C++/מחלקות

מחלקה היא טיפוס המוגדר על ידי המתכנת. מלבד ההגדרה הטכנית הזו: מחלקה היא מבנה אבסטרקטי בעל תכונות מסוימות ופעולות שניתן לבצע עליו. בפרק זה נסביר כיצד להגדיר ולהשתמש במחלקות. לצורך זה נתבונן בדוגמה הקלאסית של מחלקת התאריך.

הגדרת מחלקה

נגדיר את המחלקה בדומה למבנה. נרשום את המילה class ואחריה את שם המחלקה:

class Date
{
public:
    int d, m, y;
};

המילה public מצינת שחברי המחלקה המוגדרים בהמשך יהיו ציבוריים, כלומר מכל מקום בתוכנית נוכל להשתמש בהם כמו במבנה רגיל. בעצם הגדרת מחלקה זו שקולה להגדרת מבנה דומה (struct במקום class). שלושת משתני המחלקה (d, m, y) מיצגים את התאריך באמצעות יום, חודש ושנה. כיוון שנוכל לשנות אותם באופן ישיר על ידי השמה, עלולות להתעורר שגיאות נסתרות, למשל אם בטעות נכניס ל-m את הערך 13. גישה כזו נוגדת את עקרון תכנות מונחה העצמים.

עתה, כדי לעשות את התוכנית שלנו נוחה יותר, ברורה יותר ויציבה יותר, נחסום את הגישה למשתני המחלקה. לצורך זה נשנה את המילה public ל-private, מותר למחוק אותה כלל כיוון שחברי המחלקה הבאים ראשונים לאחר הסוגרים המסולסלים מוגדרים אוטומטית כפרטיים:

class Date
{
private: // שורה זו ניתן למחוק
    int d, m, y;
};

כעת לא נוכל לגשת למשתני המחלקה d, m ו y באופן ישיר, לכן נבנה ממשק נוח לטיפול במשתני מחלקה זו. ממשק זה יוגדר כציבורי והוא יבטיח שהערכים של משתני המחלקה תמיד יהיו תקינים (למשל m לא יהיה גדול מ-12). כמעט כל ממשק צריך לכלול פעולות המשנות את המחלקה ופונקציות לאיחזור נתונים. בדוגמה זו נגדיר תחילה רק את כותרות הפונקציות (אתחל, הוספת יום/חודש/שנה, אחזור יום/חודש/שנה):

class Date
{
    int d, m, y;

public:
    void init(int dd, int mm, int yy);
    void add_day(int n);
    void add_month(int n);
    void add_year(int n);

    int day() const;
    int month() const;
    int year() const;
};

הערה: המילה const אחרי כותרת הפונקציה מצינת שהפונקציה לא משנה את משתני המחלקה. אלה פונקציות ממשק המחזירות את הערכים של משתנים אלה.

הגדרת גופי פונקציות המחלקה

עד כה הצהרנו את כותרות הפונקציות, את ממשק המחלקה. עלינו לממש אותו, להגדיר את גוף כל פונקציה. את פונקציות המחלקה מגדירים בדומה לפונקציות רגילות. ניתן להגדיר אותן בשני מקומות:

• בתוך בלוק המחלקה. דרך זו מקובלת יותר לפונקציות inline. לדוגמה, נגדיר את הפונקציה ()year:

class Date
{
    int d, m, y;

public:
    // ...

    int year() const 
    {
        return y;
    }    
};

• מחוץ לבלוק המחלקה. בדרך זו נגדיר את רוב הפונקציות. הסיבה לכך היא שנרצה להגדיר אותן בד"כ בקובץ cpp ואילו הגדרת המחלקה עצמה תמצא בקובץ h. כדי לציין שהפונקציה שאנו מגדירים שיכת למחלקה מסוימת, נוסיף את שם המחלקה וארבע נקודות (::) לפני שמה, בזהה למרחבי שם. כדוגמה נגדיר את הפעולה ()init:

class Date
{
    // ...
};

void Date::init(int dd, int mm, int yy)
{
    d = dd;
    m = mm;
    y = yy;
}

הערה: בין אם גוף פונקציה המחלקה מוגדר בתוך או מחוץ למחלקה יש לה גישה לכל משתני המחלקה, פונקציות המחלקה וטיפוסים המוגדרים בתוך המחלקה.

שימוש בטיפוס שהוגדר

לאחר שהגדרנו מחלקה ומימשנו את כל הפונקציות שלה (לא נעשה את זה כאן), נוכל להשתמש בה בדומה לטיפוסים בסיסיים של C++. לצורך זה עלינו להצהיר על משתנה מטיפוס זה (מופע של מחלקה) ולגשת לפונקציות ומשתני המחלקה הציבורים בדומה למבנים:

Date dat;
dat.init(18, 6, 2007);

int n;
cin >> n;

dat.add_day(n);
cout << dat.day() << '.' << dat.month() << '.' << dat.year();

כיוון שחסמנו את הגישה למשתני המחלקה לא נוכל לגשת אליהם ישירות מתוך פונקציות שהן לא חברות המחלקה:

dat.d = 32; // שגיאה

הבדל בין מבנים למחלקות

ב++C אין הבדל משמעותי בין מבנים לבין מחלקות. כל מחלקה נוכל לשכתב בקלות למבנה וכל מבנה נוכל לשכתב בקלות למחלקה. ההבדל היחידי הוא שחברי המחלקה הם פרטיים כברירת מחדל ואילו חברי המבנה הם ציבוריים כברירת מחדל. משמעות הדבר שנוכל לגדיר גם משתני המבנה כפרטיים ולהוסיף פונקציות לטיפול בהם. שתי ההגדרות הבאות שקולות זו לזו:

class myType { // ...
struct myType { private: // ...

הבדל זה חל גם על כללי ההורשה (למד בהמשך).

אז כיצד נחליט מתי להשתמש במבנה ומתי במחלקה? אין כללים ברורים, נוכל להשתמש במבנים כמו שהשתמשנו ב-C ולהוסיף אליהם פונקציות ציבוריות. כאשר נרצה ליצור טיפוס בו נפריד בין מימוש לממשק ואולי נשתמש בהורשה, נבחר במחלקה.

בנאים

בנאי הוא פונקציה שאנו מגדירים עבור המחלקה, הוא יופעל בעת הגדרת מופע חדש של מחלקה. תפקיד פונקציה זו הוא לבנות את המחלקה, כלומר לאתחל את משתני המחלקה.

במחלקה אנו כתבנו בפרק עלינו לקרוא ל-init בכל פעם שנרצה לאתחל את המופע. דבר זה גורר שגיאות, למשל אם נשכח לקרוא לפונקציה זו לפני השימוש הראשון במשתנה Date. בדומה לאי-איתחול של כל משתנה אחר, גם במשתני המחלקה יהיו ערכים לא מוגדרים - 'זבל'. הבנאים יאפשרו לנו לכתוב פונקציה שתאתחל את המופע של המחלקה באופן אוטומטי באמצעות ערך חוקי כלשהו. הנה בנאי המאתחל את כל התאריכים ל-01/01/1970 (תוכלו לשנות בנאי זה שיאתחל את התאריך באמצעות התאריך של היום, ע"י שימוש בפונקציות מתאימות מהסיפריה ctime):

class Date
{
    int d, m, y;

public:
    Date()
    {
        d = 1, m = 1, y = 1970;
    }
    // ...
};

הבנאים של כל מחלקה יקראו על שם המחלקה, במקרה שלנו Date, אך הם אף פעם לא יחזירו ערך ולכן גם לא נכתוב את טיפוס הערך המוחזר, גם לא void. דבר זה מובן מאילו כאשר נתבונן בדרך בה אנו נפעילים את הבנאי, הרי זו הצהרה רגילה על משתנה past (הבנאי מופעל אוטומטית):

Date past; // כאן מופעל הבנאי
cout << past.day() << '.' << past.month() << '.' << past.year();

בדוגמה זו יופיע תמיד בפלט 1.1.1970.

הערה: לא נוכל לקרוא לבנאי באופן ישיר past.Date() דבר זה נחשב לשגיאה, כי כל אובייקט מאותחל רק פעם אחת.

נוכל להוסיף פרמטרים לבנאים שאנו כותבים, נזכור שהעמסת בנאים מותרת כמו העמסת שאר הפונקציות. לכן נוכל להגדיר בנאי המאתחל את האוביקט באמצעות הערכים הנמסרים לו כפרמטרים, הוא יחליף לנו את הפונקציה init. בדוגמה הבאה יש להוסיף את בדיקת תקינות הפרמטרים ולהחליט על דרך פעולה כלשהי כאשר הפרמטרים לא תקינים (למשל לזרוק חריגה):

class Date
{
    int d, m, y;

public:
    Date(int dd, int mm, int yy)
    {
        d = dd, m = mm, y = yy;
    }
    // ...
};

כאן העמסנו בנאי נוסף לבנאי הקודם. כדי למסור פרמטרים לבנאי כלשהו בעת אתחול המשתנה, נרשום אותם בסוגרים עגולים לאחר שם המשתנה (הערה: אם אין פרמטרים אז אין לרשום סוגרים כלל):

Date future(1,1,2970); // בנאי עם פרמטרים
Date past; // בנאי ללא פרמטרים

העתקת אוביקטים

חלק זה של הספר הינו קצרמר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיספר ולערוך אותו.