Общие требования ко всем лабораторным работам.

• Программные требования:
• обязательны комментарии к коду, стиль отступов, именований переменных и функций (любой стиль PEP 7 или подобный)
• отладочный вывод в консоль в большинстве методов (Л.Р.2,3,5)

Лабораторная работа 1. «Кнопки и Формы»

Тип приложения: GUI; язык: без ограничений.

Создание простейшего приложения с графическим интерфейсом пользователя (GUI) в любой среде (Visual Studio - Windows Forms Application; C++ Builder - VCL Application).

• Создание простейшего приложения с GUI
• форма
• меню, пункты меню
• добавлять на форму разнообразные стандартные объекты и изучать их свойства, влияющие на внешний вид и поведение
• Управление простейшими событиями (при происходящих событиях должна появляться какая-либо реакция приложения, позволяющая понять, что событие произошло)
• нажатие мыши, перемещение мыши
• выбор пункта меню
• нажатие клавиши
• перерисовка
• Управление событиями, влияние объектов друг на друга (при каком-либо событии, связанным с одним объектом, должно что-то меняться в другом объекте)
• Динамическое создание и уничтожение объектов интерфейса:
• создание элементов интерфейса как реакция на события: при нажатии мышкой на любое место на форме, должен создаваться объект любого типового класса (например, кнопка).

В рамках лабораторной работы необходимо разобраться:

• чем отличаются классы от объектов;
• каким образом создается интерфейс приложения из стандартных объектов;
• каким образом изменяются до и после запуска программы свойства объектов;
• каким образом одни объекты вызывают методы других объектов;
• в каких случаях срабатывают какие события из стандартного списка.

Также в рамках лабораторной работы необходимо изучить (знать, для каких целей используются и как работают) все стандартные элементы управления:

• В случае Visual Studio - Windows Forms Application: все компоненты с закладок «Стандартные элементы управления», «Контейнеры».
• В случае C++ Builder - VCL Application: все компоненты с закладок «Standard», «Additional», «Win32», «System».

Для всех компонентов необходимо понять их назначение (для чего используется чаще всего), и выделить основное свойство или основной метод (например, для текстового поля ввода – свойство, хранящее текст, и т.д.). Разработанное простейшее приложение должно содержать как можно больше (не меньше 10) разных взаимодействующих компонент. Необходимо уметь незамедлительно вносить необходимые изменения в программу по заданиям преподавателя вида: «При наведении мыши на такой-то объект должно происходить то-то и то-то с другим объектом».

Лабораторная работа 2. «Объекты и Классы»

Тип приложения: консольное; язык: c++.

Определение и реализация тестовых классов, и написание программы, иллюстрирующей их использование (код, делающий нечто, и при этом обязательный отладочный вывод в консоль, для контроля того, какие методы вызываются – особенно важен отладочный вывод во всех конструкторах и деструкторах).

Лабораторная работа должна включать несколько программ, не стоит пытаться писать все сразу в одну программу и строго последовательно. Например, сначала стоит написать определение и реализацию простого объекта, создать его статически и динамически, проверить вызов атрибутов и методов. Затем определить конструкторы и деструкторы и проверить их работу. Затем научиться определять классы-наследники. Затем научиться перекрывать методы и создавать виртуальные методы и проверить их использование, и так далее. Настоятельно НЕ рекомендуется в качестве методов использовать переопределяемые операции (++, <<, >> и т.д.).

Рекомендуемые объекты для манипуляций: геометрические фигуры (точки, линии, квадраты, круги, эллипсы), математические объекты (вектора, матрицы) и т.д.

• Определения
• классов
• атрибутов, методов
• классов-наследников
• конструкторов (обязательно несколько: без параметров, с параметрами, с параметром-объектом того же класса), деструкторов
• доступности атрибутов и методов (показать, как влияют модификаторы private, protected, public)
• Реализация
• методов объектов
• реализация методов сразу в определении или после определения
• конструкторов, деструкторов
• Создание и использование (обращение к атрибутам, вызов методов)
• статически создаваемых объектов («MyClass obj;»)
• динамически создаваемых объектов («MyClass *obj = new MyClass();»)
• объектов с помощью различных конструкторов
• помещение объектов в переменные различных типов
• объектов классов-наследников (проверить и продемонстрировать, какие конструкторы классов при этом вызываются)
• композиция объектов (атрибутом одного объекта класса A является другой объект класса B, создаваемый в конструкторе класса A и уничтожаемый в деструкторе класса A)
• Уничтожение
• статически созданных объектов
• динамически созданных объектов
• объектов классов-наследников (проверить и продемонстрировать, какие деструкторы классов при этом вызываются)

В рамках лабораторной работы необходимо написать достаточно примеров, чтобы разобраться и понимать, например, суть того, что будет, если:

• в классе-предке есть конструктор и деструктор, а в классе-потомке нет ни того, ни того; что происходит при создании предка, при создании потомка?
• в классе-предке и в классе потомке есть и конструкторы и деструкторы: в каком порядке они вызываются при создании и удалении объекта?
• в переменную-указатель на базовый класс поместить объект-потомок: какие методы можно вызывать, какие нет?

Лабораторная работа 3. «Хранилище»

Тип приложения: консольное; язык: без ограничений.

Определение и реализация класса хранилища разнообразных объектов (принадлежащих различным классам, имеющим общего предка), и написание программы, иллюстрирующей использование хранилища.

• Функции хранилища объектов
• добавление объектов
• удаление объектов
• переход по объектам (текущий, предыдущий, последующий, проверка наличия)
• получение очередного объекта из хранилища
• поочередное обращение к каждому объекту хранилища; вызов функций, реализуемых всеми классами объектов хранилища

Хранилище должно представлять собой объект, создаваемый и используемый в основной программе. Хранилище должно вести себя или как массив, или как список (на выбор студента). Основная программа должна демонстрировать использование основных функций хранилища.

Если хранилище представляет собой массив, то работа с ним в основной программе должна выглядеть примерно так:

// создаем хранилище

MyStorage storage(10);

// добавляем в него объекты

for (int i=0; i<storage.getCount(); i++)

storage.setObject(i, new SomeObject());

// обращаемся поочередно ко всем

for (int i=0; i<storage.getCount(); i++)

storage.getObject(i).someMethod();

Если хранилище представляет собой список, то работа с ним в основной программе должна выглядеть примерно так:

// создаем хранилище

MyStorage storage();

// добавляем в него объекты

for (int i=0; i<10; i++)

storage.add(new SomeObject());

// обращаемся поочередно ко всем

for (storage.first(); !storage.eol(); storage.next())

storage.getObject().someMethod();

Хранилище должно позволять добавлять, удалять объекты в случайной последовательности, корректно обрабатывать подсчет текущего количества объектов в хранилище (с учетом возможных «пустых мест» после удаления каких-то объектов) и динамически увеличивать свой размер, если добавляется больше объектов, чем было предусмотрено изначально.

В хранилище не разрешается использование контейнеров STL, так как создание аналогичных классов и является основной задачей данной лабораторной работы.

Лабораторная работа 4. «Круги на форме»

Тип приложения: GUI; язык: без ограничений.

• Создать простейшее приложение с GUI, содержащее:
• определение простейшего класса CCircle с координатами и постоянным радиусом;
• хранилище из Л.Р.3 для хранения объектов класса CCircle;
• форму с объектом для рисования (например, PaintBox)
• Реализовать следующее поведение:
• при нажатии мышкой на форме создается новый объект CCircle с координатами нажатия и помещается в хранилище;
• при событии Paint должны отрисовываться на форме все объекты из хранилища
• при нажатии мышкой на какой-либо объект CCircle на форме, он становится «выделенным» и отрисовывается отлично от других объектов
• факультативно: выделенных объектов может быть много, при повторном нажатии на выделенный объект он перестает быть выделенным

Лабораторная работа 5. «Виртуальность»

Тип приложения: консольное; язык: c++.

Определение и реализация тестовых классов, и написание программы, иллюстрирующей их использование.

Лабораторная работа должна включать несколько программ, по мере изучения соответствующих понятий из лекционного курса, не стоит пытаться писать все сразу в одну программу и строго последовательно.

• Определения
• перекрываемых методов (показать на примере случай, когда вызывается перекрываемый метод, а когда наследуемый)
• виртуальных методов, в т.ч. деструкторов (показать на примере, когда вызывается наследуемый виртуальный метод, а когда базовый)
• Реализация
• проверки на принадлежность некоторому классу
• безопасного приведения типов (dynamic_cast)
• безопасного приведения типов (вручную)
• Передача объектов как параметров в функции

Для проверки на принадлежность некоторому классу необходимо реализовать:

• базовый виртуальный метод string classname(), перекрыть его в потомках, проверить работу и показать, какие проблемы возникают при его использовании;
• базовый виртуальный метод bool isA(string classname), перекрыть его в потомках и показать отличие от метода classname.

Продемонстрировать опасное приведение типов и предварительную проверку типа с помощью реализованного метода isA. Продемонстрировать использование стандартных средств языка (dynamic_cast в c++ или аналог на используемом языке).

Для проверки механизма передачи объектов как параметров в функции необходимо написать три функции:

void func1(Base obj) { ... };

void func2(Base *obj) { ... };

void func3(Base &obj) { ... };

Далее необходимо создать простой класс Base и его потомок Desc и реализовать в каждом из них три конструктора и по одному деструктору (в каждой из трех функций и во всех конструкторах должен быть отладочный вывод в консоль):

Base() { ... };

Base(Base *obj) { ... };

Base(Base &obj) { ... };

~Base() { ... };

Desc() { ... };

Desc(Desc *obj) { ... };

Desc(Desc &obj) { ... };

~Desc() { ... };

После этого необходимо создавать объекты классов Base и Desc, и передавать их в каждую из трех функций, объясняя при этом, когда и почему вызывается какой конструктор или деструктор.

В рамках лабораторной работы необходимо написать достаточно примеров, чтобы разобраться и понимать, например, суть того, что будет, если:

• создать в классе-предке виртуальный конструктор и виртуальный деструктор, зачем нужен виртуальный деструктор и как он работает?
• в методе1 базового класса вызывается метод2, который определен в этом же классе как невиртуальный, у класса-потомка метод2 переопределен: что происходит при вызове метода1 у класса-потомка?
• в методе1 базового класса вызывается метод2, который определен в этом же классе как виртуальный, у класса-потомка метод2 переопределен: что происходит при вызове метода1 у класса-потомка?
• в базовом классе объявить метод невиртуальный, а в классе-потомке объявить метод с таким же именем: какой метод будет вызываться при обращении к объекту через указатель на базовый класс, через указатель на класс-потомок?
• в базовом классе объявить метод виртуальный, а в классе-потомке объявить метод с таким же именем: какой метод будет вызываться при обращении к объекту через указатель на базовый класс, через указатель на класс-потомок?

Проиллюстрировать примерами кода ответы на следующие вопросы:

• Зачем нужны виртуальные методы?
• Зачем нужна проверка на принадлежность некоторому классу?
• Зачем и в каких случаях требуется производить безопасное приведение типов?

Лабораторная работа 6. «Визуальный редактор»

Тип приложения: GUI; язык: без ограничений.

На основе Л.Р.4 реализовать простейший визуальный редактор векторных объектов (круг, квадрат, треугольник, отрезок, и т.д.) со следующей функциональностью:

• Создание графических объектов на экране:
• меню, панель инструментов с доступными классами объектов
• добавление нового объекта в рабочую область
• Манипуляции объектами в рабочей области:
• выбор объекта для манипулирования (выделяется цветом или рамкой)
• изменение цвета, размера, положения
• удаление объекта из рабочей области
• контроль выхода за рабочую область (при передвижении объект не должен выходить за границы ни одной своей частью)
• Программные требования:
• манипуляции объектами выполняются с помощью клавиатуры, при этом выбор клавиш управления должен быть как можно ближе к используемым обычно для таких задач в среде Windows
• «хорошая» иерархия классов
• использование своего хранилища объектов из Л.Р.3
• отделение взаимодействия с пользователем от логики работы классов

Лабораторная работа 7. «Группировка и сохранение»

Тип приложения: GUI; язык: без ограничений.

Развитие приложения из Л.Р.6:

• Группировка, разгруппировка объектов и групп объектов (сгруппированные объекты изменяются только совместно). Реализация группировки объектов должна быть выполнена с помощью паттерна Composite:
• выделение нескольких объектов в рабочей области и их группировка (с изъятием из хранилища и помещением в специальный объект класса Group, который затем обратно помещается в хранилище);
• группа ведет себя как единый объект: перемещается, сохраняет относительное положение входящих в нее объектов, не выходит за границы;
• в группу могут входить другие группы, и т.д.
• Реализация сохранения и восстановления хранилища из Л.Р.3 с помощью паттерна Abstract Factory или Factory Method:
• сохранение всех объектов хранилища в (человеко-читаемый) текстовый файл
• восстановление всех объектов хранилища из текстового файла
• Факультативно:
• манипуляции объектами выполняются не только с помощью клавиатуры, но и с помощью мыши
• реализация команд пользовательского интерфейса с помощью паттерна Command (с возможностью функциональности «undo» - отмены последовательности операций)
• команды пользовательского интерфейса и типы объектов создаются с помощью подключаемых динамических библиотек (DLL)

Функция хранилища, которая занимается сохранением объектов в некоторый файл, не должна знать о деталях организации сохраняемых объектов. Она должна вызывать виртуальную функцию save() у базового объекта, тем самым, предоставляя объекту самому возможность записать в файл то, что ему нужно для восстановления.

Примерный алгоритм сохранения хранилища в текстовый файл должен выглядеть так:

• Открой файл для записи
• Сохрани в файл информацию о количестве объектов
• Для каждого объекта хранилища:
• Вызови функцию save()
• Закрой файл

Самой сложной для реализации хранилища является функция восстановления объектов из хранилища. Понятно, что наряду с виртуальной функцией save() у базового объекта, у него должна быть и виртуальная функция load(). Однако проблема состоит в следующем. Пусть требуется загрузить очередной объект из хранилища. Надо вызвать метод load() у объекта, но объект ведь еще не создан! А объект какого класса необходимо создать, чтобы вызвать у него метод load()?

Примерный алгоритм загрузки содержимого хранилища из текстового файла должен выглядеть так:

• Открой файл для чтения
• Прочитай информацию о количестве объектов
• Столько раз, сколько объектов нужно создать:
• Узнай из файла, объект какого класса нужно создать
• Создай объект этого класса
• Вызови у объекта функцию load()
• Закрой файл

Лабораторная работа 8. «Дерево объектов»

Тип приложения: GUI; язык: без ограничений.

Развитие приложения из Л.Р.7:

• Добавить на форму приложения объект TreeView для отображения текущего содержания хранилища
• Реализовать синхронизацию объекта TreeView с хранилищем с помощью паттерна Observer

Объект TreeView должен уметь полностью перестроить свое содержимое исходя из текущего содержимого хранилища, в котором могут в произвольных комбинациях встречаться отдельные объекты и группы объектов. Для этого нужна рекурсивная функция processNode(TreeNode tn, StorageObject o), алгоритм работы которой в общих чертах выглядит так:

processNode(TreeNode tn, StorageObject o)

{

Создай у узла дерева tn новый дочерний узел t;

Если объект o является группой, то:

Для всех объектов oo из группы o:

processNode(t, oo);

}

Объект TreeView должен автоматически узнавать, когда в хранилище происходят изменения. Для этого в рамках паттерна Observer, объект TreeView должен «подписаться» на объект Storage и, получая уведомления, перестраивать свое содержимое при любых изменениях в объекте Storage. Выделенные объекты в дереве должны становиться выделенными объектами в хранилище и на рабочем поле и наоборот.