C++: модель взаємопов’язаного функціонування об'єктів

Розробка уроку — практичної роботи

Тема: створення комп’ютерної моделі процесу взаємопов’язаного функціонування двох чи більше об’єктів за допомогою мови C++ у середовищі Qt Creator.

Мета:

навчитися створювати комп’ютерну модель процесу взаємопов’язаного функціонування двох чи більше об’єктів за допомогою мови C++ у середовищі Qt Creator;
вдосконалити уміння визначати зв'язки між об'єктами, представляти їх у нових взаємозв'язках;
формувати обізнаність про можливості ПК як інструменту навчально-пізнавальної діяльності.

Після виконання роботи учень:

описує процес розв’язування задачі з використанням комп’ютерної моделі;
вміє:

робити аналіз формулювання задачі;
складати, редагувати, налагоджувати та виконувати програми в середовищі Qt Creator;
використовувати змінні для розв’язування задач;
використовувати змінні при розгалуженні й повторенні.

Обладнання: ПК з встановленими ОС, середовищем Qt Creator.

Структура уроку

Організаційний момент
Актуалізація опорних знань
Інструктаж з ТБ
Вироблення практичних навичок
Підбиття підсумків уроку
Домашнє завдання

Хід уроку

1. Організаційний момент
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка виконання домашнього завдання.

2. Актуалізація опорних знань
Розгалуження — це простий, але потужний інструмент створення нелінійних алгоритмів. Для його запису використовують форму такого вигляду:

if (умова) {оператор₁;} або

if (умова) {оператор₁;} else {оператор₂;} При справдженні умови процесор виконує оператор₁. В другій формі при хибності умови процесор виконує оператор₂. Фігурні дужки можна не використовувати, якщо під умовою виконується лише один оператор:

if (умова) оператор₁;

Цикл з лічильником — конструкція мови програмування для створення алгоритму, у якому певні дії буде повторено певну кількість разів. Для його запису використовують форму такого вигляду:

for ( дія до початку циклу; умова продовження циклу; дія в кінці кожної ітерації циклy ) { вказівка₁; вказівка₂; … вказівка_N; } Наприклад,

for (int j=0; j<10; j++) {cout<<i;}

Клас — конструкція мови програмування для групування пов'язаних змінних та функцій.

При цьому одні змінні та функції можуть бути прихованими (private) і недоступними за межами класу, а інші відкритими (public). Класи дозволяють створювати власні типи даних, на основі яких можна створювати змінні. Такі змінні називаються об'єктами класу. Їх створюють (описують) так само як і звичайні змінні:

назва_класу назва_об'єкта;

Для того щоб звернутись до змінної об'єкта або викликати його функцію, потрібно після назви об'єкта поставити крапку:

назва_об'єкта.назва_змінної = значення; назва_об'єкта.назва_функції();

Cтворення (опис) класу має таку форму:

class назва_класу { public: // вказівка на те, що наступні члени класу відкриті назва_типу₁ назва_змінної₁; // опис (оголошення) змінної назва_типу₂ назва_змінної₂; … назва_класу(…) {…} // конструктор ~назва_класу() {…} // деструктор назва_типу_a назва_функції_a(){…} // опис (оголошення) змінної функції назва_типу_b назва_функції_b(){…} … }

Конструктор — це функція, яка автоматично виконується після створення об'єкта класу для його ініціалізації (надання початкових значень властивостям-змінним). Конструкторів може бути декілька і вони можуть мати різну кількість аргументів.

Деструктор — це функція, яку автоматично виконується перед видаленням об'єкта класу.

Класи в C++ можна створювати, використовуючи ключові слова class або struct. Різниця між ними така: у випадку з class всі елементи як усталено приховані, якщо не вказано інше, а з struct — відкриті. Наприклад,

struct MyClass { float x, y; MyClass() { cout<<"створено об'єкт класу MyClass"} MyClass(float x_, float y_) { x = x_; y = y_; cout<<"створено об'єкт класу MyClass" } ~MyCLass() {cout<<"видалено об'єкт класу MyClass"} void SetPosition(float x_, float y_) { x = x_; y = y_; } }; int main() { MyClass a1, a2(0.0f, 10.5f); a1.SetPosition(0.0f, 10.5f); return 0; }

Посилання на об'єкт можна здійснити декількома способами. Зокрема за допомогою вказівників та посилань.

При створенні вказівника на об'єкт перед його назвою пишуть *. Для отримання вказівника на об'єкт перед його назвою пишуть амперсанд &. Наприклад,

int integer, *p; p = &integer; Щоб звернутись до елементів об'єкта, використовуючи його вказівник, замість крапки використовують ->

вказівник -> елемент_об'єкта

Отримати значення об'єкта через вказівник можна через *

змінна = *вказівник

Таким чином отримати елемент об'єкта через вказівник можна ще й таким спобом:

(*вказівник).елемент_об'єкта
При створенні посилання на об'єкт перед його назвою пишуть амперсанд &, при цьому посилання потрібно одразу ініціалізувати. Наприклад,
int integer; int &p = integer;
В С++ посилання компілятор сприймає так само, як і об'єкт, на який воно посилається. Тобто, звернення до змінної-посилання повертає нам не адресу об'єкта, а його значення. Надання значення посиланню призводить до зміни значення об'єкту.

Для звернення до елементів об'єкта через його посилання використовують крапку (на відміну від вказівника). Наприклад,
my_class &p = object; int value = p.integer;

3. Інструктаж з ТБ
4. Вироблення практичних навичок

Завдання 1. Створити проект у середовищі Qt Creator на основі шаблону QWidget «Злипання кругів»: два круги однакового розміру з випадковими початковими координатами і швидкостями рівномірно і прямолінійно рухаються у прямокутному замкненому полі. При зіткненні з межам поля об'єкти дзеркально відбиваються від них. При зіштовхувані один з одним круги злипаються та зливаються в одне ціле.

Вказівки до виконання

Створити новий проект, натиснувши кнопку + Новий проект.
Обрати зі списку шаблонів Програма / Праграма Qt Widgets і натиснути кнопку Оберіть… .
Вписати назву проекту (наприклад, MyProject) і натиснути кнопку Далі.
Обрати у списку комплектів Desktop Qt 5.X.X і натиснути кнопку Далі.
У полі Базовий клас обрати QWidget, прибрати мітку Генерувати форму (якщо не потрібно налаштовувати форму вікна) та натиснути кнопку Далі.
Натиснути кнопку Завершити.

Після цього буде створено 4 файли:
- MyProject.pro — файл налаштувань проекту;
- main.cpp — файл коду головної програми;
- MyProject.pro.user
- widget.cpp — файл коду допоміжної програми;
- widget.h — файл заголовку допоміжної програми.

У середовищі вбудованого редактора Qt Creator внести у вказані файли тексти, які доповнити згідно з коментарями:

main.cpp:#include <cmath> // замовлення бібліотеки з математичними функціями … Widget *window;// вказівник на вікно програми struct object // клас об'єкт { float x,y, // координати vx,vy, // проекції швидкості radius; // радіус круга QColor color; // колір круга void paint(QPainter &painter) // метод відображення об'єкта { painter.setBrush(QBrush(color, Qt::SolidPattern)); // встановлення кольору пензлика painter.drawEllipse(QPointF(x,y), radius, radius); // малювання круга } … // метод опрацювання руху об'єкта: // прямолінійний рівномірний рух // відбивання від стінок } }*objects[2];// вказівники на об'єкти int objects_count = 0;// загальна кількість об'єктів void Step(QPainter &painter) { for(int i=0; i<objects_count;i++) // рух та відображення об'єктів { objects[i]->move(); objects[i]->paint(painter); } if(objects_count>1) // перевірка злиття об'єктів { … // якщо об'єкти дотикаються або перетинаються { // злиття // видалення зайвого об'єкта } } } int main(int argc, char *argv[]) { QApplication a(argc, argv); Widget w; // створення вікна w.show(); window = &w; // створення об'єктів objects[0] = new object{rand()%w.width(), rand()%w.height(), (rand()%2001)*0.001f-1.0f, (rand()%2001)*0.001f-1.0f, 30.0f, Qt::red}; objects[1] = new object{rand()%w.width(), rand()%w.height(), (rand()%2001)*0.001f-1.0f, (rand()%2001)*0.001f-1.0f, 30.0f, Qt::yellow}; objects_count = 2; return a.exec();// запуск основного циклу програми }

widget.cpp:… void Step(QPainter &painter); // оголошення функції, // описаної у main.cpp void Widget::paintEvent(QPaintEvent *) { // налаштування пензлика QPainter painter(this); painter.setPen(QPen(QColor(0,0,0,255))); painter.setBrush(QBrush(Qt::darkGreen, Qt::SolidPattern)); painter.drawRect(0,0, width(),height()); // фарбування тла Step(painter); // виклик функції з main.cpp // для опрацювання й відображення об'єктів update(); // оновлення вікна програми, щоб змусити // вікно виклакати paintEvent знову }

widget.h (подано повністю):

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include <QPainter>

class Widget : public QWidget // клас вікна програми
{ Q_OBJECT // макрос, що вказує прекомпілятору на те,
           // що цей клас має елементи GUI, та дозволяє
           // використовувати систему сигналів/слотів Qt
  public:
    Widget(QWidget *parent = 0);// це основне вікно,
                                // що не має батьківського вікна
    ~Widget();
  protected:  // перевизначення методу-події малювання, що викликається 
    void paintEvent(QPaintEvent *event) override; // автоматично при оновленні вікна
};

#endif // WIDGET_H

Запустити проект на виконання:
- або натиснути клавіші Ctrl + R;
- або натиснути кнопку Запустити.
Можна використати зневадження:
- або натиснути клавіші F5;
- або натиснути кнопку Запустити;
- або використати вказівку меню
  Зневадження / Почати зневадження / Почати зневадження.
У разі потреби внести необхідні зміни у код програми з метою зробити його дієздатним.
Повідомити учителя про завершення роботи над проектом.
Порівняти створену програму з демонстраційним розв'язанням:

Завдання 2. Ускладнити програму: використати більшу кількість об'єктів різних розмірів.

5. Підбиття підсумків уроку
Виставлення оцінок.

6. Домашнє завдання

Завдання 3. Написати аналогічну програму, в якій об'єкти замість злипання відштовхуються один від одного.

Текст упорядкував Павленко Денис Вікторович, учитель школи І─ІІІ ступенів № 133 Печерського району м. Києва, на курсах підвищення кваліфікації з 29.10.2018 по 02.11.2018.