Objets et classes C++

Fabio [email protected]

Programmation Oriente Objet en C++Programmation Oriente Objet en C++

8me Partie: Objets et Classes8me Partie: Objets et Classes

1997-2003 Fabio HERNANDEZ197POO en C++: Objets et Classes

Vue d'EnsembleVue d'Ensemble

} Notions de base } Types, variables, oprateurs} Contrle d'excution} Fonctions} Mmoire dynamique} Qualit du logiciel} Evolution du modle objet } Objets et classes} Fonctions membres} Classes gnriques} Hritage} Polymorphisme} Hritage multiple} Entre/sortie


Table des MatiresTable des Matires

} Nature d'un Objet} Nature d'une Classe} Exemple: une classe simple

abstraction dfinition de l'interface utilisation implmentation modification fonction membres contrle d'accs initialisation/destruction

} Rsum


Nature d'un ObjetNature d'un Objet

} Un objet reprsente une entit individuelle et identifiable, relle ou abstraite, avec un rle bien dfini dans le domaine duproblme

} Exemple: dans une usine de fabrication d'automobiles, on peut identifier des objets tels moteur chssis volant systme lectrique processus de montage

} Des objets peuvent tre tangibles, mais peuvent ne pas avoir une frontire physique trs bien dfinie (rivire, des nuages, ...)


Nature d'un Objet (suite)Nature d'un Objet (suite)

} Caractristiques d'un objet Etat Comportement Identit

} Etat un attribut est une caractristique, qualit ou trait intrinsque qui

contribue faire unique un objet l'tat d'un objet comprend les proprits statiques (attributs) et les

valeurs de ces attributs les valeurs des attributs peuvent tre statiques ou dynamiques du fait d'avoir un tat, un objet occupe un espace dans le monde

physique et dans la mmoire de l'ordinateur exemple: les attributs de l'objet point en deux dimensions sont les

coordonnes x et y


Nature d'un Objet (suite)Nature d'un Objet (suite)

} Comportement faon d'agir et de ragir d'un objet comme consquence des

changements d'tat et des oprations effectues sur lui reprsente l'activit de l'objet vue de l'extrieur si on regarde un objet comme un serveur, son comportement est

l'ensemble des services offerts par lui ses clients exemple: un point peut tre dplac, tourn autour d'un autre point, etc. le comportement dpend de l'tat de l'objet et de l'opration

effectue sur lui l'tat d'un objet reprsente le rsultat cumul de son comportement

} Identit proprit d'un objet qui permet de le distinguer des autres objets de la

mme classe


Nature d'une ClasseNature d'une Classe

} Les notions de classe et d objet sont troitement lies} Une classe est un ensemble d'objets qui partagent une

structure et un comportement communs} Une classe est seulement une abstraction} Un objet est une instance (entit concrte) d'une classe en

temps d'excution} On peut voir la classe comme un moule pour la fabrication

d'objets} Les objets fabriqus avec le mme moule partagent structure

et comportement


Nature d'une Classe (suite)Nature d'une Classe (suite)

} Deux vues d'une classe interface implmentation

} Interface vue externe abstraite d'une classe liste de services offerts par les instances de la classe (contrat) une opration non spcifie dans l'interface d'une classe ne peut tre

applique sur une instance (objet) de cette classe cache la structure interne de la classe (encapsulation) rponse la question quoi contenue dans un fichier d'entte (.h)


Nature d'une Classe (suite)Nature d'une Classe (suite)

} Implmentation vue interne d'une classe comprend les secrets (dtails internes) de son comportement l'implmentation d'une classe est constitue de l'implmentation de

chacune des oprations dfinies dans son interface rponse la question comment contenue dans un fichier d'implmentation (.cpp)


Exemple: classe PointExemple: classe Point

} Ecriture en C++ d'une classe (interface et implmentation) reprsentant la notion d'un point en deux dimensions

O x

y


Classe Classe PointPoint: abstraction: abstraction

} Quels sont les attributs d'un point qui nous intressent? la coordonne x la coordonne y la distance l'origine () l'angle par rapport l'horizontale ()

} Quelles sont les oprations applicables sur un point qui nous intressent ? translation rotation autour de l'origine ...


Classe Classe PointPoint : interface: interface

} Dfinition (incomplte) de l'interface de la classe Point} Fichier Point.h

class Point { // Not yet finished !!!public:

float getX(); // returns the x coordinatefloat getY(); // returns the y coordinatefloat rho(); // returns the distance to the originfloat theta(); // returns the angle to the

// horizontal axisvoid translate(float horizontal, float vertical);void rotate(float angle);

};


Classe Classe PointPoint : interface (suite): interface (suite)

} getX, getY, rho, theta, translate et rotate sont des mthodes (services) fournies par toutes les instances de la classe Point

} getX, getY, rho et theta retournent une valeur de typefloat

} translate et rotate ne retournent rien} translate et rotate ont besoin d'information supplmentaire

pour accomplir leur mission un dplacement horizontal et vertical, dans le cas de translate un angle, dans le cas de rotate

} Y a-t-il des similarits avec la dclaration des fonctions, tudie prcdemment?

} Le mot cl public sert contrler l'accs aux mthodes de la classe. Plus d'informations ce propos plus tard.


Classe Classe PointPoint : utilisation: utilisation

} Comment utiliser les services offerts par les objets de la classe Point? il faut dfinir un objet de cette classe et ensuite... lui envoyer un message indiquant le service que l'on demande

} La dfinition de l'objet est faite de la mme faon que la dfinition des objets des types primitifs

int count;Point p;

} Pour envoyer le message indiquant le service demand on utilise la notation

p.rotate(45.0);objet destinatairedu message

service demand

argument(s) du service


Classe Classe PointPoint : utilisation (suite): utilisation (suite)

} Utilisation d'objets de la classe Point (fichier main.cpp)#include #include "Point.h"

void main(){

// Instantiate a Point objectPoint p;

// Show its coordinatescout



// Show its anglecout



} Lors de l'excution de ce programme, il devrait s'afficher l'cran

p is (0.0,0.0)The angle theta of p is: 0.0p is now (10.0,20.0)



} La dfinition de pointeurs aux objets d'une classe se fait de lamme faon que celle des pointeurs aux objets des types primitifs

int* anIntPointer;Point* aPointPointer;

} L'allocation de mmoire se fait l'aide de l'oprateur newanIntPointer = new int;aPointPointer = new Point;

} L'envoi de messages, l'aide de l'oprateur ->aPointPointer->translate(10.0, 20.0);

} La dsallocation, l'aide de l'oprateur deletedelete aPointPointer;


Classe Classe PointPoint : implmentation: implmentation

} Comment implmenter chacun des services spcifis dans le contrat (interface de la classe) ?

} Tout d'abord, il faut dterminer les attributs qui constituerontl'tat d'un point, dans la perspective de notre abstraction

} Nous allons reprsenter un point comme un couple (x,y)} Chacune des coordonnes est une valeur de type float} Les attributs reprsentant les coordonnes x et y s'appelleront x_ et y_ respectivement

} Le caractre soulign de x_ et y_ est une convention de style} Les attributs x_ et y_ sont appels les donnes membres, par

opposition aux fonctions membres ( getX, getY, rho, theta, translate, rotate) de la classe


Classe Classe PointPoint : implmentation (suite): implmentation (suite)

class Point { // Not yet finished !!!

public:float getX(); // returns the x coordinatefloat getY(); // returns the y coordinatefloat rho(); // returns the distance to the originfloat theta(); // returns the angle to the


float x_; // x coordinate float y_; // y coordinate

};



} Notation quasi UML (Unified Modeling Language) http://www.rational.com/uml

Point

x_: floaty_: float

getX: floatgetY: floatrho: floattheta: floattranslate: voidrotate: void

Nom de la classeNom de la classe

AttributsAttributs

OprationsOprations



} En temps d'excution// Create a point objectPoint p1;

// Create another point objectPoint p2;

p1: Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

p2: Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

p1: Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

Deux instances diffrentes de la mmeclasse Point, avec les mmes valeurs dans leurs attributs

Deux instances diffrentes de la mmeclasse Point, avec les mmes valeurs dans leurs attributs



} En temps d'excution (suite)// Translate p1p1.translate(34.5, 18.8);

// Now translate p2p2.translate(-10.0, 20.0);

p1: Point

x_ = 34.5y_ = 18.8

p2: Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

p1: Point

x_ = 34.5y_ = 18.8

p2: Point

x_ = -10.0y_ = 20.0



} Et si on utilise des pointeurs// Create a point pointerPoint* p1 = new Point;

// Create another pointerPoint* p2 = p1;

:Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

Une seule instancede la mme classe Point, rfrence par deux pointeurs diffrents

Une seule instancede la mme classe Point, rfrence par deux pointeurs diffrents

p1

:Point

x_ = 0.0y_ = 0.0

p1 p2



} Et si on utilise des pointeurs (suite)// Translate the point pointed to by p1p1->translate(34.5, 18.8);

// Now translate the point pointed to by p2p2->translate(-10.0, 20.0);

:Point

x_ = 34.5y_ = 18.8

p1 p2

:Point

x_ = 24.5y_ = 38.8

p1 p2



} Nous pouvons maintenant implmenter chacune des fonctions membres de la classe

} L'implmentation de ces fonctions sera crite dans un fichier de type .cpp

} Nous crons ainsi le fichier Point.cpp


Fichier Fichier Point.Point.cppcpp

///////////////////////////////////////////////////////// File: Point.cpp// Description: implementation of the Point class///////////////////////////////////////////////////////

#include "Point.h"#include // we need sin(), cos(), sqrt()

float Point::getX(){

return x_;}

float Point::getY(){

return y_;}


Fichier Fichier Point.Point.cppcpp (suite)(suite)float Point::rho(){

return sqrt(x_*x_ + y_*y_);}

float Point::theta(){

return atan2(y_, x_);}


Fichier Fichier Point.Point.cppcpp (suite)(suite)

void Point::translate(float horizontal, float vertical){

x_ += horizontal;y_ += vertical;

}

void Point::rotate(float angle){

float currentRho = rho();float newTheta = theta() + angle;

x_ = currentRho * cos(newTheta);y_ = currentRho * sin(newTheta);

}

Une fonctionmembre peut en appeler d'autresde la mme classe

Une fonctionmembre peut en appeler d'autresde la mme classe


Contrle d'accsContrle d'accs

} Le mot cl public dans l'interface de la classe Point tablit pour un service (fonction membre), qu'il est utilisable par n'importe quel

objet client pour un attribut (donne membre), qu'il est accessible (y compris pour le

modifier) depuis n'importe quel autre objet} En particulier, nous pourrions faire


// WARNING: its x attribute can be modified!!!!p.x_ = 47.0;


Contrle d'accs (suite)Contrle d'accs (suite)

} L'accs public n'est pas souhaitable principalement pour les attributs de la classe

} Les donnes membres d'une classe font partie des secrets de l'implmentation et ne devraient donc pas tre accessibles en dehors de l'objet

} Nous devrions pouvoir encapsuler ces attributs de faon ce que les clients de la classe ne puissent pas y accder directement

} C++ offre plusieurs niveaux pour contrler l'accs aux fonctions/donnes membres public protg priv



} Accs public Mot cl public Les fonctions/donnes membres sont accessibles par tous les objets

} Accs protg Mot cl protected Etroitement li avec les mcanismes d'hritage L'accs est limit aux classes de la hirarchie Plus de dtails quand nous tudierons l'hritage

} Accs priv Mot cl private Les fonctions/donnes membres sont accessibles uniquement par les

fonctions qui implmentent les services offerts par la classe, et pas de l'extrieur



} Il est ncessaire de modifier l'interface de la classe Pointclass Point { // Not yet finished !!!public:

float getX(); // returns the x coordinatefloat getY(); // returns the y coordinatefloat rho(); // returns the distance to the originfloat theta(); // returns the angle to the


private:float x_; // x coordinate float y_; // y coordinate

};



} Il est maintenant impossible d'accder de l'extrieur aux attributs de la classe Point directement


// Let's try to access the x_ attributecout



} Notez qu'il n'est pas ncessaire de modifier l'implmentation des fonctions membres de la classe (rotate, translate,theta, rho, getX et getY)

} Toute fonction membre d'une classe peut accder tous les attributs et toute autre fonction membre, y compris ceux privs, de la mme classe

} C'est un mcanisme trs puissant de la technologie objet. Il permet de sparer compltement interface et implmentation cacher les dtails (secrets) de l'implmentation aux clients

(encapsulation)} Rsultat: les modifications faites l'implmentation de la

classe n'ont aucun impact chez les clients



translaterotate

getX

getY theta

rho

x_ y_

Encapsulation : pour accder aux donnes membres de la classe, ilfaut utiliser les servicesfournis par la classe

Encapsulation : pour accder aux donnes membres de la classe, ilfaut utiliser les servicesfournis par la classe

Classe Point


} On peut diffrencier les fonctions membres d'une classe par rapport leur mission gestion (comparaison, cration/initialisation, destruction, copie, ...) modification de l'tat consultation de l'tat (attributs) de l'objet fonctions d'aide itration, pour les classes d'objets qui sont des conteneurs d'autres

objets} Dans notre implmentation de la classe Point

getX(), getY(), rho() et theta() servent consulter l'tat de l'objet

translate() et rotate() modifient l'tat de l'objet il n'y a pas (encore) des fonctions membres de gestion ni d'aide

Fonctions MembresFonctions Membres


Fonctions Membres (suite)Fonctions Membres (suite)

} Si le contraire n'est pas explicitement spcifi, en C++ les fonctions membres sont des modificateurs potentiels de l'tat de l'objet

} En consquence, il est impossible de demander un service un objet dfini constant, si la fonction membre qui implmente le service ne l'est pas

// Define a constant pointconst Point origin;

// Retrieve the theta anglefloat angle = origin.theta(); // Compilation ERROR:

// 'origin' is constant// and Point::theta() // is not



d'aprs l'interface de la classe, la fonction membre theta() est un modificateur potentiel de l'tat de l'objet origin

ceci est incompatible avec le fait que origin est constant} Il faut modifier lgrement l'interface de la classe Point

pour informer le compilateur que Point::theta() ne modifie pas l'tat des objets de sa classe

} Il suffit d'ajouter le mot cl const la dclaration de la fonction membre



} Modification de l'interface de la classe Point (fichierPoint.h)

class Point { // Not yet finished !!!public:

// Modifiersvoid translate(float horizontal, float vertical);void rotate(float angle);

// Selectorsfloat getX() const; // x coordinatefloat getY() const; // y coordinate


float rho() const; // distance to the originfloat theta() const; // angle to the

// horizontal axis

private:

// Data membersfloat x_; // Cartesian coordinates float y_;

};




} Modification de l'implmentation de la classe Point (fichierPoint.cpp), pour reflter les changements dans l'interface

///////////////////////////////////////////////////////// File: Point.cpp// Description: implementation of the Point class///////////////////////////////////////////////////////

#include "Point.h"#include // we need sin(), cos(), sqrt()



///////////////////////////////////////////////////////// Modifiers

void Point::translate(float horizontal, float vertical){

x_ += horizontal;y_ += vertical;

}

void Point::rotate(float angle){

float currentRho = rho();float newTheta = theta() + angle;

x_ = currentRho * cos(newTheta);y_ = currentRho * sin(newTheta);

}


///////////////////////////////////////////////////////// Selectors

float Point::getX() const{

return x_;}

float Point::getY() const{

return y_;}



float Point::rho() const{

return sqrt(x_*x_ + y_*y_);}

float Point::theta() const{

return atan2(y_, x_);}



Fonctions Membres d'InitialisationFonctions Membres d'Initialisation

} Comme pour les types primitifs, lors de la dfinition d'un objetle compilateur doit rserver une quantit de mmoire suffisante pour stocker l'objet donner une valeur initiale l'objet

} Initialiser un objet compos de plusieurs donnes membres (comme un objet de la classe Point) se traduit par donner une valeur initiale chacune d'elles

} Le compilateur fournit une fonction d'initialisation par dfaut pour chaque classe

} Appele implicitement lors de la dfinition d'un objet

Point p;


Fonctions Membres d'Initialisation (suite)Fonctions Membres d'Initialisation (suite)

de l'allocation d'un objet via l'oprateur newPoint* pointPointer = new Point;

} Dans notre exemple de classe Point, cette fonction donne une valeur initiale aux atributs x_ et y_ (probablement zro)

} C++ offre au programmeur la possibilit de dfinir sa propre mthode d'initialisation

} Cette mthode d'initialisation est appele le constructeur} Un constructeur est une fonction membre comme les autres,

avec deux caractristiques particulires il porte le mme nom que la classe il n'a pas un type de valeur de retour, mme pas void

} Ajoutons le constructeur la classe Point



class Point {public:

// ConstructorPoint();

// Modifiers...

// Selectors...

private:// Data members...

};



} Le fichier Point.cpp doit tre modifi pour ajouter l'implmentation du constructeur

///////////////////////////////////////////////////////// Constructor

Point::Point(){

x_ = 0.0;y_ = 0.0;

}



} C++ permet de dfinir plusieurs constructeurs diffrents pour la mme classe

} Leur signatures doivent tre diffrentes} Nous pourrions ajouter notre classe Point un constructeur

afin de pouvoir crer un objet et spcifier les valeurs initiales des coordones l'implmentation de la classe Point ne nous permet pas de faire cela

directement, mais en deux tapes// Create the point objectPoint p; // p is (0.0, 0.0)

// Translate itp.translate(45.0, 80.0);




// ConstructorsPoint();Point(float initialX, float initialY);

// Modifiers...

// Selectors...


};



} La classe Point offre maintenant deux possibilits de cration d'objets

// Create a point at (45.0, 80.0)Point p(45.0, 80.0); // calls Point::Point(float,float)

// Create a point at (0.0, 0.0)Point origin; // calls Point::Point()

// Create a point at (5.0, 10.0) in the heapPoint* pointPointer = new Point(5.0, 10.0);



} Le fichier Point.cpp contiendra l'implmentation du nouveau constructeur

///////////////////////////////////////////////////////// Constructors

Point::Point() // Default constructor{

x_ = 0.0;y_ = 0.0;

}

Point::Point(float initialX, float initialY) {

x_ = initialX;y_ = initialY;

}


Fonction Membre de DestructionFonction Membre de Destruction

} La fonction membre de destruction est appele quand un objet cr dans la pile d'excution sort du contexte (fin de bloc ou

fin de fonction par exemple) un objet cr dans le tas est explicitement dtruit avec l'oprateurdelete

} Comme pour les constructeurs, le compilateur fournit un destructeur par dfaut

} Le destructeur est utile pour librer les ressources acquis lorsde la cration/modification de l'objet libration de mmoire fermeture des fichiers libration de verrous ...


Fonction Membre de Destruction (suite)Fonction Membre de Destruction (suite)

} Une classe ne peut avoir qu'un seul destructeur} Le destructeur porte le nom de la classe prcd du caractre

~ (tilda)} Comme pour les constructeurs, le destructeur n'a pas de type

de valeur retour} A la diffrence des constructeurs, le destructeur n'accepte

pas de paramtres




// Constructors/DestructorPoint();Point(float initialX, float initialY);~Point();

// Modifiers...

// Selectors...


};



} Le fichier Point.cpp contiendra l'implmentation du destructeur

///////////////////////////////////////////////////////// Destructor

Point::~Point(){

// Nothing to be done}


Organisation des Fichiers SourceOrganisation des Fichiers Source

#if !defined(POINT_H)#define POINT_H


Point();~Point();

private:float x_;float y_;

};

#endif // POINT_H

#if !defined(POINT_H)#define POINT_H


Point();~Point();

private:float x_;float y_;

};

#endif // POINT_H

Point.h Point.cpp

#include #include "Point.h"

Point::Point(){

x_ = 0.0;y_ = 0.0;

}

Point::~Point(){}

Point::getX(){

return x_;}

#include #include "Point.h"

Point::Point(){

x_ = 0.0;y_ = 0.0;

}

Point::~Point(){}

Point::getX(){

return x_;}


ExercicesExercices

} Ajouter une fonction membre pour comparer deux objets de la classe Point et dterminer s'ils sont identiques

} Ajouter une fonction membre pour copier un objet de la classe Point dans un autre

} Ajouter un troisime constructeur (appel constructeur de copie) pour construire un objet de la classe Point partir d'un objet de la classe Point pass comme argument

} Ajouter une fonction membre pour modifier les valeurs des coordonnes (x et/ou y) d'un objet de la classe Point

} Quelles modifications faut-il faire si l'on veut reprsenter un Point en coordonnes polaires et non pas cartsiennes et ce sans impacter les clients de la classe?


RsumRsum

} La classe est un moule pour construire des entits qui partagentstructure et comportement

} L'interface et l'implmentation d'une classe sont clairement identifies

} L'interface d'une classe est un contrat vis--vis des clients} L'objet est la structure dynamique d'un programme} Les objets collaborent (changent des messages) pour rsoudre

le problme en question} Un objet est constitu d'attributs (structure) et de fonctions

membres (comportement)} L'accs aux donnes et aux fonctions membres peut tre

contrl et vrifi en temps de compilation

Documents

Objets et classes C++