TIE-20200 Ohjelmistojen suunnittelu Luento 1: Virtuaalifunktiot, Template method 1
Seuraavaksi tarjolla: Otekn-asiaa vähän pintaa syvemmältä Virtuaalifunktiot ja erikoistaminen, olioiden kopiointi ja elinaika Tyystin uusi asia, tutustutaan yksinkertaiseen suunnittelumalliin (=huomataan, että ratkaisu on tuttua kamaa ja yleisessä käytössä)
Dynaaminen sidonta, perintä Kerrataan virtuaalifunktioiden ideaa tutustumalla Template method -suunnittelumalliin Ei mitään tekemistä c++:n template:jen kanssa Voi hyvinkin näyttää tutultua jutulta omasta tai muiden koodista suunnittelu/toteutusmallien idea, hyväksi havaittu ratkaisu johonkin olemassa olevaan ongelmaan 3
Virtuaalifunktiot ja perintä pikaisesti Kantaluokka esittelee virtuaalifunktion (tai abstrakti kantaluokka puhtaasti virtuaalisen funktion) Aliluokka voi toteuttaa funktion omalla tavallaan (tai aliluokan täytyy toteuttaa, jos puhtaasti virtuaalinen) Dynaaminen sidonta ajoaikaisesti tapahtuva oikean toteutuksen kutsu (rajapinta ei kerro, mitä toteutusta ollaan kutsumassa) 4
Virtuaalifunktiot ja perintä pikaisesti Kantaluokka esittelee virtuaalifunktion: Aliluokka voi toteuttaa funktion omalla tavallaan (tai täytyy toteuttaa, jos puhtaasti virtuaalinen). Jos kantaluokka on määritellyt funktion virtuaaliseksi, aliluokka voi: Hyväksyä kantaluokan toteutuksen (eli ei tehdä mitään, toimia kuten laajentamisesimerkeissä). Kirjoittaa kokonaan uuden toteutuksen, korvaten kokonaan vanhan (overriding). Funktio pitää esitellä uudelleen aliluokan otsikkotiedostossa.. Edellisen erikoistapaus: käyttää kantaluokan toteutusta ja lisätä päälle omaa toiminnallisuutta.. 5
Virtuaalifunktiot ja perintä pikaisesti // kirja.hh // huomaa eri näkyvyysaluemääreet class Kirja { public: virtual void tulosta( std::ostream& out ) const;... protected: virtual bool etsitiedoista( const std::string& avainsana ) const; private: string kirjannimi_, kirjailija_, juonikuvaus_...; }; void Kirja::tulosta( std::ostream& out ) const { out << kirjailija_ << ":\"" << kirjannimi_ << '"' << " " << endl; } bool Kirja::etsiTiedoista( const std::string& avainsana ) const { // yritä löytää avainsana nimestä tai kirjailijan nimestä return kirjannimi_.find(avainsana)!= string::npos kirjailija_.find(avainsana)!= string::npos; } 6
Virtuaalifunktiot ja perintä pikaisesti class Kirjastonkirja: public Kirja {... virtual void tulosta( std::ostream& out ) const;... }; void KirjastonKirja::tulosta( ostream& out ) const { Kirja::tulosta( out ); // käytetään kantaluokan palvelua if( lainauspaiva_!= 0 ) { out << "-- lainattu " << *lainauspaiva_ << endl; } } Kirjastonkirja hyväksyy etsitiedoista() funktion kantaluokan tarjoaman toteutuksen, mutta erikoistaa tulostatiedot() -funktion Kirjastonkirja::tulosta() ei pysty (eikä pitäisikään pystyä ) käpistelemään kantaluokan jäsenmuuttujia. Se voi kuitenkin käyttää hyväkseen kantaluokan tulosta() funktiota kutsumalla sitä eksplisiittisesti. 7
Dynaaminen sidonta ja jäsenfunktiot void Kirja::tulostaJosLoytyy( std::string avainsana, std::ostream& out ) const { if( etsitiedoista( avainsana ) ) { out << "avainsana " << avainsana << " löytyi kirjasta: "; tulosta( out ); } } Dynaaminen sidonta toimii samaan tapaan myös luokkien sisällä Vaikka tulostajosloytyy() funktio on määritelty kantaluokassa Kirja, kutsutaan silti funktiota KirjastonKirja::tulosta() jos kirjan todellinen tyyppi on kirjaston kirja. 8
Puhtaasti virtuaalinen funktio ja toteutusrunko Puhtaasti virtuaalinen funktio voi sisältää myös toteutusta aliluokan on annettava toteutus, mutta se voi hyödyntää olemassa olevaa koodia Saman koodin copy-paste vähenee (virheet, muokattavuus yms.)
Ja takaisin asiaan, tehtävä: Kirjalla on nimi, kirjailija, juonikuvaus Virtuaalifunktiot: etsitiedoista, annajuonikuvaus, tulostatiedot Suunnittele kantaluokkaan kaikilla kirjatyypeillä toimiva funktio tulostajosloytyy, joka 1. tulostaa parametrinaan saamansa avainsanan 2. tarkastaa löytyykö annettu avainsana kirjan tiedoista ja jos löytyy, tulostaa kirjan tiedot. 3. Jos avainsana löytyy myös/vain juonikuvauksesta, tulostetaan löydetystä avainsanasta seuraavat 20 merkkiä kuvauksesta. 10
Ratkaisun analyysiä Pääsimme kohti yhden toteutusmallin ideaa, eivät tarjoa mitään mullistavan hienoa, vaan toimivia käytössä olevia ratkaisuja (GOF-patterns) Kantaluokkaan varsinainen haluttu toiminnallisuus aliluokat saavat määritellä oman osansa toiminnallisuudesta haluamallaan tavalla itse päätoiminnallisuus määritellään kertaalleen ja säilyy muuttumattomana 11
Template Method, puristisempi näkökulma Kantaluokka abstrakti, tarjoaa normaalin funktion (algoritmi) ja erikoistettavat funktiot Erikoistettavat funktiot protectediin, rajapinnan käyttäjällä vain kantaluokassa käyttäjän käyttöön mietityt palvelut Erikoistamisella voidaan muuttaa vain algoritmin osatoteutuksia Samaan hintaan Non-virtual interface pattern, julkinen rajapinta ei-virtuaalinen, erikoistusrajapinta protected
Suunnittelumallien rakenne Nimi Käyttötarkoitus Motivointi, ongelma-alueen kuvaus Konteksti Seuraukset (rajoitteet, toteutukset, tunnetut käyttökohteet)
GOF-kuvaus Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software -Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson and John Vlissides = Gang Of Four (GOF) Pattern Name and Classification: A descriptive and unique name that helps in identifying and referring to the pattern. Intent: A description of the goal behind the pattern and the reason for using it. Also Known As: Other names for the pattern. Motivation (Forces): A scenario consisting of a problem and a context in which this pattern can be used. Applicability: Situations in which this pattern is usable; the context for the pattern. Structure: A graphical representation of the pattern. Class diagrams and Interaction diagrams may be used for this purpose. Participants: A listing of the classes and objects used in the pattern and their roles in the design. Collaboration: A description of how classes and objects used in the pattern interact with each other. Consequences: A description of the results, side effects, and trade offs caused by using the pattern. Implementation: A description of an implementation of the pattern; the solution part of the pattern. Sample Code: An illustration of how the pattern can be used in a programming language. Known Uses: Examples of real usages of the pattern. Related Patterns: Other patterns that have some relationship with the pattern; discussion of the differences between the pattern and similar patterns.
Idean käyttökohteita Tiedon jäsentelijä, esim. lataa tietoja tietyssä muodossa: Abstrakti kantaluokka DataImporter parsedata funktio (valitaan tiedosto, jäsennellään tiedot tiedostotyypin mukaisesti, kirjataan logiin tapahtumia, tuotetaan lopputulos käyttäjälle) Valmista omaa toteutusta: dataimporterfunktion runko, write2log, output Erikoistettavat toiminnot: parsefile Erikoistajat (eri) 15
Lisää samasta asiasta Graafiset käyttöliittymäkirjastot / ympäristöt Tarjoavat suurimman osan perustoiminnoista Käyttäjä antaa toteutuksen muutamille toiminnoille esim. onpaint, close, Initialize,... Käytössä myös monia muita ratkaisutapoja 16
Yhteenveto Perintä, virtuaalifunktiot yms. perustekniikoita, joita hyödynnetään useissa toteuteusmalleissa ja ympäristöissä Jatkossa lisää asiasta, käyttöliittykäkomponenttien erikoistamista sun muuta mukavaa Toteutusmallit/suunnittelumallit (design patterns) Idean ymmärtäminen tärkeää, toteutustekniikka yleensä melko yksinkertainen Ratkaisuja ongelmiin, tapa kommunikoida ratkaisuja Ongelmalähtöisyys, tavoitteena ei ole keksiä ensin kasaa kivoja tekniikoita ja sitten miettiä miten ne saa mahdutettua omaan koodiin vaan... Malleja on hirveät määrät, ulkoa opettelu turhaa (yleisimmät hyvä tuntea, tärkeämpää kyky lukea malleja/ymmärtää niiden vahvuudet/heikkoudet) Älä käytä ilman järkevää syytä, ongelmalähtöisyys 17