實習目標 |
1. 練習如何宣告類別 (如何運用 Visual Studio 界面)
2. 練習如何使用 private 與 public access specifier (了解 C++ 如何控制存取權限) 3. 練習如何定義成員函式 (member function), 在成員函式中如何存取類別資料 4. 了解浮點數的比對相關問題 5. 如何拷貝一個簡單類別的物件 |
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步驟一 |
我們曉得 C/C++ 的基本資料型態裡並沒有複數 (complex number) 這樣子的東西,
所以我們在這個單元裡要透過 C++ 類別的語法定義一個新的資料型態來存放複數:
直覺的想法應該會覺得這件事情有點簡單, 複數包含實數部份 (real part) 和虛數部份 (imaginary part), 似乎只要用 C 裡頭的 struct 語法就可以定義一個新的資料型態了。 不過我們的要求還稍微多一點, 每一個抽象的資料型態 (abstract data type) 除了包含所存放的資料以外, 還必須要定義它們的運算, 在這個實習中我們考慮下列的運算:
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步驟二 | 請利用 Visual Studio 界面新增一個 C++ 檔案 請在檔案內寫一個空的 main() 函式, Build, 新增一個資料匣為 testComplex, 存檔為 testComplex.cpp 此時 project 將會自動命名為 testComplex |
步驟三 |
請使用右鍵在 Workspace/ClassView 的名稱 testComplex classes 上點一下,
選擇 New Class...,
在 Class information 的 Name 欄位填入 CComplex 作為新的類別名稱,
此時你可以檢查 ClassView 中看到新增了一個 CComplex 類別,
在 FileView 中你會看到 Complex.cpp 和 Complex.h,
請在 ClassView 中雙擊 CComplex 來查看 Complex.h 檔案內類別的宣告 (declaration),
class CComplex { public: CComplex(); virtual ~CComplex(); };這是 Visual Studio 界面自動幫你作出來的類別定義, 這兩個函式有特殊的用途, 將來我們會仔細談它們的用法, 目前對你沒有影響, 你也不需要去修改它們。 至於檔案中其它的 #if !defined(...), #define, #endif 是為了避免重複引入 .h 定義檔 而設計的, 這是所有多檔案 C/C++ 程式都需要有的定義, 如果 Visual Studio 界面不幫你做好, 你也一樣要自己做。 請在 ClassView 中點開 CComplex 類別前的 + 號, 你可以看到 Visual Studio 界面幫你定義了兩個成員函式, 所有的函式定義 (definition) 都應該在 .cpp 檔案中, 請點選任何一個函式打開 Complex.cpp 來檢視這兩個函式的定義。 |
步驟四 | 現在我們應該來定義 CComplex 類別內儲存資料的欄位了, 我們知道複數平面上需要有兩個實數座標, 請務必替它們取適當的名字,
我們把它們取為 m_real 和 m_imaginary, 再來必須要決定它們是 private 還是 public, 目前這個決定很簡單,
就是 private, 除了很小很小部份的資料需要是 public 之外, 幾乎所有的都需要是 private, 如果你要讓它是 public
的話, 你最好要有很充分的理由。
現在你有兩種選擇來增加這兩個資料成員 (data member),
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步驟五 | 為了要能夠有設定 CComplex 物件內容的界面函式, 我們替這個類別增加一個 setValue(double, double); 的 public 成員函式, 如此就可以初始化物件的內容了 增加一個成員函式也和增加資料成員一樣有兩種作法, 可以自己在 complex.h 以及 complex.cpp 檔案中加入成員函式的宣告和定義, 也可以在 ClassView 中用右鍵選擇 Add Memeber Function, 在 Function Type欄位填入函式的回傳值型態, 例如 void, 在 Function Declaration 欄位中填入函式的名稱和參數的型態定義, 例如 setValue(double real, double imaginary), Access 選擇 Public, 代表是公開的界面函式, Static 和 Virtual 目前都不要選。 函式的內容基本上就是 m_real = real; m_imaginary = imaginary;呼叫的方法類似於 CComplex x; x.setValue(13,25); // 13 + 25 i |
步驟六 |
現在我們應該來定義 CComplex 類別的 +, -, *, / 運算了:
首先應該先決定這些運算的名稱, 決定這些運算所需要傳入的參數, 所需要傳回的數值型態, 然後決定這些運算是 public 還是 private。
做好上面的選擇後, 你還是有兩種方法來增加這些成員函式 (member function),
CComplex x1, x2, x3; x1.setValue(7, 3); x2.setValue(1, 1); x3.setValue(5, -2); assert(x1.divide(x2)); assert(x1.equal(x3, 1e-10)); // 1e-10 代表 1x10-10 x2.setValue(0, 0); assert(!x1.divide(x2));當然, 現在你應該在你的函式裡將前面 +, -, *, / 的函式內容寫完, 並且對每一個函式所設計的功能都設計好單元測試的資料, 如此萬一以後修改程式時, 所有原先設計的功能 (很多也許你在修改時都已經忘掉了的功能) 都自動化地測試一遍 (所謂 TestDriven 的程式發展方法, 很多工程領域或是製造業裡都有這種達成品管的機制, 軟體製作時也有這種需求。) 在撰寫上面的函式內容時請注意 C++ 的存取權限控制是針對類別來做的, 不是針對物件來做的, 也就是說別的類別的物件不能存取 CComplex 類別物件的 private 資料成員, 但是一個 CComplex 物件可以存取另外一個 CComplex 物件內的 private 資料成員 |
步驟七 | 現在你應該要自己做 equal (相等) 的成員函式了, 函式應該要傳回 bool 型態的結果, 你在這裡會遭遇問題,
主要是浮點數並沒有辦法精確地比對, 兩個浮點數之間比對每一個 bit 都相等是沒有太大意義的, 例如下面程式:
double x = 3.13; ... if (x == 3.13) cout << "x == 3.13\n"; ...或是 double x = 3.09; x = x/2.0 + 1.51; if (x == 3.055) cout << "x == 3.055\n"; 你覺得螢幕上會列印任何東西嗎? 如果不會的話, 原因是什麼? 你可以列印一下 x 的內容, 又會發現看起來 x 好像是對的, 拜託不要跟我說機器不好, 這和浮點數的表示方法有密切關係 :) 在我們的程式中, 你應該用 subtract() 和 magnitude() 來測試看看你的答案是不是 和我列在上面的答案小於一個很小的數字, 例如 0.0000001 所以你的 equal() 函式應該要接受兩個參數, 第一個參數是要比較的數字, 第二個參數則是精確度 |
步驟八 |
現在你應該要完成計算複數大小的成員函式了, 叫它 magnitude 吧, 函式應該要傳回一 double 的結果 在製作這個函式時你可能需要 C 標準函式庫中的 sqrt() 函式, 記得 #include <math.h> |
步驟九 | 接下來我們為了能夠在螢幕上顯示一個 CComplex 物件的內容, 需要替這個類別加上一個 print() 的 public 成員函式, 任何時候只要呼叫 print() 就可以在螢幕 (cout) 上印出 a + bi 格式的資料 |
步驟十 | 此時我們可以把前面放在 main() 中的所有的類別功能測試的程式碼, 集合起來到一個 unitTest() 的成員函式內, 這樣子的函式是物件導向程式作架構調整 (refactoring) 時很重要的憑據, 也是你寫的程式模組的品質管理的基本方法。 然後你可以在 main() 中呼叫這個 unitTest() 的函式來執行單元測試 可是這個時後如果我們把 unitTest() 定義為一個成員函式, 你會發現在 main() 函式中你需要寫 CComplex dummy; dummy.unitTest(); 才能夠呼叫 unitTest() 這個成員函式, 如果你使用 static 保留字來宣告 unitTest(), 也就是用下列的語法來宣告: class CComplex { ... public: static void unitTest(); ... };如此宣告出來的成員函式稱為 class method, 不屬於任何一個物件, 所以在呼叫的時候不需要透過物件來呼叫它: 直接寫 CComplex::unitTest(); 就可以了。 |
步驟十一 | 現在我們應該要在 main() 函式裡寫一個比較實際的應用程式, 請由鍵盤輸入一個二元一次方程式 a x^2 + b x + c = 0 的實數係數 a, b, c, 請利用公式求出它的兩個根 x1, x2, 並且列印出來, 請計算
請注意: 對於我們今天寫的 CComplex 類別來說, 你可以用下面兩種敘述來拷貝一個 CComplex 物件 x 到另外一個 CComplex 物件 y 或是 z 去 CComplex x; x.setValue(10, 20); CComplex y = x; // copy constructor 拷貝建構元 CComplex z; z = x; // assignment operator 設定運算子我們在以後的課程裡會介紹這兩種寫法的不同, 也會解釋為什麼像 CComplex 這樣子單純的類別可以使用 C++ compiler 預設的運算, 什麼樣的類別不能用上面的兩種方法來拷貝資料 |
步驟十二 | 請助教檢查後, 將所完成的 project (去掉 debug/ 資料匣下的所有內容) 壓縮起來, 選擇 Lab3-1 上傳, 後面的實習課程可能需要使用這裡所完成的程式 |
做完這個實習以後, 你應該會發現 Visual Studio 左方那個 ClassView 的視窗真的很有用, 你可以隨時修改某一個類別, 隨時找到類別裡的資料或是成員函式; 但是有時你用 Visual Studio 介面會發現某一個類別的定義突然就不見了,這應該是 Visual Studio 介面的一個小問題吧, 怎麼解決呢? 請到 FileView 視窗中找到那個突然不見了的類別的 .h 檔案, 點兩下打開, 存檔一次, 這樣子應該就可以在 ClassView 視窗中再看到這個類別的定義了。
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C++ 物件導向程式設計課程
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製作日期: 02/24/2004
by 丁培毅 (Pei-yih Ting)
E-mail: pyting@mail.ntou.edu.tw
TEL: 02 24622192x6615
海洋大學
電機資訊學院
資訊工程系
Lagoon