Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti Introduzione al C++ e alla programmazione ad...

Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti

Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti

Corso Specialistico CNTC

Bologna, 19-23 febbraio 2001Andrea Dell’Acqua e Claudio Grandi

19-23 febbraio 2001 2Introduzione al C++ e alla programmazione ad oggetti

Introduzione

• Le due componenti principali dei programmi:– Algoritmi: l’insieme delle istruzioni che svolgono un

particolare compito– Dati: ciò su cui gli algoritmi agiscono per produrre una

soluzione unica

• La relazione fra queste componenti definisce il paradigma di programmazione– Programmazione procedurale: problemi modellati

dagli algoritmi. Dati immagazzinati in aree comuni o passate agli algoritmi

– Programmazione ad oggetti: problemi modellati dalle relazioni fra tipi di dati astratti (ADT, Abstract Data Types), chiamati generalmente oggetti


Il rapporto Dato-Algoritmo

Linguaggio Bits Bitsmacchina

Programmazione Dati Algoritmi

Liv

ello

di a

stra

zion

e

Assemblers Symbolic Op-code Words

Compilatori Variables & Statements Types

Linguaggi Data Subroutines strutturati structures

Ada (Modula) Abstract Packages Data Types (Modules)

Object Oriented Objects Objects


Cos’è un oggetto?

• Né più né meno di quello che potreste trovare scritto in un vocabolario…– Un oggetto è un’entità che si possa immaginare dotata

di determinate caratteristiche e funzionalità.

• Lo stato di un oggetto è rappresentato da dati che ne descrivono le caratteristiche in un certo istante

• Le funzionalità di un oggetto sono le operazioni che può svolgere quando glie lo si richiede (cioè quando riceve un messaggio)

• Nella nostra vita quotidiana siamo molto più abituati a ragionare per oggetti che non in modo strutturato!


Un esempio...


SoldatoSoldatoSoldatoSoldato


FunzioneFunzione

Funzione

Codice

funzione

CodicefunzioneCodice

funzione

… cos’è un oggetto:

Un insieme di dati e funzioni:

Dato

Dato

Dato


Incapsulazione

• Netta divisione fra interfaccia e implementazione• Da fuori si vede solo l’interfaccia che definisce i

messaggi accettati dall’oggetto• I dettagli dell’implementazione (dati e codice delle

funzioni) sono invisibili dall’esterno• Ogni oggetto ha in se tutto ciò che gli serve per

rispondere alle chiamate (o deve sapere a chi chiedere…)

• Il confinamento di informazioni e funzionalità in oggetti permette livelli maggiori di astrazione e semplifica la gestione di sistemi complessi.


Approccio OO

• Sono le strutture di dati che svolgono le azioni, non le subroutines

• Il lavoro è svolto dal server, non dal client• “Cos’ è?” “Com’ è fatto?”

Data Oriented• “Cosa può fare per me?”

Object Oriented


Perché programmare per oggetti?

• Programmare per oggetti non velocizza l’esecuzione dei programmi...

• Programmare per oggetti non ottimizza l’uso della memoria...

E allora perchè programmare per oggetti?• Programmare per oggetti facilita la progettazione

e il mantenimento di sistemi software molto complessi!


Caratteristiche del software non mantenibile

• Rigidità– non può essere cambiato con faciltà– non può essere stimato l’impatto di una modifica

• Fragilità– una modifica singola causa una cascata di modifiche

successive– i bachi sorgono in aree concettualmente separate

dalle aree dove sono avvenute le modifiche

• Non riusabilità– esistono molte interdipendenze, quindi non è possibile

estrarre parti che potrebbero essere comuni


Programmazione ad oggetti

• La programmazione ad oggetti, attraverso l’incapsulazione, consente di:– ridurre la dipendenza del codice di alto livello dalla

rappresentazione dei dati – riutilizzare del codice di alto livello– sviluppare moduli indipendenti l’uno dall’altro– avere codice utente che dipende dalle interfacce ma

non dall’implementazione


C++ e Object Orientation

• Il C++ può essere usato come linguaggio procedurale o per programmazione ad oggetti

• Object Orientation implementata attraverso il concetto di classe

• Prima di affrontare il problema della programmazione OO con C++ dobbiamo:– capire dove la programmazione procedurale fallisce– affrontare la sintassi del C++


Programmazione procedurale

• Esempio: cinematica relativistica COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), + P3(4), P4(4) REAL P1(4), P2(4), P3(4), P4(4)

COSTHETA12 = (P1(1)*P2(1) + P1(2)*P2(2) + + P1(3)*P2(3))/... COSTHETA13 = (P1(1)*P3(1) + P1(2)*P3(2) + + P1(3)*P3(3))/... COSTHETA14 = (P1(1)*P4(1) + P1(2)*P4(2) + + P1(3)*P4(3))/...

COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), + P3(4), P4(4) REAL P1(4), P2(4), P3(4), P4(4)

COSTHETA12 = (P1(1)*P2(1) + P1(2)*P2(2) + + P1(3)*P2(3))/... COSTHETA13 = (P1(1)*P3(1) + P1(2)*P3(2) + + P1(3)*P3(3))/... COSTHETA14 = (P1(1)*P4(1) + P1(2)*P4(2) + + P1(3)*P4(3))/...

FUNCTION COSTHETA(P1, P2) REAL P1(4), P2(4) COSTHETA = (P1(1)*P2(1) + P1(2)*P2(2) + + P1(3)*P2(3))/... END



COSTHETA12 = COSTHETA(P1, P2) COSTHETA13 = COSTHETA(P1, P3)

COSTHETA14 = COSTHETA(P1, P4)


COSTHETA12 = COSTHETA(P1, P2) COSTHETA13 = COSTHETA(P1, P3)

COSTHETA14 = COSTHETA(P1, P4)

Idea: perché non usare una

function?

Idea: perché non usare una

function?


COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), P3(4), P4(4) COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), P3(4), P4(4)

Evoluzione del codice• Se cambia il formato del common block?

COMMON /MYDATA/ P(4), E(4), THETA(4), PHI(4) COMMON /MYDATA/ P(4), E(4), THETA(4), PHI(4)

• Bisogna cambiare la funzione (gli argomenti sono diversi)

COMMON /MYDATA/ P(4), E(4), + THETA(4), PHI(4)

COSTHETA12 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(2), + PHI(1), PHI(2)) COSTHETA13 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(3), + PHI(1), PHI(3)) COSTHETA14 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(4), + PHI(1), PHI(4))

COMMON /MYDATA/ P(4), E(4), + THETA(4), PHI(4)

COSTHETA12 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(2), + PHI(1), PHI(2)) COSTHETA13 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(3), + PHI(1), PHI(3)) COSTHETA14 = COSTHETA1(THETA(1),THETA(4), + PHI(1), PHI(4))

FUNCTION COSTHETA1(THETA1, THETA2, + PHI1, PHI2) COSTHETA1 = SIN(THETA1)*SIN(THETA2) * + COS(PHI1-PHI2) + COS(THETA1)*COS(THETA2) END

FUNCTION COSTHETA1(THETA1, THETA2, + PHI1, PHI2) COSTHETA1 = SIN(THETA1)*SIN(THETA2) * + COS(PHI1-PHI2) + COS(THETA1)*COS(THETA2) END

• ...e il codice!


COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), + P3(4), P4(4)

COSTHETA12 = COSTHETA(P1, P2) COSTHETA13 = COSTHETA(P1, P3) COSTHETA14 = COSTHETA(P1, P4)

COMMON /MYDATA/ P1(4), P2(4), + P3(4), P4(4)

COSTHETA12 = COSTHETA(P1, P2) COSTHETA13 = COSTHETA(P1, P3) COSTHETA14 = COSTHETA(P1, P4)

Il concetto di dipendenza• Nell’esempio precedente il codice di analisi (“alto

livello”) dipende dai dettagli della struttura dati (“basso livello”).


FUNCTION COSTHETA(P1, P2) REAL P1(4), P2(4) COSTHETA = (P1(1)*P2(1) + P1(2)*P2(2) + + P1(3)*P2(3))/... END COSTHETA dipende

dalla struttura dei dati P1 e P2

Il codice di analisi dipende dalla struttura del common block MYDATA


OO riduce le dipendenze!

• Riduce la dipendenza del codice di alto livello dalla rappresentazione dei datiPermette il riutilizzo del codice di alto livello

• Nasconde i dettagli di implementazioneSupporta tipi di dati astratti

(vedere seguito ...)


Sintassi: FORTRAN vs C/C++

• Struttura del programma

PROGRAM TESTC esempio di programma

...

END

PROGRAM TESTC esempio di programma

...

END

int main() { // esempio di programma

...

return 0; // fine}

int main() { // esempio di programma

...

return 0; // fine}

INTEGER I INTEGER*4 J REAL X REAL*8 D

INTEGER I INTEGER*4 J REAL X REAL*8 D

int i;long j;float x;double d;

int i;long j;float x;double d;

In C/C++ non è necessario un particolare formato il codice

spazi...

Il C/C++ è case sensitive Istruzioni separate da “;”


Il main program

• Ogni programma in C++, per essere eseguibile, deve contenere una funzione main() da cui l’esecuzione comincerà

• main() deve avere un tipo (decidere quale è compito del programmatore). Regola generale è che main() ritorni un intero, a significare il return code dell’applicazione

int main(){

// il piu` semplice programma in C++return 0;

}

int main(){

// il piu` semplice programma in C++return 0;

}


I/O: lettura e scrittura

• Non esiste nel C++ nativo. Si usa: iostream

– Gli operatori << e >> sono usati per definire la direzione del flusso

– cin, cout e cerr rappresentano lo standard input, output e error del programma

#include <iostream>

int main(){ return 0;}

int main(){ return 0;}

direttiva al preprocessore

end of line

#include <iostream>

cout << “Hello, world !” << endl;


Commenti

• Esistono due tipi di commento in C++– inline:

– multiline (come in C):

– I due tipi possono essere usati indifferentemente, ma si raccomanda di usare l’inline (più semplice e meno ambiguo)

const int Ntries; // questo e` un commento inline// il resto della linea e’ trattato come un commento

const int Ntries; /* questo e` un commento multiline: tutto viene trattato come un commento fino a quando il commento stesso non viene chiuso con uno */


Tipi predefiniti in C++

• Sono definiti una serie di tipi numerici che permettono di rappresentare numeri interi, reali e caratteri

– char (un solo byte) viene normalmente usato per rappresentare interi inferiori a 256

– stringhe e numeri complessi sono implementati come tipi derivati

int intero in singola precisionelong intero in doppia precisionefloat reale in singola precisionedouble reale in doppia precisionelong double reale in precisione estesaunsigned int intero senza segnounsigned double reale senza segno in doppia precisionechar carattere singolobool variabili logiche


Tipi predefiniti in C++ (2)

123 123 0x123 interi costanti,decimale, ottale, esadecimale

123l 123u interi, long, unsigned

‘A’ ‘1’ ‘\t’ caratteri, tab3.14f 3.1415 3.1415L float, double,

long double300e-2 .03e2 30e-1 double, notazione

esponenziale“Nome” stringa costantetrue false boolean

Esempi di costanti ‘\a’ alert‘\\’ backslash‘\b’ backspace‘\r’ carriage return‘\”’ double quote‘\f’ form feed‘\t’ tab‘\n’ newline‘\0’ carattere nullo‘\’’ single quote‘\v’ vertical tab‘\101’ 101 ottale, ‘A’‘\x041’ esadecimale, ‘A’

Costanti carattere

“” stringa nulla (‘\0’)“nome” ‘n’ ‘o’ ‘m’ ‘e’ ‘\0’“una \”stringa\”” stampa: una “stringa”“una stringa \ un \ alla fine della linea su piu` linee” per continuare la stringa

Stringhe costanti


Tipi predefiniti in C++ (3)

char[1]

int[1]

bool

short[1]

long[1]

float

double

long double

8

16

16

16

32

32

64

64

8

32

32

16

32

32

64

128

8

32

32

16

64

32

64

128

OS16 bit

OS32 bit

OS64 bit

[1] Può essere unsigned


Identificatori

• Un identificatore è composto da uno o più caratteri• Il primo carattere deve essere una lettera o un

underscore. Caratteri successivi possono essere lettere, numeri o underscore

• Non c’ è un limite in lunghezza, anche se alcuni sistemi si limitano a considerare i primi 31 caratteri

• Gli identificatori che iniziano con un doppio underscore o con un underscore e una lettera maiuscola sono riservati ad usi di sistema

• C++ e` case sensitive!

const int Ntries; double _attempts;double 2A; // errore!


Keywords

• Alcuni identificatori sono esplicitamente riservati al sistema (hanno un preciso significato in C++) e non possono essere usati

asm else operator throwauto enum private truebool explicit protected trybreak extern public typedefcase false register typeidcatch float reinterpret_cast typenamechar for return unionclass friend short unsignedconst goto signed usingconst_cast if sizeof virtualcontinue inline static voiddefault int static_cast volatiledelete long struct wchar_tdo mutable switch whiledouble namespace templatedynamic_cast new this

keyword


const

• La keyword const viene utilizzata per dichiarare un oggetto costante

• In C le costanti vengono normalmente dichiarate usando il preprocessore– in questo caso N e` una costante senza tipo ed il

preprocessore sostituisce N ovunque lo trovi nel programma, senza rispettare le regole di scope (da evitare)

const int N=100; N non puo` essere cambiatodouble w[N]; N usato come per dimensionare

un vettoreconst int vect[5]= le componenti di vect non

{10,20,30,40,50}; possono essere cambiate

Esempi di const

#define N 100


Dichiarazione

• Le dichiarazioni associano un significato ad un identificatore

• in C++ ogni cosa deve essere dichiarata per poter essere usata

• Una dichiarazione è spesso anche una definizione. Per variabili semplici questo consiste nell’associare un valore alla variabile al momento della dichiarazione

const int i; // la variabile idouble max(double r1,double r2); // la funzione max

const double pi=3.1415926; // definizionedouble max(double r1, double r2) { // dichiarazione

return (r1>r2) ? r1: r2; // definizione di max}


typedef

• L’istruzione typedef viene utilizzata per creare un alias per tipi esistenti

• typedef NON può essere usato per implementare nuovi tipi, ma solo per definire un alias

typedef int INTEGER; // per i nostalgici del fortrantypedef int BOOLEAN; // usato prima che bool venisse

// implementatotypedef void (*ptr_f)(); // ptr_f e` un puntatore ad una

// procedura (subroutine)

typedef mela frutto; // compila soltanto se mela// e` gia` stata definita


Enumeratori

• In C++ sono supportati tipi definiti dall’utenteenum Color{ red, green, blue};

Color screenColor = blue;Color windorColor = red;

int n = blue; // validoColor c = 1; // errore

enum Seme{ cuori, picche, quadri, fiori};


Scope

• Le variabili possono essere dichiarate e definite quasi ovunque in un programma in C++

• la visibilità (scope) di una variabile dipende da dove la variabile è stata dichiarata

int func(){

…const int n=50; // function scopefor (int i=0;i<100;i++) // i e` locale{

double r; // r e` locale...

}cout<<“n “<< n <<endl; // OKcout<<“i “<< i <<endl; // errore! Ma...cout<<“r “<< r <<endl; // errore!…

}


Scope (2)

• Attenzione! La stessa variabile può essere ri-dichiarata (con visibilità diversa). Questo è da evitare (se possibile) per non rendere il programma oscuro e a rischio di errore!

int i; // file (global) scopeint func(){

int i=50; // function scope, nasconde // la i a file scope

for (int i=0;i<100;i++) // block scope. Nasconde// la i a function scope

{int i; // questo e` un errore......

}cout<<“i “<< i <<“ “<< ::i <<endl;...

}Scope resolution operator


namespace

• Funzioni e variabili definite a global scope sono visibili dappertutto in un programma in C++– Per evitare che funzioni diverse (definite in librerie

diverse) con lo stesso nome possano interferire (name clash), C++ implementa il concetto di namespace, che introduce un ulteriore, più alto livello di scope

namespace mynames{

int i; // la mia dichiarazione di ifloat max(float, float); // la mia dichiarazione di max

}

float mynames::max(float a, float b) // implementazione della{ // funzione max appartenente

return (a>b) ? a : b; // al namespace mynames}


namespace (2)

• Per utilizzare variabili e funzioni racchiuse in un namespace si può:– o accedere all’intero namespace

– oppure accedere alla singola variabile o funzione

– oppure dichiarare la singola funzione

using namespace mynames;...float r = max (2.1f, 5.3f);

float r = mynames::max (2.1f, 5.3f);

using mynames::max;...float r = max (2.1f, 5.3f);


-i +w piu` e meno unaria*b a/b i%2 moltiplicazione,

divisione, moduloa+b a-b addizione e

sottrazione binariea=3; assegnazione

Espressioni Aritmetiche Commento

Operatori

k = ++j; j=j+1; k=j;k = j++; k=j; j=j+1;k = --j; j=j-1; k=j;k = j--; k=j; j=j-1;

Auto-incremento Espressione e decremento

~i; Complemento bit a biti&j; AND bit a biti|j OR bit a biti^j XOR bit a biti<<n shift a sinistra di n pos.i>>n shift a destra di n pos.

bit-wise significato

< minore di .LT.> maggiore di .GT.<= minore o uguale .LE.>= maggiore o uguale .GE.== uguale .EQ.!= diverso .NE.! Negazione unaria .NOT.&& and logico .AND.|| or logico .OR.

Operatori relazionali Fortran


Espressioni di assegnazione

• Le espressioni di assegnazione sono valutate da destra a sinistra

• Le assegnazioni multiple sono permesse

• alcuni operatori di assegnazione combinano assegnazione ed altri operatori

• Assegnazioni possono essere fatte all’interno di espressioni aritmetiche

a = j++;j viene incrementato ed il risultato assegnato ad a

a = b = c = d = 100;

a *= b; // equivale ad a = a*b;a -= b; // equivale ad a = a-b;

a = b + ( c = 3 ); // equivale a c=3; a=b+c;


Statements

vuoto ;espressione j=j+k;composto { . . . . } usato in funzioni, if..

Costituisce un bloccogoto goto label; da non usarsiif if (p==0)

cerr<<“error”; un solo branchif-else if (x==y)

cout<<“the same”;else cout<<“different”; due branch

for for (j=0;j<n;j++) le dichiarazioni sonoa[j]=0; permesse

while while (i != j) 0 o piu` iterazioni i++;

do-while do y=y-1; 1 o piu` iterazioniwhile (y>0);

break break; esce dal bloccocontinue continue; prossima iterazione

Statement C++ commenti


Statements (2)

switch switch (s) {case 1: si deve usare break per

++i; evitare di cadere nei case 2: casi successivi e

--i; aggiungere un caso didefault: default alla fine della

++j; lista};

dichiarazione int i=7; in un blocco, file onamespace

try try {. . . .} usato per trattare leeccezioni

label error: cerr<<“Error!”; usato con goto

return return x*x*x; valore di ritorno di una funzione

Statement C++ commenti


Statement composti

• Uno statement composto in è costituito da una serie di statement contenuti fra parentesi graffe

• Usato normalmente per raggruppare istruzioni in un blocco (if, for, while, do-while, etc.)

• Il corpo di una funzione è sempre uno statement composto

• La dichiarazione di una variabile può avvenire ovunque all’interno di un blocco, in questo caso lo scope della variabile sarà il blocco stesso

• Ovunque si possa usare uno statement singolo si può definire un blocco


if

• Attenzione all’uso di = e ==

• Nel dubbio, usare sempre un blocco…

• Attenzione agli else!

if (i=1) // questo e` sempre vero!!!{. . . .}

if (i != 0) // possibile divisione per 0a++; // mancano delle {}?a/=i;

if (i == 0) // possibile divisione per 0if (a<0)

{cerr<<“a e` negativo!”;

}else b=a/i;


while e do-while• La forma generale di un while è :

• Lo statement verrà eseguito fino a quando la condizione verrà verificata (true). A seconda del volore della condizione, lo statement verrà eseguito zero o più volte

• la sintassi di un do-while è invece:

• Lo statement verrà quindi eseguito almeno una volta

while (condizione)statement;

dostatement;

while (condizione);


break e continue• break e continue sono utilizzati nei loop per

saltare alla fine del loop o fuori dal loop stesso

• break e continue possono solamente essere utilizzati nel corpo di un for, while o do-while. break e` anche usato negli switch

int i,n=0;int a[100];cin>>i; // leggo il valore di iwhile (1) // loop infinito{

if (i<0) break;if (n>=100) continue;a[n]=i;n++;// continue salta qui

}// break salta qui


switch

• Lo switch è uno statement condizionale che generalizza lo if-else

• lo statement è generalmente composito e consiste di diversi case e, opzionalmente, di un default

switch (condizione)(statement);

switch (n) {case 0:

cout<<“ n e` nullo”<<endl; break;case 1: case 3: case 5: case 7: case 9:

cout<<“ n e` dispari”<<endl; break;case 2: case 4: case 6: case 8: case 10:

cout<<“ n e` pari”<<endl; break;default:

cout<<“ n non e` compreso tra 0 e 10”<<endl;}


switch (2)

• Non si puo` dichiarare una variabile in uno dei case

• … ma si puo` creare una variabile locale definendo uno statement composto...

switch (k) {case 0:

int j=0; // Illegale! Errore!. . .

case 1: . . .

}

switch (k) {case 0:

{int j=0; // OK, questo compila. . .}

case 1: . . .

}


L’operatore ?

• L’operatore ? e` l’unico esempio di operatore ternario in C++

– Equivale a:

– Esempio:

expr1 ? expr2 : expr3;

double max(double a, double b){

double max = (a>b) ? a : b;return max;

}

if(expr1) expr2;else expr3;


Sintassi: FORTRAN vs C/C++

• Controllo di flusso del programma

DO I = 1, 10 . . . ENDDO

IF (I.EQ.10 .AND. J.GT.4 .OR. X) THEN . . . ENDIF

DO WHILE(X .NE. 5) . . . ENDDO

DO I = 1, 10 . . . ENDDO

IF (I.EQ.10 .AND. J.GT.4 .OR. X) THEN . . . ENDIF

DO WHILE(X .NE. 5) . . . ENDDO

for (i = 1; i <= 10; i++) { . . .}

if (i == 10 && j > 4 || x) { . . .}

while( x != 5 ){ . . .}

for (i = 1; i <= 10; i++) { . . .}

if (i == 10 && j > 4 || x) { . . .}

while( x != 5 ){ . . .}


int main(){

return 0;}

int main(){

return 0;}

Funzioni matematiche

• In C++ non esistono funzioni predefinite

cmath.h definisce sin, cos, ...

{ double r, theta, phi;

#include <iostream>

cin >> r >> theta >> phi ;

#include <cmath>

double x = r * sin( theta ) * sin( phi ); double y = r * sin( theta ) * cos( phi ); double z = r * cos( theta );

cout << x << “, “ << y << “, “ << z << endl;

• Potenze: pow(b,exp) (non si può usare ** )


Array

• Sono supportati gli array di dimensione fissaint main(){ int x[10];

for ( int i = 0; i < 10, i++ ) x[i] = 0;

double m[5][5];

for ( int i = 0; i < 5; i++ ) for ( int j = 0; j < 5; j++ ) m[i][j] = i * j;

return 0;}

int main(){ int x[10];

for ( int i = 0; i < 10, i++ ) x[i] = 0;

double m[5][5];

for ( int i = 0; i < 5; i++ ) for ( int j = 0; j < 5; j++ ) m[i][j] = i * j;

return 0;}

• L’indice va da 0 a n-1. Usare un indice maggiore di n-1 può causare un crash.

int x[] = { 1, 2, 3, 4 };

char[] t = { ‘C’, ‘i’, ‘a’, ‘o’, ‘\0’ };

char[] s = “Ciao”;

int m[2][3] = { {11, 12, 13}, {21, 22, 23} };

int x[] = { 1, 2, 3, 4 };

char[] t = { ‘C’, ‘i’, ‘a’, ‘o’, ‘\0’ };

char[] s = “Ciao”;

int m[2][3] = { {11, 12, 13}, {21, 22, 23} };

• Inizializzazione:


Esempio con gli arrays

• Moltiplicazione fra matrici:int main() {

const int DIM=3;

float m[DIM][DIM], m1[DIM][DIM], m2[DIM][DIM]; // Assumiamo che m1 ed m2 vengano riempiti qui...

// Moltiplicazione:

for (int i=0; i<DIM; i++) {

for (int j=0; j<DIM; j++) {

float sum=0;

for (int k=0; k<DIM; k++)

sum += m1[i][k] * m2[k][j];

m[i][j] = sum;

}

}

return 0;}

int main() {

const int DIM=3;

float m[DIM][DIM], m1[DIM][DIM], m2[DIM][DIM]; // Assumiamo che m1 ed m2 vengano riempiti qui...

// Moltiplicazione:

for (int i=0; i<DIM; i++) {

for (int j=0; j<DIM; j++) {

float sum=0;

for (int k=0; k<DIM; k++)

sum += m1[i][k] * m2[k][j];

m[i][j] = sum;

}

}

return 0;}


12240x7b03a928

Puntatori

• Riferimento ad una locazione di memoria

j

12

ptr

int main(){ int j = 12;

return 0;}

int main(){ int j = 12;

return 0;}

int *ptr = &j;

#include <iostream>

cout << *ptr << endl; j = 24; cout << *ptr << endl; cout << ptr << endl;

indirizzo di memoria

24


Puntatori

• Puntatore nullo

#include <iostream>

int main(){ int j = 12; int *ptr = 0;

cout << *ptr << endl; // crash ! return 0;}

#include <iostream>

int main(){ int j = 12; int *ptr = 0;

cout << *ptr << endl; // crash ! return 0;}

Segmentation violation (core dumped)

j

12

ptr


Puntatori e array

• In C gli array sono trattati come puntatori

int main(){ float x[5]; int j; for (j = 0; j < 5; j++) x[j] = 0;

float *ptr = x; *ptr = 1.5; // x[0] = 1.5 *(ptr+1) = 2.5; // x[1] = 2.5 *(ptr+3) = 3.5; // x[3] = 3.5}

int main(){ float x[5]; int j; for (j = 0; j < 5; j++) x[j] = 0;

float *ptr = x; *ptr = 1.5; // x[0] = 1.5 *(ptr+1) = 2.5; // x[1] = 2.5 *(ptr+3) = 3.5; // x[3] = 3.5}

x

X[0]

1.5

X[1] X[2] X[3] X[4]

2.5 0.0 3.5 0.0

X+1 X+3


Puntatori: allocazione dinamica

• Riferimento ad una locazione di memoria#include <iostream>

int main(){ int *ptr = new int;

*ptr = 12; cout << *ptr << endl;

delete ptr; return 0;}

#include <iostream>

int main(){ int *ptr = new int;

*ptr = 12; cout << *ptr << endl;

delete ptr; return 0;}

12

ptr

• Attenzione:

– Non usare delete fa accumulare locazioni di memoria inutilizzate (memory leak)

– Utilizzare puntatori prima del new o dopo il delete causa il crash del programma


Puntatori: allocazione dinamica

• Riferimento a più locazioni di memoria#include <iostream>

int main(){ int *ptr = new int[3];

ptr[0] = 10; ptr[1] = 11; ptr[2] = 12

delete [] ptr; return 0;}

#include <iostream>

int main(){ int *ptr = new int[3];

ptr[0] = 10; ptr[1] = 11; ptr[2] = 12

delete [] ptr; return 0;}

10

ptr

11 12


new e delete

• Gli operatori new and delete vengono utilizzati per allocazione/deallocazione di memoria dinamica– la memoria dinamica (heap), è un’area di memoria libera

provvista dal sistema per quegli oggetti la cui durata di vita è sotto il controllo del programmatore

• new riserva la quantità necessaria di memoria richiesta e ritorna l’indirizzo di quest’area

int *i=new int; alloca un intero, returna il puntatorechar *c=new char[100]; alloca un array (stringa) di 100

caratteriint *i=new int(99); alloca un intero e lo inizializza a 99char *c=new char(‘c’); alloca un carattere inizializzato a cint *j=new int[n][4]; alloca un array di puntatori ad intero

operatore new commenti


new e delete (2)

• L’operatore delete è usato per restituire una certa area di memoria (allocata con new) allo heap

• Ogni oggetto allocato con new deve essere distrutto con delete se non viene piu` utilizzato, altrimenti l’area di memoria che esso occupata non potra` piu` essere ri-allocata (memory leak)

• L’argomento di delete è tipicamente un puntatore inizializzato preventivamente con new

delete ptr; distrugge un puntatore ad un oggettodelete p[i]; distrugge l’oggetto p[i]delete [] p; distrugge ogni oggetto di tipo p

operatore delete commenti


new e delete (3)

• Attenzione– la dimensione dello heap non e` infinita– l’allocazione con new può fallire, nel qual caso new

restituisce un puntatore nullo o suscita un’eccezione. Nel caso di allocazione di memoria importante bisogna verificare che l’operazione abbia avuto successo prima di usare il puntatore

– ogni oggetto creato con new deve essere distrutto con delete, ogni oggetto creato con new [] deve essere distrutto con delete [] , queste forme NON sono intercambiabili


Regole di conversione e cast

• In C++ esistono conversioni esplicite ed implicite. – Le conversioni implicite (e.g. intfloat) nelle

espressioni aritmetiche, nel passare i parametri ad una funzione o nel ritornare un valore da una funzione rendono il meccanismo di conversione molto conveniente ma anche potenzialmente pericoloso (errori a run time)

•char, short e bool vengono promossi ad int•Tipi interi che non possono essere rappresentati con un int vengono promossi a unsigned•In una espressione di tipo misto, gli operandi di ordine inferiore vengono promossi all’ordine superiore secondo la gerarchia:

int<unsigned<long<unsigned long<float<double<long double•bool e` un tipo intero, con true che viene promosso a 1 e false a 0

Conversioni implicite


Regole di conversione e cast (2)

• Ogni genere di puntatore può essere convertito in un puntatore generico a void

• Al contrario di quanto avviene in C, un puntatore generico non è compatibile con un puntatore di tipo arbitrario ma richiede un cast esplicito

• Ogni puntatore puo` essere inizializzato a 0 senza bisogno di un cast esplicito.

• In C++ usare 0 e non NULL per i puntatori!

char *ch;void *generic_p;. . .generic_p=ch; // OK, char* va in void*ch=generic_p; // OK in C, illegale in C++ch=(char *)generic_p; // OK, C e C++ arcaico


Casting in ANSI C++

• Data la complessità delle operazioni di casting in C++ nuovi operatori di casting sono stati aggiunti a quelli già esistenti in C

• Esiste anche un dynamic_cast, utilizzato per riconoscere il tipo di un oggetto a run-time (RTTI)

x=(float) i; cast in C++ - notazione C

x=float(i); cast in C++, notazione funzionale

x=static_cast<float>(i); ANSI C++ - raccomandato

i=reinterpret_cast<int>(&x) ANSI C++, non portabile e system dependent

func(const_cast<int>(c_var)) dove C_var e` una variabile dichiarata const. Usato per eliminare la “const-ness” per chiamare func

Cast commenti


Funzioni

• In C++ le funzioni sono caratterizzate da un nome, dal tipo della variabile ritornata e da una lista di parametri (opzionali)

• La lista dei parametri (anche se vuota) deve essere esplicitata

• Il valore ritornato deve essere compatibile, a meno di conversione esplicita, con il tipo della funzione

Valore di ritorno

double max( double a, double b) {

return (a>b) ? a : b;}

Tipo ritornato Parametri

Corpo dellafunzione


Funzioni (2)

funzione double cube(double x) parametri passati { return x*x*x; } “by value”

procedura void pr_square(int i) subroutine, non si { cout<<i*I<<endl; } usa return

senza argomenti void hello () puo` anche essere { cout<<“Hello”<<endl; } void hello(void)

argomenti passati void swap(int& i,int& j) i e j hanno i loro per riferimento { int t=i; i=j; j=t; } valori scambiati

variabile int scanf(const char, …) chiamata con un qualsiasi numero di argomenti

inline inline double cube(int x) codice inline

argomenti di int power(int i, int n=2) il 2do argomento default puo` essere

tralasciato

Tipo di dichiarazione C++ commenti


Prototipi delle funzioni

• Prima di essere usata, una funzione deve essere dichiarata (nel file che la usa)

• I prototipi rendono le funzioni in C++ “type safe”, nel senso che i valori reali degli argomenti vengono all’occorrenza convertiti nei tipi formali specificati dal prototipo

#include <iostream>double max(double, double);int main(){

double m = max(1, 3);cout<<“Il massimo e` “<<m<<endl;return 0;

}

#include <iostream>double max(double, double);int main(){

double m = max(1, 3);cout<<“Il massimo e` “<<m<<endl;return 0;

}

main.ccmain.cc

double max (double a, double b){


double max (double a, double b){


max.cc max.cc

Prototipo di max(normalmente in max.h)


Call-by-Reference

• L’uso dei riferimenti permette ad una funzione di modificare il valore dei suoi argomenti

– Per ragioni di efficenza, oggetti di grandi dimensioni (in termini di memoria) vengono normalmente passati “by reference”.

– Per evitare che possano essere modificati dalla funzione, il riferimento viene definito const

bool greater(int& i, int& j) { // se i>j scambia i e jif (i>j) {

int temp=i;i=j;j=temp;return true;

}else

return false;}

Argomenti passati “by reference”possono essere modificati dallafunzione stessa


Funzioni inline

• La keyword inline suggerisce al compilatore che ogni chiamata alla funzione deve essere convertita in codice eseguibile (la definizione della funzione viene sostituita alla chiamata dovunque nell codice)

• Le funzioni inline vengono usate per ragioni di efficienza e (per non sovraccaricare il compilatore) devono essere semplici

• Il compilatore può decidere autonomamente (per esempio se la funzione è troppo lunga) di ignorare la direttiva inline


Argomenti di default

• Ad ogni parametro di una funzione può essere assegnato un valore di default. Questo permette di chiamare la funzione tralasciando quei parametri il cui valore di default risulta appropriato

• Solo ai parametri più a destra nella calling sequence può essere dato un default.

int pow(int , int);

int main(){

int r=3;int a1=pow(3,3); // a1=27int a2=pow(3); // a2=9return 0;

}

int pow(int , int);

int main(){

int r=3;int a1=pow(3,3); // a1=27int a2=pow(3); // a2=9return 0;

}

main.ccmain.cc

int pow (int a, int k=2){

if (k==2) return a*a;else return a*pow(a, k-1);

}

int pow (int a, int k=2){

if (k==2) return a*a;else return a*pow(a, k-1);

}

pow.ccpow.cc

Argomento di default


Overloading

• Funzioni diverse possono avere lo stesso nome• La funzione che viene chiamata è scelta dal

compilatore in base al tipo di ritorno ed al numero e tipo degli argomenti

double average_array(const int a[], int size){

int sum=0;for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i];return double(sum)/size;

} double average_array(const double a[], int size){

double sum=0;for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i];return sum/size;

}

double average_array(const int a[], int size){

int sum=0;for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i];return double(sum)/size;

} double average_array(const double a[], int size){

double sum=0;for (int i=0;i<size;i++) sum+=a[i];return sum/size;

}

average_array.ccaverage_array.cc


Overloading (2)

• La lista dei tipi degli argomenti di una funzione è chiamata signature

• Il tipo ritornato dalla funzione non fa parte della signature, mentre il numero e l’ordine degli argomenti è cruciale

void print(int i=0) {. . .} // (1)void print(int i, double x) {. . .} // (2)void print(double y, int i) {. . .} // (3). . .print(‘A’); // ‘A’ e` convertito a int, chiama (1)print(str[]); // errore! Non e` possibile una conversioneprint(15,9); // errore! Ambiguita` fra (2) e (3)print(15,9.); // OK, chiama (2)print(); // OK, chiama (1) con il default


L’algoritmo di selezione

• L’utente può sempre utilizzare una conversione forzata (type cast) per ottenere una corrispondenza

• Il compilatore segnala tutti i casi in cui esiste ambiguità

Ricerca della corrispondenza esatta

Promozioni standard degli argomenti

Conversioni standard dei tipi

Conversioni definite dall’utente

Corrispondenza con l’ellipsi (…)

int long

int float

traccia int

I te

ntat

ivi d

el c

ompi

lato

re


Funzioni esterne

• Si possono chiamare funzioni FORTRAN da C++: SUBROUTINE HBOOK1(ID, TITLE, NBIN, MIN, MAX, OPT)

SUBROUTINE HFILL(ID,X, Y, WEIGHT)

extern “C” void hbook1_(int&, char*, int&, float&, float&, float&, int);

extern “C” void hfill_(int&, float&, float&, float&);

...

hbook1_(100, title, ……) // BUS ERROR!!! (il FORTRAN passa

// sempre “by-reference”

int id=100;

hbook1_(id, title, ……) // OK!


Parametri del programma

• Dotando main() di una lista di argomenti, è possibile avere accesso ai parametri passati dalla command line:

• argc è il numero di parametri passati dalla command line (sempre almeno 1, il nome del programma) mentre il vettore di stringhe argv contiene ogni singolo parametro

#include <iostream.h>int main(int argc, char *argv[]){

cout<<“ argc e`: “<<argc<<endl;cout<<“ il nome dell’eseguibile e` “<<*argv<<endl;for (int i=1; i<argc; i++)

cout<<“Argomento #”<<i<<“ = “<<*(argv+i)<<endl;

return 0;}


Parametri del programma (2)

• Lanciato con il comandoprompt> mytest questo e un test

• il programma produrra` il seguente output: argc e` : 5 il nome dell’eseguibile e`/user/andrea/myprogramArgomento #1 = questo Argomento #2 = eArgomento #3 = unArgomento #4 = test


Organizzazione dei files

• Normalmente, le dichiarazioni delle interfacce e le specifiche sono separate dall’implementazione– header files (.h o .hh)

• inclusi nei file sorgente utilizzando direttive del precompilatore

• non contengono codice eseguibile (con l’eccezione delle definizioni delle funzioni inline)

• non devono essere inclusi piu` di una volta, per evitare problemi con il linker

#include <iostream.h>

#ifndef MyHeader_H#define MyHeader_H// dichiarazioni…..#endif


Organizzazione dei files (2)

– Files sorgente (.C,.cxx,.cpp,.cc)• contengono l’implementazione di funzioni e metodi • codice eseguibile• includono gli header files utilizzando le direttive del

preprocessore• vengono compilati

– Funzioni inline (.icc)• La definizione di una funzione inline deve essere visibile

là dove viene usata.• Normalmente implementate negli header files o in files

separati (con estensione .icc) che devono essere inclusi nel files sorgente che ne facciano uso


C++ e Object Orientation

• Definizione di nuovi tipi (oltre a int, float, double) come:

• numeri complessi,• vettori,• matrici, . . .

• ma anche:• traiettorie,• superfici,• elementi di apparati sperimentali,...

• Gli oggetti permettono di modellare una problema che rappresenti la realtà


…C++ e Object Orientation

• Object Orientation implementata in C++ attraverso il concetto di classe:

• I dati privati (o attributi) di una classe definiscono lo stato dell’oggetto

• Le funzioni (o metodi) di una classe implementano la risposta ai messaggi


Una classe C++

MessaggioMessaggio

Messaggio

Metodo

Metodo

MetodoAttributo

Attributo

Attributo


Classe Vector2D

• Un esempio: un vettore bidimensionale

class Vector2D{public:

Vector2D(double x, double y);double x();double y();double r();double phi();

private:double x_;double y_

};

class Vector2D{public:

Vector2D(double x, double y);double x();double y();double r();double phi();

private:double x_;double y_

};

Vector2D.hVector2D.hcostruttore

funzioni o metodi

dati o attributi

Punto e virgola!

#include “Vector2D.h”Vector2D::Vector2D(double x, double y): x_(x),

y_(y) { }double Vector2D::x() { return x_; }

double Vector2D::r() { return sqrt( x_*x_ + y_*y_); }

...

#include “Vector2D.h”Vector2D::Vector2D(double x, double y): x_(x),

y_(y) { }double Vector2D::x() { return x_; }

double Vector2D::r() { return sqrt( x_*x_ + y_*y_); }

...

Vector2D.ccVector2D.cc


Interfaccia e implementazione

#include “Vector.h”

Vector2D::Vector2D(double x, double y) : x_(x), y_(y){}

double Vector2D::x(){ return x_; }

double Vector2D::r(){ return sqrt(x_*x_ + y_*y_); }


class Vector2D{public: Vector2D(double x, double y); double x(); double y(); double r(); double phi();private: double x_; double y_;};

Vector2D.hVector2D.h

• Gli attributi privati non sono accessibili al di fuori della classe

• I metodi pubblici sono gli unici visibili


Costruttori e distruttori

• Un costruttore è un metodo il cui nome è quello della classe a cui appartiene

• Lo scopo di un costruttore è quello di costruire oggetti del tipo della classe. Questo implica l’inizializzazione degli attributi e, frequentemente, allocazione di memoria dallo heap

• Un costruttore la cui lista di argomenti è vuota o composta di argomenti di default viene normalmente chiamato costruttore di default Vector2D::Vector2D() {. . . .} // costruttore di default

#include “Vector2D.h”. . .

Vector2D v; // oggetto costruito con il // costruttore di default


Costruttori e distruttori (2)

• Un costruttore del tipo che ha come argomento un riferimento ad un oggetto della stessa classe viene chiamato copy constructor

• Il copy constructor viene normalmente utilizzato:– quando un oggetto è inizializzato per assegnazione

– quando un oggetto è passato come argomento ad una funzione

– quando un oggetto è ritornato da una funzione

• Se non viene fornito esplicitamente dall’utente, il compilatore ne genererà uno automaticamente

Vector2D::Vector2D(const Vector2D& v) {. . . .}

Vector2D v(v1); // dove v1 e` di tipo Vector2D



• Gli attributi di una classe possono essere inizializzati nel costruttore per mezzo di una lista di inizializzatori, che precede il corpo della funzione

• Quando uno degli attributi è esso stesso una classe, il costruttore appropriato viene scelto sulla base dei parametri forniti nell’inizializzazione

• E` obbligatorio inizializzare gli attributi (non statici) che siano o riferimenti o const

Vector2D::Vector2D(double x, double y) : x_(x), y_(y){. . . }



• Il distruttore è un metodo il cui nome è quello della classe a cui appartiene preceduto da una tilde (~)

• Il distruttore viene chiamato automaticamente quando un oggetto sta per essere distrutto (sia perchè delete è stato invocato sia perchè l’oggetto è finito fuori scope

• Il compito del distruttore è di assicurarsi che l’oggetto per cui è invocato verrà distrutto senza conseguenze. In particolare, se memoria è stata allocata nel costruttore, il distruttore dovrà assicurarsi di restituirla allo heap

Vector2D::~Vector2D() {} // vuoto, in questo caso



• I costruttori con un solo parametro sono automaticamente trattati come operatori di conversione

• Per evitare la conversione si puo` usare explicit

Vector2D::Vector2D(int i) {. . .}// costruisce un vettore a partire da un intero, ma puo` // essere usato per convertire un intero in vettore

v=Vector2D(i);

explicit Vector2D(int); // solo costruttore


Classe Vector2D

#include <iostream.h>#include “Vector2D.h”

int main(){ Vector2D v(1, 1); cout << “ v = (“ << v.x() << “,” << v.y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; return 0;}


int main(){ Vector2D v(1, 1); cout << “ v = (“ << v.x() << “,” << v.y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl; return 0;}

main.ccmain.cc

• Come usare Vector2D:

v = (1, 1)r = 1.4141 phi = 0.7854v = (1, 1)r = 1.4141 phi = 0.7854

Output:Output:

invoca il constructor


Classe Vector2D


int main(){ Vector2D *v = new Vector2D(1, 1); cout << “ v = (“ << v->x() << “,” << v->y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v->r(); cout << “ phi = “ << v->phi() << endl; delete v; return 0;}


int main(){ Vector2D *v = new Vector2D(1, 1); cout << “ v = (“ << v->x() << “,” << v->y() << “)” << endl; cout << “ r = “ << v->r(); cout << “ phi = “ << v->phi() << endl; delete v; return 0;}

main.ccmain.cc

• … oppure attraverso un puntatore...

v = (1, 1)r = 1.4141 phi = 0.7854v = (1, 1)r = 1.4141 phi = 0.7854

Output:Output:

Allocazione sullo heap

Attenzione!


Interfaccia e implementazione

• La struttura interna dei dati (x_, y_) che rappresentano l’oggetto della classe Vector2D sono nascosti (private) agli utilizzatori della classe.

• Gli utilizzatori non dipendono dalla struttura interna dei dati (come lo erano gli utilizzatori dei common blocks Fortran)

• Se la struttura interna cambia (es.: r_, phi_), il codice che usa Vector2D non deve essere modificato.


• Protezione dell’accesso ai dati:

• I metodi di una classe hanno libero accesso ai dati privati e protetti di quella classe

Classe Vector2D

#include <iostream>#include “Vector2D.h”

int main(){ Vector2D v(1, 1); cout << “ V = (“ << v.x_ << “,” // << v.y_ << “,” << endl; // non compila ! cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl;}


int main(){ Vector2D v(1, 1); cout << “ V = (“ << v.x_ << “,” // << v.y_ << “,” << endl; // non compila ! cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl;}

main.ccmain.cc


• Selettore: metodo che non modifica lo stato (attributi) della classe. E’ dichiarato const

• Modificatore: metodo che può modificare lo stato della classe

Selettori e modificatori

#include “Vector2D.h”

void Vector2D::scale(double s){ x_ *= s; y_ *= s;}


class Vector2D{public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const; void scale(double s);private: double x_, y_;};


modificatore

#include “Vector2D.h”int main(){ const Vector2D v(1, 0); double r = v.r() // OK v.scale( 1.1 ); // errore!}

#include “Vector2D.h”int main(){ const Vector2D v(1, 0); double r = v.r() // OK v.scale( 1.1 ); // errore!}

main.ccmain.ccSelettori (const)


friend

• La keyword friend puo` essere usata perche` una funzione (o una classe) abbia libero accesso ai dati privati di un’altra classe

class A {. . .

friend int aFunc();friend void C::f(int);

}; class B {…

friend class C;};class C {. . .};


friend (2)

• friend (nonostante il nome) e` nemico dell’incapsulamento e quindi dell’Object Orientation

• Un uso eccessivo di friend è quasi sempre sintomo di un cattivo disegno

• Esistono anche situazioni in cui un friend può essere accettabile– Overloading di operatori binari– Considerazioni di efficienza– Relazione speciale fra due classi

“A programmer must confer with an architect before making friend declarations”


static

• Attributi dichiarati static in una classe sono condivisi da tutti gli oggetti di quella classe

• Metodi dichiarati static non possono accedere ad attributo non statici della classe

• Attiributi statici possono essere usati e modificati soltanto da metodi statici

• Nonostante l’utilizzo di static sembri imporre condizioni troppo restrittive, esso risulta utile nell’implementazione di:– contatori– singleton (vedi oltre)


Un contatoreClass MyClass {private:

static int counter;static void increment_counter() { counter++; }static void decrement_counter() { counter--; }

public:MyClass() { increment_counter(); }~MyClass() { decrement_counter(); }static int HowMany() { return counter; }

};#include <iostream.h>#include “MyClass.h”

int MyClass::counter=0;

int main() {MyClass a,b,c;MyClass *p=new MyClass;cout<<“ How many? “<< MyClass::HowMany() <<endl;delete p;cout<<“ and now? “<< a.HowMany() <<endl;return 0;

}

Un membro statico deve essereinizializzato una e una sola volta

nel codice eseguibile

Un metodo statico puo` essere invocato cosi`...

… o cosi`...


Un singleton

• Un singleton è una classe di cui, ad ogni momento nel corso del programma, non può esistere più di una copia (istanza)

class aSingleton {private:

static aSingleton *ptr;aSingleton () {}

public:static aSingleton *GetPointer(){

if (ptr==0) ptr=new aSingleton;

return ptr; }

};

#include “aSingleton.h”

aSingleton *aSingleton::ptr=0;

int main() {aSingleton *mySing=

aSingleton::GetPointer();. . . Return 0;

}

Pattern utile per l’implementazione di classi “manager” di cui deve esistere una sola istanza

Attenzione a non farlodiventare l’equivalente di un common block!


Operatori

• E’ possibile ridefinire +, -, *, [], ++, ==, . . .

class Vector2D{public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const;private: double x_; double y_;};

Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2);

Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2);

class Vector2D{public: Vector2D(double x, double y); double x() const; double y() const; double r() const; double phi() const;private: double x_; double y_;};

Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2);

Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2);


Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2)

{ return Vector2D(v1.x() + v2.x(), v1.y() + v2.y());}

Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2)

{ return Vector2D(v1.x() - v2.x(), v1.y() - v2.y());}

Vector2D operator+(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2)

{ return Vector2D(v1.x() + v2.x(), v1.y() + v2.y());}

Vector2D operator-(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2)

{ return Vector2D(v1.x() - v2.x(), v1.y() - v2.y());}



Operatori (2)

• Esempio:


int main(){ Vector2D v1(1, 0), v2(0, 1); Vector2D v; v = v1 + v2; cout << “ v = “ << v << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl;}


int main(){ Vector2D v1(1, 0), v2(0, 1); Vector2D v; v = v1 + v2; cout << “ v = “ << v << endl; cout << “ r = “ << v.r(); cout << “ phi = “ << v.phi() << endl;}

main.ccmain.cc

v = (1, 1)r = 1.4141 theta = 0.7854

Output:ridefinizione di <<

v.operator=( operator+(v1, v2) );

Sintassi alternativa (!#@!?) :


Operatori (3)

• Esempio:

#include <iostream>#include <cmath>#include “Vector3D.h”#include “Matrix.h” // matrice 3x3

int main(){ Vector3D v1(1, 1, 0);

double phi = M_PI/3; double c = cos(phi), s = sin(phi);

Matrix m(1, 0, 0, 0, c, s, 0, -s, c); Vector3D u = m * v;}

#include <iostream>#include <cmath>#include “Vector3D.h”#include “Matrix.h” // matrice 3x3

int main(){ Vector3D v1(1, 1, 0);

double phi = M_PI/3; double c = cos(phi), s = sin(phi);

Matrix m(1, 0, 0, 0, c, s, 0, -s, c); Vector3D u = m * v;}

main.ccmain.cc

greco


this

• In una classe è automaticamente definito un attributo particolare: this– this è un puntatore all’oggetto di cui fa parte– E’ particolarmente utile quando si definisce un

operatore di assegnazione (=):

class Vector2D {public: Vector2D& operator=(const Vector2D& ); // ...private: double x_, y_;};

class Vector2D {public: Vector2D& operator=(const Vector2D& ); // ...private: double x_, y_;};

Vector2D.hVector2D.hVector2D& operator=(const Vector2D& v){ x_=v.x(); y_=v.y(); return *this;}

Vector2D& operator=(const Vector2D& v){ x_=v.x(); y_=v.y(); return *this;}


#include “Vector2D.h”int main() { Vector2D null(0, 0); Vector2D a, b; a=b=null;}

#include “Vector2D.h”int main() { Vector2D null(0, 0); Vector2D a, b; a=b=null;}

main.ccmain.cc

L’operatore = ritorna una referenza a se stesso. Permette assegnazionimultiple


Overloading di operatori

• possono esistere funzioni con lo stesso nome ma con argomenti diversi

• Non bisogna pero` esagerare! Ogni operatore deve avere un significato ben preciso, per ragioni di chiarezza.

class Vector2D {public: // ...private: double x_, y_;};

Vector2D operator*(const Vector2D &, double);

double operator*(const Vector2D&, const Vector2D&);

class Vector2D {public: // ...private: double x_, y_;};

Vector2D operator*(const Vector2D &, double);

double operator*(const Vector2D&, const Vector2D&);

Vector2D.hVector2D.hVector2D operator*(const Vector2D&, double s) { return Vector2D( v.x() * s, v.y() * s); }

double operator*(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return ( v1.x() * v2.x() + v1.y() * v2.y() ); }

Vector2D operator*(const Vector2D&, double s) { return Vector2D( v.x() * s, v.y() * s); }

double operator*(const Vector2D& v1, const Vector2D& v2) { return ( v1.x() * v2.x() + v1.y() * v2.y() ); }



Overloading di operatori (2)

• Permette di utilizzare tipi definiti dall’utente come se fossero tipi fondamentali

• La cardinalita`, l’associativita` e la precedenza di un operatore non possono essere modificati

• Operatori unari sono implementati come metodi senza argomenti (l’oggetto è l’argomento implicito)

• Operatori binari possono essere implementati come metodi con un argomento (il primo argomento, implicito, è l’oggetto il cui operatore agisce) o come funzioni friend a due argomenti.


Programmazione generica

template<class T> T max( T p1, T p2 ) { if ( p1 < p2 ) return p2; else return p1;}

template<class T> T max( T p1, T p2 ) { if ( p1 < p2 ) return p2; else return p1;}

int main() { Vector v1,v2; cout << max<int>(10,20) << endl; cout << max<float>(2.6,1.0) << endl; cout << max<Vector>(v1,v2) << endl;}

int main() { Vector v1,v2; cout << max<int>(10,20) << endl; cout << max<float>(2.6,1.0) << endl; cout << max<Vector>(v1,v2) << endl;}

Main.ccMain.cc

Per il tipo T deve essere definito l’operatore < Per il tipo T deve essere definito l’operatore <

• Il C++ fornisce un metodo per creare un polimorfismo parametrico. E’ possibile utilizzare lo stesso codice per tipi differenti: il tipo della variabile diventa un parametro


Sintassi

template < class identifier >

function definition

template < class identifier >

class definition

typenametypename

• Ogni volta che nella definizione della funzione o della classe appare identifier questo viene sostituito dal compilatore con il tipo fornito nella chiamata.

• La dichiarazione e l’implementazione del template devono essere nello stesso file ove il template viene utilizzato


• Parametri interi possono essere inclusi nella dichiarazione del template

• I parametri di default possono essere tralasciati

Parametri templati

template <typename T=int , int n=10>

class array_n {

...

private:

T items[n]; // n istanziato esplicitamente

};

array_n<complex, 1000> w; // w array di complessi


Templates di templates

• L’argomento di un template puo` essere esso stesso un template

• questo permette la creazione e l’utilizzo di meta-templates (templates istanziati con templates) molto sofisticati

• la Standard Template Library fa uso di questa possibilita`

template <class T1, template <class T2> class T3 >


Funzioni template e parametri

• Una buona parte dei compilatori accetta una sintassi ristretta per quel che riguarda le funzioni template. ANSI/C++ prevede invece che anche parametri numerici possano essere inclusi nella definizione del template

template <class T>void swap(T& x, T& y){

T temp;temp=x;x=y;y=temp;

}

template <class T>void swap(T& x, T& y){

T temp;temp=x;x=y;y=temp;

}

template <class T, int n=10>T aFunc(){

T temp[n];. . .

}

template <class T, int n=10>T aFunc(){

T temp[n];. . .

}

OK per ogni compilatore

ANSI/C++, ma la maggiorparte dei compilatori lo rifiuta


Membri statici

• Per le classi template, gli attributi statici non sono universali ma specifici di ogni istanza

• Le variabili statiche MyClass<int>::counter e MyClass<double>::counter sono diverse

template <class T>class MyClass {public:

static int counter;

...};MyClass<int> a,b;MyClass<double> c;

template <class T>class MyClass {public:

static int counter;

...};MyClass<int> a,b;MyClass<double> c;


Un esempio: lo stack di interi

val

Contenuto

next

val

Contenuto

next......val

Contenuto

next

Stack

top

Stack

top

Lo stack vuoto

class Contenuto {...private: Contenuto* next; int val; };

class Stack {...private: Contenuto* top;};

class Contenuto {...private: Contenuto* next; int val; };

class Stack {...private: Contenuto* top;};


Un esempio: lo stack di interi

class Stack {public: Stack() {top = 0;} ~Stack() {} void push ( int i ) { Contenuto* tmp = new Contenuto(i,top ); top = tmp; } int pop () { int ret = top->getVal(); Contenuto* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; }private: Contenuto* top;};

class Stack {public: Stack() {top = 0;} ~Stack() {} void push ( int i ) { Contenuto* tmp = new Contenuto(i,top ); top = tmp; } int pop () { int ret = top->getVal(); Contenuto* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; }private: Contenuto* top;};

class Contenuto {public: Contenuto ( int i, Contenuto* ptn ) { val=i; next=ptn; } int getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;}private: Contenuto* next; int val; };

class Contenuto {public: Contenuto ( int i, Contenuto* ptn ) { val=i; next=ptn; } int getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;}private: Contenuto* next; int val; };

int main() {Stack s;s.push ( 10 );s.push ( 20 );cout << s.pop() << “ - “ << s.pop;return 0;};

int main() {Stack s;s.push ( 10 );s.push ( 20 );cout << s.pop() << “ - “ << s.pop;return 0;};

User codeUser code

>> 10 - 20>> 10 - 20

OutputOutput


Lo stack “templato”template <class T>class Stack {public: Stack() {top = NULL;} ~Stack() {;} void push ( T i ) { Contenuto<T>* tmp = new Contenuto<T> (i,top ); top = tmp; } T pop () { T ret = top->getVal(); Contenuto<T>* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; }private: Contenuto<T>* top;};

template <class T>class Stack {public: Stack() {top = NULL;} ~Stack() {;} void push ( T i ) { Contenuto<T>* tmp = new Contenuto<T> (i,top ); top = tmp; } T pop () { T ret = top->getVal(); Contenuto<T>* tmp = top; top = top->getNext(); delete tmp; return ret; }private: Contenuto<T>* top;};

template <class T>class Contenuto {public: Contenuto ( T i, Contenuto* ptn ) { val = i; next = ptn; } T getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;}private: Contenuto* next; T val; };

template <class T>class Contenuto {public: Contenuto ( T i, Contenuto* ptn ) { val = i; next = ptn; } T getVal (){ return val; } Contenuto* getNext() {return next;}private: Contenuto* next; T val; };

int main() {Stack<int> s;s.push ( 10 );s.push ( 20 );Stack<double> s1;Stack<Shape *> s2;cout << s.pop() << “ “ << s.pop;return 0;};

int main() {Stack<int> s;s.push ( 10 );s.push ( 20 );Stack<double> s1;Stack<Shape *> s2;cout << s.pop() << “ “ << s.pop;return 0;};

User codeUser code


La Standard Template Library

vettori, liste, mappe, ….vettori, liste, mappe, ….

find, replace, reverse, sort, …. find, replace, reverse, sort, ….

puntatori intelligentipuntatori intelligenti

• La libreria standard STL e’ una libreria di classi di contenitori, algoritmi ed iteratori.

• STL e’ una libreria generica: tutti i suoi componenti sono parametrizzati mediante l’utilizzo dei template


• Gli iteratori sono dei puntatori agli elementi di un contenitore e ci permettono di muoverci all’interno di esso:– Iteratori monodirezionali: Permettono di accedere

all’elemento successivo o al precedente– Iteratori bidirezionali : Permettono di accedere sia

all’elemento successivo che al precedente– Iteratori ad accesso casuale : Permettono di accedere

ad un qualunque elemento del contenitore

Iteratori (puntatori intelligenti)


• Un contenitore è un oggetto capace di immagazzinare altri oggetti e che possiede metodi per accedere ai suoi elementi. – Ogni contenitore ha un iteratore associato che permette

di muoversi tra gli elementi contenuti– Una sequenza è un contenitore di lunghezza variabile i

cui elementi sono organizzati linearmente. E’ possibile aggiungere e rimuovere elementi

– Un contenitore associativo è una sequenza che permette un efficiente accesso ai suoi elementi basato su una chiave.

Contenitori


Sequenze

• vector– Tempo costante di inserimento e cancellazione di

elementi all’inizio e alla fine del vettore.– Tempo lineare con il numero di elementi per

inserimento e cancellazione di elementi all’interno del vettore

– Iteratore ad accesso casuale

• list– Tempo costante di inserimento e cancellazione di

elementi in ogni punto della lista– Iteratore bidirezionale


vector

11 22 ...... 99

begin()begin() end()end()

pppp pp pp pp

00 push_back()push_back()

pp++++

• Le locazioni di memoria sono contigue– Accesso casuale, veloce l’accesso agli elementi, lenti

inserimento ed estrazione


val

nodo

next

prev

list

• Simile allo stack, ma consente di muoversi in due direzioni

• Le locazioni di memoria non sono contigue– Lenta la ricerca, veloci inserimento ed estrazione

......list

top

val

nodo

next

prev

val

nodo

next

prevbottom


Contenitori associativi

• Sono contenitore di coppie ( key, value ) e possiedono un iteratore bidirezionale

• map– Viene richiesto l’operatore < per la chiave– Gli elementi sono ordinati secondo la chiave


Algoritmi

• Gli algoritmi sono delle funzioni globali capaci di agire su contenitori differenti

• Sono incluse operazioni di ordinamento (sort, merge, min, max...), di ricerca (find, count, equal...), di trasformazione (transform, replace, fill, rotate, shuffle...), e generiche operazioni numeriche (accumulate, adjacent difference...).

find

count copy

fillsort

min, max


#include < >#include <algorithm>#include <iostream>

int main() {

<int> container;int val;for (int i=0; i<10; i++) { val = (int)((float)rand()/RAND_MAX*10); container.push_back(val); } <int>::iterator it1;for ( it1=container.begin(); it1!=container.end(); it1++) cout << "vector : " << *it1 << endl;return 0;}

Esempio uso sequenze

vector

vector

vector

list

list

list


#include <map> #include <algorithm> #include <iostream> #include <string> int main() { map<string,int> amap; amap["Primo”]=1; amap[“Secondo”]=2; cout << "Size : " << amap.size() << endl; amap["Terzo"]=3; amap["Quarto"]=4; cout << "Size : " << amap.size() << endl; map<string,int>::iterator it; for ( it=amap.begin(); it!=amap.end(); it++) cout << "map : " << it->first << " " << it->second << endl; cout << amap.find("Terzo")->second << endl; return 0; }

#include <map> #include <algorithm> #include <iostream> #include <string> int main() { map<string,int> amap; amap["Primo”]=1; amap[“Secondo”]=2; cout << "Size : " << amap.size() << endl; amap["Terzo"]=3; amap["Quarto"]=4; cout << "Size : " << amap.size() << endl; map<string,int>::iterator it; for ( it=amap.begin(); it!=amap.end(); it++) cout << "map : " << it->first << " " << it->second << endl; cout << amap.find("Terzo")->second << endl; return 0; }

Esempio uso contenitori associativi


Assegnazione di un metodo ad un messaggio

• I metodi pubblici di una classe costituiscono l’interfaccia della classe (cioè i messaggi che l’oggetto può interpretare)

• La funzione è assegnata al messaggio in fase di codifica (early binding)

• Può essere necessario assegnare la funzione al messaggio a run-time (late binding)

Polimorfismo


Controllo dei tipi

• Controllare i tipi significa verificare che ad un oggetto vengano inviati solo messaggi che è in grado di comprendere:– controllo del nome del metodo– controllo della lista degli argomenti

• In C++ il controllo è fatto dal compilatore (strong typing)

• In altri linguaggi (ad esempio SmallTalk) è fatto a run-time (weak typing)


Typing & Binding

TypingDefinizionedei messaggie degli argomenti

BindingAssegnazionedi un metodo

ad un messaggio

StrongConsistenza deitipi verificatadal compilatore

Weak Consistenza deitipi verificata

a run-time

EarlyIn fase di

programmazione INFLESSIBILE

Late A run-time

POLIMORFISMO


Esempio: i soldati

• Tutti i soldati devono capire il messaggio attacca. Il messaggio ha conseguenze diverse a seconda del tipo di soldato:– un arcere lancia una freccia– un fante usa la spada– un cavaliere lancia una lancia

• Il gestore della schermata vuole tenere una lista di soldati e vuole poter dire ad ogni soldato di attaccare indipendentemente dal tipo ma basandosi solo sulla posizione.


list<Soldato> lista;

riempiLista(lista);

Posizione unaPosizione=...;

list<Soldato>::iterator iter;

for(iter=lista.begin();iter!=lista.end();iter++){

Soldato unSoldato=(*iter);

if(unSoldato.posizione()==unaPosizione) unSoldato.attacca();

}

class Soldato {

void attacca() {

// cosa scrivo qui?!? Per quale tipo di

// soldato implemento il metodo attacca()?

}

};

list<Soldato> lista;

riempiLista(lista);

Posizione unaPosizione=...;

list<Soldato>::iterator iter;

for(iter=lista.begin();iter!=lista.end();iter++){

Soldato unSoldato=(*iter);

if(unSoldato.posizione()==unaPosizione) unSoldato.attacca();

}

class Soldato {

void attacca() {

// cosa scrivo qui?!? Per quale tipo di

// soldato implemento il metodo attacca()?

}

};


Polimorfismo

• Polimorfismo con tipi controllati dal compilatore (Strong typing & late binding).

Come?• In C++ viene implementato tramite il concetto

di ereditarietà (inheritance)• Classe astratta: definisce i messaggi• Classe concreta: assegna i metodi ai

messaggiLa classe concreta eredita da quella astratta


Ereditarietà

• Una classe può essere derivata da una classe esistente usando la sintassi:

– public, protected e private specificano il tipo di accesso ai membri della classe

• Se la classe base non ha un costruttore di default:– La classe derivata deve implementarlo

• Se la classe base ha un costruttore di default:– il costruttore della classe derivata deve esplicitamente

invocarlo nella sua lista di inizializzatione• Il costruttore della classe base può così essere eseguito prima

che il costruttore della classe derivata sia eseguito

class newclass: (public|protected|private) oldclass {dichiarazioni...};


Ereditarietà (2)

• Una classe derivata pubblicamente è a tutti gli effetti un sottotipo della classe base. – Un oggetto della classe derivata può essere trattato

come se fosse un oggetto della classe base– Un puntatore alla classe base può puntare ad oggetti

della classe derivata– Un riferimento alla classe derivata può, se la cosa ha un

senso, essere implicitamente convertito ad un riferimento alla classe base

– E` possibile dichiarare un riferimento alla classe base ed inizializzarlo ad un oggetto della classe derivata


Ereditarietà (3)

• La definizione dell’interfaccia (metodi pubblici) della classe base è estremamente importante perchè determina il comportamento delle classi derivate

• Un metodo della classe base può essere:– dichiarato e definito normalmente

• la classe derivata eredita questo metodo e NON può ridefinirlo

– dichiarato virtual e definito normalmente• la classe derivata eredita questo metodo e può ridefinirlo

– dichiarato virtual e non definito (=0)• la classe derivata eredita il metodo e DEVE ridefinirlo


Classi base astratte

• Una funzione puramente virtuale è un metodo virtuale non definito. E` dichiarato come:

• Una classe che ha almeno un metodo puramente virtuale è chiamata classe astratta

• Oggetti di una classe astratta non possono esistere• Puntatori ad una classe base astratta possono

essere definiti ed usati polimorficamente (per puntare ad oggetti delle classi derivate)

• Una classe base astratta viene introdotta per specificare l’interfaccia di una categoria di classi

virtual func_prototype = 0;


class Soldato {

virtual void attacca()=0;

};

class Arcere : public Soldato {

virtual void attacca() {

// lancia una freccia

}

};

class Fante : public Soldato {


// usa la spada

}

};

...

class Soldato {

virtual void attacca()=0;

};

class Arcere : public Soldato {


// lancia una freccia

}

};

class Fante : public Soldato {


// usa la spada

}

};

...


Erediarietà multipla

• L’ereditarietà multipla permette di derivare una classe da due o più classi base. La sintassi viene estesa per permettere una lista di classi base

• L’ ereditarietà multipla viene spesso utilizzata per combinare un’interfaccia ed una implementazione, ma è molte volte sintomo di un cattivo disegno

class A {. . . .};class B {. . . .};

class AplusB: public A, private B {. . . .};


class Base {. . . . // base implementation};class Derived: public Base {. . . .

void new_method() ; // non e’ definito in Base!};void func(Base *ptr) // ptr e’ un obbetto dell classe Base{ ptr->new_method(); // Errore!!!

Derived *p = dynamic_cast<Derived *> (ptr)if (p !=0) {

p->new_method();}

}

dynamic_cast

• dynamic_cast opera una conversione, se è possibile, fra due tipi. Il puntatore ritornato NON è nullo soltanto se il tipo dell’oggetto su cui si opera è quello che ci si aspetta


Ereditarietà (4)

• Una classe derivata estende la classe base e ne eredita tutti i metodi e gli attributi

class Track{public: LorentzVector momentum() { return p_; }

protected: LorentzVector p_;};

class Track{public: LorentzVector momentum() { return p_; }

protected: LorentzVector p_;};

Track.hTrack.h

#include “Track.h”

class DchTrack : public Track{public: int hits() { return hits_->size(); }

DchHit* hit(int n) { return hits_[n]; }

protected: list<DchHit> hits_;};

#include “Track.h”

class DchTrack : public Track{public: int hits() { return hits_->size(); }

DchHit* hit(int n) { return hits_[n]; }

protected: list<DchHit> hits_;};

DchTrack.hDchTrack.h

DchTrack è una Track che ha degli attributi in più (hits_) e nuovi metodi (DchHit* hit(int n), int hits())


Esempio: shape

• Tutti gli oggetti nella finestra hanno comportamenti comuni che possono essere considerati in astratto:– disegna

– sposta

– ingrandisc

– etc...


Cerchi e quadrati

Quadrato Cerchio


Circle.h

Cerchio

CostruttoreCostruttore

DistruttoreDistruttore

Nome della classeNome della classe

Punto e virgolaPunto e virgola!!

Point2dPoint2d: classe che rappresenta : classe che rappresenta un punto in 2 dimensioni.un punto in 2 dimensioni.

public: Circle(Point2d center, double radius); ~Circle(); void moveAt(const Point2d & p); void moveBy(const Point2d & p); void scale(double s); void rotate(double phi); void draw() const; void cancel() const;

““Dati” privatiDati” privati((AttributiAttributi, membri), membri)

class Circle {

};

private: Point2d center_; double radius_;

Interfaccia PubblicaInterfaccia PubblicaMetodiMetodi: operazioni sugli : operazioni sugli

oggettioggetti


Cerchio (2)#include “Circle.h”

void Circle::draw() const { const int numberOfPoints = 100; float x[numberOfPoints], y[numberOfPoints]; float phi = 0, deltaPhi = 2*M_PI/100; for ( int i = 0; i < numberOfPoints; ++i ) { x[i] = center_.x() + radius_ * cos( phi ); y[i] = center_.y() + radius_ * sin( phi ); phi += dphi; } polyline_draw(x, y, numberOfPoints, color_, FILL);}

void Circle::moveAt( const Point2d& p ){ cancel(); center_ = p; draw(); }

void Circle::scale( double s ) { cancel(); radius_ *= s; draw(); }

Circle::Circle( Point2d c, double r ) : center_( c ), radius_( r ) { draw(); }

Circle::~Circle() { cancel(); }

Circle.cc

#include “Circle.h”int main() { Circle c( Point2d(10, 10), 5 ); c.draw(); c.moveAt(Point2d(20, 30)); return 0;}

Main.cc


Quadrato

class Square {public: Square(const Point2d&, const Point2d&, Color color = TRASPARENT); ~Square(); void moveAt( const Point2d& p ); void moveBy( const Point2d& p ); void changeColor( Color color ); void scale( double s ); void rotate( double phi ); void draw() const; void cancel() const;

private: Point2d center_; Vector2d centerToUpperCorner_; Color color_;};

Square.h#include “Square.h”

void Square::draw() const { float x[4], y[4]; Vector2d delta( centerToUpperCorner_ ); for ( int i = 0; i < 4; i++ ) { Point2d corner = center_ + delta; x[i] = corner.x(); y[i] = corner.y(); delta.rotate( M_PI_2 ); } polyline_draw(x, y, 4, color_, FILL);} void Square::rotate( double phi ) { cancel(); centerToUpperCorner_.rotate( phi ); draw(); }

Square::Square(const Point2d& lowerCorner, const Point2d& upperCorner, Color color) : center_( median(lowerCorner, upperCorner) ), centerToUpperCorner_( upperCorner - center_ ), color_( color ) { draw(); }

void Square::scale( double s ) { cancel(); centerToUpperCorner_ *= s; draw(); }

Square.cc

upperCornerupperCorner

loweCornerloweCorner

centerToUpperCornercenterToUpperCorner__


Codice Applicativo (Client)

#include “Circle.h”#include “Square.h”

int main() { Circle c1( Point2d(2.,3.), 4.23 ); Square r1( Point2d(2.,1.), Point2d(4.,3.) );

Circle * circles[ 10 ]; for ( int i = 0; i < 10; ++i ) { circles[ i ] = new Circle( Point2d(i,i), 2. ); } for ( int i = 0; i < 10; ++i ) circles[ i ]->draw();

return 0;}

Main.cc

Come gestire cerchi Come gestire cerchi e quadrati insieme?e quadrati insieme?

Costruisce un vettore di puntatori a Costruisce un vettore di puntatori a cerchi, crea oggetti in memoria e salva cerchi, crea oggetti in memoria e salva i loro puntatori nel vettore. i loro puntatori nel vettore.

Itera sul vettore e invoca Itera sul vettore e invoca drawdraw()() per ogni elementoper ogni elemento


Polimorfismo

Tutte le Tutte le ShapeShapesshanno la stessa interfaccia:hanno la stessa interfaccia:draw, pick, move, fillColor...draw, pick, move, fillColor...,,ma ogni ma ogni sottotiposottotipo diverso diversopuò avere la usa personalepuò avere la usa personaleimplementazioneimplementazione


class Shape {public: Shape() { } virtual ~Shape() { } virtual void moveAt(const Point2d& where) = 0; virtual void changeColor(Color newColor) = 0; virtual void scale(double s) = 0; virtual void rotate(double phi) = 0; virtual void draw() const = 0; virtual void cancel() const = 0;};

Shape.h

Interfaccia astratta

Interfaccia di metodi Interfaccia di metodi puramente virtualipuramente virtuali

#include “Shape.h”

class Square : public Shape { // …. Il resto tutto uguale a prima};

Square.h

#include “Circle.h”#include “Square.h”

int main() { Shape * shapes[ 20 ]; int index = 0; for ( int i = 0; i < 10; i++ ) { Shape * s; s = new Circle( Point2d(i, i), 2.) ); shapes[ index ++ ] = s; s = new Square( Point2d(i, i), Point2d(i+1, i+2)) ); shapes[ index ++ ] = s; }

for ( int i = 0; i < 20; i++ ) shapes[ i ]->draw();

return 0;}

Main.cc


Ereditarietà e riuso del codice

Class CenteredShape: public Shape {public: CenteredShape(Point2d c, Color color = TRASPARENT) : center_(c), color_(color) { /*draw();*/ } ~Circle() { /*cancel();*/ } void moveAt( const Point2d& ); void moveBy( const Vector2d& ); void changeColor( Color ); virtual void scale( double ) = 0; virtual void rotate( double ) = 0; virtual void draw() const = 0; virtual void cancel() const = 0;

protected: Point2d center_; Color color_;};

CenteredShape.hNon si possono chiamare Non si possono chiamare metodi virtuali in costruttori e metodi virtuali in costruttori e distruttori distruttori (troppo presto, (troppo presto, troppo tardi)troppo tardi)

#include “CenteredShape.hh”

class Square : public CenteredShape {public: Square( Point2d lowerCorner, Point2d upperCorner, Color col = TRASPARENT) : CenteredShape( median(lowerCorner, upperCorner), col), touc_(upperCorner - center_) { draw(); } ~Square() { cancel(); } virtual void scale( double s ) { cancel(); centerToUpperCorner_ *= s; draw(); } virtual void rotate( double phi ); virtual void draw() const; virtual void cancel() const;

private: Vector2d touc_;};

Square.h


Attenzione alle generalizzazioni...

class Rectangle {public: Rectangle(double x0, double y0, double lx, double ly) : lx_(lx), ly_(ly), x0_(x0), y0_(y0) { } void scaleX(double s); void scaleY(double s);protected: double x0_, y0_; double lx_, ly_;};

Rectangle.h• Attenzione: scegliere le

relazioni di ereditarietà può essere non banale.

• Un quadrato è un rettangolo?

class Square : public Rectangle{public: Square(double x0, double y0, double l) : Rectangle(x0, y0, l, l) { }};

Square.h

Avere lx_ e ly_ è ridondante per SquareCosa succede se si invoca scaleX o scaleY ?

Avere lx_ e ly_ è ridondante per SquareCosa succede se si invoca scaleX o scaleY ?


Ereditarietà multipla

• Una classe può ereditare da più classi

class DrawableObj{public: virtual void draw() = 0;};

DrawableObj.h

class Shape {public: virtual void scale(double s) = 0; virtual void moveAt( Vector2d& ) = 0;};

Shape.h

class DrawableShape : public DrawableObj, public Shape{public: virtual void draw(); virtual void scale(double s); virtual void moveAt( Vector2d& ); };

DrawableShape.h


Strategie di sviluppo di un progetto

• Requisiti: cosa l’utente vuole

• Analisi: la visione dell’informatico dei requisiti

• Disegno: l’aspetto del sistema software

• Produzione: codifica

• Testing: debugging e verifica dei requisiti

• Mantenimento: installazione del prodotto e controllo del funzionamento per il resto della sua vita


Modello a cascata

Analisi

Disegno

Produzione

Testing

Requisiti


Modello evoluzionario

Requisiti

Analisi

Disegno

Produzione

Testing


Confronto fra i modelli di sviluppo

A cascata• Processo lineare (si torna al

passo precedente solo in caso di problemi)

• Confinamento delle attività in ogni fase

• Facile da gestire (gestione delle scadenze)

• Difficile da modificare• Prodotto utilizzabile solo alla

fine del processo

Evoluzionario• Processo ciclico (brevi processi

completi)• Attività distribuite su più fasi• Difficile da gestire• Facile da modificare e integrare• Prototipo utilizzabile fin dal

primo ciclo


Requisiti

• Definizione delle richieste da parte dell’utente del programma (o di una sua parte) sul sistema

• Si parla di programmazione per contratto perchè l’utente richiede solamente la definizione del servizio richiesto NON la metodologia seguita per fornirglielo– è possibile delegare parte del lavoro richiesto ad altri– il sistema è indipendente da chi è il suo utente

INCAPSULAMENTO!


Analisi

• Comprensione e razionalizzazione delle richieste dell’utente

• Costruzione di un modello– astrazione (semplificazione delle relazioni)– rilevanza (identificazione degli oggetti chiave)

• Da non trascurare: analisi delle soluzioni esistenti. Può far risparmiare molto tempo!!!


Disegno

Definizione delle interfacce

Definizione di oggetti e classi

Definizione degli stati e dell’implementazione

Definizione delle relazioni


Disegno (2)

• Dopo ogni ciclo bisogna analizzare i rischi, la stabilità del disegno e la complessità delle classi

• Se una classe è troppo complessa conviene dividerla

• Ad ogni ciclo il numero di modifiche deve diminuire

• Architetture troppo complesse devono essere modularizzate


Codifica

• C’è poco da dire… • Non sopravvalutate questa fase:

Suddivisione del tempo per il primo ciclo

Analisi30%

Disegno35%

Codifica15%

Testing20%


Testing

• Debugging: è ovvio… il codice non deve dare errori.

• Use cases: specificano il comportamento del sistema in una regione.

• Scenarios: sono esempi concreti di use cases. Per definizione se tutti gli scenari sono soddisfatti correttamente il test è positivo.


Metodi di sviluppo del software

Un metodo comprende:• Una notazione

mezzo comune per esprimere strategie e decisioni

• Un processospecifica come deve avvenire lo sviluppo


Metodi Object Oriented

– Booch Methodby Grady Booch

– OMT by Jim Rumbaugh

– Objectory (Use Cases) by Ivar Jacobson

– CRC by R.Wirfs-Brock

• Di recente introduzione: UML– uno standard OMG (Object Management Group),

dal novembre 1997

Grady Booch

Jim Rumbaugh

Ivar Jacobson


UML per l’analisi e il disegno

• Class Diagrams: aspetto statico del sistema. Classi con attributi e metodi e relazioni tra di esse.

• Sequence e collaboration digrams: comportamento dinamico del sistema. Sequenza dei messaggi scambiati fra gli oggetti.

• Use case diagrams: illustra gli use cases, le relazioni fra di essi e gli attori che vi partecipano.

• State diagrams: descrive gli stati in cui ogni oggetto si può trovare e le modalità con cui passa da uno stato all’altro


Concetti delle classi rivisitati

• Relazioni tra oggetti• Decomposizione funzionale all’interno di una

classe– responsabilità dei metodi

• Decomposizione funzionale tra più classi– responsabilità delle classi


Rappresentazione delle classi

Nome

+ metodo(arg)# metodo(arg)- metodo(arg)

- dato- dato

operatori

attibutipubblico

protetto

privato


Rappresentazione di una classe C++ in UML

class Nome {private: Tipo1 variabile1; Tipo2 variabile2; Tipo3 variabile3;public: Nome(); ~Nome(); Tipo4 funzione1 ( arg );protected: Tipo5 funzione2 ( arg );private: Tipo6 funzione3 ( arg );};

Nome.h Nome

- variabile1:Tipo1 - variabile2:Tipo2 - variabile3:Tipo3

+ funzione1(arg):Tipo4# funzione2(arg):Tipo5- funzione3(arg):Tipo6


Attributi e metodi

Plane

_distance : double_nor : Vector_origin : Point

distance()derDist()

Surface

id : int

distance()derDist()

Cylinder

Publico (+)

Privato (-)

Protetto (#)

Notazione di Rational Rose


Principali relazioni fra classi

• associazione• aggregazione by reference

(il composito non vive senza il componente)

• aggregazione by value (aggregazione fisica: esistenza contemporanea)

• dipendenza• generalizzazione (inheritance)


Aggregazione (contenimento)

By reference (condivisa)• un autista guida più automobili

By value (possesso)• una automobile possiede il suo motore

Autista

Motore

Automobile


Cardinalità e direzionalità

PointPolygone

1 1..*1..*1

-_points

•Il punto non conosce i poligoni•Il poligono è costituito da punti

Non navigabile


Dipendenza

CDPlayer

play(CD& theCd)

CD

• Non c’è nessuna associazione• C’è comunque relazione di uso

•Il CD non conosce il CDPlayer•Il CDPlayer usa il CD: se cambia il formato del CD il CDPlayer deve essere modificato


Generalizzazione (ereditarietà)

{virtual}

AutoSportiva AutoDiLusso

Ferrari

Autista

Automobile

#_autista

Motore

#_motore

{virtual}

Ereditarietàvirtuale!


Class Diagram di “Shape”

Shape

draw()cancel()moveBy()

Circle

radius_ : double

draw()

Point2d

CenteredShape

moveBy()1 11

Square

CenterToUpperCorner_ : Vector2d

draw()

relazione di aggregazione

relazioni di ereditarietà

classi concrete

classi astratte

1


Class Diagram


Object Sequence Diagram


Object Collaboration Diagram


CRCClassi, Responsabilità, Collaborazioni

C

DE

F

BA

xy

zs

f q

p

w


Assegnare Responsabilità

• Identificare i protagonisti• Analizzare il ruolo dei vari oggetti• Concentrarsi sul comportamento non la

rappresentazione• Cercare Oggetti con proprietà comuni:

– appartiene a classi diverse, o sono solo oggetti diversi?

• Definire le interfacce (le operazioni che soddisfano le responsabilità)

Una corretta assegnazione delle responsabilità è la chiave di una buona modularità e riuso


Collaborazione tra classi

• Le responsabilità vanno suddivise tra i vari oggetti del sistema

• non deve esistere un controllo centralizzato • Un oggetto deve compiere le proprie

responsabilità e delegare ad altri operazioni specifiche– Legge di Demeter: non usate oggetti lontani:

Invece di: traiettoria.listapunti().aggiungi(Punto);

usare: traiettoria.aggiungiPunto(Punto);


Identificare Relazioni

• Cercare collaborazioni• Cercare aggregazioni• Cercare generalizazioni

Come un client conosce il suo service provider?


Relazioni

Logiche

• Generalizazione: Is-a

• Aggregazione: Has

• Dipendenza: Knows

Implementazione

• Inheritance• Template instantiation

• Composizione by value

• Composizioneby reference

{


Avere o essere?

• Uno dei punti critici è distinguere se il rapporto fra due oggetti è del tipo avere o essere:– Un LorentzVector è un Vector o ha un Vector?– Una Traccia è un vector<Hit> o ha un

vector<Hit>?– Un Rivelatore è una Superficie o ha una

superficie?

• Per risolvere il problema bisogna guardare a cosa fanno!


Principio di Liskov

• Gli oggetti figli possono essere usati ovunque l’oggetto genitore è richiesto

– usare l’inheritance quando è richiesto il polimorfismo– Non cambiare il comportamento della base class


Composizione by value o by refrence

• In C++ la scelta fra aggregazione by value o by refrence può seguire questo schema:– Tipi semplici (int, float, …): by value– Parte dello stato dell’oggetto: by value– Oggetti condivisi: by reference– Assegnati a run time: by reference

• Oggetti condivisi by reference: attenzione a chi ha la responsabilità di crearli e cancellarli! (1 new 1 delete!)


Approccio Outside-in

• Il corretto approccio è quello di guardare il sistema dall’esterno.

• Identificare prima di tutto gli oggetti che interagiscono con l’utente esterno e i messaggi a cui devono saper rispondere (think client!)

• In seguito identificare gli oggetti che forniscono servizi a questi ultimi e così via

• Gli algoritmi vengono per ultimi!!!


CRC Workshop

• Metodo per la definizione si una architettura bilanciata

• Ogni partecipante svolge il ruolo di una classe.– Individuazione delle classi– Contrattazione delle responsabilità– Definizione delle collaborazioni– Difesa dal tentativo di assegnazione di responsabilità

contrarie alla natura della classe


Regole per il CRC workshop

• Tentate di rifuutare le responsabilità– Dovrei? (Non sono io che lo devo fare!)– Potrei? (Non ho i mezzi, o lo stato per farlo!)

• Cercate di fare poco lavoro– Se avete dovuto accettare una responsabilità cercate

di far fare il lavoro a qualcun’altro

• Potenziate i collaboratori, non interferite


Design Patterns

• Sono elementi di software OO riutilizzabile• Piccoli insiemi di classi che collaborano

implementando dei comportamenti tipici– Creational patterns– Structural patterns– Behavioral patterns

• I principali sono raccolti in un libro:

E. Gamma et al., Design Patterns


Factory

AbstractProduct

ConcreteProduct1 ConcreteProduct2

Factory

createProduct1 () : AbstractProductcreateProduct2 () : AbstractProduct

Client

I client possono richiedere la creazione di un prodotto senza dipendervi

La Factory dipende dai prodotti concreti, mentre i client dipendono solo da quelli astratti


Proxy

Subject

request( )

RealSubject

request( )

Proxy

_subject : RealSubject

request( )11

Client

_subject

. . ._subject->request();. . .

Una richiesta da un client a un server, può essere mediata dal Proxy, che può compiere anche altre operazioni (I/O, caching, etc.)


Composite

Leaf

operation( )

Component

operation( )

Composite

operation( )

1..*1..*

Client

for c in all _children c->operation();

_children

Il client può trattare componenti e compositi usando la stessa interfaccia. La composizione può essere ricursiva.

Esempio: programmi di grafica


Gruppo di Shapes

Circle, Square, ...

draw( )

Shape

draw( )

GroupofShapes

draw( )

1..*1..*

Client

_components

Il gruppo di shapes è il Composite

La shape è il Component

Le shapes concrete (Circle, Square, ecc...) sono le Leaf


#include “Shape.h”class Circle: public Shape {public: Circle(Point2D c, double r): Shape(), center_(c), radius_(r) {} void draw() const { ; // draw circle } // altri metodi definiti per Circleprivate: double radius_; Point2D center_;};

Circle.h

Codice del modello composite

class Shape {public: Shape() {} virtual void draw() const = 0; // altri metodi virtuali ( = 0 )};

Shape.h


Codice del modello composite

#include “Shape.h”class GroupofShapes : public Shape {public: typedef vector<Shape *> Container; typedef Container::const_iterator Iterator; GroupofShapes(){} void draw() const { Iterator p=components.begin(); Iterator pe=components.end(); while (p!=pe) { (*p)->draw(); p++; } return; } // gli altri metodi sono definiti operando // sui componentiprotected: Container components;};

GroupofShapes.h


Strategy

Il pattern Strategy permette di scegliere l’algoritmo da eseguire a run-time.

Nuovi algoritmi possono essere introdotti senza modificare il codice utente.

ConcreteStrategyA

doAlgorithm( )

ConcreteStrategyB

doAlgorithm( )

ConcreteStrategyC

doAlgorithm( )

Client Strategy

doAlgorithm( )

{ . . . Strategy* s; s->doAlgorithm(); . . .}


ObserverObserver

update( )Subject

_observers : Observer

attach (Observer)notify ()

0..*0..*

for all o in _observables o->update();

_observers

return _status;_status = _subject->status();

ConcreteSubject

_status : Status

status( )

ConcreteObserver

_status : Status_subject . ConcreteSubject

update( )

_subject

Lo stato dell’Observer dipende dallo stato del Subject.

Il Subject notifica a tutti gli Observer registrati che il suo stato è cambiato.


Appendice: strighe C-style

• Le variabili carattere sono gestite come array di char (un char contiene un solo carattere)– accesso agli elementi tramite la sintassi degli array– carattere nullo usato come terminatore (‘\0’)

• Funzoni di libreria per la gestione dei char* :– #include<cstring> per utilizzarle– int strlen(const char*); lunghezza della

stringa– int strcmp(const char*, const char*);

confronto di due stringhe– char* strcpy(char*, const char*); copia la

seconda stringa nella prima


Appendice: la classe string

• Per semplificare la gestione delle stringhe è stata creata la classe string– #include<string> per usarla– Definiti gli operatori standard:

• = per l’assegnazione• + e += per la concatenazione• == e tutti gli altri operatori relazionali per il confronto• [] per l’accesso agli elementi

– Disponibile sintassi simile a quella dei contenitori STL:• iteratori: string::iterator e string::const_iterator• funzioni begin() , end() , size() , ecc...

– Interoperabilità con char*: char* c=“Pippo”; string s=c;

char* c1 = s.c_str(); s += c;


Confronto stringhe C-style e string

#include<iostream>

#include<cstring>

int main(){

int err=0;int big=1000000;

char* c1=“LLLong string”;

for(int i=0;i<big;i++){

int len=strlen(c1);

char* c2=new char[len+1];

strcp(c2,c1);

if(strcmp(c2,c1))err++;

delete[] c2;

}

cout<<err<<“errori”<<endl;

return 0;

}

#include<iostream>

#include<string>

int main(){

int err=0;int big=1000000;

string s1=“LLLong string”;

for(int i=0;i<big;i++){

// int len=s1.size();

string s2=s1;

if(s2!=s1)err++;

}

cout<<err<<“errori”<<endl;

return 0;

} // 2 volte piu’ veloce!!!


Appendice:operazioni di I/O

• Si utilizza la libreria iostream – Gli operatori di stream >> e << dirigono il flusso da/per

le unità desiderate:• cout : standard output. Si sono già visti molti esempi• cerr : standard error. Si usa come cout• cin : standard input (normalmente la tastiera)

include<iostream>include<string>int main(){ string nome; cout << “Come ti chiami?” << endl; cin >> nome; // Notare la direzione!!! if(nome.empty()) cerr << “Stringa nulla!” << endl; else cout << “Ciao “ << nome << “!” << endl; return 0;}


Overloading degli operatori di I/O

• Gli operatori << e >> possono essere ridefiniti per consentire operazioni del tipo:

Vector2D v(1,2);

cout << “Il vettore v vale “ << v << endl;

• Si utilizza una funzione friend:class Vector2D {

friend ostream& operator <<(ostream& os, const Vector2D v);

[...]

}

ostream& operator <<(ostream& os, const Vector2D v){ os << “(“ << v.x() << “,” << v.y() << “)”;}

• Si ottiene:Il vettore v vale (1,2)


Appendice: I/O con files

• E’ possibile definire altre unità di I/O– Si utilizza la libreria fstream (include iostream)– I files di input sono dichiarati ifstream– I files di output sono dichiarati ofstream– I files di input/output sono dichiarati fstream– Costruttore con argomento const char* (nome file)

#include <fstream>#include <string>int main(){ ifstream fin(“file1.dat”); // deve esistere! if(!fin){ cerr << “file1.dat non esiste” << endl; return -1; } ofstream fout(“file2.dat”); // se esiste viene sovrascritto int i=0; string parola; while (inf >> parola) fout << “La “ << ++i << “-esima parola e\’ “ << parola << endl; fin.close(); fout.close(); return 0;}


Appendice: I/O in memoria

• E’ possibile definire unità di I/O in memoria (non legate a files)– Si utilizza la libreria sstream (include iostream)– Le unità di input sono dichiarati istringstream– Le unità di output sono dichiarati ostringstream– Le unità di input/output sono dichiarati stringstream– I costruttori non hanno argomento– Il metodo str() applicato ad un oggetto di questo tipo

ritorna la stringa (string) contenuta nell’unità:ostringstream messaggio;

messaggio << “Ciao!” << endl;

string s=messaggio.str();


Appendice: Manipolatori di I/O

• Modificano il comportamento di una stream.

boolalpha: true e false rappresentati come stringhe noboolalpha: true e false rappresentati come 1 e 0 (default)

showbase: interi stampati col prefisso che indica la base noshowbase: interi stampati senza il prefisso (default)

showpoint: floating point stampati sempre col punto decimalenoshowpoint: stampa i floating point come interi se non frazionari (default)

showpos: stampa + per numeri positivi noshowpos: non stampa + per i numeri positivi (default)

skipws: salta gli spazi bianchi in input (default) noskipws: non salta gli spazi bianchi in input

uppercase: stampa 0X in esadecimale, E in scientifica lowercase: stampa 0x oppure e (default)

dec: interi in base 10 (default) hex: interi in base 16oct: interi in base 8


Appendice: Manipolatori di I/O (2)

• I seguenti manipolatori richiedono:#include <iomanip>

left: aggiunge caratteri di riempimento alla destra del val. right: aggiunge caratteri di riempimento alla sinistrainternal: aggiunge caratteri fra segno e valore

fixed: floating point in notazione decimale (default) scientific: floating point in notazione scientifica

flush: svuota il bufferends: aggiunge il carattere nullo (\0) e svuota il buffer endl: aggiunge un “newline” e svuota il bufferws: “mangia” gli spazi bianchi

setfill(ch): definisce il carattere di riempimento

setprecision(n): definisce la precisione per i floating point

setw(n): scrive o legge in n caratteri

setbase(b): interi in base b


Esempio di I/O con manipolatori

Non tutti i compilatori supportano tutti i manipolatori!!!

#include <iomanip>int main() { cout << "inserisci un numero: "; double num=0; while(cin >> num) { int pi = (int)(num); cout << setfill('0') << setprecision(5); cout << "Il numero inserito e\' " << num << endl; cout << "La parte intera e\' " << pi << "(" << hex << setw(6) << pi << " esadecimale)" << dec << endl; cout << "La parte frazionaria e\' " << num-pi << endl; cout << "inserisci un numero: "; } return 0;}

inserisci un numero: 12345.678Il numero inserito e' 12346La parte intera e' 12345(003039 esadecimale)La parte frazionaria e' 0.678inserisci un numero:


Per saperne di più

• sugli elementi di base del linguaggio C++**** Lippman, Lajoye, The C++ Primer, 3rd Edition - Addison Wesley

*** Pohl, Object-Oriented Programming Using C++, 2nd Edition - Addison Wesley

*** Stroustrup, The C++ Programming Language, 3rd Edition - Addison Wesley

• su trucchi e tranelli in C++**** Myers, Effective C++, Addison Wesley

**** Myers, More Effective C++, Addison Wesley

*** Coplien, Advanced C++, Addison Wesley

• su STL**** Glass, Schuchert, The STL <PRIMER>, Prentice Hall

*** Ammeraal, Wiley, STL for C++ Programmers -

** Musser, Saini, STL Tutorial and Reference Guide, Addison Wesley


Per saperne di più (2)

• su OO A&D*** Booch, Object-Oriented Analysis and Design with Applications,

Benjamin/Cummings

*** Booch, Object Solutions, Addison Wesley

• su UML**** Fowler, Scott, UML Distilled, Addison Wesley

*** Booch, Rumbaugh, Jacobson, The Unified Modeling Language User Guide, Addison Wesley

• sui Design Patterns*** Gamma, Helm, Johnson, Vlissides, Design Patterns, Addison

Wesley

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