Объектно-ориентированное программирование

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ОБЪЕКТНО – ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 657100 – “Прикладная математика” по специальности 073000 -“Прикладная математика”.

Санкт-Петербург 2001

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2001 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ОБЪЕКТНО – ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ Для

подготовки дипломированных специалистов по направлению 657100 – “Прикладная математика” по специальности 073000 -“Прикладная математика”.

Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ Курс – 3 Семестр – 6 Лекции

30 ч.

Курсовое проектирование

15 ч.

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

45 ч. 50 ч. 95 ч.

Текущий контроль

2001

2

семестр 6

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математематического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______.

Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) “Программирование” 2) “Структуры и алгоритмы обработки данных”

Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2001г.

3

Цели и задачи дисциплины 1. Изучение концепции объектно-ориентированного программирования (ООП), основных ее понятий, свойств, методики анализа и проектирования объектно-ориентированных программ, способов составления объектно-ориентированных программ на языке программирования С++. 2. Формирование навыков проектирования, программирования и отладки объектноориентированные программ. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: 1. Знать концепцию объектно-ориентированного программирования, основные ее понятия (класс, объект), свойства (инкапсуляция, наследование, полиморфизм), методику анализа и проектирования объектно-ориентированных программ, основные понятия, синтаксис и семантику конструкций языка программирования С++, способы составления объектно-ориентированных программ на языке программирования С++, возможности интегрированной среды программирования на языке С++; 2. Уметь проектировать, программировать и отлаживать объектно-ориентированные программы на языке С++; 3. Иметь представление об объектно-ориентированных расширениях современных языков программирования, инструментальных программных средствах ООП; тенденциях развития и областях применения ООП.

Содержание рабочей программы Введение Предмет дисциплины, ее структура и содержание. Цели и содержание дисциплины для подготовки студентов по выбранному направлению. Структура и план учебной деятельности студентов, рекомендуемая литература. Связь дисциплины с предшествующими и последующими дисциплинами и ее место в подготовке специалиста по прикладной математике. Краткие сведения об истории развития и становления проблематики дисциплины. Стандарты, используемые в ООП. Тема 1. Основные понятия дисциплины Семантика и интерпретация языка программирования. Основные положения объектного подхода к разработке программ, Принципы объектного подхода, абстрагирование, ограничение доступа, модульность, иерархия, типизация параллелизм, устойчивость. Понятие объекта и класса. Инкапсуляция и спецификация правил доступности элементов класса. Конструкторы и деструкторы. Наследование. Иерархия классов. Одиночное и множественное наследование. Способы реализации множественного наследования, их достоинства и недостатки. Отношения между объектами и/или классами. Полиморфизм. Ранее и позднее связывание. Управление последовательностью действий в объектно-ориентированной программе. Объект и процесс. Инициализация и взаимодействие объектов и процессов. Сообщения. Реализация механизмов посылки сообщений. Примеры функционирования объектноориентированной программы. Формальные модели объектов и классов: автоматная и алгебраическая модели объ-

4

ектов, исчисления типов. Тема 2. Введение в объектно-ориентированный анализ и проектирование Системный анализ. Принципы объектно-ориентированного анализа и их обсуждение. Основные определения: система, домен, подсистема, элемент, связи, среда. Структура системы, декомпозиция, иерархия элементов. Процессы в системе и потоки информации. Исследование действий. Построение моделей доменов и подсистем, связей и взаимодействия подсистем, взаимодействия объектов, событий, процессов, потоков данных, действий. Описание классов и их взаимосвязей. Динамика поведения объектов, диаграммы перехода состояний. Диаграммы объектов. Видимость и синхронизация объектов, временные диаграммы. Диаграмма процессов. Обработка исключительных ситуаций. Тема 3. Введение в язык программирования С++ Краткие сведения об истории развития и текущем состоянии языка программирования С++. Реализация парадигм программирования на С++. Структура программы. Ввод и вывод информации. Имена и их объявления. Инициализация значений. Область и время действия имени. Класс памяти. Типы. Фундаментальные и производные типы. Тип void. Преобразование типов. Указатели и ссылки. Вектора. Структуры. Константы. Строки. Выражения. Операторы и операторы выражений. Операторы выражений: присваивания, арифметические, логические, отношений, явного преобразования типа, вычисления размера операнда. Приоритет операторов выражений. Управление последовательностью вычислений в выражении. Выделение и освобождение памяти. Операторы и метки. Условный оператор. Операторы цикла. Оператор выбора. Операторы, применяемые для выхода из циклов, операторов выбора и функций. Тема 4. Функции и файлы Объявление и определение функции. Способы передачи аргументов. Возврат значения функции. Совместно используемые функции. Дополнительные возможности вызова функций: использование аргументов по умолчанию, неопределенное число аргументов, указатели на функцию, подстановка тела функции. Макросы. Подстановка лексем. Включение файлов. Заголовочные файлы. Способы размещения программы в файлах. Тема 5. Классы Способы реализации инкапсуляции. Определение класса. Личная и общая части определения класса. Функции-элементы класса и функции-друзья. Объекты класса. Создание и уничтожение объектов класса. Конструкторы и деструкторы. Интерфейс и реализация контейнерных классов для моделирования структур данных. Статические члены объектов класса. Вложенные и локальные классы. Примеры описания и использования классов.

5

Тема 6. Наследование классов Базовый и производный классы. Функции-элементы и функции-друзья. Правила доступа к элементам производного класса. Конструкторы и деструкторы. Иерархия классов. Одиночное и множественное наследование. Виртуальные базовые классы. Особенности доступа при множественном наследовании. Правила преобразования указателей. Виртуальные функции. Таблицы виртуальных функций. Распределение таблиц виртуальных функций в многофайловых программах. Чистые виртуальные функции и абстрактные базовые классы. Полиморфные контейнерные классы, итераторы и аппликаторы. Абстрактные и конкретные контейнерные классы. Виды классов: конкретный тип, абстрактный тип, узловой класс, интерфейсный класс и другие. Инициализация объектов. Отличия инициализации от присваивания. Инициализация баз и членов. Полный объект конечного производного класса. Примеры описания и использования классов с наследованием. Тема 7. Шаблоны Шаблоны классов и функций. Наследование шаблонных классов. Правила отождествления параметров шаблона. Применение шаблонных классов для создания контейнерных классов. Анализ вариантов шаблонных классов на примере шаблона вектора с операцией сортировки. Тема 8. Обработка исключительных ситуаций Анализ различных моделей обработки исключительных ситуаций. Стандартные средства контроля подтверждений. Проверка предусловий и постусловий, вычисления инвариантов. Контроль асинхронных событий. Реализация модели обработки синхронных ситуаций с завершением в С++. Возбуждение ситуации, Описание блоков с контролем и реакций на ситуации. Система классов для описания исключительных ситуаций. Обработка исключительных ситуаций при обработке исключительных ситуаций. Примеры контроля ситуаций в контейнерных классах. Тема 9. Разработка объектно-ориентированных программ на С++ Особенности разработки объектно-ориентированных программ на С++. Проектирование классов. Механизмы функционирования программ. Стиль программирования. Надежность программ на С++. Тема 10. Инструментальные программные средства для С++ Библиотеки классов для С++. Средства генерации прикладных программ на С++. Заключение Тенденции развития ООП. Пути дальнейшего изучения вопросов ООП студентами специальности 073000.

6

Цели и содержание курсового проекта и его ориентировочная трудоемкость Целью курсового проекта является формирование навыков проектирования, программирования и отладки объектно-ориентированные программ. Содержание курсового проекта: разработка объектно-ориентированной программы на языке С++, реализующей заданный полиморфный контейнер для хранения объектов заданной иерархии классов. Ориентировочная трудоемкость проекта составляет: - аудиторные занятия - 15 часов; - самостоятельные занятия – 30 часов.

7

Распределение учебных часов по темам и видам занятий № темы

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10

Объем учебных часов Практ. Аудит. Самост. занятия занятия работа

Всего

Семестр

1 2

1 2

2

1 4

6 6

2

2

2

4

6

4

4

2

6

6

2 4 6 2 2

2 4 6 2 2

2 2 3 2 2

4 6 9 4 4

6 6 6 6 6

2

2

2

4

6

2

2

1

3

6

1

1 15 45

30 50

1 45 95

6 6

Название разделов и тем

Лекции

Введение Основные понятия дисциплины Введение в объектноориентированный анализ и проектирование Введение в язык программирования С++ Функции и файлы Классы Наследование классов Шаблоны Обработка исключительных ситуаций Разработка объектноориентированных программ на С++ Инструментальные программные средства для С++ Заключение Курс. проектирование ИТОГО:

Лабор. занятия

30

Методика текущего контроля Текущий контроль включает две точки. Первая контрольная точка имеет цель проверить степень усвоения части лекционного курса и оценить практические навыки. Она включает опрос остаточных знаний в аудитории и оценку навыков работы в компьютерном классе. Вторая контрольная точка имеет цель оценки степени усвоения лекционного курса. Опрос осуществляется по индивидуальным заданиям. Общая оценка по текущему контролю выполняется на основании полученных оценок и итогового собеседования. График текущего контроля Первая контрольная точка на 8 неделе. Вторая контрольная точка на 12 неделе.

8

ЛИТЕРАТУРА Основная

№ 1 2

Название, библиографическое описание Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии. - 1997 Дейтел Х.М. Как программировать на C++/ Пер. с англ. под ред. В.Г.Кузьменко. - 2001

Л

Кп

К-во экз. в библ. (на каф.)

6

6

Уч 16 Ф4

6

6

Уч 28 Ф2

Гриф

ГосКомРФ по высш.обр. Мин.обр РФ

Дополнительная № 1 2 3 4 5

Название, библиографическое описание Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++/ Пер. с англ. под ред. И.Романовского, Ф.Андреева. - 1998 Страуструп Б. Язык программирования C++/ Пер. с англ. С.Анисимова, М.Кононова под ред. Ф.Андреева, А.Ушакова. - 2001 Лукас П.Д. C++ под рукой/ Пер. с англ. К.В.Сулема; Под ред. С.Н. Сущенко. - 1993 Телло Э.Р. Объективно - ориентированное программирование в среде Windows/ Пер. с англ. Д.М.Арапова, А.К.Петренко. - 1993 Топп У. Структуры данных в С++/ Пер. с англ. под ред. В.Кузьменко. 2000

9

К-во экз. в библ. (на каф.)

Ф1

Уч 12 Ф2 Уч 13 Ф2 Уч 39 Ф4 Уч 12 Ф2

Авторы: с к. т. н., доцент к. т. н, доцент

Спицын А.В. Чередниченко А.И.

Рецензент к. т. н, доцент

Казак А.Ф.

Зав. кафедрой МО ЭВМ д. т. н., профессор

Лисс А.Р.

Декан факультета компьютерных технологий и информатики д. т. н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. отделом учебной литературы)

Смирнова О.Н.

Председатель методической комиссии факультета КТИ к.т.н., доцент

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела к.т.н., доцент

Марасина Л.А.

10