Производные классы

6.4 Пример законченной программы

Рассмотрим программу рисования геометрических фигур на экране. Она естественным образом распадается на три части:

1. монитор экрана: набор функций и структур данных низкого уровня для работы с экраном; оперирует только такими понятиями, как точки, линии;
2. библиотека фигур: множество определений фигур общего вида (например, прямоугольник, окружность) и стандартные функции для работы с ними;
3. прикладная программа: конкретные определения фигур, относящихся к задаче, и работающие с ними функции.

Как правило, эти три части программируются разными людьми в разных организациях и в разное время, причем они обычно создаются в перечисленном порядке. При этом естественно возникают затруднения, поскольку, например, у разработчика монитора нет точного представления о том, для каких задач в конечном счете он будет использоваться. Наш пример будет отражать этот факт. Чтобы пример имел допустимый размер, библиотека фигур весьма ограничена, а прикладная программа тривиальна. Используется совершенно примитивное представление экрана, чтобы даже читатель, на машине которого нет графических средств, сумел поработать с этой программой. Можно легко заменить монитор экрана на более развитую программу, не изменяя при этом библиотеку фигур или прикладную программу.

6.4.1 Монитор экрана

Вначале было желание написать монитор экрана на С, чтобы еще больше подчеркнуть разделение между уровнями реализации. Но это оказалось утомительным, и поэтому выбрано компромиссное решение: стиль программирования, принятый в С (нет функций-членов, виртуальных функций, пользовательских операций и т.д.), но используются конструкторы, параметры функций полностью описываются и проверяются и т.д. Этот монитор очень напоминает программу на С, которую модифицировали, чтобы воспользоваться возможностями С++, но полностью переделывать не стали.

Экран представлен как двумерный массив символов и управляется функциями put_point() и put_line(). В них для связи с экраном используется структура point:

// файл screen.h

const int XMAX=40;
const int YMAX=24;

struct point {
    int x, y;
    point() { }
    point(int a,int b) { x=a; y=b; }
};

extern void put_point(int a, int b);
inline void put_point(point p) { put_point(p.x,p.y); }

extern void put_line(int, int, int, int);
extern void put_line(point a, point b)
   { put_line(a.x,a.y,b.x,b.y); }

extern void screen_init();
extern void screen_destroy();
extern void screen_refresh();
extern void screen_clear();

#include <iostream.h>

До вызова функций, выдающих изображение на экран ( put_...), необходимо обратиться к функции инициализации экрана screen_init(). Изменения в структуре данных, описывающей экран, станут видимы на нем только после вызова функции обновления экрана screen_refresh(). Читатель может убедиться, что обновление экрана происходит просто с помощью копирования новых значений в массив, представляющий экран. Приведем функции и определения данных для управления экраном:

#include "screen.h"
#include <stream.h>

enum color { black='*', white=' ' };

char screen[XMAX] [YMAX];

void screen_init()
{
  for (int y=0; y<YMAX; y++)
      for (int x=0; x<XMAX; x++)
 screen[x] [y] = white;
}

Функция

void screen_destroy() { }

приведена просто для полноты картины. В реальных системах обычно нужны подобные функции уничтожения объекта.

Точки записываются, только если они попадают на экран:

inline int on_screen(int a, int b)  // проверка попадания
{
  return 0<=a && a <XMAX && 0<=b && b<YMAX;
}

void put_point(int a, int b)
{
   if (on_screen(a,b)) screen[a] [b] = black;
}

Для рисования прямых линий используется функция put_line():

void put_line(int x0, int y0, int x1, int y1)
/*
   Нарисовать отрезок прямой (x0,y0) - (x1,y1).
   Уравнение прямой: b(x-x0) + a(y-y0) = 0.
   Минимизируется величина abs(eps),
   где eps = 2*(b(x-x0)) + a(y-y0).
   См. Newman, Sproull
   ``Principles of interactive Computer Graphics''
   McGraw-Hill, New York, 1979. pp. 33-34.
 */
 {
   register int dx = 1;
   int a = x1 - x0;
   if (a < 0) dx = -1, a = -a;

   register int dy = 1;
   int b = y1 - y0;
   if (b < 0) dy = -1, b = -b;

   int two_a = 2*a;
   int two_b = 2*b;
   int xcrit = -b + two_a;
   register int eps = 0;

   for (;;) {
     put_point(x0,y0);
     if (x0==x1 && y0==y1) break;
     if (eps <= xcrit) x0 +=dx, eps +=two_b;
     if (eps>=a || a<b) y0 +=dy, eps -=two_a;
   }
 }

Имеются функции для очистки и обновления экрана:

void screen_clear() { screen_init(); }

void screen_refresh()
{
 for (int y=YMAX-1; 0<=y; y--) { // с верхней строки до нижней
    for (int x=0; x<XMAX; x++)   // от левого столбца до правого
 cout << screen[x] [y];
    cout << '\n';
 }
      }

Но нужно понимать, что все эти определения хранятся в некоторой библиотеке как результат работы транслятора, и изменить их нельзя.