《C++程式設計原理與實踐》讀書筆記(三)

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一個顯示模型

一種圖形及圖形化使用者介面直接對應螢幕顯示的思想。其基本概念先天就是圖形化的（而且都是二維的，適應電腦螢幕的矩形地區），這些基本概念包括座標、線、矩形和圓等。從編程的角度看，其目的是建立記憶體中的對象和螢幕映像的直接對應關係。

其基本模型如下：我們利用圖形系統提供的基本對象（如線）組合出更複雜的對象；然後將這些對象添加到一個表示物理螢幕的視窗對象中；最後，用一個程式將我們添加到視窗上的對象顯示在螢幕上，我們可以將這個程式看做螢幕顯示本身，或者是一個“顯示引擎”，或者是“我們的圖形庫”，或者“GUI庫”，甚至將其看做“在螢幕背後進行畫圖工作的小矮人”，然後在螢幕上畫出我們要添加到視窗的對象。

#include "Simple_windows.h"#include "Graph.h"int main(){    using namespace Graph_lib;Point tl(100,100);Simple_windows win(tl, 600,400, "Canvas");Polygon poly;poly.add(Point(300,200));poly.add(Point(350,100));poly.add(Point(400,200));poly.set_color(Color::red);win.attach(poly);win.wait_for_button();}

座標系

電腦螢幕是一個由像素組成的矩形地區，像素是一個可以設定為某種顏色的點。在程式中，最常見的方式就是將螢幕建模為由像素組成的矩形地區，每個像素由x(水平)座標和y(垂直)座標確定。最左端的像素的x座標為0,向右逐步遞增，直到最右端的像素為止：最頂端的像素y座標為0,向下逐步遞增，直到最底端的像素為止。注意，y座標是“向下增長”的。這可能有點奇怪，特別是對數學家而言。但是，“螢幕(視窗)大小各異，左上方可能是不同螢幕的唯一共同之處了，因些將其設定為原點。

按照慣例，main()函數包含我們要(直接或間接)執行的代碼及例外處理:

int main(){   try   {       //... here is our code...   }   catch(exception& e)   {       // some error reporting   return 1;   }   catch(...)   {       // some more error reporting   return 2;   }}

為了使此main()編譯能過，我需要定義exception。如果像往常一樣包含了標頭檔std lib facilities.h或者直接包含標準庫標頭檔<stdexcept>，就會獲得exception的定義。

座標軸

Axis xa(Axis::x, Point(20,300),280,10, "x axis"); win.attach(xa);win.set_label("Canvas #2");win.wait_for_button();

具體操作步驟為：建立座標軸對象，將其添加到視窗，最後進行顯示，如右圖所示。可以看到，Axis::x是一條水平線，其上有指定數量(10個)的刻度和一個標籤"x axis"。通常，標籤用於解釋座標軸和刻度的含義。

繪製函數圖

現在，我們已經有了一個包含座標軸的視窗，因此看起來畫出一個函數是個好主意。我們建立一個形狀來表示正弦函數，並將它添加到視窗：

function sine(sin, 0, 100, Point(20,150),1000,50,50);win.attach(sine);win.set_label("Canvas #4");win.wait_for_button();

在這段代碼中，名為sine的function對象使用標準庫函數sin()產生的值繪製一條正弦曲線。

Polygon函數圖是表示資料的一種方法。Polygon(多邊形)描述為一個點的序列，這些點通過線串連起來就構成Polygon類。第一條線串連第一個點到第二個點，第二條線串連第二個點到第三個點......最後一條線串連最後一個點到第一個點：

sine.set_color(Color::blue);Polygon poly;poly.add(Point(300,200));poly.add(Point(350,100));poly.add(Point(400,200));poly.set_color(Color::red);poly.set_style(Line_style::dash);win.attach(poly);win.set_label("Canvas #5);win.wait_for_button();

螢幕是矩形，視窗是矩形，一張紙也是一個矩形。實際上，現實世界中很多形狀都是矩形(或者至少是圓角矩形)，原因在於矩形是最容易處理的形狀。

Rectangle r(Point(200,200),100,50);

填充

前面繪製形狀都是繪製輪廓，我們也可以使用某種顏色“填充”形狀：

r.set_fill_color(Color::yellow);poly.set_style(Line_style(Line_style::dash,4));

任何封閉的形狀都可以填充。矩形很特殊，它非常容易填充。

文本

最後，任何一個繪圖系統都不可能完全沒有簡單的文本輸出方式 --將每個字元看做線的集合來繪製，並保證不會剪下掉字元。

Text t(Point(150,150), "Hello, graphical world!");

利用此例中的基本圖形元素，你可以產生任何複雜、微妙的顯示效果。請注意本章所有代碼的一個共同特點：沒有迴圈和選擇語句，而且所有資料都是“硬式編碼”。輸出內容只是基本圖形元素的簡單組合。一旦我們開始使用資料和演算法來組合這些基本圖形，就可以得到更複雜、更有趣的輸出效果了。

我們還可以從檔案中載入圖片：

Image ii(Point(100,50), "image.jpg");

基類和衍生類別

讓我們從一個更為技術性的角度來觀察基類和衍生類別。當設計一個圖形介面庫時，我們依賴以下3個關鍵的語言機制：

（一）派生(derivation):從一個類構造另一個類的方法，使新構造的類可以替換原來的類。衍生類別除了自己的成員外，還包括基類的所有成員。這通常稱為繼承，因為衍生類別“繼承”了其基類的所有成員。在某些上下文環境中，衍生類別稱為子類，而基類稱為父類。

（二）虛函數(virtual function):在基類中定義一個函數，在衍生類別中有一個類型和名稱完全一樣的函數，當使用者調用基類函數時，實際上調用的是衍生類別中的函數。

（三）私人和保護成員(Private and protected member):我們保持類的實現細節為私人的，以保護它們不被直接存取，簡化維護操作，這通常稱為封裝。

繼承、運行時多態和封裝的使用，實際上就是物件導向程式設計最常見的標誌。因此，除了其他的程式設計網路之外，C++還直接支援物件導向程式設計。

物件版面配置

對象在內在中是如何布局的呢。一個類的成員定義了對象的布局：資料成員在記憶體中一個接一個地儲存。當使用繼承時，衍生類別的資料成員被簡單地放在基類的成員之後。

類的派生和虛函數的定義

我們通過在類名後給出一個基類來指定一個類為衍生類別。

struct Circle::Shape { /*....*/};

預設情況下，結構體(struct)的成員都是公有的。基類中的公用成員也會成為結構體的公有成員。另一種等價的定義方式如下：

class Circle:public Shape {public:/*......*/};

一個虛函數必須在類的聲明中被聲明為virtual，但是如果你把函數定義放在類外，關鍵字virtual就不必且不能出現在那裡了。例如：

struct Shape{   //...   virtual void draw_lines() const;   virtual void movd();   //...};virtual void Shape::draw_lines() const {/**.../} //errorvoid Shape::move() {/*...*/}  //OK

當你希望覆蓋一個虛函數時，必須使用與基類中完全相同的名字和類型。例如：

struct Circle: Shape {    void draw_lines(int) const;void drawlines() const;void draw_lines();//...}

訪問

C++為類成員訪問提供了一個簡單的模型。類的成員可以是：

（一）私人的：如果一個成員是私人的，它的名字只能被其所屬類的成員使用。

（二）受保護的(protected):如果一個成員是受保護的，它的名字只能被其所屬類及其衍生類別的成員使用。

（三）公有的(public):如果一個成員是公有的，它的名字可以被所有函數使用。

純虛函數

一個抽象類別是一個只能作為基類的類。我們使用抽象類別來表示那些抽象的概念，即相關實體共性的一般化所對應的那些概念。在程式中，抽象類別通常定義了一組相關類(類層次)的介面。

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