PRESSI ( HERSON ) -018 В62 (018) Водовозов В. М., Пожидаев А. К. Разработка программ под Windows: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. 104 с. Дано описание языка С++. Представлены основные этапы процедурного, структурного, модульного и объектно-ориентированного программирования под Windows. Показаны особенности работы с библиотеками, процедурами, функциями, файлами, базами данных и справочными системами. Предназначено для студентов направления 654500 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии, обучающихся по специальностям 180400 – Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов, 180500 – Электротехнологические установки и системы. Рецензенты: кафедра информационных технологий СПбИДПО; д-р техн. наук, проф. И. М. Семенов (СПбГПУ). © В. М. Водовозов, А. К. Пожидаев, 2005 Оглавление Введение в процедурное программирование.................................................... 5 Редактор кода .........................................................................................................................5 Функции..................................................................................................................................5 Выражения .............................................................................................................................8 Классы форм ........................................................................................................................11 Обработка событий..............................................................................................................13 Программирование графики...............................................................................................16 Исключения..........................................................................................................................17 Простые типы данных и операторы...................................................................................19 Тип AnsiString ......................................................................................................................22 Составные операторы ........................................................................................ 27 Операторы перехода............................................................................................................27 Условный оператор .............................................................................................................27 Оператор выбора..................................................................................................................29 Оператор цикла....................................................................................................................30 Операторы повторения........................................................................................................31 Программирование диалогов..............................................................................................32 Введение в структурное программирование................................................... 34 Массивы................................................................................................................................34 Перестановки и сортировки................................................................................................36 Списки TStringList ...............................................................................................................40 Структуры и объединения ..................................................................................................43 Динамические структуры данных......................................................................................45 Введение в модульное программирование ..................................................... 53 Работа с текстовыми и графическими файлами ...............................................................53 Работа с двоичными файлами ............................................................................................59 Модули DLL и пакеты.........................................................................................................60 Ресурсы .................................................................................................................................63 Приложения баз данных.................................................................................... 63 Технологии создания приложений баз данных ................................................................63 Архитектуры приложений баз данных..............................................................................65 Подключение к базам данных ............................................................................................66 Доступ к записям .................................................................................................................68 Объектно-ориентированное программирование ............................................ 72 Инкапсуляция.......................................................................................................................72 Конструкторы и деструкторы.............................................................................................75 Дружественные функции и классы....................................................................................80 Полиморфизм.......................................................................................................................82 Шаблоны...............................................................................................................................85 Стандартная библиотека шаблонов STL...........................................................................89 Наследование .......................................................................................................................94 Виртуальные функции и абстрактные классы..................................................................98 Список литературы .......................................................................................... 103 Введение в процедурное программирование «Работа высшего, что есть в человеке – разума – сводится к непрерывному ограничению бесконечности, к разделению бесконечного на удобные, легко перевариваемые части» Е.Замятин Редактор кода Файлы программ обрабатываются на вкладках окна редактора кода, запускаемого через меню View .Units (), View .Toggle Form/Unit (). Вкладки с текстами открываются в редакторе кода через меню File .Open. Переход между ними удобно выполнять с помощью навигационных стрелок в правом верхнем углу окна. В левом поле выделения окна щелчком можно расставлять и снимать точки прерывания выполнения программы. Переключение между кодами и файлами заголовков выполняется через контекстные меню Open Source/Header File () и Open File at Cursor (). Щелчки по именам в текстах программ при нажатой клавише превращают их в гиперссылки (hotspot), с помощью которых обычно перемещаются между связанными файлами. Другие возможности системы редактирования Code Insight приведены в табл. 1: Таблица 1. Подсказки в системе редактирования Code Insight Технология Клавиши Code Completion Code Parameters Code Templates Tooltip Expression Evaluation Tooltip Symbol Insight Назначение Список членов класса после стрелки -> и точки Список параметров функции после скобки ( Список шаблонов программирования Подсказка значения переменной под курсором в окне отладчика Подсказка объявления объекта в редакторе кода Функции Исходный текст программы на языке C++ составляют выражения, сгруппированные в функции. Функции – это единственный вид процедур, используемый в C++. Будучи разновидностью процедуры, функция (function) представляет относительно автономную именованную часть программы, описывающую поведе- ние программных объектов через действия над данными. Программирование с использованием функций сокращает размеры исходного текста и упрощает его организацию, хотя «экономия пространства не экономит времени» [Кнут]. В отличие от простой процедуры, функция обычно имеет возвращаемое значение (return value), то есть результат своей деятельности в вызывающем ее выражении. Каждая функция может многократно вызываться из других функций. В момент вызова функция получает исходные данные и начинает выполнять предписанные действия над ними. Различают встроенные библиотечные и авторские функции. Первые хранятся в библиотеках C++. Для доступа к библиотечным функциям в начале текста программы указываются имена соответствующих файлов заголовков: #include < имяФайлаЗаголовка > или #include «имяФайлаЗаголовка» Файлы заголовков – «это хранилища информации, содержащие описания констант и объявления функций» [Сван]. Каждый такой файл сообщает компилятору имена и характеристики функций из других файлов и библиотек, которые используются в программе. Файлы заголовков главных библиотек фирмы Borland приведены в табл. 2. Таблица 2. Файлы заголовков библиотек фирмы Borland Файл заголовка ALLOC.H BIOS.H CONIO.H CTYPE.H DIR.H FSTREAM.H IOMANIP.H IOSTREAM.H MATH.H PROCESS.H STDIO.H STRING.H, STDLIB.H TIME.H VCL.H WINDOW.H Назначение Функции распределения памяти Функции интерфейса с BIOS Функции консольного ввода и вывода Функции классификации символов Функции доступа к файлам Функции ввода и вывода файловых потоков Функции-манипуляторы потоков Функции потокового ввода и вывода Математические функции Функции управления процессами Функции стандартного ввода и вывода Функции преобразования строк Функции времени и даты Функции библиотек VCL Функции для работы в среде Windows Выражение, начинающееся символом #, называют директивой препроцессора (preprocessor directive). Если имя файла заголовка в директиве препроцессора заключено в угловые скобки, компилятор отыскивает его в специальной папке \INCLUDE. Если же это имя заключено в кавычки, поиск будет начат из текущей папки. В текстах программ C++Builder много директив препроцессора, служащих инструкциями для компилятора. Все они располагаются в начале исходного текста (табл. 3). Таблица 3. Директивы препроцессора Директива препроцессора #include <файлЗаголовка> #include «файлЗаголовка» #define имяМакроса (список параметров) текстМакроса #pragma argsused #pragma hdrstop #pragma package (smart_init) #pragma resource "*.dfm" #ifdef (#if defined)… #endif #ifndef … #define… #endif Назначение Заменить строку содержимым файла заголовка Создать макрос Запрет вывода сообщений о неиспользуемых параметрах Ограничение списка ранее компилированных заголовков Инициализировать пакеты в порядке их объявления В качестве файла ресурсов использовать файлы .DFM Если имя ранее определено, выполнить все до #endif Если имя еще не определено, выполнить все до #endif С применением авторских функций связаны три понятия: объявление функции, определение функции и вызов функции. Каждая функция только один раз определяется (declare) (описывается) в тексте. При этом ей присваивается уникальное имя и сообщается набор параметров (parameter), то есть данных, которые должны поступить к ней прежде, чем подпрограмма приступит к их обработке. В ряде случаев определению функции предшествует ее объявление (announcement). Объявления и определения функций могут выноситься в авторские библиотеки. Каждый программист помещает нужные ему функции в файлы заголовков и при необходимости обращается к этим файлам из файлов кодов, получая доступ к созданным ранее функциям. Такое обращение называется вызовом (call). При вызове функции передаются аргументы (argument), то есть значения параметров. В процессе компиляции автоматически создается список всех функций, необходимых обрабатываемому файлу, а в ходе последующей компоновки устанавливаются необходимые связи. Имена функциям, равно как и переменным, константам, определяемым в программах, даются программистами. Имена чувствительны к регистру, начинаются с буквы или символа подчеркивания, не содержат пробелов и иных символов, кроме подчеркивания, цифр и латинских букв, и отличаются от лексем, служащих именами встроенных функций, операторов, констант и других элементов языка. Имена функций расширяют набор лексем языка программирования, используемый в данной программе; они включаются в выражения наряду с лексемами языка. Обязательной частью программы является единственная главная функция (main function), обычно WinMain, расположенная в файле кода проекта. Раздел объявлений и другие функции необязательны. Когда компьютер приступает к выполнению программы, он начинает ее с первой строки главной функции, независимо от взаимного расположения функций в программе. Выражения Любое объявление является выражением, содержащим сведения об области определения и области значений данных. Объявления функций называют прототипами (prototype), т.к. они представляют собой своеобразный шаблон, образец использования функции: [Модификатор] [типФункции] имяФункции ( типПараметра [ имяПараметра [ = Значение ]]...); Здесь и далее используется метаязык описания языка программирования, в котором в прямоугольные скобки принято заключать необязательные части выражений, а многоточием отмечается возможность повторения элементов синтаксической формулы. Все выражения в C++, кроме директив препроцессора и комментариев, завершаются точкой с запятой. Длинные выражения можно разбивать символом \ – признаком продолжения на следующей строке. В круглых скобках помещаются сведения о параметрах функции. При этом части из них, расположенной в конце списка параметров, можно сразу присваивать значения – это называется инициализацией по умолчанию (default initialization). Тип функции (function type) характеризует возвращаемое значение, а тип параметра (parameter type) – множество входных данных, обрабатываемых этой функцией. Кроме объявления встроенных функций из стандартных библиотек, находящихся в файлах заголовков, авторские функции, создаваемые программистом, также могут включаться в файлы заголовков. Но часто их объявляют и затем определяют прямо в тексте программы. В тех случаях, когда функция определяется до ее вызова, объявлять функции необязательно. C++ не допускает объявления и определения функций внутри других функций: Формат определения авторской функции: Заголовок { [ объявлениеДанных...] Выражение… [ return возвращаемоеЗначение;] } Заголовок (caption) определяемой функции является своего рода копией ее объявления, но обязательно содержит имена параметров и не завершается точкой с запятой. Внутри фигурных скобок в определении функции заключается ее тело (body). Текст программы содержит выражения, состоящие из переменных, констант, операторов, вызовов функций и заканчивающиеся точкой с запятой. Фигурными скобками текст может разбиваться на отдельные блоки. Обычно каждый блок обрабатывает свои переменные и константы, «не заботясь» о других данных программы. В этом «правиле ограниченной видимости» заключается автономность, независимость блоков и функций. Данные, обрабатываемые внутри блока, называют локальными (local variable), личными или автоматическими. Память под них выделяется на время работы, а по завершении работы функции их значения так же автоматически стираются, освобождая место в памяти переменным других частей программы. В C++ разрешено совмещать определение коротких функций с их объявлением с помощью лексемы inline. Благодаря этому механизму, код функции автоматически встраивается в то место, откуда происходит ее вызов, и вызов происходит значительно быстрее. Если требуется сохранять значения локальных переменных между вызовами функций, их объявления снабжают модификатором static. В момент объявления статическую переменную можно явно инициализировать. Если этого не сделать, то при первом вызове ей автоматически присваивается нулевое значение. При повторных вызовах выражение инициализации игнорируется. Модификатор register направляет локальную переменную на сохранение в регистры процессора. А модификатор volatile явно указывает, что локальная переменная «изменчива», то есть может в любой момент поменять свое значение. Кроме локальных данных, в программах существуют глобальные переменные (global variable) и глобальные константы (global constant), доступные из разных частей программы. Они размещаются в разделе объявлений файла и помогают функциям обмениваться информацией, минуя параметры, но порой снижают надежность программной системы и увеличивают размер памяти, занимаемой программой в ходе выполнения. Внешний модификатор extern информирует компилятор о существовании внешних данных, находящихся в другом файле кода программы. За внешними и глобальными данными память закрепляется постоянно на все время работы программы, а при первом вызове они инициализируются нулем. Каждый вызов функции представляет собой запрос на совершение определенных действий. Он осуществляется в соответствии с объявленным прототипом и семантической организацией программы: PRESSI ( HERSON ) имяФункции ([ списокАргументов ]); В ответ на вызов копия кода функции передается в вызывающую функцию для обработки, после чего она удаляется из памяти. Исключением являются функции, объявленные с модификатором inline, коды которых обрабатываются непосредственно. При вызове функций параметры, инициализированные по умолчанию, могут быть опущены в списке передаваемых аргументов. В любой части программы можно разместить комментарии – тексты, обрамленные символами /* */, или фрагменты строк, начинающиеся символами //, не влияющие на ход выполнения программы. Ниже приведен пример текста файла проекта на языке C++Builder: #include #pragma hdrstop // Заголовочный файл описания классов VCL // Ограничитель списка прекомпилированных // заголовочных файлов // Файлы и имена форм проекта USEFORM ("bMainForm.cpp", MainForm); USEFORM ("bDataBase.cpp", DataBase); USEFORM ("bDiagram.cpp", Diagram); USEFORM ("bAbout.cpp", About); WINAPI WinMain (HINSTANCE, HINSTANCE, LPSTR, int) // Главная // функция { try { Application->Initialize (); // Инициализация OLE // Создание формы Application->CreateForm (__classid (TMainForm), &MainForm); Application->Run (); // Запуск приложения catch (Exception &exception) // Обработка исключений { Application->ShowException (&exception); } catch (...) { try { throw Exception (""); } catch (Exception &exception) { Application->ShowException(&exception); } return 0; Здесь директива препроцессора #include подключает к тексту файл заголовка, ссылающийся на описание классов VCL, а директива #pragma hdrstop ограничивает список файлов заголовка, доступных для предварительной компиляции. Директивы USEFORM сообщают о модулях, используемых в проекте. Выражение Application->Initialize() инициализирует OLE-серверы автоматизации. Каждое выражение Application->CreateForm() создает отдельную форму, а выражение Application->Run() запускает приложение, переводя его в состояние ожидания наступления событий. Конструкция try…catch используется для корректного завершения приложения в случае возникновения ошибки. Классы форм Меню View .Class Explorer открывает окно обозревателя классов. В нем представлена иерархия классов с указанием типов, член-данных, членфункций и глобальных переменных, входящих во все файловые модули. Каждой форме соответствует файл заголовка с определением ее класса в формате class имяКласса: public TForm { [[ Метка ] обявлениеЧленов...]...}; например: class TForm1 : public TForm { __published: TEdit *Edit1; TEdit *Edit2; TButton *Button1; TLabel *Label1; void __fastcall Button1Click (TObject *Sender); private: public: __fastcall TForm1 (TComponent* Owner); Закрытые член-данные и член-функции класса должны размещаться под меткой private: или в начале описания класса без метки, защищенные члены снабжаются меткой protected:, а открытые члены перечисляются под меткой public:. Данные, свойства которых представлены в окне Object Inspector, находятся под меткой __published:. Объекты, порождаемые от закрытых членов класса, доступны лишь объектам своего класса. Объекты, порождаемые защищенными членами, открыты объектам своего класса и производных от него классов. Объекты открытых членов могут использоваться во всех операциях и взаимодействовать с переменными программы. Данные в определении класса объявляются со своими типами и именами, а у член-функций указываются, кроме того, типы данных параметров. В рассматриваемом примере присутствуют указатели на данные Edit1, Edit2, Button1, Label1 классов TEdit, TButton, TLabel. Модификатор быстрого вызо-