti permette livelli maggiori di astrazione e semplifica la gestione di sistemi complessi. 19-23 febbraio 2014 6

Approccio OO Sono le strutture di dati che svolgono le azioni, non le subroutines Il lavoro è svolto dal server, non dal client “Cos’ è?” “Com’ è fatto?”  Data Oriented “Cosa può fare per me?”  Object Oriented 19-23 febbraio 2014 7

Perché programmare per oggetti? Programmare per oggetti non velocizza l’esecuzione dei programmi... Programmare per oggetti non ottimizza l’uso della memoria... E allora perchè programmare per oggetti? Programmare per oggetti facilita la progettazione e il mantenimento di sistemi software molto complessi! 19-23 febbraio 2014 8

Caratteristiche del software non mantenibile Rigidità non può essere cambiato con faciltà non può essere stimato l’impatto di una modifica Fragilità una modifica singola causa una cascata di modifiche successive i bachi sorgono in aree concettualmente separate dalle aree dove sono avvenute le modifiche Non riusabilità esistono molte interdipendenze, quindi non è possibile estrarre parti che potrebbero essere comuni 19-23 febbraio 2014 9

Programmazione ad oggetti La programmazione ad oggetti, attraverso l’incapsulazione, consente di: ridurre la dipendenza del codice di alto livello dalla rappresentazione dei dati riutilizzare del codice di alto livello sviluppare moduli indipendenti l’uno dall’altro avere codice utente che dipende dalle interfacce ma non dall’implementazione 19-23 febbraio 2014 10

C++ e Object Orientation Il C++ può essere usato come linguaggio procedurale o per programmazione ad oggetti Object Orientation implementata attraverso il concetto di classe Prima di affrontare il problema della programmazione OO con C++ dobbiamo: capire dove la programmazione procedurale fallisce affrontare la sintassi del C++ 19-23 febbraio 2014 11

OO riduce le dipendenze! Riduce la dipendenza del codice di alto livello dalla rappresentazione dei dati Permette il riutilizzo del codice di alto livello Nasconde i dettagli di implementazione Supporta tipi di dati astratti 19-23 febbraio 2014 12

Il main program Ogni programma in C++, per essere eseguibile, deve contenere una funzione main() da cui l’esecuzione comincerà main() deve avere un tipo (decidere quale è compito del programmatore). Regola generale è che main() ritorni un intero, a significare il return code dell’applicazione 19-23 febbraio 2014 13 int main() { // il piu` semplice programma in C++ return 0; } int main() { // il piu` semplice programma in C++ return 0; }

I/O: lettura e scrittura Non esiste nel C++ nativo. Si usa: iostream Gli operatori > sono usati per definire la direzione del flusso cin, cout e cerr rappresentano lo standard input, output e error del programma 19-23 febbraio 2014 14 #include int main() { return 0; } direttiva al preprocessore end of line #include cout << “Hello, world !” << endl;

Commenti Esistono due tipi di commento in C++ inline: multiline (come in C ): I due tipi possono essere usati indifferentemente, ma si raccomanda di usare l’inline (più semplice e meno ambiguo) 19-23 febbraio 2014 15 const int Ntries; // questo e` un commento inline // il resto della linea e’ trattato come un commento const int Ntries; /* questo e` un commento multiline: tutto viene trattato come un commento fino a quando il commento stesso non viene chiuso con uno */

Tipi predefiniti in C++ Sono definiti una serie di tipi numerici che permettono di rappresentare numeri interi, reali e caratteri char (un solo byte) viene normalmente usato per rappresentare interi inferiori a 256 stringhe e numeri complessi sono implementati come tipi derivati 19-23 febbraio 2014 16 intintero in singola precisione longintero in doppia precisione floatreale in singola precisione doublereale in doppia precisione long double reale in precisione estesa unsigned intintero senza segno unsigned doublereale senza segno in doppia precisione charcarattere singolo boolvariabili logiche

Tipi predefiniti in C++ (2) 19-23 febbraio 2014 17 123 123 0x123 interi costanti, decimale, ottale, esadecimale 123l 123uinteri, long, unsigned ‘A’ ‘1’ ‘\t’ caratteri, tab 3.14f 3.14153.1415Lfloat, double, long double 300e-2.03e230e-1double, notazione esponenziale “Nome”stringa costante truefalseboolean Esempi di costanti ‘\a’alert ‘\\’backslash ‘\b’backspace ‘\r’carriage return ‘\”’double quote ‘\f’form feed ‘\t’tab ‘\n’newline ‘\0’carattere nullo ‘\’’single quote ‘\v’vertical tab ‘\101’101 ottale, ‘A’ ‘\x041’esadecimale, ‘A’ Costanti carattere “”stringa nulla (‘\0’) “nome”‘n’ ‘o’ ‘m’ ‘e’ ‘\0’ “una \”stringa\””stampa: una “stringa” “una stringa \un \ alla fine della linea su piu` linee”per continuare la stringa Stringhe costanti

Tipi predefiniti in C++ (3) 19-23 febbraio 2014 18 char [1] int [1] bool short [1] long [1] float double long double 8 16 32 64 8 32 16 32 64 128 8 32 16 64 32 64 128 OS 16 bit OS 32 bit OS 64 bit [1] Può essere unsigned

Identificatori Un identificatore è composto da uno o più caratteri Il primo carattere deve essere una lettera o un underscore. Caratteri successivi possono essere lettere, numeri o underscore Non c’ è un limite in lunghezza, anche se alcuni sistemi si limitano a considerare i primi 31 caratteri Gli identificatori che iniziano con un doppio underscore o con un underscore e una lettera maiuscola sono riservati ad usi di sistema C++ e` case sensitive! 19-23 febbraio 2014 19 const int Ntries; double _attempts; double 2A; // errore!

Keywords Alcuni identificatori sono esplicitamente riservati al sistema (hanno un preciso significato in C++ ) e non possono essere usati 19-23 febbraio 2014 20 asmelseoperatorthrow autoenumprivatetrue boolexplicitprotectedtry breakexternpublictypedef casefalseregistertypeid catchfloatreinterpret_casttypename charforreturnunion classfriendshortunsigned constgotosignedusing const_castifsizeofvirtual continueinlinestaticvoid defaultintstatic_castvolatile deletelongstructwchar_t do mutableswitchwhile doublenamespacetemplate dynamic_castnewthis keyword

const La keyword const viene utilizzata per dichiarare un oggetto costante In C le costanti vengono normalmente dichiarate usando il preprocessore in questo caso N e` una costante senza tipo ed il preprocessore sostituisce N ovunque lo trovi nel programma, senza rispettare le regole di scope (da evitare) 19-23 febbraio 2014 21 const int N=100;N non puo` essere cambiato double w[N];N usato come per dimensionare un vettore const int vect[5]=le componenti di vect non {10,20,30,40,50};possono essere cambiate Esempi di const #define N 100

Dichiarazione Le dichiarazioni associano un significato ad un identificatore in C++ ogni cosa deve essere dichiarata per poter essere usata Una dichiarazione è spesso anche una definizione. Per variabili semplici questo consiste nell’associare un valore alla variabile al momento della dichiarazione 19-23 febbraio 2014 22 const int i;// la variabile i double max(double r1,double r2);// la funzione max const double pi=3.1415926;// definizione double max(double r1, double r2) {// dichiarazione return (r1>r2) ? r1: r2; // definizione di max }

typedef L’istruzione typedef viene utilizzata per creare un alias per tipi esistenti typedef NON può essere usato per implementare nuovi tipi, ma solo per definire un alias 19-23 febbraio 2014 23 typedef int INTEGER;// per i nostalgici del fortran typedef int BOOLEAN;// usato prima che bool venisse // implementato typedef void (*ptr_f)(); // ptr_f e` un puntatore ad una // procedura (subroutine) typedef mela frutto;// compila soltanto se mela // e` gia` stata definita

Enumeratori In C++ sono supportati tipi definiti dall’utente 19-23 febbraio 2014 24 enum Color { red, green, blue }; Color screenColor = blue; Color windorColor = red; int n = blue; // valido Color c = 1; // errore enum Seme { cuori, picche, quadri, fiori };

Scope Le variabili possono essere dichiarate e definite quasi ovunque in un programma in C++ la visibilità (scope) di una variabile dipende da dove la variabile è stata dichiarata 19-23 febbraio 2014 25 int func() { … const int n=50;// function scope for (int i=0;i<100;i++)// i e` locale { double r;// r e` locale... } cout<<“n “<< n <<endl;// OK cout<<“i “<< i <<endl;// errore! Ma... cout<<“r “<< r <<endl;// errore! … }

Scope (2) Attenzione! La stessa variabile può essere ri-dichiarata (con visibilità diversa). Questo è da evitare (se possibile) per non rendere il programma oscuro e a rischio di errore! 19-23 febbraio 2014 26 int i;// file (global) scope int func() { int i=50;// function scope, nasconde // la i a file scope for (int i=0;i<100;i++)// block scope. Nasconde // la i a function scope { int i;// questo e` un errore...... } cout<<“i “<< i <<“ “<< ::i <<endl;... } Scope resolution operator

namespace Funzioni e variabili definite a global scope sono visibili dappertutto in un programma in C++ Per evitare che funzioni diverse (definite in librerie diverse) con lo stesso nome possano interferire (name clash), C++ implementa il concetto di namespace, che introduce un ulteriore, più alto livello di scope 19-23 febbraio 2014 27 namespace mynames { int i;// la mia dichiarazione di i float max(float, float);// la mia dichiarazione di max } float mynames::max(float a, float b)// implementazione della {// funzione max appartenente return (a>b) ? a : b;// al namespace mynames }

namespace (2) Per utilizzare variabili e funzioni racchiuse in un namespace si può: o accedere all’intero namespace oppure accedere alla singola variabile o funzione oppure dichiarare la singola funzione 19-23 febbraio 2014 28 using namespace mynames;... float r = max (2.1f, 5.3f); float r = mynames::max (2.1f, 5.3f); using mynames::max;... float r = max (2.1f, 5.3f);

Operatori 19-23 febbraio 2014 29 -i+wpiu` e meno unari a*ba/bi%2moltiplicazione, divisione, modulo a+ba-baddizione e sottrazione binarie a=3;assegnazione Espressioni AritmeticheCommento k = ++j; j=j+1; k=j; k = j++; k=j; j=j+1; k = --j; j=j-1; k=j; k = j--; k=j; j=j-1; Auto-incremento Espressione e decremento ~i; Complemento bit a bit i&j; AND bit a bit i|j OR bit a bit i^j XOR bit a bit i<<n shift a sinistra di n pos. i>>n shift a destra di n pos. bit-wise significato <minore di.LT. >maggiore di.GT. <=minore o uguale.LE. >=maggiore o uguale.GE. ==uguale.EQ. !=diverso.NE. !Negazione unaria.NOT. &&and logico.AND. ||or logico.OR. Operatori relazionaliFortran

Espressioni di assegnazione Le espressioni di assegnazione sono valutate da destra a sinistra Le assegnazioni multiple sono permesse alcuni operatori di assegnazione combinano assegnazione ed altri operatori Assegnazioni possono essere fatte all’interno di espressioni aritmetiche 19-23 febbraio 2014 30 a = j++; j viene incrementato ed il risultato assegnato ad a a = b = c = d = 100; a *= b;// equivale ad a = a*b; a -= b;// equivale ad a = a-b; a = b + ( c = 3 );// equivale a c=3; a=b+c;

Statements 19-23 febbraio 2014 31 vuoto; espressionej=j+k; composto{.... }usato in funzioni, if.. Costituisce un blocco goto goto label;da non usarsi ifif (p==0) cerr<<“error”;un solo branch if-elseif (x==y) cout<<“the same”; else cout<<“different”;due branch forfor (j=0;j<n;j++)le dichiarazioni sono a[j]=0;permesse whilewhile (i != j)0 o piu` iterazioni i++; do-whiledo y=y-1;1 o piu` iterazioni while (y>0); breakbreak;esce dal blocco continuecontinue;prossima iterazione StatementC++commenti

Statements (2) 19-23 febbraio 2014 32 switchswitch (s) { case 1:si deve usare break per ++i;evitare di cadere nei case 2:casi successivi e --i;aggiungere un caso di default:default alla fine della ++j;lista }; dichiarazioneint i=7;in un blocco, file o namespace trytry {....}usato per trattare le eccezioni labelerror: cerr<<“Error!”;usato con goto return return x*x*x;valore di ritorno di una funzione StatementC++commenti

Statement composti Uno statement composto in è costituito da una serie di statement contenuti fra parentesi graffe Usato normalmente per raggruppare istruzioni in un blocco ( if, for, while, do-while, etc.) Il corpo di una funzione è sempre uno statement composto La dichiarazione di una variabile può avvenire ovunque all’interno di un blocco, in questo caso lo scope della variabile sarà il blocco stesso Ovunque si possa usare uno statement singolo si può definire un blocco 19-23 febbraio 2014 33

if Attenzione all’uso di = e == Nel dubbio, usare sempre un blocco… Attenzione agli else! 19-23 febbraio 2014 34 if (i=1)// questo e` sempre vero!!! {....} if (i != 0)// possibile divisione per 0 a++;// mancano delle {}? a/=i; if (i == 0)// possibile divisione per 0 if (a<0) { cerr<<“a e` negativo!”; } else b=a/i;

while e do-while La forma generale di un while è : Lo statement verrà eseguito fino a quando la condizione verrà verificata ( true ). A seconda del volore della condizione, lo statement verrà eseguito zero o più volte la sintassi di un do-while è invece: Lo statement verrà quindi eseguito almeno una volta 19-23 febbraio 2014 35 while (condizione) statement; do statement; while (condizione);

break e continue break e continue sono utilizzati nei loop per saltare alla fine del loop o fuori dal loop stesso break e continue possono solamente essere utilizzati nel corpo di un for, while o do-while. break e` anche usato negli switch 19-23 febbraio 2014 36 int i,n=0; int a[100]; cin>>i;// leggo il valore di i while (1)// loop infinito { if (i<0) break; if (n>=100) continue; a[n]=i; n++; // continue salta qui } // break salta qui

switch Lo switch è uno statement condizionale che generalizza lo if- else lo statement è generalmente composito e consiste di diversi case e, opzionalmente, di un default 19-23 febbraio 2014 37 switch (condizione) (statement); switch (n) { case 0: cout<<“ n e` nullo”<<endl; break; case 1: case 3: case 5: case 7: case 9: cout<<“ n e` dispari”<<endl; break; case 2: case 4: case 6: case 8: case 10: cout<<“ n e` pari”<<endl; break; default: cout<<“ n non e` compreso tra 0 e 10”<<endl; }

switch (2) Non si puo` dichiarare una variabile in uno dei case … ma si puo` creare una variabile locale definendo uno statement composto... 19-23 febbraio 2014 38 switch (k) { case 0: int j=0;// Illegale! Errore!... case 1:... } switch (k) { case 0: { int j=0;// OK, questo compila... } case 1:... }

L’operatore ? L’operatore ? e` l’unico esempio di operatore ternario in C++ Equivale a: Esempio: 19-23 febbraio 2014 39 expr1 ? expr2 : expr3; double max(double a, double b) { double max = (a>b) ? a : b; return max; } if(expr1) expr2; else expr3;

Sintassi: FORTRAN vs C / C++ Controllo di flusso del programma 19-23 febbraio 2014 40 DO I = 1, 10... ENDDO IF (I.EQ.10.AND. J.GT.4.OR. X) THEN... ENDIF DO WHILE(X.NE. 5)... ENDDO for (i = 1; i <= 10; i++) {... } if (i == 10 && j > 4 || x) {... } while( x != 5 ) {... } for (i = 1; i <= 10; i++) {... } if (i == 10 && j > 4 || x) {... } while( x != 5 ) {... }

Funzioni matematiche In C++ non esistono funzioni predefinite 19-23 febbraio 2014 41 int main() { return 0; } int main() { return 0; } cmath.h definisce sin, cos,... { double r, theta, phi; #include cin >> r >> theta >> phi ; #include double x = r * sin( theta ) * sin( phi ); double y = r * sin( theta ) * cos( phi ); double z = r * cos( theta ); cout << x << “, “ << y << “, “ << z << endl; Potenze: pow(b,exp) (non si può usare ** )

Array Sono supportati gli array di dimensione fissa 19-23 febbraio 2014 42 int main() { int x[10]; for ( int i = 0; i < 10, i++ ) x[i] = 0; double m[5][5]; for ( int i = 0; i < 5; i++ ) for ( int j = 0; j < 5; j++ ) m[i][j] = i * j; return 0; } int main() { int x[10]; for ( int i = 0; i < 10, i++ ) x[i] = 0; double m[5][5]; for ( int i = 0; i < 5; i++ ) for ( int j = 0; j < 5; j++ ) m[i][j] = i * j; return 0; } L’indice va da 0 a n-1. Usare un indice maggiore di n-1 può causare un crash. int x[] = { 1, 2, 3, 4 }; char[] t = { ‘C’, ‘i’, ‘a’, ‘o’, ‘\0’ }; char[] s = “Ciao”; int m[2][3] = { {11, 12, 13}, {21, 22, 23} }; Inizializzazione:

Esempio con gli arrays Moltiplicazione fra matrici: 19-23 febbraio 2014 43 int main() { const int DIM=3; float m[DIM][DIM], m1[DIM][DIM], m2[DIM][DIM]; // Assumiamo che m1 ed m2 vengano riempiti qui... // Moltiplicazione: for (int i=0; i<DIM; i++) { for (int j=0; j<DIM; j++) { float sum=0; for (int k=0; k<DIM; k++) sum += m1[i][k] * m2[k][j]; m[i][j] = sum; } return 0; } int main() { const int DIM=3; float m[DIM][DIM], m1[DIM][DIM], m2[DIM][DIM]; // Assumiamo che m1 ed m2 vengano riempiti qui... // Moltiplicazione: for (int i=0; i<DIM; i++) { for (int j=0; j<DIM; j++) { float sum=0; for (int k=0; k<DIM; k++) sum += m1[i][k] * m2[k][j]; m[i][j] = sum; } return 0; }

Puntatori Riferimento ad una locazione di memoria 19-23 febbraio 2014 44 12 24 0x7b03a928 j 12 ptr int main() { int j = 12; return 0; } int main() { int j = 12; return 0; } int *ptr = &j; #include cout << *ptr << endl; j = 24; cout << *ptr << endl; cout << ptr << endl; indirizzo di memoria 24

Puntatori Puntatore nullo 19-23 febbraio 2014 45 #include int main() { int j = 12; int *ptr = 0; cout << *ptr << endl; // crash ! return 0; } #include int main() { int j = 12; int *ptr = 0; cout << *ptr << endl; // crash ! return 0; } Segmentation violation (core dumped) j 12 ptr

Puntatori e array In C gli array sono trattati come puntatori 19-23 febbraio 2014 46 int main() { float x[5]; int j; for (j = 0; j < 5; j++) x[j] = 0; float *ptr = x; *ptr = 1.5; // x[0] = 1.5 *(ptr+1) = 2.5; // x[1] = 2.5 *(ptr+3) = 3.5; // x[3] = 3.5 } x X[0] 1.5 X[1]X[2]X[3]X[4] 2.50.03.50.0 X+1X+3

new e delete Gli operatori new and delete vengono utilizzati per allocazione/deallocazione di memoria dinamica la memoria dinamica (heap), è un’area di memoria libera provvista dal sistema per quegli oggetti la cui durata di vita è sotto il controllo del programmatore new riserva la quantità necessaria di memoria richiesta e ritorna l’indirizzo di quest’area 19-23 febbraio 2014 47 int *i=new int;alloca un intero, returna il puntatore char *c=new char[100];alloca un array (stringa) di 100 caratteri int *i=new int(99);alloca un intero e lo inizializza a 99 char *c=new char(‘c’);alloca un carattere inizializzato a c int *j=new int[n][4];alloca un array di puntatori ad intero operatore newcommenti

new e delete (2) L’operatore delete è usato per restituire una certa area di memoria (allocata con new ) allo heap Ogni oggetto allocato con new deve essere distrutto con delete se non viene piu` utilizzato, altrimenti l’area di memoria che esso occupata non potra` piu` essere ri-allocata (memory leak) L’argomento di delete è tipicamente un puntatore inizializzato preventivamente con new 19-23 febbraio 2014 48 delete ptr;distrugge un puntatore ad un oggetto delete p[i];distrugge l’oggetto p[i] delete [] p; distrugge ogni oggetto di tipo p operatore deletecommenti

new e delete (3) Attenzione la dimensione dello heap non e` infinita l’allocazione con new può fallire, nel qual caso new restituisce un puntatore nullo o suscita un’eccezione. Nel caso di allocazione di memoria importante bisogna verificare che l’operazione abbia avuto successo prima di usare il puntatore ogni oggetto creato con new deve essere distrutto con delete, ogni oggetto creato con new [] deve essere distrutto con delete [], queste forme NON sono intercambiabili 19-23 febbraio 2014 49

Puntatori: allocazione dinamica Riferimento ad una locazione di memoria 19-23 febbraio 2014 50 #include int main() { int *ptr = new int; *ptr = 12; cout << *ptr << endl; delete ptr; return 0; } #include int main() { int *ptr = new int; *ptr = 12; cout << *ptr << endl; delete ptr; return 0; } 12 ptr Attenzione: –Non usare delete fa accumulare locazioni di memoria inutilizzate (memory leak) –Utilizzare puntatori prima del new o dopo il delete causa il crash del programma

Puntatori: allocazione dinamica Riferimento a più locazioni di memoria 19-23 febbraio 2014 51 #include int main() { int *ptr = new int[3]; ptr[0] = 10; ptr[1] = 11; ptr[2] = 12 delete [] ptr; return 0; } #include int main() { int *ptr = new int[3]; ptr[0] = 10; ptr[1] = 11; ptr[2] = 12 delete [] ptr; return 0; } 10 ptr 1112

Regole di conversione e cast In C++ esistono conversioni esplicite ed implicite. Le conversioni implicite (e.g. int  float ) nelle espressioni aritmetiche, nel passare i parametri ad una funzione o nel ritornare un valore da una funzione rendono il meccanismo di conversione molto conveniente ma anche potenzialmente pericoloso (errori a run time) 19-23 febbraio 2014 52 char, short e bool vengono promossi ad int Tipi interi che non possono essere rappresentati con un int vengono promossi a unsigned In una espressione di tipo misto, gli operandi di ordine inferiore vengono promossi all’ordine superiore secondo la gerarchia: int<unsigned<long<unsigned long<float<double<long double bool e` un tipo intero, con true che viene promosso a 1 e false a 0 Conversioni implicite

Regole di conversione e cast (2) Ogni genere di puntatore può essere convertito in un puntatore generico a void Al contrario di quanto avviene in C, un puntatore generico non è compatibile con un puntatore di tipo arbitrario ma richiede un cast esplicito Ogni puntatore puo` essere inizializzato a 0 senza bisogno di un cast esplicito. In C++ usare 0 e non NULL per i puntatori! 19-23 febbraio 2014 53

Casting in ANSI C++ Data la complessità delle operazioni di casting in C++ nuovi operatori di casting sono stati aggiunti a quelli già esistenti in C Esiste anche un dynamic_cast, utilizzato per riconoscere il tipo di un oggetto a run-time (RTTI) 19-23 febbraio 2014 54 x=(float) i;cast in C++ - notazione C x=float(i);cast in C++, notazione funzionale x=static_cast (i);ANSI C++ - raccomandato i=reinterpret_cast (&x)ANSI C++, non portabile e system dependent func(const_cast (c_var))dove C_var e` una variabile dichiarata const. Usato per eliminare la “const-ness” per chiamare func Castcommenti

Funzioni In C++ le funzioni sono caratterizzate da un nome, dal tipo della variabile ritornata e da una lista di parametri (opzionali) La lista dei parametri (anche se vuota) deve essere esplicitata Il valore ritornato deve essere compatibile, a meno di conversione esplicita, con il tipo della funzione 19-23 febbraio 2014 55 Valore di ritorno double max( double a, double b) { return (a>b) ? a : b; } Tipo ritornatoParametri Corpo della funzione

Funzioni (2) 19-23 febbraio 2014 56 funzione double cube(double x) parametri passati { return x*x*x; } “by value” procedura void pr_square(int i) subroutine, non si { cout<<i*I<<endl; } usa return senza argomenti void hello () puo` anche essere { cout<<“Hello”<<endl; } void hello(void) argomenti passati void swap(int& i,int& j) i e j hanno i loro per riferimento { int t=i; i=j; j=t; } valori scambiati variabile int scanf(const char, … ) chiamata con un qualsiasi numero di argomenti inline inline double cube(int x) codice inline argomenti di int power(int i, int n=2) il 2do argomento default puo` essere tralasciato Tipo di dichiarazioneC++ commenti

Prototipi delle funzioni Prima di essere usata, una funzione deve essere dichiarata (nel file che la usa) I prototipi rendono le funzioni in C++ “type safe”, nel senso che i valori reali degli argomenti vengono all’occorrenza convertiti nei tipi formali specificati dal prototipo 19-23 febbraio 2014 57 #include double max(double, double); int main() { double m = max(1, 3); cout<<“Il massimo e` “<<m<<endl; return 0; } #include double max(double, double); int main() { double m = max(1, 3); cout<<“Il massimo e` “<<m<<endl; return 0; } main.cc double max (double a, double b) { return (a>b) ? a : b; } double max (double a, double b) { return (a>b) ? a : b; } max.cc Prototipo di max (normalmente in max.h )

Call-by-Reference L’uso dei riferimenti permette ad una funzione di modificare il valore dei suoi argomenti Per ragioni di efficenza, oggetti di grandi dimensioni (in termini di memoria) vengono normalmente passati “by reference”. Per evitare che possano essere modificati dalla funzione, il riferimento viene definito const 19-23 febbraio 2014 58 bool greater(int& i, int& j) { // se i>j scambia i e j if (i>j) { int temp=i; i=j; j=temp; return true; } else return false; } Argomenti passati “by reference” possono essere modificati dalla funzione stessa

Funzioni inline La keyword inline suggerisce al compilatore che ogni chiamata alla funzione deve essere convertita in codice eseguibile (la definizione della funzione viene sostituita alla chiamata dovunque nell codice) Le funzioni inline vengono usate per ragioni di efficienza e (per non sovraccaricare il compilatore) devono essere semplici Il compilatore può decidere autonomamente (per esempio se la funzione è troppo lunga) di ignorare la direttiva inline 19-23 febbraio 2014 59

Argomenti di default Ad ogni parametro di una funzione può essere assegnato un valore di default. Questo permette di chiamare la funzione tralasciando quei parametri il cui valore di default risulta appropriato Solo ai parametri più a destra nella calling sequence può essere dato un default. 19-23 febbraio 2014 60 int pow(int, int); int main() { int r=3; int a1=pow(3,3); // a1=27 int a2=pow(3); // a2=9 return 0; } int pow(int, int); int main() { int r=3; int a1=pow(3,3); // a1=27 int a2=pow(3); // a2=9 return 0; } main.cc int pow (int a, int k=2) { if (k==2) return a*a; else return a*pow(a, k-1); } int pow (int a, int k=2) { if (k==2) return a*a; else return a*pow(a, k-1); } pow.cc Argomento di default

Overloading Funzioni diverse possono avere lo stesso nome La funzione che viene chiamata è scelta dal compilatore in base al tipo di ritorno ed al numero e tipo degli argomenti 19-23 febbraio 2014 61 double average_array(const int a[], int size) { int sum=0; for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i]; return double(sum)/size; } double average_array(const double a[], int size) { double sum=0; for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i]; return sum/size; } double average_array(const int a[], int size) { int sum=0; for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i]; return double(sum)/size; } double average_array(const double a[], int size) { double sum=0; for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i]; return sum/size; } average_array.cc

Overloading (2) La lista dei tipi degli argomenti di una funzione è chiamata signature Il tipo ritornato dalla funzione non fa parte della signature, mentre il numero e l’ordine degli argomenti è cruciale 19-23 febbraio 2014 62 void print(int i=0) {...}// (1) void print(int i, double x) {...}// (2) void print(double y, int i) {...}// (3)... print(‘A’); // ‘A’ e` convertito a int, chiama (1) print(str[]); // errore! Non e` possibile una conversione print(15,9);// errore! Ambiguita` fra (2) e (3) print(15,9.);// OK, chiama (2) print();// OK, chiama (1) con il default

L’algoritmo di selezione L’utente può sempre utilizzare una conversione forzata (type cast) per ottenere una corrispondenza Il compilatore segnala tutti i casi in cui esiste ambiguità 19-23 febbraio 2014 63 Ricerca della corrispondenza esatta Promozioni standard degli argomenti Conversioni standard dei tipi Conversioni definite dall’utente Corrispondenza con l’ellipsi (…) int  long int  float traccia  int I tentativi del compilatore

Funzioni esterne Si possono chiamare funzioni FORTRAN da C++: SUBROUTINE HBOOK1(ID, TITLE, NBIN, MIN, MAX, OPT) SUBROUTINE HFILL(ID,X, Y, WEIGHT) extern “C” void hbook1_(int&, char*, int&, float&, float&, float&, int); extern “C” void hfill_(int&, float&, float&, float&);... hbook1_(100, title, ……) // BUS ERROR!!! (il FORTRAN passa // sempre “by-reference” int id=100; hbook1_(id, title, ……) // OK! 19-23 febbraio 2014 64

Parametri del programma Dotando main() di una lista di argomenti, è possibile avere accesso ai parametri passati dalla command line: argc è il numero di parametri passati dalla command line (sempre almeno 1, il nome del programma) mentre il vettore di stringhe argv contiene ogni singolo parametro 19-23 febbraio 2014 65 #include int main(int argc, char *argv[]) { cout<<“ argc e`: “<<argc<<endl; cout<<“ il nome dell’eseguibile e` “<<*argv<<endl; for (int i=1; i<argc; i++) cout<<“Argomento #”<<i<<“ = “<<*(argv+i)<<endl; return 0; }

Parametri del programma (2) Lanciato con il comando prompt> mytest questo e un test il programma produrra` il seguente output: argc e` : 5 il nome dell’eseguibile e`/user/andrea/myprogram Argomento #1 = questo Argomento #2 = e Argomento #3 = un Argomento #4 = test 19-23 febbraio 2014 66

Organizzazione dei files Normalmente, le dichiarazioni delle interfacce e le specifiche sono separate dall’implementazione header files (.h o.hh ) inclusi nei file sorgente utilizzando direttive del precompilatore non contengono codice eseguibile (con l’eccezione delle definizioni delle funzioni inline) non devono essere inclusi piu` di una volta, per evitare problemi con il linker 19-23 febbraio 2014 67 #include #ifndef MyHeader_H #define MyHeader_H // dichiarazioni ….. #endif

Organizzazione dei files (2) Files sorgente (.C,.cxx,.cpp,.cc ) contengono l’implementazione di funzioni e metodi codice eseguibile includono gli header files utilizzando le direttive del preprocessore vengono compilati Funzioni inline (.icc ) La definizione di una funzione inline deve essere visibile là dove viene usata. Normalmente implementate negli header files o in files separati (con estensione.icc ) che devono essere inclusi nel files sorgente che ne facciano uso 19-23 febbraio 2014 68

C++ e Object Orientation Definizione di nuovi tipi (oltre a int, float, double) come: numeri complessi, vettori, matrici,... ma anche: traiettorie, superfici, elementi di apparati sperimentali,... Gli oggetti permettono di modellare una problema che rappresenti la realtà 19-23 febbraio 2014 69

… C++ e Object Orientation Object Orientation implementata in C++ attraverso il concetto di classe: I dati privati (o attributi) di una classe definiscono lo stato dell’oggetto Le funzioni (o metodi) di una classe implementano la risposta ai messaggi 19-23 febbraio 2014 70

Una classe C++ 19-23 febbraio 2014 71 Messaggio Metodo Attributo

Classe Vector2D Un esempio: un vettore bidimensionale 19-23 febbraio 2014 72 class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x(); double y(); double r(); double phi(); private: double x_; double y_ }; class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x(); double y(); double r(); double phi(); private: double x_; double y_ }; Vector2D.h costruttore funzioni o metodi dati o attributi Punto e virgola! #include “Vector2D.h” Vector2D::Vector2D(double x, double y): x_(x), y_(y) { } double Vector2D::x() { return x_; } double Vector2D::r() { return sqrt( x_*x_ + y_*y_); }... #include “Vector2D.h” Vector2D::Vector2D(double x, double y): x_(x), y_(y) { } double Vector2D::x() { return x_; } double Vector2D::r() { return sqrt( x_*x_ + y_*y_); }... Vector2D.cc

Interfaccia e implementazione Gli attributi privati non sono accessibili al di fuori della classe I metodi pubblici sono gli unici visibili 19-23 febbraio 2014 73 #include “Vector.h” Vector2D::Vector2D(double x, double y) : x_(x), y_(y) {} double Vector2D::x() { return x_; } double Vector2D::r() { return sqrt(x_*x_ + y_*y_); } Vector2D.cc class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x(); double y(); double r(); double phi(); private: double x_; double y_; }; Vector2D.h

Costruttori e distruttori Un costruttore è un metodo il cui nome è quello della classe a cui appartiene Lo scopo di un costruttore è quello di costruire oggetti del tipo della classe. Questo implica l’inizializzazione degli attributi e, frequentemente, allocazione di memoria dallo heap Un costruttore la cui lista di argomenti è vuota o composta di argomenti di default viene normalmente chiamato costruttore di default 19-23 febbraio 2014 74 Vector2D::Vector2D() {....} // costruttore di default #include “Vector2D.h”... Vector2D v; // oggetto costruito con il // costruttore di default

Costruttori e distruttori (2) Un costruttore del tipo che ha come argomento un riferimento ad un oggetto della stessa classe viene chiamato copy constructor Il copy constructor viene normalmente utilizzato: quando un oggetto è inizializzato per assegnazione quando un oggetto è passato come argomento ad una funzione quando un oggetto è ritornato da una funzione Se non viene fornito esplicitamente dall’utente, il compilatore ne genererà uno automaticamente 19-23 febbraio 2014 75 Vector2D::Vector2D(const Vector2D& v) {....} Vector2D v(v1); // dove v1 e` di tipo Vector2D

Costruttori e distruttori (3) Gli attributi di una classe possono essere inizializzati nel costruttore per mezzo di una lista di inizializzatori, che precede il corpo della funzione Quando uno degli attributi è esso stesso una classe, il costruttore appropriato viene scelto sulla base dei parametri forniti nell’inizializzazione E` obbligatorio inizializzare gli attributi (non statici) che siano o riferimenti o const 19-23 febbraio 2014 76 Vector2D::Vector2D(double x, double y) : x_(x), y_(y) {... }

Costruttori e distruttori (4) Il distruttore è un metodo il cui nome è quello della classe a cui appartiene preceduto da una tilde ( ~ ) Il distruttore viene chiamato automaticamente quando un oggetto sta per essere distrutto (sia perchè delete è stato invocato sia perchè l’oggetto è finito fuori scope Il compito del distruttore è di assicurarsi che l’oggetto per cui è invocato verrà distrutto senza conseguenze. In particolare, se memoria è stata allocata nel costruttore, il distruttore dovrà assicurarsi di restituirla allo heap 19-23 febbraio 2014 77 Vector2D::~Vector2D() {}// vuoto, in questo caso

Costruttori e distruttori (5) I costruttori con un solo parametro sono automaticamente trattati come operatori di conversione Per evitare la conversione si puo` usare explicit 19-23 febbraio 2014 78 Vector2D::Vector2D(int i) {...} // costruisce un vettore a partire da un intero, ma puo` // essere usato per convertire un intero in vettore v=Vector2D(i); explicit Vector2D(int); // solo costruttore

Classe Vector2D Come usare Vector2D : 19-23 febbraio 2014 79 #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v(1, 1); cout << “ v = (“ << v.x() << “,” << v.y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; return 0; } #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v(1, 1); cout << “ v = (“ << v.x() << “,” << v.y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; return 0; } main.cc v = (1, 1) r = 1.4141 phi = 0.7854 v = (1, 1) r = 1.4141 phi = 0.7854 Output: invoca il constructor

Classe Vector2D 19-23 febbraio 2014 80 #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D *v = new Vector2D(1, 1); cout << “ v = (“ x() << “,” y() << “)” << endl; cout r(); cout phi() << endl; delete v; return 0; } #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D *v = new Vector2D(1, 1); cout << “ v = (“ x() << “,” y() << “)” << endl; cout r(); cout phi() << endl; delete v; return 0; } main.cc … oppure attraverso un puntatore... v = (1, 1) r = 1.4141 phi = 0.7854 v = (1, 1) r = 1.4141 phi = 0.7854 Output: Allocazione sullo heap Attenzione!

Interfaccia e implementazione La struttura interna dei dati ( x_, y_ ) che rappresentano l’oggetto della classe Vector2D sono nascosti ( private ) agli utilizzatori della classe. Gli utilizzatori non dipendono dalla struttura interna dei dati (come lo erano gli utilizzatori dei common blocks Fortran) Se la struttura interna cambia (es.: r_, phi_ ), il codice che usa Vector2D non deve essere modificato. 19-23 febbraio 2014 81

Classe Vector2D Protezione dell’accesso ai dati: I metodi di una classe hanno libero accesso ai dati privati e protetti di quella classe 19-23 febbraio 2014 82 #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v(1, 1); cout << “ V = (“ << v.x_ << “,” // << v.y_ << “,” << endl; // non compila ! cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; } #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v(1, 1); cout << “ V = (“ << v.x_ << “,” // << v.y_ << “,” << endl; // non compila ! cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; } main.cc

Selettori e modificatori Selettore: metodo che non modifica lo stato (attributi) della classe. E’ dichiarato const Modificatore: metodo che può modificare lo stato della classe 19-23 febbraio 2014 83 #include “Vector2D.h” void Vector2D::scale(double s) { x_ *= s; y_ *= s; } Vector2D.cc class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const; void scale(double s); private: double x_, y_; }; Vector2D.h modificatore #include “Vector2D.h” int main() { const Vector2D v(1, 0); double r = v.r() // OK v.scale( 1.1 ); // errore! } #include “Vector2D.h” int main() { const Vector2D v(1, 0); double r = v.r() // OK v.scale( 1.1 ); // errore! } main.cc Selettori ( const )

friend La keyword friend puo` essere usata perche` una funzione (o una classe) abbia libero accesso ai dati privati di un’altra classe 19-23 febbraio 2014 84 class A {... friend int aFunc(); friend void C::f(int); }; class B { … friend class C; }; class C {... };

friend (2) friend (nonostante il nome) e` nemico dell’incapsulamento e quindi dell’Object Orientation Un uso eccessivo di friend è quasi sempre sintomo di un cattivo disegno Esistono anche situazioni in cui un friend può essere accettabile Overloading di operatori binari Considerazioni di efficienza Relazione speciale fra due classi 19-23 febbraio 2014 85 “A programmer must confer with an architect before making friend declarations”

static Attributi dichiarati static in una classe sono condivisi da tutti gli oggetti di quella classe Metodi dichiarati static non possono accedere ad attributo non statici della classe Attiributi statici possono essere usati e modificati soltanto da metodi statici Nonostante l’utilizzo di static sembri imporre condizioni troppo restrittive, esso risulta utile nell’implementazione di: contatori singleton (vedi oltre) 19-23 febbraio 2014 86

Un contatore 19-23 febbraio 2014 87 Class MyClass { private: static int counter; static void increment_counter() { counter++; } static void decrement_counter() { counter--; } public: MyClass() { increment_counter(); } ~MyClass() { decrement_counter(); } static int HowMany() { return counter; } }; #include #include “MyClass.h” int MyClass::counter=0; int main() { MyClass a,b,c; MyClass *p=new MyClass; cout<<“ How many? “<< MyClass::HowMany() <<endl; delete p; cout<<“ and now? “<< a.HowMany() <<endl; return 0; } Un membro statico deve essere inizializzato una e una sola volta nel codice eseguibile Un metodo statico puo` essere invocato cosi`... … o cosi`...

Un singleton Un singleton è una classe di cui, ad ogni momento nel corso del programma, non può esistere più di una copia (istanza) 19-23 febbraio 2014 88 class aSingleton { private: static aSingleton *ptr; aSingleton () {} public: static aSingleton *GetPointer(){ if (ptr==0) ptr=new aSingleton; return ptr; } }; #include “aSingleton.h” aSingleton *aSingleton::ptr=0; int main() { aSingleton *mySing= aSingleton::GetPointer();... Return 0; } Pattern utile per l’implementazione di classi “manager” di cui deve esistere una sola istanza Attenzione a non farlo diventare l’equivalente di un common block!

Operatori E’ possibile ridefinire +, -, *, [], ++, ==,... 19-23 febbraio 2014 89 class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const; private: double x_; double y_; }; Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2); Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2); class Vector2D { public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const; private: double x_; double y_; }; Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2); Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2); Vector2D.h Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return Vector2D(v1.x() + v2.x(), v1.y() + v2.y()); } Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return Vector2D(v1.x() - v2.x(), v1.y() - v2.y()); } Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return Vector2D(v1.x() + v2.x(), v1.y() + v2.y()); } Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return Vector2D(v1.x() - v2.x(), v1.y() - v2.y()); } Vector2D.cc

Operatori (2) Esempio: 19-23 febbraio 2014 90 #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v1(1, 0), v2(0, 1); Vector2D v; v = v1 + v2; cout << “ v = “ << v << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; } #include #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D v1(1, 0), v2(0, 1); Vector2D v; v = v1 + v2; cout << “ v = “ << v << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; } main.cc v = (1, 1) r = 1.4141 theta = 0.7854 Output : ridefinizione di << v.operator=( operator+(v1, v2) ); Sintassi alternativa (!#@!?) :

Operatori (3) Esempio: 19-23 febbraio 2014 91 #include #include “Vector3D.h” #include “Matrix.h” // matrice 3x3 int main() { Vector3D v1(1, 1, 0); double phi = M_PI/3; double c = cos(phi), s = sin(phi); Matrix m(1, 0, 0, 0, c, s, 0, -s, c); Vector3D u = m * v; } #include #include “Vector3D.h” #include “Matrix.h” // matrice 3x3 int main() { Vector3D v1(1, 1, 0); double phi = M_PI/3; double c = cos(phi), s = sin(phi); Matrix m(1, 0, 0, 0, c, s, 0, -s, c); Vector3D u = m * v; } main.cc  greco

this In una classe è automaticamente definito un attributo particolare: this this è un puntatore all’oggetto di cui fa parte E’ particolarmente utile quando si definisce un operatore di assegnazione ( = ): 19-23 febbraio 2014 92 class Vector2D { public: Vector2D& operator=(const Vector2D& ); //... private: double x_, y_; }; class Vector2D { public: Vector2D& operator=(const Vector2D& ); //... private: double x_, y_; }; Vector2D.h Vector2D& operator=(const Vector2D& v){ x_=v.x(); y_=v.y(); return *this; } Vector2D& operator=(const Vector2D& v){ x_=v.x(); y_=v.y(); return *this; } Vector2D.cc #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D null(0, 0); Vector2D a, b; a=b=null; } #include “Vector2D.h” int main() { Vector2D null(0, 0); Vector2D a, b; a=b=null; } main.cc L’operatore = ritorna una referenza a se stesso. Permette assegnazioni multiple

Overloading di operatori possono esistere funzioni con lo stesso nome ma con argomenti diversi Non bisogna pero` esagerare! Ogni operatore deve avere un significato ben preciso, per ragioni di chiarezza. 19-23 febbraio 2014 93 class Vector2D { public: //... private: double x_, y_; }; Vector2D operator*(const Vector2D &, double); double operator*(const Vector2D&, const Vector2D&); class Vector2D { public: //... private: double x_, y_; }; Vector2D operator*(const Vector2D &, double); double operator*(const Vector2D&, const Vector2D&); Vector2D.h Vector2D operator*(const Vector2D&, double s) { return Vector2D( v.x() * s, v.y() * s); } double operator*(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return ( v1.x() * v2.x() + v1.y() * v2.y() ); } Vector2D operator*(const Vector2D&, double s) { return Vector2D( v.x() * s, v.y() * s); } double operator*(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return ( v1.x() * v2.x() + v1.y() * v2.y() ); } Vector2D.cc

Overloading di operatori (2) Permette di utilizzare tipi definiti dall’utente come se fossero tipi fondamentali La cardinalita`, l’associativita` e la precedenza di un operatore non possono essere modificati Operatori unari sono implementati come metodi senza argomenti (l’oggetto è l’argomento implicito) Operatori binari possono essere implementati come metodi con un argomento (il primo argomento, implicito, è l’oggetto il cui operatore agisce) o come funzioni friend a due argomenti. 19-23 febbraio 2014 94

Programmazione generica Il C++ fornisce un metodo per creare un polimorfismo parametrico. E’ possibile utilizzare lo stesso codice per tipi differenti: il tipo della variabile diventa un parametro 19-23 febbraio 2014 95 template T max( T p1, T p2 ) { if ( p1 < p2 ) return p2; else return p1; } int main() { Vector v1,v2; cout (10,20) (2.6,1.0) (v1,v2) << endl;} Main.cc Per il tipo T deve essere definito l’operatore <

Sintassi Ogni volta che nella definizione della funzione o della classe appare identifier questo viene sostituito dal compilatore con il tipo fornito nella chiamata. La dichiarazione e l’implementazione del template devono essere nello stesso file ove il template viene utilizzato 19-23 febbraio 2014 96 template function definition template class definition typename

Parametri templati Parametri interi possono essere inclusi nella dichiarazione del template I parametri di default possono essere tralasciati 19-23 febbraio 2014 97 template class array_n {... private: T items[n]; // n istanziato esplicitamente }; array_n w;// w array di complessi

Templates di templates L’argomento di un template puo` essere esso stesso un template questo permette la creazione e l’utilizzo di meta-templates (templates istanziati con templates) molto sofisticati la Standard Template Library fa uso di questa possibilita` 19-23 febbraio 2014 98 template class T3 >

Funzioni template e parametri Una buona parte dei compilatori accetta una sintassi ristretta per quel che riguarda le funzioni template. ANSI/C++ prevede invece che anche parametri numerici possano essere inclusi nella definizione del template 19-23 febbraio 2014 99 template void swap(T& x, T& y){ T temp; temp=x; x=y; y=temp; } template void swap(T& x, T& y){ T temp; temp=x; x=y; y=temp; } template T aFunc(){ T temp[n];... } template T aFunc(){ T temp[n];... } OK per ogni compilatore ANSI/C++, ma la maggior parte dei compilatori lo rifiuta

Membri statici Per le classi template, gli attributi statici non sono universali ma specifici di ogni istanza Le variabili statiche MyClass ::counter e MyClass ::counter sono diverse 19-23 febbraio 2014 100 template class MyClass { public: static int counter;... }; MyClass a,b; MyClass c; template class MyClass { public: static int counter;... }; MyClass a,b; MyClass c;

Un esempio: lo stack di interi 19-23 febbraio 2014 101 val Contenuto next val Contenuto next... val Contenuto next Stack top Stack top Lo stack vuoto class Contenuto {... private: Contenuto* next; int val; }; class Stack {... private: Contenuto* top; }; class Contenuto {... private: Contenuto* next; int val; }; class Stack {... private: Contenuto* top; };

Un esempio: lo stack di interi 19-23 febbraio 2014 102 class Stack { public: Stack() {top = 0;} ~Stack() {} void push ( int i ) { Contenuto* tmp = new Contenuto(i,top ); top = tmp; } int pop () { int ret = top->getVal(); Contenuto* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; } private: Contenuto* top; }; class Stack { public: Stack() {top = 0;} ~Stack() {} void push ( int i ) { Contenuto* tmp = new Contenuto(i,top ); top = tmp; } int pop () { int ret = top->getVal(); Contenuto* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; } private: Contenuto* top; }; class Contenuto { public: Contenuto ( int i, Contenuto* ptn ) { val=i; next=ptn; } int getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;} private: Contenuto* next; int val; }; class Contenuto { public: Contenuto ( int i, Contenuto* ptn ) { val=i; next=ptn; } int getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;} private: Contenuto* next; int val; }; int main() { Stack s; s.push ( 10 ); s.push ( 20 ); cout << s.pop() << “ - “ << s.pop; return 0; }; int main() { Stack s; s.push ( 10 ); s.push ( 20 ); cout << s.pop() << “ - “ << s.pop; return 0; }; User code >> 10 - 20 Output

Lo stack “templato” 19-23 febbraio 2014 103 template class Stack { public: Stack() {top = NULL;} ~Stack() {;} void push ( T i ) { Contenuto * tmp = new Contenuto (i,top ); top = tmp; } T pop () { T ret = top->getVal(); Contenuto * tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; } private: Contenuto * top; }; template class Stack { public: Stack() {top = NULL;} ~Stack() {;} void push ( T i ) { Contenuto * tmp = new Contenuto (i,top ); top = tmp; } T pop () { T ret = top->getVal(); Contenuto * tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; } private: Contenuto * top; }; template class Contenuto { public: Contenuto ( T i, Contenuto* ptn ) { val = i; next = ptn; } T getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;} private: Contenuto* next; T val; }; template class Contenuto { public: Contenuto ( T i, Contenuto* ptn ) { val = i; next = ptn; } T getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;} private: Contenuto* next; T val; }; int main() { Stack s; s.push ( 10 ); s.push ( 20 ); Stack s1; Stack s2; cout << s.pop() << “ “ << s.pop; return 0;}; int main() { Stack s; s.push ( 10 ); s.push ( 20 ); Stack s1; Stack s2; cout << s.pop() << “ “ << s.pop; return 0;}; User code

La Standard Template Library La libreria standard STL e’ una libreria di classi di contenitori, algoritmi ed iteratori. STL e’ una libreria generica: tutti i suoi componenti sono parametrizzati mediante l’utilizzo dei template 19-23 febbraio 2014 104 vettori, liste, mappe, …. find, replace, reverse, sort, …. puntatori intelligenti

Iteratori (puntatori intelligenti) Gli iteratori sono dei puntatori agli elementi di un contenitore e ci permettono di muoverci all’interno di esso: Iteratori monodirezionali: Permettono di accedere all’elemento successivo o al precedente Iteratori bidirezionali : Permettono di accedere sia all’elemento successivo che al precedente Iteratori ad accesso casuale : Permettono di accedere ad un qualunque elemento del contenitore 19-23 febbraio 2014 105

Contenitori Un contenitore è un oggetto capace di immagazzinare altri oggetti e che possiede metodi per accedere ai suoi elementi. Ogni contenitore ha un iteratore associato che permette di muoversi tra gli elementi contenuti Una sequenza è un contenitore di lunghezza variabile i cui elementi sono organizzati linearmente. E’ possibile aggiungere e rimuovere elementi Un contenitore associativo è una sequenza che permette un efficiente accesso ai suoi elementi basato su una chiave. 19-23 febbraio 2014 106

Sequenze vector Tempo costante di inserimento e cancellazione di elementi all’inizio e alla fine del vettore. Tempo lineare con il numero di elementi per inserimento e cancellazione di elementi all’interno del vettore Iteratore ad accesso casuale list Tempo costante di inserimento e cancellazione di elementi in ogni punto della lista Iteratore bidirezionale 19-23 febbraio 2014 107

vector Le locazioni di memoria sono contigue Accesso casuale, veloce l’accesso agli elementi, lenti inserimento ed estrazione 19-23 febbraio 2014 108 12... 9begin() end() end() p pp p p 0 push_back() p ++

list Simile allo stack, ma consente di muoversi in due direzioni Le locazioni di memoria non sono contigue Lenta la ricerca, veloci inserimento ed estrazione 19-23 febbraio 2014 109 val nodo next prev... list top val nodo next prev val nodo next prev bottom

Contenitori associativi Sono contenitore di coppie ( key, value ) e possiedono un iteratore bidirezionale map Viene richiesto l’operatore < per la chiave Gli elementi sono ordinati secondo la chiave 19-23 febbraio 2014 110

Algoritmi Gli algoritmi sono delle funzioni globali capaci di agire su contenitori differenti Sono incluse operazioni di ordinamento (sort, merge, min, max...), di ricerca (find, count, equal...), di trasformazione (transform, replace, fill, rotate, shuffle...), e generiche operazioni numeriche (accumulate, adjacent difference...). 19-23 febbraio 2014 111 find count copy fill sort min, max

Esempio uso sequenze 19-23 febbraio 2014 112 #include int main() { container; int val; for (int i=0; i<10; i++) { val = (int)((float)rand()/RAND_MAX*10); container.push_back(val); } ::iterator it1; for ( it1=container.begin(); it1!=container.end(); it1++) cout << "vector : " << *it1 << endl; return 0; } vector list

Esempio uso contenitori associativi 19-23 febbraio 2014 113 #include int main() { map amap; amap["Primo”]=1; amap[“Secondo”]=2; cout << "Size : " << amap.size() << endl; amap["Terzo"]=3; amap["Quarto"]=4; cout << "Size : " << amap.size() << endl; map ::iterator it; for ( it=amap.begin(); it!=amap.end(); it++) cout first second << endl; cout second << endl; return 0; } #include int main() { map amap; amap["Primo”]=1; amap[“Secondo”]=2; cout << "Size : " << amap.size() << endl; amap["Terzo"]=3; amap["Quarto"]=4; cout << "Size : " << amap.size() << endl; map ::iterator it; for ( it=amap.begin(); it!=amap.end(); it++) cout first second << endl; cout second << endl; return 0; }

Assegnazione di un metodo ad un messaggio I metodi pubblici di una classe costituiscono l’interfaccia della classe (cioè i messaggi che l’oggetto può interpretare) La funzione è assegnata al messaggio in fase di codifica (early binding) Può essere necessario assegnare la funzione al messaggio a run- time (late binding)  Polimorfismo 19-23 febbraio 2014 114

Controllo dei tipi Controllare i tipi significa verificare che ad un oggetto vengano inviati solo messaggi che è in grado di comprendere: controllo del nome del metodo controllo della lista degli argomenti In C++ il controllo è fatto dal compilatore (strong typing) In altri linguaggi (ad esempio SmallTalk) è fatto a run-time (weak typing) 19-23 febbraio 2014 115

Typing & Binding 19-23 febbraio 2014 116 Typing Definizione dei messaggi e degli argomenti Binding Assegnazione di un metodo ad un messaggio Strong Consistenza dei tipi verificata dal compilatore Weak Consistenza dei tipi verificata a run-time Early In fase di programmazione INFLESSIBILE Late A run-time POLIMORFISMO

Esempio: i soldati Tutti i soldati devono capire il messaggio attacca. Il messaggio ha conseguenze diverse a seconda del tipo di soldato: un arcere lancia una freccia un fante usa la spada un cavaliere lancia una lancia Il gestore della schermata vuole tenere una lista di soldati e vuole poter dire ad ogni soldato di attaccare indipendentemente dal tipo ma basandosi solo sulla posizione. 19-23 febbraio 2014 117

list lista; riempiLista(lista); Posizione unaPosizione=...; list ::iterator iter; for(iter=lista.begin();iter!=lista.end();iter++){ Soldato unSoldato=(*iter); if(unSoldato.posizione()==unaPosizione) unSoldato.attacca(); } class Soldato { void attacca() { // cosa scrivo qui?!? Per quale tipo di // soldato implemento il metodo attacca()? } }; list lista; riempiLista(lista); Posizione unaPosizione=...; list ::iterator iter; for(iter=lista.begin();iter!=lista.end();iter++){ Soldato unSoldato=(*iter); if(unSoldato.posizione()==unaPosizione) unSoldato.attacca(); } class Soldato { void attacca() { // cosa scrivo qui?!? Per quale tipo di // soldato implemento il metodo attacca()? } }; 19-23 febbraio 2014 118

Polimorfismo Polimorfismo con tipi controllati dal compilatore (Strong typing & late binding). Come? In C++ viene implementato tramite il concetto di ereditarietà (inheritance) Classe astratta: definisce i messaggi Classe concreta: assegna i metodi ai messaggi La classe concreta eredita da quella astratta 19-23 febbraio 2014 119

Ereditarietà Una classe può essere derivata da una classe esistente usando la sintassi: public, protected e private specificano il tipo di accesso ai membri della classe Se la classe base non ha un costruttore di default: La classe derivata deve implementarlo Se la classe base ha un costruttore di default: il costruttore della classe derivata deve esplicitamente invocarlo nella sua lista di inizializzatione Il costruttore della classe base può così essere eseguito prima che il costruttore della classe derivata sia eseguito 19-23 febbraio 2014 120 class newclass: (public|protected|private) oldclass { dichiarazioni... };

Ereditarietà (2) Una classe derivata pubblicamente è a tutti gli effetti un sottotipo della classe base. Un oggetto della classe derivata può essere trattato come se fosse un oggetto della classe base Un puntatore alla classe base può puntare ad oggetti della classe derivata Un riferimento alla classe derivata può, se la cosa ha un senso, essere implicitamente convertito ad un riferimento alla classe base E` possibile dichiarare un riferimento alla classe base ed inizializzarlo ad un oggetto della classe derivata 19-23 febbraio 2014 121

Ereditarietà (3) La definizione dell’interfaccia (metodi pubblici) della classe base è estremamente importante perchè determina il comportamento delle classi derivate Un metodo della classe base può essere: dichiarato e definito normalmente la classe derivata eredita questo metodo e NON può ridefinirlo dichiarato virtual e definito normalmente la classe derivata eredita questo metodo e può ridefinirlo dichiarato virtual e non definito (=0) la classe derivata eredita il metodo e DEVE ridefinirlo 19-23 febbraio 2014 122

Classi base astratte Una funzione puramente virtuale è un metodo virtuale non definito. E` dichiarato come: Una classe che ha almeno un metodo puramente virtuale è chiamata classe astratta Oggetti di una classe astratta non possono esistere Puntatori ad una classe base astratta possono essere definiti ed usati polimorficamente (per puntare ad oggetti delle classi derivate) Una classe base astratta viene introdotta per specificare l’interfaccia di una categoria di classi 19-23 febbraio 2014 123 virtual func_prototype = 0;

class Soldato { virtual void attacca()=0; }; class Arcere : public Soldato { virtual void attacca() { // lancia una freccia } }; class Fante : public Soldato { virtual void attacca() { // usa la spada } };... class Soldato { virtual void attacca()=0; }; class Arcere : public Soldato { virtual void attacca() { // lancia una freccia } }; class Fante : public Soldato { virtual void attacca() { // usa la spada } };... 19-23 febbraio 2014 124

Erediarietà multipla L’ereditarietà multipla permette di derivare una classe da due o più classi base. La sintassi viene estesa per permettere una lista di classi base L’ ereditarietà multipla viene spesso utilizzata per combinare un’interfaccia ed una implementazione, ma è molte volte sintomo di un cattivo disegno 19-23 febbraio 2014 125 class A {.. }; class B {.. }; class AplusB: public A, private B {.. };

dynamic_cast dynamic_cast opera una conversione, se è possibile, fra due tipi. Il puntatore ritornato NON è nullo soltanto se il tipo dell’oggetto su cui si opera è quello che ci si aspetta 19-23 febbraio 2014 126 class Base {....// base implementation }; class Derived: public Base {.. void new_method() ; // non e’ definito in Base! }; void func(Base *ptr) // ptr e’ un obbetto dell classe Base { ptr->new_method(); // Errore!!! Derived *p = dynamic_cast (ptr) if (p !=0) { p->new_method(); }

Ereditarietà (4) Una classe derivata estende la classe base e ne eredita tutti i metodi e gli attributi 19-23 febbraio 2014 127 class Track { public: LorentzVector momentum() { return p_; } protected: LorentzVector p_; }; class Track { public: LorentzVector momentum() { return p_; } protected: LorentzVector p_; }; Track.h #include “Track.h” class DchTrack : public Track { public: int hits() { return hits_->size(); } DchHit* hit(int n) { return hits_[n]; } protected: list hits_; }; #include “Track.h” class DchTrack : public Track { public: int hits() { return hits_->size(); } DchHit* hit(int n) { return hits_[n]; } protected: list hits_; }; DchTrack.h DchTrack è una Track che ha degli attributi in più ( hits_ ) e nuovi metodi ( DchHit* hit(int n), int hits() )

Esempio: shape 19-23 febbraio 2014 128 Tutti gli oggetti nella finestra hanno comportamenti comuni che possono essere considerati in astratto: –disegna –sposta –ingrandisc –etc...

Cerchi e quadrati 19-23 febbraio 2014 129 Quadrato Cerchio

19-23 febbraio 2014 130 Circle.h Costruttore Distruttore Nome della classe Punto e virgola! Point2d : classe che rappresenta un punto in 2 dimensioni. public: Circle(Point2d center, double radius); ~Circle(); void moveAt(const Point2d & p); void moveBy(const Point2d & p); void scale(double s); void rotate(double phi); void draw() const; void cancel() const; “Dati” privati (Attributi, membri) class Circle { }; private: Point2d center_; double radius_; Interfaccia Pubblica Metodi: operazioni sugli oggetti

Cerchio (2) 19-23 febbraio 2014 131 # include “Circle.h” void Circle::draw() const { const int numberOfPoints = 100; float x[numberOfPoints], y[numberOfPoints]; float phi = 0, deltaPhi = 2*M_PI/100; for ( int i = 0; i < numberOfPoints; ++i ) { x[i] = center_.x() + radius_ * cos( phi ); y[i] = center_.y() + radius_ * sin( phi ); phi += dphi; } polyline_draw(x, y, numberOfPoints, color_, FILL); } void Circle::moveAt( const Point2d& p ) { cancel(); center_ = p; draw(); } void Circle::scale( double s ) { cancel(); radius_ *= s; draw(); } Circle::Circle( Point2d c, double r ) : center_( c ), radius_( r ) { draw(); } Circle::~Circle() { cancel(); } Circle.cc #include “Circle.h” int main() { Circle c( Point2d(10, 10), 5 ); c.draw(); c.moveAt(Point2d(20, 30)); return 0; } Main.cc

Quadrato 19-23 febbraio 2014 132 class Square { public: Square(const Point2d&, const Point2d&, Color color = TRASPARENT); ~Square(); void moveAt( const Point2d& p ); void moveBy( const Point2d& p ); void changeColor( Color color ); void scale( double s ); void rotate( double phi ); void draw() const; void cancel() const; private: Point2d center_; Vector2d centerToUpperCorner_; Color color_; }; Square.h #include “Square.h” void Square::draw() const { float x[4], y[4]; Vector2d delta( centerToUpperCorner_ ); for ( int i = 0; i < 4; i++ ) { Point2d corner = center_ + delta; x[i] = corner.x(); y[i] = corner.y(); delta.rotate( M_PI_2 ); } polyline_draw(x, y, 4, color_, FILL); } void Square::rotate( double phi ) { cancel(); centerToUpperCorner_.rotate( phi ); draw(); } Square::Square(const Point2d& lowerCorner, const Point2d& upperCorner, Color color) : center_( median(lowerCorner, upperCorner) ), centerToUpperCorner_( upperCorner - center_ ), color_( color ) { draw(); } void Square::scale( double s ) { cancel(); centerToUpperCorner_ *= s; draw(); } Square.cc upperCorner loweCorner centerToUpperCorner _

Codice Applicativo (Client) 19-23 febbraio 2014 133 #include “Circle.h” #include “Square.h” int main() { Circle c1( Point2d(2.,3.), 4.23 ); Square r1( Point2d(2.,1.), Point2d(4.,3.) ); Circle * circles[ 10 ]; for ( int i = 0; i < 10; ++i ) { circles[ i ] = new Circle( Point2d(i,i), 2. ); } for ( int i = 0; i < 10; ++i ) circles[ i ]->draw(); return 0; } Main.cc Come gestire cerchi e quadrati insieme? Costruisce un vettore di puntatori a cerchi, crea oggetti in memoria e salva i loro puntatori nel vettore. Itera sul vettore e invoca draw() per ogni elemento

Polimorfismo 19-23 febbraio 2014 134 Tutte le Shapes hanno la stessa interfaccia: draw, pick, move, fillColor..., ma ogni sottotipo diverso può avere la usa personale implementazione

Interfaccia astratta 19-23 febbraio 2014 135 class Shape { public: Shape() { } virtual ~Shape() { } virtual void moveAt(const Point2d& where) = 0; virtual void changeColor(Color newColor) = 0; virtual void scale(double s) = 0; virtual void rotate(double phi) = 0; virtual void draw() const = 0; virtual void cancel() const = 0; }; Shape.h Interfaccia di metodi puramente virtuali #include “Shape.h” class Square : public Shape { // …. Il resto tutto uguale a prima }; Square.h #include “Circle.h” #include “Square.h” int main() { Shape * shapes[ 20 ]; int index = 0; for ( int i = 0; i < 10; i++ ) { Shape * s; s = new Circle( Point2d(i, i), 2.) ); shapes[ index ++ ] = s; s = new Square( Point2d(i, i), Point2d(i+1, i+2)) ); shapes[ index ++ ] = s; } for ( int i = 0; i < 20; i++ ) shapes[ i ]->draw(); return 0; } Main.cc

Ereditarietà e riuso del codice 19-23 febbraio 2014 136 Class CenteredShape: public Shape { public: CenteredShape(Point2d c, Color color = TRASPARENT) : center_(c), color_(color) { /*draw();*/ } ~Circle() { /*cancel();*/ } void moveAt( const Point2d& ); void moveBy( const Vector2d& ); void changeColor( Color ); virtual void scale( double ) = 0; virtual void rotate( double ) = 0; virtual void draw() const = 0; virtual void cancel() const = 0; protected: Point2d center_; Color color_; }; CenteredShape.h Non si possono chiamare metodi virtuali in costruttori e distruttori (troppo presto, troppo tardi) #include “CenteredShape.hh” class Square : public CenteredShape { public: Square( Point2d lowerCorner, Point2d upperCorner, Color col = TRASPARENT) : CenteredShape( median(lowerCorner, upperCorner), col), touc_(upperCorner - center_) { draw(); } ~Square() { cancel(); } virtual void scale( double s ) { cancel(); centerToUpperCorner_ *= s; draw(); } virtual void rotate( double phi ); virtual void draw() const; virtual void cancel() const; private: Vector2d touc_; }; Square.h

Attenzione alle generalizzazioni... Attenzione: scegliere le relazioni di ereditarietà può essere non banale. Un quadrato è un rettangolo? 19-23 febbraio 2014 137 class Rectangle { public: Rectangle(double x0, double y0, double lx, double ly) : lx_(lx), ly_(ly), x0_(x0), y0_(y0) { } void scaleX(double s); void scaleY(double s); protected: double x0_, y0_; double lx_, ly_; }; Rectangle.h class Square : public Rectangle { public: Square(double x0, double y0, double l) : Rectangle(x0, y0, l, l) { } }; Square.h Avere lx_ e ly_ è ridondante per Square Cosa succede se si invoca scaleX o scaleY ? Avere lx_ e ly_ è ridondante per Square Cosa succede se si invoca scaleX o scaleY ?

Ereditarietà multipla Una classe può ereditare da più classi 19-23 febbraio 2014 138 class DrawableObj { public: virtual void draw() = 0; }; DrawableObj.h class Shape { public: virtual void scale(double s) = 0; virtual void moveAt( Vector2d& ) = 0; }; Shape.h class DrawableShape : public DrawableObj, public Shape { public: virtual void draw(); virtual void scale(double s); virtual void moveAt( Vector2d& ); }; DrawableShape.h

Strategie di sviluppo di un progetto Requisiti: cosa l’utente vuole Analisi: la visione dell’informatico dei requisiti Disegno: l’aspetto del sistema software Produzione: codifica Testing: debugging e verifica dei requisiti Mantenimento: installazione del prodotto e controllo del funzionamento per il resto della sua vita 19-23 febbraio 2014 139

Modello a cascata 19-23 febbraio 2014 140 Analisi Disegno Produzione Testing Requisiti

Modello evoluzionario 19-23 febbraio 2014 141 Requisiti Analisi Disegno Produzione Testing

Confronto fra i modelli di sviluppo A cascata Processo lineare (si torna al passo precedente solo in caso di problemi) Confinamento delle attività in ogni fase Facile da gestire (gestione delle scadenze) Difficile da modificare Prodotto utilizzabile solo alla fine del processo Evoluzionario Processo ciclico (brevi processi completi) Attività distribuite su più fasi Difficile da gestire Facile da modificare e integrare Prototipo utilizzabile fin dal primo ciclo 19-23 febbraio 2014 142

Requisiti Definizione delle richieste da parte dell’utente del programma (o di una sua parte) sul sistema Si parla di programmazione per contratto perchè l’utente richiede solamente la definizione del servizio richiesto NON la metodologia seguita per fornirglielo è possibile delegare parte del lavoro richiesto ad altri il sistema è indipendente da chi è il suo utente INCAPSULAMENTO! 19-23 febbraio 2014 143

Analisi Comprensione e razionalizzazione delle richieste dell’utente Costruzione di un modello astrazione (semplificazione delle relazioni) rilevanza (identificazione degli oggetti chiave) Da non trascurare: analisi delle soluzioni esistenti. Può far risparmiare molto tempo!!! 19-23 febbraio 2014 144

Disegno 19-23 febbraio 2014 145 Definizione delle interfacce Definizione di oggetti e classi Definizione degli stati e dell’implementazione Definizione delle relazioni

Disegno (2) Dopo ogni ciclo bisogna analizzare i rischi, la stabilità del disegno e la complessità delle classi Se una classe è troppo complessa conviene dividerla Ad ogni ciclo il numero di modifiche deve diminuire Architetture troppo complesse devono essere modularizzate 19-23 febbraio 2014 146

Codifica C’è poco da dire… Non sopravvalutate questa fase: 19-23 febbraio 2014 147

Testing Debugging: è ovvio… il codice non deve dare errori. Use cases: specificano il comportamento del sistema in una regione. Scenarios: sono esempi concreti di use cases. Per definizione se tutti gli scenari sono soddisfatti correttamente il test è positivo. 19-23 febbraio 2014 148

Metodi di sviluppo del software Un metodo comprende: Una notazione mezzo comune per esprimere strategie e decisioni Un processo specifica come deve avvenire lo sviluppo 19-23 febbraio 2014 149

Metodi Object Oriented Booch Method by Grady Booch OMT by Jim Rumbaugh Objectory (Use Cases) by Ivar Jacobson CRC by R.Wirfs-Brock Di recente introduzione: UML uno standard OMG (Object Management Group), dal novembre 1997 19-23 febbraio 2014 150 Grady Booch Jim Rumbaugh Ivar Jacobson

UML per l’analisi e il disegno Class Diagrams: aspetto statico del sistema. Classi con attributi e metodi e relazioni tra di esse. Sequence e collaboration digrams: comportamento dinamico del sistema. Sequenza dei messaggi scambiati fra gli oggetti. Use case diagrams: illustra gli use cases, le relazioni fra di essi e gli attori che vi partecipano. State diagrams: descrive gli stati in cui ogni oggetto si può trovare e le modalità con cui passa da uno stato all’altro 19-23 febbraio 2014 151

Concetti delle classi rivisitati Relazioni tra oggetti Decomposizione funzionale all’interno di una classe responsabilità dei metodi Decomposizione funzionale tra più classi responsabilità delle classi 19-23 febbraio 2014 152

Rappresentazione delle classi 19-23 febbraio 2014 153 Nome + metodo(arg) # metodo(arg) - metodo(arg) - dato operatori attibuti pubblico protetto privato

Rappresentazione di una classe C++ in UML 19-23 febbraio 2014 154 class Nome { private: Tipo1 variabile1; Tipo2 variabile2; Tipo3 variabile3; public: Nome(); ~Nome(); Tipo4 funzione1 ( arg ); protected: Tipo5 funzione2 ( arg ); private: Tipo6 funzione3 ( arg ); }; Nome.h Nome - variabile1:Tipo1 - variabile2:Tipo2 - variabile3:Tipo3 + funzione1(arg):Tipo4 # funzione2(arg):Tipo5 - funzione3(arg):Tipo6

Attributi e metodi 19-23 febbraio 2014 155 Publico ( + ) Privato ( - ) Protetto ( # ) Notazione di Rational Rose

Principali relazioni fra classi associazione aggregazione by reference (il composito non vive senza il componente) aggregazione by value (aggregazione fisica: esistenza contemporanea) dipendenza generalizzazione (inheritance) 19-23 febbraio 2014 156

Aggregazione (contenimento) 19-23 febbraio 2014 157 By reference (condivisa) un autista guida più automobili By value (possesso) una automobile possiede il suo motore

Cardinalità e direzionalità 19-23 febbraio 2014 158 Il punto non conosce i poligoni Il poligono è costituito da punti Non navigabile

Dipendenza 19-23 febbraio 2014 159 Non c’è nessuna associazione C’è comunque relazione di uso Il CD non conosce il CDPlayer Il CDPlayer usa il CD: se cambia il formato del CD il CDPlayer deve essere modificato

Generalizzazione (ereditarietà) 19-23 febbraio 2014 160 Ereditarietà virtuale!

Class Diagram di “Shape” 19-23 febbraio 2014 161

Class Diagram 19-23 febbraio 2014 162

Class Diagram 19-23 febbraio 2014 163

Object Sequence Diagram 19-23 febbraio 2014 164

Object Collaboration Diagram 19-23 febbraio 2014 165

CRC Classi, Responsabilità, Collaborazioni 19-23 febbraio 2014 166 C D E F B A xyxy zszs f q p w

Assegnare Responsabilità Identificare i protagonisti Analizzare il ruolo dei vari oggetti Concentrarsi sul comportamento non la rappresentazione Cercare Oggetti con proprietà comuni: appartiene a classi diverse, o sono solo oggetti diversi? Definire le interfacce (le operazioni che soddisfano le responsabilità) Una corretta assegnazione delle responsabilità è la chiave di una buona modularità e riuso 19-23 febbraio 2014 167

Collaborazione tra classi Le responsabilità vanno suddivise tra i vari oggetti del sistema non deve esistere un controllo centralizzato Un oggetto deve compiere le proprie responsabilità e delegare ad altri operazioni specifiche Legge di Demeter: non usate oggetti lontani: Invece di: traiettoria.listapunti().aggiungi(Punto); usare: traiettoria.aggiungiPunto(Punto); 19-23 febbraio 2014 168

Identificare Relazioni Cercare collaborazioni Cercare aggregazioni Cercare generalizazioni Come un client conosce il suo service provider? 19-23 febbraio 2014 169

Relazioni Logiche Generalizazione: Is-a Aggregazione: Has Dipendenza: Knows Implementazione Inheritance Template instantiation Composizione by value Composizione by reference 19-23 febbraio 2014 170 {

Avere o essere? Uno dei punti critici è distinguere se il rapporto fra due oggetti è del tipo avere o essere: Un LorentzVector è un Vector o ha un Vector? Una Traccia è un vector o ha un vector ? Un Rivelatore è una Superficie o ha una superficie? Per risolvere il problema bisogna guardare a cosa fanno! 19-23 febbraio 2014 171

Principio di Liskov Gli oggetti figli possono essere usati ovunque l’oggetto genitore è richiesto usare l’inheritance quando è richiesto il polimorfismo Non cambiare il comportamento della base class 19-23 febbraio 2014 172

Composizione by value o by refrence In C++ la scelta fra aggregazione by value o by refrence può seguire questo schema: Tipi semplici (int, float, …): by value Parte dello stato dell’oggetto: by value Oggetti condivisi: by reference Assegnati a run time: by reference Oggetti condivisi by reference: attenzione a chi ha la responsabilità di crearli e cancellarli! (1 new  1 delete!) 19-23 febbraio 2014 173

Approccio Outside-in Il corretto approccio è quello di guardare il sistema dall’esterno. Identificare prima di tutto gli oggetti che interagiscono con l’utente esterno e i messaggi a cui devono saper rispondere (think client!) In seguito identificare gli oggetti che forniscono servizi a questi ultimi e così via Gli algoritmi vengono per ultimi!!! 19-23 febbraio 2014 174

CRC Workshop Metodo per la definizione si una architettura bilanciata Ogni partecipante svolge il ruolo di una classe. Individuazione delle classi Contrattazione delle responsabilità Definizione delle collaborazioni Difesa dal tentativo di assegnazione di responsabilità contrarie alla natura della classe 19-23 febbraio 2014 175

Regole per il CRC workshop Tentate di rifuutare le responsabilità Dovrei? (Non sono io che lo devo fare!) Potrei? (Non ho i mezzi, o lo stato per farlo!) Cercate di fare poco lavoro Se avete dovuto accettare una responsabilità cercate di far fare il lavoro a qualcun’altro Potenziate i collaboratori, non interferite 19-23 febbraio 2014 176

Design Patterns Sono elementi di software OO riutilizzabile Piccoli insiemi di classi che collaborano implementando dei comportamenti tipici Creational patterns Structural patterns Behavioral patterns I principali sono raccolti in un libro: E. Gamma et al., Design Patterns 19-23 febbraio 2014 177

Factory 19-23 febbraio 2014 178 I client possono richiedere la creazione di un prodotto senza dipendervi La Factory dipende dai prodotti concreti, mentre i client dipendono solo da quelli astratti

Proxy 19-23 febbraio 2014 179 Una richiesta da un client a un server, può essere mediata dal Proxy, che può compiere anche altre operazioni (I/O, caching, etc.)

Composite 19-23 febbraio 2014 180 Il client può trattare componenti e compositi usando la stessa interfaccia. La composizione può essere ricursiva. Esempio: programmi di grafica

Gruppo di Shapes 19-23 febbraio 2014 181 Circle, Square,... draw( ) Shape draw( ) GroupofShapes draw( ) 1..* Client _components Il gruppo di shapes è il Composite La shape è il Component Le shapes concrete (Circle, Square, ecc...) sono le Leaf

Codice del modello composite 19-23 febbraio 2014 182 #include “Shape.h” class Circle: public Shape { public: Circle(Point2D c, double r): Shape(), center_(c), radius_(r) {} void draw() const { ; // draw circle } // altri metodi definiti per Circle private: double radius_; Point2D center_; }; Circle.h class Shape { public: Shape() {} virtual void draw() const = 0; // altri metodi virtuali ( = 0 ) }; Shape.h

Codice del modello composite 19-23 febbraio 2014 183 #include “Shape.h” class GroupofShapes : public Shape { public: typedef vector Container; typedef Container::const_iterator Iterator; GroupofShapes(){} void draw() const { Iterator p=components.begin(); Iterator pe=components.end(); while (p!=pe) { (*p)->draw(); p++; } return; } // gli altri metodi sono definiti operando // sui componenti protected: Container components; }; GroupofShapes.h

Strategy 19-23 febbraio 2014 184 Il pattern Strategy permette di scegliere l’algoritmo da eseguire a run- time. Nuovi algoritmi possono essere introdotti senza modificare il codice utente.

Observer 19-23 febbraio 2014 185 Lo stato dell’ Observer dipende dallo stato del Subject. Il Subject notifica a tutti gli Observer registrati che il suo stato è cambiato.

Appendice: strighe C-style Le variabili carattere sono gestite come array di char (un char contiene un solo carattere) accesso agli elementi tramite la sintassi degli array carattere nullo usato come terminatore ( ‘\0’ ) Funzoni di libreria per la gestione dei char* : #include per utilizzarle int strlen(const char*); lunghezza della stringa int strcmp(const char*, const char*); confronto di due stringhe char* strcpy(char*, const char*); copia la seconda stringa nella prima 19-23 febbraio 2014 186

Appendice: la classe string Per semplificare la gestione delle stringhe è stata creata la classe string #include per usarla Definiti gli operatori standard: = per l’assegnazione + e += per la concatenazione == e tutti gli altri operatori relazionali per il confronto [] per l’accesso agli elementi Disponibile sintassi simile a quella dei contenitori STL: iteratori: string::iterator e string::const_iterator funzioni begin(), end(), size(), ecc... Interoperabilità con char* : char* c=“Pippo”; string s=c; char* c1 = s.c_str(); s += c; 19-23 febbraio 2014 187

Confronto stringhe C-style e string #include int main(){ int err=0;int big=1000000; char* c1=“LLLong string”; for(int i=0;i<big;i++){ int len=strlen(c1); char* c2=new char[len+1]; strcp(c2,c1); if(strcmp(c2,c1))err++; delete[] c2; } cout<<err<<“errori”<<endl; return 0; } #include int main(){ int err=0;int big=1000000; string s1=“LLLong string”; for(int i=0;i<big;i++){ // int len=s1.size(); string s2=s1; if(s2!=s1)err++; } cout<<err<<“errori”<<endl; return 0; } // 2 volte piu’ veloce!!! 19-23 febbraio 2014 188

Appendice:operazioni di I/O Si utilizza la libreria iostream Gli operatori di stream >> e << dirigono il flusso da/per le unità desiderate: cout : standard output. Si sono già visti molti esempi cerr : standard error. Si usa come cout cin : standard input (normalmente la tastiera) 19-23 febbraio 2014 189 include int main(){ string nome; cout << “Come ti chiami?” << endl; cin >> nome; // Notare la direzione!!! if(nome.empty()) cerr << “Stringa nulla!” << endl; else cout << “Ciao “ << nome << “!” << endl; return 0; }

Overloading degli operatori di I/O Gli operatori > possono essere ridefiniti per consentire operazioni del tipo: Vector2D v(1,2); cout << “Il vettore v vale “ << v << endl; Si utilizza una funzione friend : class Vector2D { friend ostream& operator <<(ostream& os, const Vector2D v); [...] } ostream& operator <<(ostream& os, const Vector2D v){ os << “(“ << v.x() << “,” << v.y() << “)”;} Si ottiene: Il vettore v vale (1,2) 19-23 febbraio 2014 190

Appendice: I/O con files E’ possibile definire altre unità di I/O Si utilizza la libreria fstream (include iostream ) I files di input sono dichiarati ifstream I files di output sono dichiarati ofstream I files di input/output sono dichiarati fstream Costruttore con argomento const char* (nome file) 19-23 febbraio 2014 191 #include int main(){ ifstream fin(“file1.dat”); // deve esistere! if(!fin){ cerr << “file1.dat non esiste” << endl; return -1; } ofstream fout(“file2.dat”); // se esiste viene sovrascritto int i=0; string parola; while (inf >> parola) fout << “La “ << ++i << “-esima parola e\’ “ << parola << endl; fin.close(); fout.close(); return 0; }

Appendice: I/O in memoria E’ possibile definire unità di I/O in memoria (non legate a files) Si utilizza la libreria sstream (include iostream ) Le unità di input sono dichiarati istringstream Le unità di output sono dichiarati ostringstream Le unità di input/output sono dichiarati stringstream I costruttori non hanno argomento Il metodo str() applicato ad un oggetto di questo tipo ritorna la stringa ( string ) contenuta nell’unità: ostringstream messaggio; messaggio << “Ciao!” << endl; string s=messaggio.str(); 19-23 febbraio 2014 192

Appendice: Manipolatori di I/O Modificano il comportamento di una stream. 19-23 febbraio 2014 193 boolalpha : true e false rappresentati come stringhe noboolalpha : true e false rappresentati come 1 e 0 (default) showbase : interi stampati col prefisso che indica la base noshowbase : interi stampati senza il prefisso (default) showpoint : floating point stampati sempre col punto decimale noshowpoint : stampa i floating point come interi se non frazionari (default) showpos : stampa + per numeri positivi noshowpos : non stampa + per i numeri positivi (default) skipws: salta gli spazi bianchi in input (default) noskipws : non salta gli spazi bianchi in input uppercase : stampa 0X in esadecimale, E in scientifica lowercase : stampa 0x oppure e (default) dec : interi in base 10 (default) hex : interi in base 16 oct: interi in base 8

Appendice: Manipolatori di I/O (2) I seguenti manipolatori richiedono: #include 19-23 febbraio 2014 194 left : aggiunge caratteri di riempimento alla destra del val. right : aggiunge caratteri di riempimento alla sinistra internal : aggiunge caratteri fra segno e valore fixed : floating point in notazione decimale (default) scientific : floating point in notazione scientifica flush : svuota il buffer ends : aggiunge il carattere nullo ( \0 ) e svuota il buffer endl : aggiunge un “newline” e svuota il buffer ws : “mangia” gli spazi bianchi setfill(ch) : definisce il carattere di riempimento setprecision(n) : definisce la precisione per i floating point setw(n) : scrive o legge in n caratteri setbase(b) : interi in base b

Esempio di I/O con manipolatori Non tutti i compilatori supportano tutti i manipolatori!!! 19-23 febbraio 2014 195 #include int main() { cout << "inserisci un numero: "; double num=0; while(cin >> num) { int pi = (int)(num); cout << setfill('0') << setprecision(5); cout << "Il numero inserito e\' " << num << endl; cout << "La parte intera e\' " << pi << "(" << hex << setw(6) << pi << " esadecimale)" << dec << endl; cout << "La parte frazionaria e\' " << num-pi << endl; cout << "inserisci un numero: "; } return 0; } inserisci un numero: 12345.678 Il numero inserito e' 12346 La parte intera e' 12345(003039 esadecimale) La parte frazionaria e' 0.678 inserisci un numero:

Per saperne di più sugli elementi di base del linguaggio C++ **** Lippman, Lajoye, The C++ Primer, 3rd Edition - Addison Wesley *** Pohl, Object-Oriented Programming Using C++, 2nd Edition - Addison Wesley *** Stroustrup, The C++ Programming Language, 3rd Edition - Addison Wesley su trucchi e tranelli in C++ **** Myers, Effective C++, Addison Wesley **** Myers, More Effective C++, Addison Wesley *** Coplien, Advanced C++, Addison Wesley su STL **** Glass, Schuchert, The STL, Prentice Hall *** Ammeraal, Wiley, STL for C++ Programmers - ** Musser, Saini, STL Tutorial and Reference Guide, Addison Wesley 19-23 febbraio 2014 196

Per saperne di più (2) su OO A&D *** Booch, Object-Oriented Analysis and Design with Applications, Benjamin/Cummings *** Booch, Object Solutions, Addison Wesley su UML **** Fowler, Scott, UML Distilled, Addison Wesley *** Booch, Rumbaugh, Jacobson, The Unified Modeling Language User Guide, Addison Wesley sui Design Patterns *** Gamma, Helm, Johnson, Vlissides, Design Patterns, Addison Wesley 19-23 febbraio 2014 197

Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti.

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti."— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back

Entrare

Autorizzarsi attraverso i social network:

Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti.

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti."— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back