Wprowadzenie do programowania obiektowego

Programowanie obiektowe dla początkujących

Na czym polega programowanie obiektowe ?

Programowanie obiektowe polega na opisywaniu świata rzeczywistego przy użyciu obiektów.

Załóżmy, że mamy za zadanie napisać program zawierający informacje dotyczące uczniów w pewnym mieście.

Wybierzmy sobie trzech uczniów, każdy ma pewne cechy indywidualne: imię, nazwisko, wzrost, waga, wiek, ulubiony przedmiot, chodzi do określonej szkoły. Każdy może wykonywać pewne czynności np. uczeń może się przedstawić. Zobaczmy to na schemacie poniżej:

Programowanie obiektowe - wprowadzenie
Każdy z tych uczniów w świecie programowania będzie osobnym obiektem. Mamy więc trzy obiekty: Uczeń 1, Uczeń 2, Uczeń 3. Każdy z uczniów posiada: imię, nazwisko, wzrost, waga, wiek, ulubiony przedmiot, chodzi do określonej szkoły i może się też przedstawić.

Np.
Uczeń 1 powie: „Mam na imię Roksana, mam 12 lat”
Uczeń 2 powie: „Jestem Julian Kowalski, mam 11 lat”

Cechy i zachowania (czynności), które mają te obiekty, są wspólne i możemy je pogrupować w jeden szablon. Taki szablon nazywamy klasą.

Klasa dla naszych obiektów: Uczeń 1, Uczeń 2, Uczeń 3 będzie wyglądać następująco:

Możemy zatem powiedzieć, że klasa to zestaw pewnych cech (właściwości) i czynności (funkcji) opisujących obiekty.

Programowanie obiektowe: obiekt i klasa

Obiektem w świecie rzeczywistym może być konkretny przedmiot, osoba, zwierzę, zjawisko, które posiada własne cechy, i może wykonywać pewne czynności np. Opel Astra 4 z silnikiem diesla, telefon komórkowy Samsung Galaxy S6, student Jan Kowalczyk, uczennica Maria Szymańska, kot o imieniu Stefan itp.

Klasą zaś w świecie rzeczywistym jest odpowiednio: samochód, telefon komórkowy, student, uczeń, kot.

Programowanie obiektowe: dziedziczenie

Wróćmy teraz do naszej klasy Uczeń. Stwórzmy kolejną klasę o nazwie Student. Mamy zatem dwie klasy przedstawione na schemacie poniżej:

Obie te klasy mają cechy i czynności wspólne. Są to cechy: imię, nazwisko, wzrost, waga, wiek i czynność: przedstaw się.

Każda z tych klas ma swoje cechy indywidualne. Klasa Uczeń posiada właściwości: ulubiony przedmiot i szkoła, a klasa Student właściwości: kierunek studiów i uczelnia.

Zauważmy, że cechy takie jak imię, nazwisko, wzrost, waga, wiek  nie dotyczą tylko ucznia, czy studenta, ale określają wszystkie osoby. Cechy te możemy zapisać w postaci jednej wspólnej klasy o nazwie Osoba.

Programowanie obiektowe Klasa bazowa Osoba

Załóżmy, że w naszym programie, chcemy stworzyć więcej obiektów, nie tylko klasy Uczeń i Student, ale i Taksówkarz, Programista czy Malarz. Definiując te klasy, zamiast w każdej z nich pisać wiele razy te same cechy i czynności, możemy skorzystać z klasy Osoba (odziedziczyć po niej wspólne składniki)  i dopisać w każdej z klas jedynie składniki wyróżniające je. Możemy to zobaczyć na poniższym schemacie

Klasa, po której dziedziczymy składniki, nazywamy klasą bazową. A klasy, które dziedziczą po klasie bazowej, nazywamy klasami pochodnymi.

 

Podsumowanie

Programowanie obiektowe nie jest takie skomplikowane, jak się początkowo wydaje. Najtrudniejsze jest zrozumienie czym jest klasa i obiekt oraz na czym polega dziedziczenie. Ten krok mamy już za sobą. Możemy teraz przejść do poznawania zasad tworzenia klas i obiektów w konkretnym języku programowania.

Artykuł ten powstał na podstawie jednego z rozdziałów z książki do nauki programowania: Elementarz młodego programisty Język C++.

W kolejnych rozdziałach pokazane jest, jak definiować klasy, tworzyć obiekty, korzystać z dziedziczenia  przy użyciu  języka programowania C++.

Wprowadzenie do programowania w języku C++

Zaczynając swoją przygodę z programowaniem warto zapoznać się z podstawowymi pojęciami programistycznymi i zrozumieć, co one oznaczają. Zajmijmy się w pierwszej kolejności budową programu. Na początku uruchomimy środowisko programistyczne i utworzymy nasz pierwszy projekt w języku C++. Bez względu na to jakie środowisko programistyczne wybierzemy (Visual Studio, Replit lub inne), to zostanie wygenerowany pewien początkowy program. Ma on następującą postać:
Wprowadzenie do programowania w języku C++
Kod pierwszego programu w środowisku Visual Studio

Gdy spojrzymy na wygenerowany pierwszy program, to zauważymy, że poszczególne słowa są podświetlone różnymi kolorami. Jest to tzw. podświetlenie (pokolorowanie) składni. Środowiska programistyczne takie jak Visual Studio  zapewniają taką funkcjonalność, aby program był bardziej czytelny i zrozumiały dla programisty.

Kolorem zielonym są oznaczone komentarze do programu. Możemy tam napisać np. autora programu, kiedy został utworzony program i inne informacje, które wydają się nam przydatne.

Kolorem niebieskim są oznaczone słowa kluczowe, są to inaczej słowa zastrzeżone. Oznacza to, że nie możemy z nich korzystać, tworząc własne nazwy w programie.

Kolor bordowy jest z kolei zarezerwowany dla danych tekstowych.

Przy tworzeniu własnych programów korzystamy z bibliotek. Biblioteka programistyczna jest to plik, który dostarcza nam gotowe podprogramy, funkcje, dane, typy danych, które możemy użyć w naszym programie.

Biblioteki takie dołączamy na początku programu po słowie #include.

Bardzo często używanym pojęciem jest kod źródłowy. To nie jest nic innego, jak kod naszego programu.

Program napisany w języku programistycznym jest niezrozumiały dla komputera. Aby komputer go zrozumiał, musi zostać przetłumaczony na język maszyny. Służy do tego kompilator. Jest to narzędzie, które jest dostarczone przez każde środowisko programistyczne. W Visual Studio dostępne jest z menu Kompilowanie => Kompiluj rozwiązanie. Podczas kompilowania sprawdzany jest kod programu, czy jest napisany poprawnie. Jeśli są jakieś błędy, to wówczas kompilator je nam wyświetli w oknie Dane Wyjściowe.

Gdy program zostanie skompilowany, dostaniemy wersję zrozumiałą dla komputera, ale jeszcze niepełną. Brakuje bibliotek programistycznych, które dołączyliśmy do naszego programu. Narzędzie służące do dołączania bibliotek nazywa się linkerem, a sam proces dołączania linkowaniem. Po wykonaniu linkowania otrzymujemy program, który nadaje się do uruchomienia. Ma on rozszerzenie exe , czyli jest to plik wykonywalny. W przypadku naszego programu jest to plik o nazwie PierwszyProgram.exe.

W Visual Studio nie mamy  dostępnej opcji wykonania samego linkowania. Gdy wybierzemy z menu Debugowanie => Uruchom bez debugowania, to zostanie uruchomiony proces kompilacji i linkowania, i jeśli wszystko przebiegnie bezbłędnie, to zostanie uruchomiony program.

Replit: Narzędzie programistyczne dla uczniów, nauczycieli i programistów

Replit narzędzie do nauki programowania

Replit jest to narzędzie, które umożliwia pisanie kodu, jego kompilację i uruchomienie w przeglądarce internetowej. Jest to narzędzie bardzo proste w obsłudze i w pełni darmowe.

Zawiera między innymi: edytor kodu, kompilator, okno konsoli, okno projektu, w którym widoczne są pliki projektu, okienko podglądu (w przypadku tworzenia stron internetowych).

Jest to środowisko bardzo rozbudowane. Można w nim pisać programy w ponad 20 językach programowania. Do najpopularniejszych należą: C++, C#, Python, PHP, Java, HTML, JS i wiele innych. Ma dużo wbudowanych frameworków np. Rails (Ruby) i Django (Python), z których możemy korzystać tworząc własne projekty.

Jak napisać własny program w języku C++ ?

Tworzenie własnego programu w języku C++ jest bardzo proste. Po zalogowaniu się do platformy https://replit.com/  w oknie startowym wybieramy przycisk Create repl. Wyświetla się nam okienko z wyborem języka programowania. Wybieramy język, wpisujemy nazwę projektu i mamy już utworzony początkowy projekt. Aby go uruchomić naciskamy zielony przycisk RUN. Po chwili program uruchamia się w okienku konsoli.
Programowanie w języku C++

Narzędzie Replit, a tworzenie stron internetowych

Tworzenie własnej strony również jest bardzo proste. Pokażę to na przykładzie projektu w HTML. Stworzyłam nowy projekt HTML o nazwie strona. Dodałam w nim dwa nagłówki: Witaj świecie i To jest strona testowa. Po kliknięciu przycisku RUN, otrzymujemy w prawym oknie – widok podglądu strony. Co więcej dla naszej strony zostaje przydzielona domena tymczasowa : https://strona.kagopro.repl.co . Możemy uruchomić stronę w dowolnej przeglądarce wpisując ten adres. Adres to tak naprawdę: NazwaProjektu.NazwaUzytkownika.repl.co . Jest to duży plus ponieważ możemy nasz projekt udostępnić innym osobom podając po prostu linka.

Środowisko Replit dla uczniów i nauczycieli

Replit ma również wiele wbudowanych funkcji edukacyjnych, dzięki czemu jest świetny również dla nauczycieli i uczniów . Z menu bocznego mamy dostęp do zakładki Teams. Nauczyciel ma możliwość tworzenia zespołów, przypisywania do nich uczniów oraz pracy z nimi w czasie rzeczywistym.
Replit - narzędzie dla nauczyciela

Nauczyciel widzi, którzy uczniowie kodują. Wystarczy jedno kliknięcie, aby dołączyć do ich sesji i zobaczyć nad czym pracują. Można przejrzeć ich prace i wysłać opinie lub uwagi do całego projektu bądź do poszczególnych linijek kodu.

Wszystko to sprawia, że Replit jest bardzo przydatnym narzędziem zwłaszcza w przypadku wirtualnej nauki. Nie musimy mieć na własnym urządzeniu zainstalowanego specjalnego oprogramowania, wystarczy nam wyszukiwarka internetowa.

Inne zalety narzędzia Replit

Nie musimy zapisywać projektu. Każdy projekt jest zapisywany automatycznie w chmurze. Możemy zalogować się na nasze konto Replit z dowolnego miejsca i dowolnego urządzenia: laptop, telefon, tablet i widzimy w My Repls wszystkie utworzone przez nas projekty.

Środowisko Replit daje również możliwość programowania w zespole: w trybie Multiplayer. Aby udostępnić projekt innym osobom należy nacisnąć szary przycisk Invite znajdujący się w prawym górnym rogu. Otwiera się okienko Invite. Możemy w nim zaprosić użytkownika wpisując jego nazwę lub możemy wygenerować link przyciskiem: Generate a join link i przesłać go osobom, które zapraszamy do wspólnej pracy nad projektem.

Replit - programowanie w zespole

Wszystkie utworzone projekty możemy ściągnąć na nasz komputer, i odwrotnie. Pliki z naszego komputera możemy dołączyć do projektów w środowisku Replit.

Z poziomu Replit możemy również połączyć się z repozytorium plików GitHub. Możemy zapisywać tam nasze zmiany w projekcie.

Podsumowanie

Środowisko Replit mogę z całą pewnością polecić osobom uczącym się programowania: uczniom i studentom, a także nauczycielom. Narzędzie to na pewno bardzo ułatwi ich pracę. W przypadku zdalnej nauki może okazać się niezastąpione.

Co nam daje nauka języka programowania C++ ?

C++ jest jednym z najpopularniejszych języków programowania. Jest to język bardzo uniwersalny.

Ma swoje zastosowanie wszędzie tam, gdzie liczy się wydajność, niskie zużycie zasobów, szybkość działania programu oraz optymalizacja dużej ilości danych.

Możemy w nim tworzyć oprogramowanie między innymi do samochodów (systemy ABS, układy sterujące pracą silnika), 

Programowanie w języku C++

urządzeń medycznych  (EKG), urządzeń gospodarstwa domowegourządzeń do obsługi placówek bankowych (bankomaty) i wielu innych.

W języku C++ możemy pisać również aplikacje desktopowe, czyli takie, które uruchamiamy z pulpitu komputera. Mogą to być systemy bazodanoweprogramy biurowebankowe.  Do najbardziej znanych należą programy Adobe PhotoshopAdobe Acrobat Reader, pakiet biurowy OfficeGoogle Earth, przeglądarki internetowe: Mozilla FirefoxMicrosoft Internet ExplorerGoogle Chrome.

Wreszcie w tym języku możemy pisać gry komputerowe. Większość komercyjnych gier jest napisana właśnie w języku C++  (Wiedźmin, Assassin’s Creed, Far Cry, Watch Dogs, Just Dance, Rainbow Six, World of Warcraft, Starcraft, Doom III, Master of Orion III, Warcraft III, Diablo I, Diablo II). Między innymi w tym języku są napisane silniki do gier (Unreal engine, AAA). Język C++ znalazł też swoje zastosowanie w technologii VR (Virtual Reality).

Ostatnio coraz bardziej popularny stał się „internet rzeczy”. Inteligentne urządzenia są coraz częściej wykorzystywane między innymi w budownictwie (inteligentne domy). C++ ma tu też swoje zastosowanie.

W C++ zostały napisane systemy operacyjne takie jak: Windows, Apple Mac OS X, iPAD OS, Apple iPhone iPod Touch, Google Chrome OS, Symbian OS. W języku tym tworzone jest również oprogramowanie dla serwerów.

C++ wykorzystywany jest w największych światowych firmach (Apple, Adobe, Facebook, Amazon, Ericsson, HP, IBM, Intel).