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Utilizando objetos en C++ - Pájaros

[version 2016.02.10]

Hasta ahora hemos visto cómo utilizar variables para guardar y manipular datos de cierto tipo y cómo estructurar nuestros programas dividiendo las tareas en funciones. Un objeto es una entidad que se utiliza en muchos lenguajes de programación para integrar los datos y el código que opera en ellos, haciendo más fácil el modificar programas grandes. En la experiencia de laboratorio de hoy utilizarás una clase llamada Bird para practicar algunas de las destrezas básicas en C++ para la creación y manejo de objetos.

Objetivos:

Crear objetos de una clase.
Analizar la declaración de una clase para entender cómo crear y manipular objetos de esa clase.
Practicar la creación y manipulación de objetos, y la invocación de “setters” y “getters”.

Pre-Lab:

Antes de llegar al laboratorio debes:

Haber repasado los siguientes conceptos:

a. creación de objetos de una clase.

b. utilización de métodos “getters” para acceder a los atributos de un objeto.

c. utilización de métodos “setters” para modificar los atributos de un objeto.
Haber estudiado la documentación de la clase Bird disponible dentro de la documentación del proyecto (objects-birds/doc/es/html/class_bird.html).
Haber estudiado los conceptos e instrucciones para la sesión de laboratorio.

Clases y objetos en C++

Un objeto es un ente que contiene datos y procedimientos para manipularlos. Al igual que cada variable tiene un tipo de dato asociada a ella, cada objeto tiene una clase asociada que describe las propiedades de los objetos: sus datos (atributos), y los procedimientos con los que se pueden manipular los datos (métodos).

Para definir y utilizar un objeto no hay que saber todos los detalles de los métodos del objeto pero hay que saber cómo crearlo, y cómo interactuar con él. La información necesaria está disponible en la documentación de la clase. Antes de crear objetos de cualquier clase debemos familiarizarnos con su documentación. La documentación nos indica, entre otras cosas, que ente se está tratando de representar con la clase, y cuáles son los interfaces o métodos disponibles para manipular los objetos de la clase.

Dale un vistazo a la documentación de la clase Bird que se encuentra en este enlace.

Clases

Una clase es una descripción de los datos y procesos de un objeto. La declaración de una clase establece los atributos que tendrá cada objeto de esa clase y los métodos que pueden invocar.

Si no se especifica lo contrario, los atributos y métodos definidos en una clase serán privados. Esto quiere decir que esas variables solo se pueden acceder y cambiar por los métodos de la clase (constructores, “setters” y “getters”, entre otros).

Lo siguiente es el esqueleto de la declaración de una clase:

  class NombreClase
   {
    // Declaraciones

    private:
      // Declaraciones de variables o atributos y 
      // prototipos de métodos 
      // que sean privados para esta clase

      tipo varPrivada;
      tipo nombreMetodoPrivado(tipo de los parámetros);

    public:
      // Declaraciones de atributos y 
      // prototipos de métodos 
      // que sean públicos para todo el programa

      tipo varPública;
      tipo nombreMetodoPúblico(tipo de los parámetros);
   };

Puedes ver la declaración de la clase Bird en el archivo bird.h incluido en el programa de esta experiencia de laboratorio.

Objetos

Un objeto es un ente que contiene datos (al igual que una variable), llamados sus atributos, y también contiene procedimientos, llamados métodos, que se usan para manipularlos. Los objetos son instancias de una clase que se crean de manera similar a como se definen las variables:

NombreClase nombreObjeto;

Una vez creamos un objeto, podemos interactuar con él usando los métodos de la clase a la que pertenece.

Métodos de una clase

Los métodos de una clase determinan qué acciones podemos tomar sobre los objetos de esa clase. Los métodos son parecidos a las funciones en el sentido de que pueden recibir parámetros y regresar un resultado. Una forma elemental de conocer los métodos de una clase es leyendo la declaración de la clase. Por ejemplo, el siguiente código es parte de la declaración de la clase Bird en el archivo bird.h.

class Bird : public QWidget
{
.
.
.
    Bird(int , EyeBrowType , QString , QString, QWidget *parent = 0) ;
    
    int getSize() const;
    EyeBrowType getEyebrow() const ;
    QString  getFaceColor() const;
    QString  getEyeColor() const;
    Qt::GlobalColor getColor(QString) const;

    void setSize(int) ;
    void setEyebrow(EyeBrowType) ;
    void setFaceColor(QString) ;
    void setEyeColor(QString) ;
.
.
.
};

Una vez creado un objeto, sus métodos proveen la única forma de cambiar sus atributos, obtener información o hacer cómputos en los mismos. Es por esto que comúnmente se llama interfaz al conjunto de métodos de una clase. Los métodos son la interfaz entre el usuario de un objeto y su contenido.

En general, en cada clase se definen los prototipos de los métodos para construir los objetos, y para buscar, manipular y guardar los datos. Lo siguiente es el formato general del prototipo de un método:

tipoDevolver nombreMetodo(tipo de los parámetros);

Luego, en el código del proyecto se escribe la función correspondiente al método, comenzando con un encabezado que incluye el nombre de la clase a la cuál pertenece la función:

TipoDevolver NombreClase::NombreMetodo(parámetros)

Para que los objetos que sean una instancia de una clase puedan tener acceso a las variables privadas de la clase se declaran métodos que sean públicos y que den acceso a estas clases (ver abajo “setters” y “getters”). Es preferible utilizar variables privadas y accederlas mediante los “setters” y “getters”, a declararlas públicas ya que de esta manera el objeto que está asociado a estas variables tiene el control de los cambios que se hacen.

Para invocar un método escribimos el nombre del objeto, seguido de un punto y luego el nombre del método:

nombreObjeto.nombreMetodo(argumentos);

Constructores

Los primeros métodos de una clase que debemos entender son los constructores. Una clase puede tener múltiples constructores. Uno de los constructores será invocado automáticamente cada vez que se crea un objeto de esa clase. En la mayoría de los casos, los constructores se utilizan para inicializar los valores de los atributos del objeto. Para poder crear objetos de una clase, debemos conocer cuáles son sus constructores.

En C++, los constructores tienen el mismo nombre que la clase. No se declara el tipo que devuelven porque estas funciones no devuelven ningún valor. Su declaración (incluida en la definición de la clase) es algo así:

nombreMetodo(tipo de los parámetros);

El encabezado de la función será algo así:

NombreClase::NombreMetodo(parámetros)

La clase Bird que estarás usando en la sesión de hoy tiene dos constructores (funciones sobrecargadas):

Bird (QWidget *parent=0)

Bird (int, EyeBrowType, QString, QString, QWidget *parent=0)

Puedes ver las declaraciones de los prototipos de estos métodos en la declaración de la clase Bird en el archivo bird.h del proyecto. La documentación se encuentra en este enlace. El primer constructor, Bird (QWidget *parent=0), es un método que se puede invocar con uno o ningún argumento. Si al invocarlo no se usa argumento, el parámetro de la función toma el valor 0.

El constructor de una clase que se puede invocar sin usar argumentos es el constructor por defecto (“default”) de la clase; esto es, el constructor que se invoca cuando creamos un objeto usando una instrucción como:

Bird pitirre;

Puedes ver las implementaciones de los métodos de la clase Bird en el archivo bird.cpp. Nota que el primer constructor, Bird (QWidget *parent=0), asignará valores aleatorios (“random”) a cada uno de los atributos del objeto. Más adelante hay una breve explicación de la función randInt.

Dale un vistazo a la documentación del segundo constructor, Bird (int, EyeBrowType, QString, QString, QWidget *parent=0). Esta función requiere cuatro argumentos y tiene un quinto argumento que es opcional porque tiene un valor predeterminado. Una manera para usar este constructor es creando un objeto como el siguiente:

Bird guaraguao(200, Bird::UPSET, "blue", "red");

“Setters” (“mutators”)

Las clases proveen métodos para modificar los valores de los atributos de un objeto que se ha creado. Estos métodos se llaman “setters” o “mutators”. Usualmente se declara un “setter” por cada atributo que tiene la clase. La clase Bird tiene los siguientes “setters”:

void setSize (int)
void setEyebrow (EyeBrowType)
void setFaceColor (QString)
void setEyeColor (QString)

Puedes ver las declaraciones de los métodos en la Figura 1 y en la declaración de la clase Bird en bird.h, y la implementación de algunos de los métodos en bird.cpp. El código en el siguiente ejemplo crea el objeto bobo de la clase Bird y luego cambia su tamaño a 333.

Bird bobo;
bobo.setSize(333);

“Getters” (“accessors”)

Las clases también proveen métodos para acceder (“get”) el valor del atributo de un objeto. Estos métodos se llaman “getters” o “accessors”. Usualmente se declara un “getter” por cada atributo que tiene la clase. La clase Bird tiene los siguientes “getters”:

int getSize ()
EyeBrowType getEyebrow ()
QString getFaceColor ()
QString getEyeColor ()

Puedes ver las declaraciones de los métodos en la Figura 1 y en la declaración de la clase Bird en bird.h, y las implementaciones de algunos de métodos en bird.cpp. El código en el siguiente ejemplo crea el objeto piolin de la clase Bird e imprime su tamaño.

Bird piolin;
cout << piolin.getSize();

Otras funciones o métodos que utilizarás en esta experiencia de laboratorio

MainWindow: El archivo mainwindow.h contiene la declaración de una clase llamada MainWindow. Los objetos que sean instancias de esta clase podrán utilizar los métodos sobrecargados

void MainWindow::addBird(int x, int y, Bird &b)

void MainWindow::addBird(Bird &b)

que añadirán a la pantalla un dibujo del objeto de la clase Bird que es recibido como argumento. El código en el siguiente ejemplo crea un objeto w de la clase MainWindow, crea un objeto zumbador de la clase Bird y lo añade a la posición (200,200) de la pantalla w usando el primer método.

MainWindow w;
Bird zumbador;
w.addBird(200,200,zumbador);

Figura 1. Ventana w con la imagen del objeto zumbador en la posición (200, 200).

¡Importante! No es suficiente solo crear los objetos Bird para que éstos aparezcan en la pantalla. Es necesario usar uno de los métodos addBird para que el dibujo aparezca en la pantalla.

randInt: La clase Bird incluye el método

int Bird::randInt(int min, int max)

para generar números enteros aleatorios (“random”) en el rango [min, max]. El método randInt depende de otra función para generar números aleatorios que requiere un primer elemento o semilla para ser evaluada. En este proyecto, ese primer elemento se genera con la invocación srand(time(NULL)) ;.

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/birds-objects/es/diag-birds-objects-01.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/birds-objects/es/diag-birds-objects-02.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/birds-objects/es/diag-birds-objects-03.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/birds-objects/es/diag-birds-objects-04.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/birds-objects/es/diag-birds-objects-05.html”

Sesión de laboratorio:

En la experiencia de laboratorio de hoy utilizarás la clase Bird para practicar la creación de objetos, acceder y cambiar sus atributos.

Ejercicio 1: Estudiar la clase `Bird`

En este ejercicio te familiarizarás con la clase Bird y con algunos métodos asociados a la clase MainWindow que define la ventana en donde se despliegan resultados.

Instrucciones

Descarga la carpeta objects-birds de Bitbucket usando un terminal, moviéndote al directorio Documents/eip, y escribiendo el comando git clone http://bitbucket.org/eip-uprrp/objects-birds.
Carga a Qt el proyecto Birds haciendo doble “click” en el archivo Birds.pro que se encuentra en la carpeta Documents/eip/objects-birds de tu computadora. Configura el proyecto.
Estudia la clase Bird contenida en el archivo bird.h. Identifica los métodos que son constructores, “setters” y “getters”.
En el archivo main.cpp (en Sources) la función main hace lo siguiente:

a. Crea un objeto aplicación de Qt, llamado a. Lo único que necesitas saber sobre este objeto es que gracias a él es que podemos crear una aplicación gráfica en Qt e interaccionar con ella.

b. Crea un objeto de la clase MainWindow llamado w. Este objeto corresponde a la ventana que verás cuando corras la aplicación.

c. Inicializa la semilla del generador de números aleatorios de Qt. Esto hará que los pájaros nuevos tengan tamaños, colores y cejas aleatorias (a menos que los forcemos a tener valores específicos).

d. Invoca el método show() al objeto w. Esto logra que se muestre la ventana donde se desplegarán los resultados.

e. En los programas que no tienen interfaz gráfica, la función main() usualmente termina con la instrucción return 0;. En este proyecto se utiliza la instrucción return a.exec(); para que el objeto a se haga cargo de la aplicación a partir de ese momento.
Ejecuta el programa marcando la flecha verde en el menú de la izquierda de la ventana de Qt Creator. El programa debe mostrar una ventana blanca.

Ejercicio 2: Crear objetos de clase `Bird` con ciertos atributos

En este ejercicio crearás objetos de clase Bird usando el constructor por defecto y usando constructores donde defines características específicas para el objeto. También practicarás el uso de “getters” y “setters” para obtener y asignar atributos a los objetos.

Instrucciones

Ahora crea un objeto de clase Bird llamado abelardo usando el constructor default y añádelo a la ventana w usando el método addBird(int x, int y, Bird b). Recuerda que la invocación del método debe comenzar con el nombre del objeto w y un punto.
Corre varias veces el programa y maravíllate al ver a abelardo tener tamaños, colores y cejas distintas.
Utiliza los “setters” setSize(int size), setFaceColor(Qstring color), setEyeColor(Qstring color), y setEyebrow(EyeBrowType) para que abelardo luzca como en la Figura 2 (su size es 200).

Figura 2. Abelardo.

Crea otro objeto de la clase Bird llamado piolin que tenga cara azul, ojos verdes, y cejas UNI invocando el constructor Bird(int size, EyeBrowType brow, QString faceColor, QString eyeColor, QWidget *parent = 0). Su tamaño debe ser la mitad que el de abelardo. Añádelo a la misma ventana donde se muestra a abelardo usando w.addBird(300, 100, piolin) para obtener una imagen como la que se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Abelardo y Piolin.

Crea otros dos objetos llamados juana y alondra que salgan dibujados en las coordenadas (100, 300) y (300,300) respectivamente. Crea a juana usando el constructor por defecto para que sus propiedades sean asignadas de forma aleatoria. Luego crea a alondra usando el otro constructor (el que recibe argumentos) para que puedas especificar sus propiedades durante su creación. alondra debe ser igual de grande que juana, tener el mismo tipo de cejas, y el mismo color de ojos. Su cara debe ser blanca. Añade a alondra y a juana a la misma ventana de abelardo y piolin. La ventana debe ser similar a la de la Figura 4.

Figura 4. Abelardo, Piolín, Juana y Alondra.

Corre varias veces el programa para asegurarte que alondra y juana siguen pareciéndose en tamaño, cejas y ojos.

Entregas

Utiliza “Entrega” en Moodle para entregar el archivo main.cpp que contiene las invocaciones y cambios que hiciste al programa. Recuerda utilizar buenas prácticas de programación, incluir el nombre de los programadores y documentar tu programa.

Referencias

https://sites.google.com/a/wellesley.edu/wellesley-cs118-spring13/lectures-labs/lab-2

README-es.md 17KB Historia Czysty