Introduction à C++ pour programmeurs C

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1 SITEL - Université de Neuchâtel Introduction à C++ pour programmeurs C Dr. E. Benoist Novembre

2 Table of Contents Héritage Surcharge de méthode Surcharge d opérateur Métodes virtuelles Destructeur Classe abstraite Exemple: Gestion des salles de l Université Librairie Standard Templates Strings Conteneurs / Iterateurs 2

3 Héritage et Polymorphisme Jour 1 : Notion d encapsulation Objet = structure contenant des membres variables et fonctions. Classe = groupe d objets; La classe possède des variables partagées par tous les objets ainsi que des méthodes ne nécessitant pas d instance. Jour 2 (matin): Héritage Héritage: une classe B étand une classe A Réutilisation de code Jour 2 (après midi): Librarie standard C++ Strings Conteneurs (Vecteurs, listes, map, iterateurs) 3

4 Héritage Une classe peut hériter d une ou plusieurs autres classes On dit dans ce cas qu elle étend ces classes. Principe la classe B hérite de la classe A Toute instance de B est automatiquement une instance de A Une instance de B a donc toutes les variables membres et les fonctions membres de A. Dans les méthodes de B on ne peut par contre voir que ce qui est protected et public de A. Héritage signifie : EST UN Un objet de la classe B est aussi un objet de la classe A (la réciproque n est pas vraie!!!) Héritage 4

5 Une classe B hérite d une classe A class B : public A {... ; Usage: int main() { B b; A a = b; A ptra = &b; // OK B ptrb = &a; // Erreur Héritage 5

6 Exemple avec Pointeurs A c1 = new A(); B c2 = new B(); B c3 = new B(); A c4 = c3; A c5 = new B(); Type vs Classe Les variables c4 et c5 sont de type ClassA, mais pointent sur des instances de la classe B Héritage 6

7 Héritage La classe mère (ClassA) class ClassA { public: ClassA(int v1, int v2); int getval1() const; int getval2() const; private: int val1 ; int val2; ; Héritage 7

8 Héritage des membres (Cont.) Définition de la classe fille (ClassB) class ClassB : public ClassA { public: ClassB(int v1, int v2, int v3); int getval3() const; void setval3(int v2); private: int val3 ; ; Héritage 8

9 Héritage des membres (Cont.) Dans la classe B on peut utiliser les membres protected et public de la classe A ClassA a1 = new ClassA(1,9); ClassB b1 = new ClassB(1,0,10); ClassA b2 = new ClassB(2,9,3); cout << b1 >getval1()<<","; cout << b1 >getval2()<<","; cout << b1 >getval3()<<endl; cout << b2 >getval3()<<endl; // ERREUR: membre inconnu Héritage 9

10 Visibilité de la classe mère Les membres de la classe mère peuvent avoir une visibilité différente de celle qu ils avaient dans cette classe La visibilité est définie dans l héritage public l héritage est visible depuis l extérieur, les instances de la classe fille sont partout des instances de la classe mère. Les membres ont la même visibilité que dans la classe mère protected l héritage n est visible que dans la classe et dans les classes qui en héritent. Les membres protected et public de la classe mère deviennent protected dans la classe fille. private cet héritage n est visible que dans cette unique classe et tous les membres sont private. Héritage 10

11 Visibilité de la classe mère (Cont.) class A {... ; class B : public A {... ; class C : protected A {... ; class D : private A {... ; int main() { B b; C c; D d; A ptr; ptr = &B; // OK ptr = &C; // Erreur (ca ne marchera que dans C et toutes ses derivees ptr = &D; // Erreur (ca ne marchera que dans D Héritage 11

12 Construction Chaque instance de la classe fille est aussi une instance de la classe mère Le constructeur de la classe mère est appelé par le constructeur de la classe fille // Constructeur de la classe B // Les deux premiers parametres sont directement passes a // la classe mere ClassB::ClassB(int v1, int v2, int v3):classa(v1,v2){ val3 = v3; // Le constructeur en recopie fait aussi appel // au constructeur en recopie de la classe mere ClassB::ClassB(const ClassB& b):classa(b){... Constructeur en recopie est appelé à chaque = ou passage de paramètre par copie. Héritage 12

13 Surcharge de méthode Les méthodes définies dans la classe mère peuvent être redéfinies dans la classe fille La méthode appelée est celle correspondant au type du pointeur ou de la variable. Permet de modifier le comportement de la classe fille Héritage 13

14 Surcharge de méthode (Cont.) class A {... public: void f(int); ; class B : public A {... public: void f(int); ; int main() { B b; b.f(0); // Appel de B::f A ptra = &b; ptra >f(0); // Appel de A::f au lieu de B::f ; Héritage: Surcharge de méthode 14

15 Surcharge de méthode (Cont.) class ClassA {... public: int computetotal(); ; class ClassB : public ClassA {... public: int computetotal(); ; int main() { ClassA c1 = new ClassA(1,0); ClassB c2 = new ClassB(2,0,3); ClassB c3 = new ClassB(1,0,3); ClassA c4 = c3; cout << c1 >getval1() << endl; cout << c1 >computetotal() << endl; Héritage: Surcharge de méthode 15

16 Surcharge d opérateur C++ offre la possiblité de surcharger les opérateurs Par exemple: Opérateurs arithmétiques : operator+, operator-,operator*,operator/, Opérateurs d accés (read/write): operator[], Opérateur de flux de sortie: operator>> Héritage: Surcharge d opérateur 16

17 Exemple classe des complexes Opérateurs internes à la classe, class Complex{ public: Complex operator+(complex& c2); Complex operator (Complex& c2); Complex operator (Complex& c2); Complex operator+(double d);... Définitions des opérateurs peuvent utiliser this Complex Complex::operator+(Complex& c2){ return Complex(this >getreal()+c2.getreal(), this >getimaginary()+c2.getimaginary()); Complex Complex::operator+(double d){ return Complex(this >getreal()+d,this >getimaginary());... Héritage: Surcharge d opérateur 17

18 Exemple classe des complexes Opérateurs externes à la classe (pas de this possible) ostream& operator<<(ostream& s, const Complex& z); Complex operator+(double d, const Complex& c); Définition des opérateurs Complex operator+(double d, const Complex& c){ return Complex(c.getReal()+d,c.getImaginary()); ostream& operator<<(ostream& s, const Complex& z){ return s <<"(" <<z.getreal() <<","<<z.getimaginary()<<")"; Héritage: Surcharge d opérateur 18

19 Méthodes virtuelles On a vu: en cas de surcharge d une méthode ou d un opérateur: La méthode utilisée dépend du type du pointeur et pas de la classe de l instance. Souhait: Que l on puisse redéfinir une méthode dans une sous-classe et que cette méthode soit executée Technique: méthode virtuelle Une méthode virtuelle est définie dans une classe Cette méthode est surchargée dans une classe fille Si une instance de la classe fille est affectée à un pointeur de la classe mère, c est la méthode de la classe fille qui est appelée. Héritage: Métodes virtuelles 19

20 Exemple 1 lass A {... public: virtual void f(int); ; class B : public A {... public: void f(int); ; int main() { B b; b.f(0); // Appel de B::f A ptra = &b; ptra >f(0); // Appel de B::f ; Héritage: Métodes virtuelles 20

21 Exemple 2 class ClassA {... virtual int anotherresult();... class ClassB : public ClassA {... int anotherresult();...; int main(int argc,char argv[]) { ClassB c3 = new ClassB(1,0,3); ClassA c4 = c3; // Resultat different (methode non virtuelle) cout << "Class B=" <<c3 >computetotal(); cout << " ClassA="<< c4 >computetotal() << endl; // Meme resultat (methode virtuelle) cout << "Class B=" <<c3 >anotherresult(); cout << " ClassA="<< c4 >anotherresult() << endl; Héritage: Métodes virtuelles 21

22 Destructeur Le destructeur de la classe mère est appelé automatiquement après le destructeur de la classe fille. Les appels aux destructeurs se font dans l ordre inverse des appels aux constructeurs. Si une classe contient une méthode virtuelle, son destructeur doit aussi être virtuel Si un pointeur de la classe mère référence un objet de la classe fille, Il faut que ce soit le destructeur de la classe fille qui soit appelé et pas le destructeur de la classe mère. Il y a plus de mémoire allouée pour une instance de la classe fille, si celle-ci n est pas désaluée : risque de mémory leak. Héritage: Destructeur 22

23 Méthode virtuelle pure / classe abstraite Une méthode peut être déclarée dans une classe mais non définie On l appelle alors virtuelle pure Une classe ayant une méthode virtuelle pure est dite: Classe Abstraite Une classe abstraite ne peut pas être instanciée Pour être instanciée, une classe fille doit implémenter la (ou les) méthode(s) virtuelle(s) pure(s). Héritage: Classe abstraite 23

24 Classe abstraite (Cont.) Example class ClassA {... virtual int methodx() = 0;... class ClassB : public ClassA {... int methodx();...; int main(int argc,char argv[]) { ClassB c3 = new ClassB(1,0,3); ClassA c4 = new ClassA(3,4); // illegal Héritage: Classe abstraite 24

25 Classe abstraite (Cont.) Classe abstraite: Usage Ne peut pas être instanciée Partiellement fini Décrit ce que doit faire la classe Ne décrit pas comment le faire Un contrat entre l utilisateur et le réalisateur des implémentations. L utilisateur d une telle classe peut programmer tout son code en utilisant la classe abstraite comme type. L utilisateur n a pas à savoir avec quelle implémentation il travaille. Les réalisateurs de la classe réelle doivent juste respecter le contrat. Héritage: Classe abstraite 25

26 Exemple: Gestion des salles de l Université Toutes les salles de l Université ont un numéro (unique) Deux sortes de salles à l Université Les bureaux (Offices) qui ont un propriétaire Les salles de classe (Classroom) qui ont un nombre de places assises et qui savent si elles contiennent un beamer. Trois classes: Room une classe de base (qui pourrait être abstraite mais ne l est pas) Classroom hérite de Room Office hérite de Room aussi Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 26

27 Room.h class Room { public: Room(int number); int getnumber() const; void setnumber(int number); virtual std::string tostring() const; private: int number; ; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 27

28 Room.cpp Room::Room(int n){ Room::numberInstances++; this >number = n; Room::hm >insert(std::make_pair(n,this)); int Room::getNumber() const{ return this >number; void Room::setNumber(int n){ this >number = n; std::string Room::toString() const { std::ostringstream str; str <<"Number"<< this >number; return str.str(); Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 28

29 Office.h class Office : public Room { public: Office(int number, std::string owner); std::string getowner() const; void setowner(string& v2); string tostring() const; private: string owner ; ; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 29

30 Office.cpp Office::Office(int number, string owner):room(number){ this >owner = owner; string Office::getOwner() const{ return this >owner; void Office::setOwner(string& owner){ this >owner = owner; string Office::toString() const { return Room::toString()+this >owner; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 30

31 Classroom.h class Classroom : public Room { public: Classroom(int number, int nbofseats, bool hasbeamer); int getnbofseats() const; void setnbofseats(int nbofseats); bool hasbeamer() const; void addbeamer(); void removebeamer(); std::string tostring() const; private: int nbofseats ; bool beamer; ; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 31

32 Classroom.cpp Classroom::Classroom(int number, int nbofseats, bool hasbeamer): Room(numb { this >nbofseats = nbofseats; this >beamer = hasbeamer; int Classroom::getnbOfSeats() const { return this >nbofseats; void Classroom::setNbOfSeats(int nbofseats) { this >nbofseats = nbofseats; bool Classroom::hasBeamer() const { return this >beamer; void Classroom::addBeamer() { this >beamer = true; void Classroom::removeBeamer() { this >beamer = false; std::string Classroom::toString() const { std::ostringstream str; str <<"Classroom"<< Room::toString() << ";"<< nbofseats; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 32

33 testentry.cpp int main(int argc,char argv[]) { Room c1 = new Room(1); Room c2 = new Classroom(101,50,true); Room c3 = new Classroom(102,45,false); Room c4 = new Classroom(103,30,false); Room c5 = new Office(104,"Hans Muster"); Room c6 = new Office(105,"Toto"); Room c7 = new Office(106,"E.Benoist"); cout << c4 >tostring() << endl; cout << c7 >tostring() << endl; Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 33

34 Exercice numéro 3 Voir sur Héritage: Exemple: Gestion des salles de l Université 34

35 Librairie Standard Templates (i.e. patrons) Strings Conteneurs / Itérateurs Librairie Standard 35

36 Templates Les classes contenant quelquechose, sont dépendantes de cette chose. Par exemple notre classe contenant des int (stack puis doubly linked list en exercice) Idée: mettre le type de la donnée de coté et écrire une classe générique Nous avons des classes dynamiques. La définition de cette classe contient une partie variable (le type). La classe (avec la définition de toutes ses méthodes) doit être incluse lors de la compilation. (et pas pendant l édition de liens) Librairie Standard: Templates 36

37 Templates: Exemple classe stack générique Nous reprenons notre stack d int dans laquelle nous remplaçons la partie variable Nous voulons pouvoir utiliser la classe comme ceci int main(int argc,char argv[]) { LinkedList<int> l2 = new LinkedList<int>(); l2 >push(0); l2 >push(1); l2 >push(2); while(l2 >size() > 0){ cout << l2 >pop()<< ", "; cout << endl; Librairie Standard: Templates 37

38 private: Type val; Node<Type> next; ; Librairie Standard: Templates 38 Node.h Template (Cont.) template <class Type> class Node { public: Node(Type val, Node<Type> next); Type getval(); void setval(type i); Node<Type> getnext(); void setnext(node<type> next);

39 Node.cpp Template (Cont.) template <class Type> Node<Type>::Node(Type val, Node<Type> next){ this >val = val; this >next = next; template <class Type> Type Node<Type>::getVal(){ return this >val; template <class Type> void Node<Type>::setVal(Type i){ this >val=i; template <class Type> Node<Type> Node<Type>::getNext(){ return this >next; template <class Type> void Node<Type>::setNext(Node<Type> next){ Librairie Standard: Templates 39

40 LinkedList.h Template (Cont.) #include "Node.h" #include "Node.cpp" template <class Type> class LinkedList { public: LinkedList(); ~LinkedList(); void push(type val); Type pop(); int size(); private: Node<Type> firstnode; Type number; ; Librairie Standard: Templates 40

41 LinkedList.cpp #include "LinkedList.h" template <class T> LinkedList<T>::LinkedList(){ firstnode = 0; number=0; template <class T> LinkedList<T>::~LinkedList<T>(){ while(size()!=0){ pop(); template <class Type> void LinkedList<Type>::push(Type val){ number++; firstnode = new Node<Type>(val,firstNode); return; template <class Type> Type LinkedList<Type>::pop(){ Librairie Standard: Templates 41

42 Strings La bibliothèque standard offre un support pour les chaînes de caractères. les chaînes en C sont des char* Fin de chaine donnée avec caractère 0. Allocation dynamique assez délicate. En C++ la chaîne est stockée sous forme d objet string Nous devons charger la bibliothèque <string> pour pouvoir l utiliser Librairie Standard: Strings 42

43 Méthodes pratiques des strings length() retourne la longueur de la string operator+ concaténation de la string avec des strings ou des chars. operator>> opérateur de flux d entrée operator<< opérateur de flux de sortie operator[] accés aux caractères à l aide de leur index. empty() teste si la string est vide append(const string& str) concatène str à la string this Librairie Standard: Strings 43

44 String exemples #include <string> class Office : public Room { public: Office(int number, std::string owner); std::string getowner() const; void setowner(std::string& v2); std::string tostring() const; private: std::string owner ; ; Librairie Standard: Strings 44

45 Suite de l exemple std::string Office::toString() const { return Room::toString()+this >owner; Librairie Standard: Strings 45

46 Conteneurs/Iterateurs Mode de stockage générique des éléments Permet de disposer de Structures de données standard sans programmer vector structure objet représentant un array list structure chainée de liste map donnée regroupant une cle et une valeur... Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 46

47 Vector La classe vector correspond à un array d éléments Accés efficace à l aide d un indice Insertion et effacage difficile au milieu Offre de multiple fonctionnalités en plus Opérateur [] pour avoir une syntaxe proche des arrays methode push_back(elem) permet d inserer dans le vecteur (gestion automatique de la mémoire) méthode size() retourne le nombre d éléments contenus dans la structure. Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 47

48 Vector: Exemple vector<int> v1; v1.push_back(1); v1.push_back(2); v1.push_back(3); v1.push_back(4); for(int i=0;i<v1.size();i++){ cout << v1[i] << endl; Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 48

49 Iterator Objet de type pointeur sur un élément d un conteneur Utilisé pour visiter une structure conteneur ContainerType C; // Any standard container type, // like std::list<sometype> //for (ContainerType::iterator it = C.begin(); it!= C.end(); ++it){ // for mutable iterator (if you need to modify elements) for (ContainerType::const_iterator it = C.begin(); it!= C.end(); ++it) { std::cout << it << std::endl; Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 49

50 Iterator: Example vector<int> v1; v1.push_back(1);... for (vector<int>::const_iterator it = v1.begin(); it!= v1.end(); ++it) { cout << it << std::endl; vector<string> v2; v2.push_back("aa");... for (vector<string>::const_iterator it = v2.begin(); it!= v2.end(); ++it) { cout << it << std::endl; Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 50

51 Map Structure de liste associative On associe une clé à une valeur Template utilise deux types: <cle,valeur> Méthodes pour insérer, tester et retourner les éléments stockés: insert(make_pair(key,value)) insère une paire dans la map find(key) retourne la paire correspondant à la clé donnée la paire retournée peut être à nouveau scindée en deux le membre first contient la clé le membre second contient la valeur. Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 51

52 Map: Exemple Dans notre exemple de gestion des pièces, nous voulons une méthode statique pour retrouver une Room connaissant son numéro static Room getroom(int n); Nous définissons donc une variable de classe (static) qui contiendra les éléments clé: int valeur: Room* class Room {... private: static std::map<int,room > hm; Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 52

53 Map: Exemple (Suite) Nous définissons la méthode d accés Room Room::getRoom(int n){ std::map<int,room > hm1 = Room::hm; return hm1 >find(n) >second; Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 53

54 Exercice numéro 4 Voir sur Librairie Standard: Conteneurs / Iterateurs 54