Наследование и многократное использование
Когда инженеры из компании Acme Motors решили сконструировать новый автомобиль, у них было два варианта: они могли начать с нуля или модифицировать существующую модель Star. Возможно, эта модель почти идеальна, но хотелось бы добавить турбокомпрессор и шестискоростную передачу. Главный инженер выбрал второй вариант, т.е. не начинать с нуля, а построить другую модель автомобиля Star, усовершенствовав ее за счет дополнительных возможностей. При этом он предложил назвать новую модель Quasar, Quasar — это разновидность модели Star, но оснащенная новыми деталями.
Язык C++ поддерживает наследование. Это значит, что можно объявить новый тип данных (класс), который является расширением существующего. Об этом новом подклассе говорят, что он унаследован от существующего класса, и называют его производным. Модель Quasar произведена от модели Star, и поэтому она наследует все ее качества, но при необходимости может их расширить. О наследовании и его применении в языке C++ речь пойдет на занятиях 11 и 15.
Полиморфизм
Новая модель Quasar, в отличие от Star, может по-другому реагировать на нажатие акселератора. В модели Quasar можно добавить инжекторную систему впрыскивания топлива в двигатель и турбокомпрессор вместо использования карбюратора в модели Star. Однако пользователю не обязательно знать об этих отличиях. Он может просто надавить на газ и ожидать соответствующей реакции автомобиля, за рулем которого он сидит.
Язык C++ поддерживает возможность вносить изменения в выполнение одноименных функций для разных объектов благодаря так называемому полиморфизму функций и классов. Поли означает много, морфе — форма, следовательно, полиморфизм означает многообразие форм. Подробно это понятие рассматривается на занятиях 10 и 13.
Эволюция языка C++
Когда назрела идея объектно-ориентированного анализа, проектирования и программирования, Бьярн Страуструп (Bjarne Stroustrup) взял язык С (наиболее популярный для разработки коммерческих программных продуктов) и расширил его, обогатив средствами, необходимыми для объектно-ориентированного программирования.
Хотя язык C++ справедливо называют продолжением С и любая работоспособная программа на языке С будет поддерживаться компилятором C++, при переходе от С к C++ был сделан весьма существенный скачок. Язык C++ выигрывал от своего родства с языком С в течение многих лет, поскольку программисты могли легко перейти от С к использованию C++. Однако многие программисты обнаружили, что для того, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами языка C++, им нужно отказаться от некоторых своих прежних знаний и приобрести новые, а именно: изучить новый способ концептуализации и решения проблем программирования.
Нужно ли сначала изучить язык C
У многих возникает вопрос: "Поскольку C++ является продолжением языка С, нужно ли сначала осваивать С?" Страуструп и большинство других программистов, использующих C++, считают, что это не только не нужно, но гораздо лучше этого вовсе не делать.
Эта книга не предполагает наличия у читателя предварительного опыта программирования. Но если вы знакомы с программированием на С, первые пять глав вам достаточно лишь просмотреть. Только начиная с занятия 6, мы приступим к настоящей разработке объектно-ориентированных программ.
C++ и Java
C++ в настоящее время считается господствующим языком, используемым для разработки коммерческих программных продуктов. В последние годы это господство слегка заколебалось благодаря аналогичным претензиям со стороны такого языка программирования, как Java, но маятник общественного мнения качнулся в другую сторону, и многие программисты, которые бросили C++ ради Java, в последнее время поспешили вернуться к своей прежней привязанности. В любом случае эти два языка так похожи, что изучив один из них, вы на 90% освоите другой.
Стандарт ANSI
Аккредитованный комитет стандартов (Accredited Standards Committee), действующий под руководством Американского национального института стандартов (American National Standards Institute — ANSI), создал международный стандарт для языка C++.
Стандарт C++ также именуется в настоящее время как ISO — International Standards Organization (Международная организация по стандартизации). Кроме того, когда говорят о стандарте языка C++, иногда имеют в виду или NCITS (National Committee for Information Technology Standards — Национальный комитет по стандартам на информационные технологии), или X3 (старое название комитета NCITS), или ANSI/ISO. В этой книге мы будем придерживаться стандарта ANSI, поскольку это наиболее популярный термин.
Примечание:Аббревиатура ANSI обычно произносится как "анси".
Стандарт ANSI — это попытка гарантировать, что язык C++ будет аппаратно независимым (т.е. переносимым с компьютера на компьютер). Это значит, что программа, написанная в соответствии со стандартом ANSI для компилятора компании Microsoft, будет компилироваться без ошибок с использованием компилятора другого производителя. Более того, поскольку приведенные в этой книге программы являются ANSI- совместимыми, они должны компилироваться без ошибок на компьютерах, работающих на платформах Mac, Windows или Alpha.
Для большинства изучающих язык C++ стандарт ANSI остается прозрачным. Тем не менее соответствие программного продукта общепринятым стандартам ANSI важно для профессиональных программистов. Мы позаботились о том, чтобы все программы, вошедшие в эту книгу, были ANSI-совместимыми.
Подготовка к программированию
Язык C++, возможно, больше любого другого требует от программиста до написания программы провести подготовительный этап, заключающийся в ее проектировании. При решении тривиальных проблем, рассматриваемых в первых нескольких главах этой книги, можно обойтись и без затрат на проектирование. Однако сложные проблемы, с которыми профессиональные программисты сталкиваются в реальной жизни чуть ли не каждый день, действительно требуют предварительного проектирования, и чем тщательнее оно будет проведено, тем более вероятно, что программа сможет их решить, причем с минимальными затратами времени и денежных средств. При добросовестно проведенном проектировании создается программа, которую легко отладить и изменять в будущем. Было подсчитано, что около 90% стоимости программного продукта составляет стоимость отладки и настройки. Удачно выполненное проектирование может значительно уменьшить эти расходы, а значит, и стоимость проекта в целом.
Первый вопрос, который нужно задать при подготовке к проектированию любой программы, звучит примерно так: "Какую проблему я хочу решить?" Каждая программа должна иметь четкую, ясно сформулированную цель, и вы увидите, что это относится даже к простейшим программам, приведенным в этой книге.
Второй вопрос каждый уважающий себя программист поставит следующим образом: "Можно ли решить эту проблему с использованием уже имеющихся программных продуктов, т.е. не изобретая собственного колеса?" Может быть, для решения этой проблемы достаточно воспользоваться своей старой программой, ручкой и бумагой или купить у кого-то уже готовую программу? Часто такое решение может оказаться лучше, чем создание абсолютно новой программы. Программист, предлагающий такую альтернативу, никогда не пострадает от отсутствия работы: умение находить экономные решения проблем обеспечит ему популярность в будущем.
Уяснив проблему и придя к выводу, что она требует написания абсолютно новой программы, вы будете готовы к этапу проектирования.
Создание любого коммерческого приложения требует тщательного анализа проблемы и проектирования ее эффективного решения. Хотя эти этапы логически предваряют этап написания программы, все же лучше начать с изучения базового синтаксиса и семантики языка C++ еще до изучения методов формального анализа и проектирования.
Среда разработки
В этой книге предполагается, что в вашем компиляторе предусмотрен режим работы с командной для непосредственного ввода данных, минуя графический интерфейс таких систем, как Windows или Macintosh. Найдите опцию console или easy window либо обратитесь к документации, прилагаемой к компилятору.
Возможно, ваш компилятор имеет собственный встроенный текстовый редактор либо вы можете использовать любой коммерческий текстовый редактор, сохраняющий файлы в текстовом формате без атрибутов форматирования. Примерами таких редакторов могут служить Windows Notepad, команда DOS Edit, Brief, Epsilon, EMACS и vi. Такие коммерческие текстовые процессоры, как WordPerfect, Word и многие другие, также позволяют сохранять файлы в текстовом формате.
Файлы, создаваемые с помощью текстовых редакторов, называются файлами источников. Они обычно имеют расширение .cpp, .cp или .с. В этой книге файлы, содержащие листинги программ, имеют расширение . cpp, но всегда лучше просмотреть документацию компилятора, с которым вы собираетесь работать, и выяснить его предпочтения.
Примечание:Для большинства компиляторов C++ неважно, какое расширение имеет файл, содержащий исходный текст программы, хотя многие из них по умолчанию используют расширение .cpp. Однако будьте внимательны: некоторые компиляторы рассматривают файлы с расширением . с как программы на языке С, а файлы с расширением . cpp как программы на языке C++. Так что работу с компилятором всегда лучше начать с чтения документации.