Linguagem de Programação I

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1 Linguagem de Programação I Carlos Eduardo Ba6sta Centro de Informá6ca - UFPB bidu@ci.ufpb.br

2 C++ e POO Ambientes de desenvolvimento C++ Fundamentação de Orientação a Objetos (OO). Modelagem de sistemas orientada a objetos usando C++ Modelagem de sistemas orientada a objetos. 2

3 Orientação a Objetos Análise e projeto orientados a objetos = decomposição orientada a objetos de um sistema de solware Coisas/en)dades que compõem o sistema = objetos Objetos são instâncias de classes Análise estruturada = foco nos procedimentos

4 Orientação a Objetos O que é um Objeto (em linguagens como C++) É uma variável que Objetos Armazena dados estruturados (como TADs) Possui operações (funções) associadas Atributos Dados Métodos Funções

5 Orientação a Objetos Programa escrito em linguagem OO Conjunto de objetos que se comunicam através de mensagens para a resolução do problema abordado (requisitos funcionais) Mensagens Chamadas a funções que pertencem a um objeto específico Classes são os 6pos dos objetos 5

6 Orientação a Objetos Classes Definem caracterís6cas comuns dos objetos Estados dos objetos Valores dos atributos individuais Cada objeto pertence a uma classe, que define seu comportamento e suas caracterís6cas Conjunto de métodos de um objeto = interface Encapsulamento define a visibilidade 6

7 Herança Hierarquia de classes Classes mais especializadas herdam das mais genéricas Atributos e métodos são herdados Classe filha é um 6po de Classe Pai 7

8 Herança class Animal { int idade; public: Animal(int id) :idade(id) { void come(); void dorme(); class Ave: public Animal { string nome; public: Ave(int, const string&); void voa(); void botaovo(); 8

9 Herança int main() { Ave A(2, Patativa ); Animal B(3); A.come(); A.dorme(); B.come(); B.dorme(); A.voa(); A.botaOvo(); 9

10 Herança class Animal { int idade; public: Animal(int id) :idade(id) { void come(); void dorme(); class Ave: public Animal { string nome; public: Ave(int, const string&); void dorme(); 10

11 Herança int main() { Ave A(2, Patativa ); Animal B(3); A.come(); // chama Animal::come() A.dorme(); // chama Ave::dorme() B.come(); // Animal::come() B.dorme(); // Animal::dorme() 11

12 Aninhamento de classes #ifndef CWINDOW_H #define CWINDOW_H class CWindow { class Canvas { COLORREF textcolor; COLORREF linecolor; // etc... public: void settextcolor (COLORREF newcolor); int x, y; // Posição na tela int cx, cy ; // Largura e altura Canvas* my_canvas; public:... int settextcolor(colorref cor); int textout(int x, int y, char* text); // Texto em x,y #endif // CWINDOW_H 12

13 Aninhamento de classes #include CWindow.h void CWindow::setTextColor (COLORREF cor) { my_canvas->settextcolor(cor); void CWindow::Canvas::setTextColor (COLORREF newcolor) { textcolor = newcolor; 13

14 Ciclo de vida de objetos C++ oferece mecanismos para automa6zar a inicialização e a finalização de objetos Alocação e liberação dos recursos Métodos construtores e destrutores 14

15 Ciclo de vida de objetos Métodos construtores Mesmo nome da classe Chamada automá6ca na declaração Pode receber parâmetros Polimorfismo se aplica 15

16 Ciclo de vida de objetos class CoisaX { int i; public: CoisaX(); void f() { CoisaX a; 16

17 Ciclo de vida de objetos class Pessoa { int idade; public: Pessoa(int i); Pessoa::Pessoa(int i) { idade = i; void f() { Pessoa a(18); //... 17

18 Ciclo de vida de objetos Método destrutor Função chamada sempre que o escopo de um objeto se encerra Cada classe só pode ter um método destrutor Método destrutor não recebe parâmetros Nem retorna nada class Coisa { public: ~Coisa(); 18

19 Ciclo de vida de objetos class Pessoa { int idade; public: Pessoa(int i); // Constructor ~Pessoa();// Destructor void setidade(int i); int getidade(); Pessoa::Pessoa(int i) { idade = i; Pessoa::~Pessoa() { cout << "Destrutor" << endl; void Pessoa::setIdade(int i) { idade = i; int Pessoa::getIdade() { return idade; 19

20 Ciclo de vida de objetos int main() { cout << "Escopo externo" << endl; { Pessoa p(35); cout << "Criou um objeto" << endl; cout << "Idade: "<< p.getidade() << endl; cout << "Escopo externo 2" << endl; // O que é exibido na tela? 20

21 Ciclo de vida de objetos class Y { int i; class X { int i; X(int k); Y a, b, c[4]; // OK, existe construtor default na classe Y X d(3); // OK X e, f[3]; // Erro! não existe construtor default para X 21

22 Sobrecarga de funções Em C Funções diferentes para 6pos diferentes int escalar_int(int[],int[],int); float escalar_float(float[],float[],int); Em C++ Sobrecarga (polimorfismo ad-hoc) Através da definição da assinatura (parâmetros) int escalar(int[],int[],int); float escalar(float[],float[],int); 22

23 Sobrecarga de funções class Ponto { private: int x, y; public: Ponto(); Ponto(int, int); Ponto::Ponto(int xx, int yy) { x = xx; y = yy; Ponto::Ponto() { x = 0; y = 0; 23

24 Sobrecarga de funções int main() { Ponto A, B(3, 4); Ponto *p = new Ponto(3, 4); Ponto *p1 = new Ponto; Ponto Vpoints[10];... 24

25 Sobrecarga de funções class Ponto { private: int x, y; public: Ponto(int = 0, int = 0); //Valores default Ponto::Ponto(int xx, int yy) { x = xx; y = yy; 25

26 Constantes const const versus #define const tem 6po (pode ser testado pelo compilador) Iniciada na declaração class X { const int i = 10; const int j = i + 10; public: X(int ii); void f() const; //... const X a; 26

27 Constantes class X { const int i; // atributo constante public: X(int ii); // etc... X::X(int ii) { i = ii; // Não pode, pois i é constante X::X(int ii) : i(ii) { // OK! 27

28 Inicialização class B { int t; public: B (int tt); B::B(int tt) : t(tt) { class C { const int size; B b; public: C( int sz, int bt ); C::C(int sz, int bt) : size(sz), b(bt) { 28

29 Ciclo de vida de objetos C++ oferece mecanismos para automa6zar a inicialização e a finalização de objetos Alocação e liberação dos recursos Métodos construtores e destrutores 29

30 Ciclo de vida de objetos Métodos construtores Mesmo nome da classe Chamada automá6ca na declaração Pode receber parâmetros Polimorfismo se aplica 30

31 Ciclo de vida de objetos class CoisaX { int i; public: CoisaX(); void f() { CoisaX a; 31

32 Ciclo de vida de objetos class Pessoa { int idade; public: Pessoa(int i); Pessoa::Pessoa(int i) { idade = i; void f() { Pessoa a(18); //... 32

33 Ciclo de vida de objetos Método destrutor Função chamada sempre que o escopo de um objeto se encerra Cada classe só pode ter um método destrutor Método destrutor não recebe parâmetros Nem retorna nada class Coisa { public: ~Coisa(); 33

34 Ciclo de vida de objetos class Pessoa { int idade; public: Pessoa(int i); // Constructor ~Pessoa();// Destructor void setidade(int i); int getidade(); Pessoa::Pessoa(int i) { idade = i; Pessoa::~Pessoa() { cout << "Destrutor" << endl; void Pessoa::setIdade(int i) { idade = i; int Pessoa::getIdade() { return idade; 34

35 Sobrecarga de funções class Ponto { private: int x, y; public: Ponto(); Ponto(int, int); Ponto::Ponto(int xx, int yy) { x = xx; y = yy; Ponto::Ponto() { x = 0; y = 0; 35

36 Sobrecarga de funções int main() { Ponto A, B(3, 4); Ponto *p = new Ponto(3, 4); Ponto *p1 = new Ponto; Ponto Vpoints[10];... 36

37 Sobrecarga de funções class Ponto { private: int x, y; public: Ponto(int = 0, int = 0); //Valores default Ponto::Ponto(int xx, int yy) { x = xx; y = yy; 37

38 Inicializadas Variáveis na primeira vez sta)c em que o programa realiza a declaração da variável Valor é man6do de uma chamada para outra Área de variáveis está6cas do programa (não são criadas na pilha) int count() { static int num = 0; int x = 0; num++; return num; 38

39 Objetos sta)c Construtor chamado apenas uma vez No momento em que a thread de execução do programa executa pela primeira vez o código da função que instancia o objeto O destrutor de um objeto sta6c somente é executado ao término do programa Objeto global Construtor chamado antes do main() Destrutor chamado ao término do programa 39

40 Objetos sta)c #include <iostream> using namespace std; class Obj { char c; // Identifier public: Obj(char cc) : c(cc) { cout << "Obj::Obj() for " << c << endl; ~Obj() { cout << "Obj::~Obj() for " << c << endl; Obj a('a'); // Global void f() { static Obj b('b'); void g() { static Obj c('c'); 40

41 Objetos sta)c int main() { cout << "inside main()" << endl; f(); // Calls static constructor for b // g() not called, c not constructed cout << "leaving main()" << endl; ///:~ 41

42 Atributos sta)c Implementam conceito de atributos de classe Todos os objetos de uma classe compar6lham os class Ponto{ atributos está6cos int x, y; static int cont; //... Ponto Ponto_1, Ponto_2; 42

43 Atributos sta)c Acesso definido por encapsulamento Funções membro podem acessar, outras partes se público Atributos está6cos podem ser acessados antes da instanciação de qualquer objeto da classe Espaço de memória reservado antes da instanciação de qualquer objeto Somente constantes está6cas podem ser definidas na declaração de uma classe Atributos está6cos devem ser redeclaradas no escopo da classe 43

44 Atributos sta)c class Ponto{ int x, y; static int cont; //... int Ponto :: cont = 7; class Buffer { static const int buffsize = 256; char buff[buffsize]; //... 44

45 Métodos sta)c Funções membro que Podem ser chamadas através da classe, e não de uma instância par6cular Não podem manipular membros não está6cos da classe Só manipulam atributo está6cos! class Ponto{ int x, y; static int cont; static int getcont() { return cont; int Ponto::cont = 0; int main() { cout << Cont: <<Ponto::getCont()<<endl; return 0; 45

46 Padrão de projeto: Singleton Classe que possui apenas uma instância Instância disponível globalmente no código Há várias situações que uma classe pode ter apenas uma instância Recursos escassos (interface de rede, spool de impressão), Gerenciador de propriedades de um sistema etc. Construtor privado Usa-se método sta)c Instance() 46

47 Padrão de projeto - Singleton class KbdBuffer { public: char getch(); // reads from the buffer static KbdBuffer *Instance(); private: KbdBuffer(); // the constructor static KbdBuffer *instanceptr; // pointer to instance KbdBuffer *KBdBuffer::instancePtr = 0; // reset pointer KbdBuffer *KbdBuffer::Instance() { if (instanceptr == 0) // if pointer is null... instanceptr = new KbdBuffer; return(instanceptr) Utilização: char foo = KbdBuffer::Instance() -> getch(); 47

48 Ponteiros, referências e memória Como u6lizar ponteiros e referências C/C++ Passagem de parâmetros em C++ Passagem por referência Alocação dinâmica de memória double *ptd, *pte, *ptf; ptd = new double; pte = new double(7); ptf = new double[5]; ptf[0] = 1.; ptf[3] = 4; ptf[4] = 9.; delete ptd; delete pte; delete[] ptf; 48

49 Ponteiros, referências e memória class Carro { double velocidade; public: Carro (double vel = 0) : velocidade(vel) { ~Carro(); { Carro *pt1 = new Carro(5.0); Carro *pt2 = new Carro[7]; delete pt1; // Destrutor de carro chamado (1 vez) delete[] pt2; // Destrutor de carro chamado (7 vezes) 49

50 Ponteiros, referências e memória Carro f ( double velocidade) { Carro c(velocidade); //... return c; // cópia do carro c Carro& g ( Carro& car) { //... return car; // retorna uma referência para car! Carro c1; Carro &c2 = g(c1); // c2 referencia c1 Carro c3 = g(c1); // c3 é uma cópia de c1 50

51 Ponteiros, referências e memória Carro* g ( Carro& car) { //... return &car; // retorna o endereço de car Carro c1; Carro * ptc = g(c1); ptc->acelera(); // altera c1, utilizando ptc 51

52 Ponteiros, referências e memória int* f(int* x) { (*x)++; return x; // OK, x esta fora deste escopo int& g(int& x) { x++; // Mesmo efeito que f() return x; // OK, fora deste escopo int& h() { int q; //return q; // Erro static int x; return x; // OK, x vive fora do escopo int main() { int a = 0; f(&a); g(a); int &j = h(); 52

53 Ponteiros, referências e memória Referências constantes Uso com objetos temporários (são sempre constantes) void f(int&) { void g(const int&) { int main() { //! f(1); // Error g(1); 53

54 Construtor de cópia Executado quando há passagem de parâmetros ou retorno por cópia Objeto é declarado e inicializado por intermédio de um outro objeto da mesma classe Cópia do estado (valor de todos atributos) de um objeto 54

55 Construtor de cópia class Big { private: // Um monte de atributos Big bigfun(big b) { // Passagem por cópia (chama const. de cópia) //... return b; // Retorno por cópia (chama const. de cópia) int main() { Big B, B2; // Construtor sem parâmetros (default) Big B3(B); // Construtor de cópia Big B4 = B3; // Construtor de cópia B = B3; // NÃO há chamada ao construtor de cópia (atrib.) B2 = bigfun(b); // Construtor de cópia 2 vezes //(passagem e retorno) Big B5 = bigfun(b2); // Seriam 3 vezes, mas o compilador // pode ser esperto ==> 2 55

56 Construtor de cópia Construtor de cópia recebe uma referência constante para objeto a ser copiado Evita recursão infinita (caso recebesse por cópia) Para impedir que objetos de uma classe sejam passados por valor, cria-se um construtor de cópia privado 56

57 Construtor de cópia class NoCC { int i; NoCC(const NoCC&); // Privado, não precisa definição public: NoCC(int ii = 0) : i(ii) { void f(nocc); int main() { NoCC n; // f(n); // Error: copy-constructor called // NoCC n2 = n; // Error: c-c called // NoCC n3(n); // Error: c-c called 57

58 Ponteiro this Objetos acessam atributos de uma classe de forma transparente Objetos compar6lham as instruções (código) dos métodos da classe dos quais são instâncias Iden6ficação da instância é feita através do ponteiro this É implicitamente criado para cada função Aponta para o objeto que chamou a função 58

59 Ponteiro this class Date { int d, m, y; public: Date( int dd=0, int mm=0, int yy=0); Date& add_year(int n); // Adiciona n anos Date& add_month(int n); // Adiciona n meses Date& add_day(int n); // Adiciona n dias Date& Date::add_year(int n) { if (d==29 && m==2 &&!leapyear (y+n)) { // Cuida do 29/02 d = 1; m = 3; y +=n; return *this; // Semelhante para add_month e add_day Date dt; dt.add_day(4).add_month(2).add_year(1); 59

60 Atributos dinâmicos Atributos dinâmicos Membro é ponteiro e memória é alocada dinamicamente Geralmente nos construtores ou outros métodos de inicialização Ao término do escopo dos objetos memória deve ser desalocada para os atributos dinâmicos Método destrutor Construtor de cópia sobrecarregado Evitar problemas na passagem de parâmetros por cópia 60

61 Atributos dinâmicos class MeuVetor { double* valores; int dim; public: MeuVetor(int n = 1, double val = 0); ~MeuVetor(); MeuVetor(const MeuVetor&); void mostra (); MeuVetor::MeuVetor(int n, double val) : dim(n) { valores = new double[dim]; for (int i = 0; i < dim; i++) valores[i] = val; MeuVetor::~MeuVetor() { delete[] valores; 61

62 Atributos dinâmicos void MeuVetor::mostra () { for(int i=0; i<dim; i++) std::cout << valores[i] << std::endl; MeuVetor::MeuVetor(const MeuVetor& vc) : dim(vc.dim) { valores = new double[dim]; for (int i = 0; i < dim; i++) valores[i] = vc.valores[i]; void f(meuvetor vet) { void main() { MeuVetor vet(30, 7.) f(vet); vet.mostra(); 62

63 Polimorfismo Quando se trabalha com herança pública, pode-se realizar upcas)ng A classe derivada é um 6po da classe base e um objeto instância da classe derivada pode ser u6lizado como um da classe base quando necessário void f(animal &an) { an.come() ; an.dorme(); void g(ave &av) { f(av); 63

64 Polimorfismo Upcast também pode ser realizado em ponteiros e referências, sem a necessidade de cast explícito Ave av; Animal * an1 = & av; Animal & an2 = av; an1-> come(); an1->dorme(); // an1->botaovo(); // ERRO!!! 64

65 Polimorfismo E quando um método de Animal, por exemplo, Animal::come, é sobrescrito na classe Ave? class Ave: public Animal { public: void come( ); void voa( ); void botaovo( );... Ave av; Animal * an = &av; an-> dorme (); // Animal::dorme() an-> come (); // Animal::come()! 65

66 Polimorfismo e funções virtuais O Polimorfismo provê outra dimensão de separação entre interface e implementação, desacoplando o quê de como, melhorando a organização do código gerado e o seu entendimento. 66

67 Polimorfismo e funções virtuais Herança - classes e subclasses (sub6pagem) Classes diferentes, derivadas de um mesmo 6po base, podem ser tratadas como se fossem de um único 6po Pode-se trabalhar com essas diferentes classes de maneira única Cada classe poderá possuir uma maneira própria de tratar situações específicas 67

68 Polimorfismo e funções virtuais Binding Ligação entre objetos e funções Quando a ligação é efetuada antes da execução do programa ela é denominada de ligação está6ca (early binding) Efetuada pelo compilador e pelo linker 68

69 Polimorfismo e funções virtuais No exemplo, o compilador não consegue determinar a função a ser chamada a única coisa que ele conhece é o 6po do ponteiro (Animal*) que está sendo u6lizado class Ave: public Animal { public: void come( ); void voa( ); void botaovo( );... Ave av; Animal * an = &av; an-> dorme (); // Animal::dorme() an-> come (); // Animal::come()! 69

70 Polimorfismo e funções virtuais Solução: ligação dinâmica (late binding) Ligação feita em tempo de execução Baseada no 6po do objeto apontado e não no 6po do ponteiro Em C++ funções ligadas dinamicamente devem ser declaradas como virtuais na classe base Objetos devem ser manipulados por meio de referências para a classe base 70

71 Polimorfismo e funções virtuais Somente a declaração da função necessita da palavra chave virtual O uso da palavra chave nas classes derivadas é redundante 71

72 Polimorfismo e funções virtuais class Animal { public: virtual void come( ); virtual void dorme( ); class Ave: public Animal { public: void come( ); void voa( ); void botaovo( ); void g(animal &an) { an.come(); int main() { Ave av; Animal an1; g(av); // OK: upcasting! g(an1); // OK! Animal * ptan = &av; //up ptan-> dorme (); // Animal::dorme() ptan-> come (); // Ave::come() return 0; 72

73 Polimorfismo e funções virtuais Polimorfismo Funções homônimas para lógicas semelhantes ao longo de uma hierarquia Ligação dinâmica necessária para que haja polimorfismo Em C++, funções virtuais Classe base tem funções que devem ter comportamentos diferentes em suas derivadas Funções virtuais na classe base Redefinidas nas classes derivadas 73

74 Polimorfismo e funções virtuais class Point { /*... */ class Color{ /*... */ enum Kind { circle, triangle, square class Shape { Kind k; Point center; Color col; public: void draw( ); void rotate(float ang); //... Já saber todos? void Shape :: draw( ) { switch (k) { case circle: // desenha o circulo break; case triangle: // desenha o triangulo break; case square: // desenha o quadrado break; // end switch Ruim 74

75 Polimorfismo e funções virtuais Solução Agrupar o que é comum a todas as subclasses em uma classe base Ex. Shapes possuem uma forma, uma cor, podem ser desenhados, girados, etc. Propriedades e métodos específicos em classes derivadas Ex. de triângulos, círculos e demais shapes Herança 75

76 Polimorfismo e funções virtuais class Shape { //... public: void draw( ) { cout << Shape::draw ; class Triangle : public Shape { //... public: void draw( ) { cout << Triangle::draw ; void teste(shape & a) { a.draw(); int main() { Triangle t; teste(t); // Chamar de Shape, não de Triangle 76

77 Polimorfismo e funções virtuais 77

78 Polimorfismo e funções virtuais class Shape{ //... virtual void draw( ); class Triangle : public Shape { //... virtual void draw( ); // virtual é opcional void teste(shape & a) { a.draw(); int main() { Triangle t; teste(t); // Agora, chama draw de Triangle! 78

79 Referências Notas de aula do Prof. Renato Maia (Unimontes) Notas de aula do Prof. Renato Mesquita (UFMG) 79

80 Linguagem de Programação I Carlos Eduardo Ba6sta Centro de Informá6ca - UFPB bidu@ci.ufpb.br