Опубликован: 17.10.2005 | Доступ: свободный | Студентов: 7822 / 277 | Оценка: 4.38 / 4.10 | Длительность: 41:14:00
ISBN: 978-5-7502-0255-3
Специальности: Программист
Лекция 7:

Статические структуры: классы

Простой класс

Что представляет собой класс можно выяснить, изучая простой, но типичный пример, который демонстрирует фундаментальные свойства, применимые практически ко всем классам.

Компоненты

Пример использует представление точки в двумерной графической системе:

Точка и ее координаты

Рис. 7.1. Точка и ее координаты

Для определения типа POINT как абстрактного типа данных потребуется четыре функции-запроса: x, y, \rho, \theta. (В текстах подпрограмм для двух последних функций будут использоваться имена rho и theta ). Функция x возвращает абсциссу точки (горизонтальную координату), y - ординату (вертикальную координату), \rho - расстояние от начала координат, \theta - полярный угол, отсчитываемый от горизонтальной оси. Значения x и y являются декартовыми, а \rho и \theta - полярными координатами точки. Другой полезной функцией является distance, возвращающая расстояние между двумя точками.

Далее спецификация АТД будет содержать такие команды, как translate (перемещение точки на заданное расстояние по горизонтали и вертикали), rotate (поворот на определенный угол вокруг начала координат) и scale (уменьшение или увеличение расстояния до начала координат в заданное число раз).

Нетрудно написать полную спецификацию АТД, включающую указанные функции и некоторые ассоциированные аксиомы. Далее в качестве примера приведены две из перечисленных функций:

x: POINT -> REAL
translate: POINT x  REAL x  REAL -> POINT

и одна из аксиом:

x (translate (p1, a, b)) = x (p1) + a

утверждающая, что для произвольной точки p1 и действительных значений a и b при трансляции точки на <a, b> абсцисса увеличивается на a.

Читатель, если пожелает, может самостоятельно завершить спецификацию АТД. В дальнейшей дискуссии подразумевается, что вы понимаете, как устроен данный АТД, вне зависимости от того, написали ли вы его полную формализацию или нет. Сосредоточим внимание на реализации АТД - классе.

Атрибуты и подпрограммы

Любой абстрактный тип данных и POINT в частности характеризуется набором функций, описывающих операции применимые к экземплярам АТД. В классе, реализующем АТД, функции становятся компонентами (features) - операциями, применимыми к экземплярам класса.

В "Абстрактные типы данных (АТД)" было показано, что в АТД существуют функции трех видов: запросы (queries), команды (commands) и конструкторы (creators). Для компонентов классов необходима дополнительная классификация, основанная на том, каким образом реализован данный компонент - в пространстве или во времени (by space or by time). (См. "Категории функций", "Абстрактные типы данных (АТД)" )

Пример координат точки отчетливо демонстрирует эту разницу. Для точек доступны два общепринятых представления - в декартовых или полярных координатах. Если для представления выбрана декартова система координат, то каждый экземпляр класса содержит два поля представляющих координаты x и y соответствующей точки:

Представление точки в декартовых координатах

Рис. 7.2. Представление точки в декартовых координатах

Если p1 является такой точкой, то получение значений x и y сведется просто к просмотру соответствующих полей данной структуры. Однако определение значений \rho и \theta требует вычисления выражения \surd (x^{2} + y^{2}) для \rho и arctg (y/x) для \theta (при условии ненулевого x ).

Использование полярной системы координат (рис. 7.3) приводит к противоположной ситуации. Теперь \rho и \theta доступны просто как значения полей, а определение x и y возможно после простых вычислений ( \rho  \cos \theta, \rho  \sin \theta, соответственно).

Представление точки в полярных координатах

Рис. 7.3. Представление точки в полярных координатах

Приведенный пример указывает на необходимость рассмотрения компонентов двух видов:

  • Некоторые компоненты представлены в пространстве и, можно сказать, ассоциируются с некоторой частью информации каждого экземпляра класса. Они называются атрибутами (attributes). Для точки, представленной в декартовых координатах, атрибутами являются x и y, а в полярных координатах в роли атрибутов выступают rho и theta.
  • Другие компоненты представлены во времени, и для доступа к ним требуется описать некоторые вычисления (алгоритмы), применимые далее ко всем экземплярам данного класса. В дальнейшем они называются подпрограммами или методами класса ( routines ). В декартовом представлении точек - rho и theta это подпрограммы, а x и y выступают в качестве подпрограмм при использования полярных координат.

Вторая категория - подпрограммы - нуждается в дальнейшей дополнительной классификации. Часть подпрограмм возвращает результат, и их называют функциями (functions). В приведенном примере функциями являются x и y в представлении в полярных координатах, в то время как rho и theta - функции в декартовых координатах, все они возврвщают результат типа REAL. Подпрограммы, не возвращающие результат, соответствуют командам в спецификации АТД и называются процедурами (procedures). Например, класс POINT содержит процедуры translate, rotate и scale.

Не следует путать понятие "функция", обозначающее в классах программу, возвращающую результат, с использованным ранее толкованием функции как математического описания операций АТД. Эта досадная путаница понятий обусловлена устоявшейся терминологией в математике и программировании.

На рис. 7.4 дана рассмотренная выше классификация, представленная в виде дерева:

Классификация компонентов класса по их роли

Рис. 7.4. Классификация компонентов класса по их роли

Эта классификация является внешней, основанной на том, каким образом данный компонент выглядит для использующего его клиента.

Можно предложить другую, внутреннюю классификацию, использующую в качестве основного критерия способ реализации компонента в классе:

Классификация компонентов класса по способу реализации

Рис. 7.5. Классификация компонентов класса по способу реализации
Александр Шалухо
Александр Шалухо
Анатолий Садков
Анатолий Садков

При заказе pdf документа с сертификатом будет отправлен только сертификат или что-то ещё?

Александр Качанов
Александр Качанов
Япония, Токио
Янош Орос
Янош Орос
Украина, Киев