Разберем процесс написания программы для рисования на экране геометрических фигур. Она естественным образом разделяется на три части:
Администратор экрана: подпрограммы низкого уровня и структуры данных, определяющие экран; он ведает только точками и прямыми линиями;
Библиотека фигур: набор определений основных фигур вроде прямоугольника и круга и стандартные программы для работы с ними; и
Прикладная программа: множество определений, специализированных для данного приложения, и код, в котором они используются.
Эти три части скорее всего будут писать разные люди (в разных организациях и в разное время). При этом части будут скорее всего писать именно в указанном порядке с тем осложняющим обстоятельством, что у разработчиков нижнего уровня не будет точного представления, для чего их код в конечном счете будет использоваться. Это отражено в приводимом примере. Чтобы пример был короче, графическая библиотека предоставляет только весьма ограниченный сервис, а сама прикладная программа очень проста. Чтобы читатель смог испытать программу, даже если у него нет совсем никаких графических средств, используется чрезвычайно простая концепция экрана. Не должно составить труда заменить эту экранную часть программы чем-нибудь подходящим, не изменяя код библиотеки фигур и прикладной программы.
Вначале было намерение написать администратор экрана на C (а не на C++), чтобы подчеркнуть разделение уровней реализации. Это оказалось слишком утомительным, поэтому пришлось пойти на компромисс: используется стиль C (нет функций членов, виртуальных функций, определяемых пользователем операций и т.п.), однако применяются конструкторы, надлежащим образом описываются и проверяются параметры функций и т.д. Оглядываясь назад, можно сказать, что администратор экрана очень похож на C программу, которую потом модифицировали, чтобы воспользоваться средствами C++ не переписывая все полностью.
Экран представляется как двумерный массив символов, работу с которым осуществляют функции put_point() и put_line(), использующие при ссылке на экран структуру point:
// файл screen.h
const XMAX=40, YMAX=24;
struct point {
int x,y;
point() {}
point(int a, int b) { x=a; y=b; }
};
overload put_point;
extern void put_point(int a, int b);
inline void put_point(point p) { put_point(p.x,p.y); }
overload put_line;
extern void put_line(int, int, int, int);
inline void put_line(point a, point b)
{ put_line(a.x,a.y,b.x,b.y); }
extern void screen_init();
extern void screen_refresh();
extern void screen_clear();
#include
Перед первым использованием функции put экран надо инициализировать с помощью screen_init(), а изменения в структуре данных экрана отображаются на экране только после вызова screen_refresh(). Как увидит пользователь, это "обновление" ("refresh") осуществляется просто посредством печати новой копии экрана под его предыдущим вариантом. Вот функции и определения данных для экрана:
#include "screen.h"
#include
enum color { black="*", white=" " };
char screen[XMAX][YNAX];
void screen_init()
{
for (int y=0; y=a || a<=b) y0 += dy, eps -= two_a;
}
}
Предоставляются функции для очистки экрана и его обновления:
void screen_clear() { screen_init(); } // очистка
void screen_refresh() // обновление
{
for (int y=YMAX-1; 0<=y; y--) { // сверхувниз
for (int x=0; x
Библиотека Фигур
Нам нужно определить общее понятие фигуры (shape). Это надо сделать таким образом, чтобы оно использовалось (как базовый класс) всеми конкретными фигурами (например, кругами и квадратами), и так, чтобы любой фигурой можно было манипулировать исключительно через интерфейс, предоставляемый классом shape:
struct shape {
shape() { shape_list.append(this); }
virtual point north() { return point(0,0); } // север
virtual point south() { return point(0,0); } // юг
virtual point east() { return point(0,0); } // восток
virtual point neast() { return point(0,0); } // северо-восток
virtual point seast() { return point(0,0); } // юго-восток
virtual void draw() {}; // нарисовать
virtual void move(int, int) {}; // переместить
};
Идея состоит в том, что расположение фигуры задается с помощью move(), и фигура помещается на экран с помощью draw(). Фигуры можно располагать относительно друг друга, используя понятие точки соприкосновения, и эти точки перечисляются после точек на компасе (сторон света). Каждая конкретная фигура определяет свой смысл этих точек, и каждая определяет способ, которым она рисуется. Для экономии места здесь на самом деле определяются только необходимые в этом примере стороны света. Конструктор shape::shape() добавляет фигуру в список фигур shape_list. Этот список является gslist, то есть, одним из вариантов обобщенного односвязанного списка, определенного в #7.3.5. Он и соответствующий итератор были сделаны так:
typedef shape* sp;
declare(gslist,sp);
typedef gslist(sp) shape_lst;
typedef gslist_iterator(sp) sp_iterator;
поэтому shape_list можно описать так:
shape_lst shape_list;
Линию можно построить либо по двум точкам, либо по точке и целому. В последнем случае создается горизонтальная линия, длину которой определяет целое. Знак целого указывает, каким концом является точка: левым или правым. Вот определение:
class line : public shape {
/*
линия из "w" в "e"
north() определяется как ``выше центра
и на север как до самой северной точки""
*/
point w,e;
public:
point north()
{ return point((w.x+e.x)/2,e.ydraw();
screen_refresh();
}
И вот, наконец, настоящая сервисная функция (утилита). Она кладет одну фигуру на верх другой, задавая, что south() одной должен быть сразу над north() другой:
void stack(shape* q, shape* p) // ставит p наверх q
{
point n = p->north();
point s = q->south();
q->move(n.x-s.x,n.y-s.y+1);
}
Теперь представим себе, что эта библиотека считается собственностью некоей компании, которая продает программное обеспечение, и что они продают вам только заголовочный файл, содержащий определения фигур, и откомпилированный вариант определений функций. И у вас все равно остается возможность определять новые фигуры и использовать для ваших собственных фигур сервисные функции.
Прикладная Программа
Прикладная программа чрезвычайно проста. Определяется новая фигура my_shape (на печати она немного похожа на рожицу), а потом пишется главная программа, которая надевает на нее шляпу. Вначалеописание my_shape:
#include "shape.h"
class myshape : public rectangle {
line* l_eye; // левыйглаз
line* r_eye; // правыйглаз
line* mouth; // рот
public:
myshape(point, point);
void draw();
void move(int, int);
};
Глаза и рот - отдельные и независимые объекты, которые создает конструктор my_shape:
myshape::myshape(point a, point b) : (a,b)
{
int ll = neast().x-swest().x+1;
int hh = neast().y-swest().y+1;
l_eye = new line(
point(swest().x+2,swest().y+hh*3/4),2);
r_eye = new line(
point(swest().x+ll-4,swest().y+hh*3/4),2);
mouth = new line(
point(swest().x+2,swest().y+hh/4),ll-4);
}
Объекты глаза и рот порознь рисуются заново функцией shape_refresh(), и в принципе могут обрабатываться независимо из объекта my_shape, которому они принадлежат. Это один способ определять средства для иерархически построенных объектов вроде my_shape. Другой способ демонстрируется на примере носа. Никакой нос не определяется, его просто добавляет к картинке функция draw():
void myshape::draw()
{
rectangle::draw();
put_point(point(
(swest().x+neast().x)/2,(swest().y+neast().y)/2));
}
my_shape передвигается посредством перемещения базового прямоугольника rectangle и вторичных объектов l_eye, r_eye и mouth (левого глаза, правого глаза и рта):
void myshape::move()
{
rectangle::move();
l_eye->move(a,b);
r_eye->move(a,b);
mouth->move(a,b);
}
Мы можем, наконец, построить несколько фигур и немного их подвигать:
main()
{
shape* p1 = new rectangle(point(0,0),point(10,10));
shape* p2 = new line(point(0,15),17);
shape* p3 = new myshape(point(15,10),point(27,18));
shape_refresh();
p3->move(-10,-10);
stack(p2,p3);
stack(p1,p2);
shape_refresh();
return 0;
}
Еще раз обратите внимание, как функции вроде shape_refresh() и stack() манипулируют объектами типов, определяемых гораздо позже, чем были написаны (и, может быть, откомпилированы) сами эти функции.
Результатом работы программы будет:
| *********** * * * * * * * * * * * * * * * * * * ****************************************** ** ** ** ** ** * ** ** ********* ** ************** |