Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Фундаментальными идеями, лежащими в основе концепции классов (class), являются абстракция данных (data abstraction) и инкапсуляция (encapsulation). Абстракция данных — программный подход, полагающийся на разделение интерфейса (interface) и реализации (implementation). Интерфейс класса состоит из операций, которые пользователь класса может выполнить с его объектом. Реализация включает переменные-члены класса, тела функций, составляющих интерфейс, а также любые функции, которые нужны для определения класса, но не предназначены для общего использования.
Инкапсуляция обеспечивает разделение интерфейса и реализации класса. Инкапсулируемый класс скрывает свою реализацию от пользователей, которые могут использовать интерфейс, но не имеют доступа к реализации класса.
Класс, использующий абстракцию данных и инкапсуляцию, называют абстрактным типом данных (abstract data type). Внутренняя реализация абстрактного типа данных заботит только его разработчика. Программисты, которые используют этот класс, не обязаны ничего знать о том, как внутренне работает этот тип. Они могут рассматривать его как абстракцию.
7.1. Определение абстрактных типов данных
Класс Sales_item, использованный в главе 1, является абстрактным типом данных. При использовании объекта класса Sales_item задействовался его интерфейс (т.е. операции, описанные в разделе 1.5.1). Мы не имели доступа к переменным-членам, хранящимся в объекте класса Sales_item. На самом деле нам даже не было известно, какие переменные-члены имеет этот класс.
Наш класс Sales_data (см. раздел 2.6.1) не был абстрактным типом данных. Он позволяет пользователям обращаться к его переменным-членам и вынуждает пользователей писать собственные операции. Чтобы сделать класс Sales_data абстрактным типом, необходимо определить операции, доступные для его пользователей. Как только класс Sales_data определит собственные операции, мы сможем инкапсулировать (т.е. скрыть) его переменные-члены.
7.1.1. Разработка класса Sales_data
В конечном счете хочется, чтобы класс Sales_data поддержал тот же набор операций, что и класс Sales_item. У класса Sales_item была одна функция-член (member function) (см. раздел 1.5.2) по имени isbn, а также поддерживались операторы +, =, +=, << и >>.
Определение собственных операторов рассматривается в главе 14, а пока определим обычные (именованные) функции для этих операций. По причинам, рассматриваемым в разделе 7.1.5, функции, осуществляющие сложение и операции ввода-вывода, не будут членами класса Sales_data. Мы определим эти функции как обычные. Функция, выполняющая составное присвоение, будет членом класса, и по причинам, рассматриваемым в разделе 7.1.5, наш класс не должен определять присвоение.
Таким образом, интерфейс класса Sales_data состоит из следующих операций.
• Функция-член isbn(), возвращающая ISBN объекта.
• Функция-член combine(), добавляющая один объект класса Sales_data к другому.
• Функция add(), суммирующая два объекта класса Sales_data.
• Функция read(), считывающая данные из потока istream в объект класса Sales_data.
• Функция print(), выводящая значение объекта класса Sales_data в поток ostream.
Ключевая концепция. Различие в ролях программистовПользователями (user) программисты обычно называют людей, использующих их приложения. Аналогично разработчик класса реализует его для пользователей класса. В данном случае пользователем является другой программист, а не конечный пользователь приложения.
Когда упоминается пользователь, имеющееся в виду лицо определяет контекст употребления термина. Если речь идет о пользовательском коде или пользователе класса Sales_data, то подразумевается программист, который использует класс. Если речь идет о пользователе приложения книжного магазина, то подразумевается менеджер склада, использующий приложение.
Говоря о пользователях, программисты С++, как правило, имеют в виду как пользователей приложения, так и пользователей класса.
В простых приложениях пользователь класса вполне может быть и его разработчиком. Но даже в таких случаях имеет смысл различать роли. Разрабатывая интерфейс класса, следует думать о том, чтобы его было проще использовать. При использовании класса не нужно думать, как именно он работает.
Авторы хороших приложений добиваются успеха потому, что понимают и реализуют потребности пользователей. Точно так же хорошие разработчики класса обращают пристальное внимание на потребности программистов, которые будут использовать их класс. У хорошо разработанного класса удобный, интуитивно понятный интерфейс, а его реализация достаточно эффективна для решения задач пользователя.
Использование пересмотренного класса Sales_dataПрежде чем думать о реализации нашего класса, обдумаем то, как можно использовать функции его интерфейса. В качестве примера использования этих функций напишем новую версию программы книжного магазина из раздела 1.6, работающую с объектами класса Sales_data, а не Sales_item:
Sales_data total; // переменная для хранения текущей суммы
if (read(cin, total)) { // прочитать первую транзакцию
Sales_data trans; // переменная для хранения данных следующей
// транзакции
while(read(cin, trans)) { // читать остальные транзакции
if (total.isbn() == trans.isbn()) // проверить isbn
total.combine(trans); // обновить текущую сумму
else {
print(cout, total) << endl; // отобразить результаты
total = trans; // обработать следующую книгу
}
}
print(cout, total) << endl; // отобразить последнюю транзакцию
} else { // ввода нет
cerr << "No data?!" << endl; // уведомить пользователя
}
Сначала определяется объект класса Sales_data для хранения текущей суммы. В условии оператора if происходит вызов функции read() для чтения в переменную total первой транзакции. Это условие работает, как и другие написанные ранее циклы с использованием оператора >>. Как и оператор >>, наша функция read() будет возвращать свой потоковый параметр, который и проверяет условие (см. раздел 4.11.2). Если функция read() потерпит неудачу, сработает часть else, выводящая сообщение об ошибке.
Если данные прочитаны успешно, определяем переменную trans для хранения всех транзакций. Условие цикла while также проверяет поток, возвращенный функцией read(). Пока операции ввода в функции read() успешны, условие выполняется и обрабатывается следующая транзакция.
В цикле while происходит вызов функции-члена isbn() объектов total и trans, возвращающей их ISBN. Если объекты total и trans относятся к той же книге, происходит вызов функции combine(), добавляющей компоненты объекта trans к текущей сумме, хранящейся в объекте total. Если объект trans представляет новую книгу, происходит вызов функции print(), выводящей итог по предыдущей книге. Поскольку функция print() возвращает ссылку на свой потоковый параметр, ее результат можно использовать как левый операнд оператора <<. Это сделано для того, чтобы вывести символ новой строки после результата, созданного функцией print(). Затем объект trans присваивается объекту total, начиная таким образом обработку записи следующей книги в файле.
По исчерпании ввода следует не забыть вывести данные последней транзакции. Для этого после цикла while используется еще один вызов функции print().
Упражнения раздела 7.1.1Упражнение 7.1. Напишите версию программы обработки транзакций из раздела 1.6 с использованием класса Sales_data, созданного для упражнений в разделе 2.6.1.
7.1.2. Определение пересмотренного класса Sales_data
У пересмотренного класса будут те же переменные-члены, что и у версии, определенной в разделе 2.6.1: член типа string по имени bookNo, представляющий ISBN, член типа unsigned по имени units_sold, представляющий количество проданных экземпляров книги, и член типа double по имени revenue, представляющий общий доход от этих продаж.
