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=; 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.Библиотека фигур
Начнем с определения общего понятия фигуры. Определение должно быть таким, чтобы им можно было воспользоваться (как базовым классом shape) в разных классах, представляющих все конкретные фигуры (окружности, квадраты и т.д.). Оно также должно позволять работать со всякой фигурой исключительно с помощью интерфейса, определяемого классом shape: struct shape { static shape* list; shape* next; shape() { next = list; list = this; } virtual point north() const = 0; virtual point south() const = 0; virtual point east() const = 0; virtual point west() const = 0; virtual point neast() const = 0; virtual point seast() const = 0; virtual point nwest() const = 0; virtual point swest() const = 0; virtual void draw() = 0; virtual void move(int, int) = 0; }; Фигуры помещаются на экран функцией draw(), а движутся по нему с помощью move(). Фигуры можно помещать относительно друг друга, используя понятие точек контакта. Для обозначения точек контакта используются названия сторон света в компасе: north - север,..., neast - северо-восток,..., swest - юго-запад. Класс каждой конкретной фигуры сам определяет смысл этих точек и определяет, как рисовать фигуру. Конструктор shape::shape() добавляет фигуру к списку фигур shape::list. Для построения этого списка используется член next, входящий в каждый объект shape. Поскольку нет смысла в объектах типа общей фигуры, класс shape определен как абстрактный класс. Для задания отрезка прямой нужно указать две точки или точку и целое. В последнем случае отрезок будет горизонтальным, а целое задает его длину. Знак целого показывает, где должна находиться заданная точка относительно конечной точки, т.е. слева или справа от нее: class line: public shape { /* отрезок прямой ["w", "e" ] north() определяет точку - `` выше центра отрезка и так далеко на север, как самая его северная точка'' */ point w, e; public: point north() const { return point((w.x+e.x)/2,e.y<w.y?w.y:e:y); } point south() const { return point((w.x+e.x)/2,e.y<w.y?e.y:w.y); } point east() const; point west() const; point neast() const; point seast() const; point nwest() const; point swest() const; void move(int a, int b) { w.x +=a; w.y +=b; e.x +=a; e.y +=b; } void draw() { put_line(w,e); } line(point a, point b) { w = a; e = b; } line(point a, int l) { w = point(a.x+l-1,a.y); e = a; } }; Аналогично определяется прямоугольник: class rectangle: public shape { /* nw ------ n ----- ne | | | | w c e | | | | sw ------ s ----- se */ point sw, ne; public: point north() const { return point((sw.x+ne.x)/2,ne.y); } point south() const { return point((sw.x+ne.x)/2,sw.y); } point east() const; point west() const; point neast() const { return ne; } point seast() const; point nwest() const; point swest() const { return sw; } void move(int a, int b) { sw.x+=a; sw.y+=b; ne.x+=a; ne.y+=b; } void draw(); rectangle(point,point); }; Прямоугольник строится по двум точкам. Конструктор усложняется, так как необходимо выяснять относительное положение этих точек: rectangle::rectangle(point a, point b) { if (a.x <= b.x) { if (a.y <= b.y) { sw = a; ne = b; } else { sw = point(a.x,b.y); ne = point(b.x,a.y); } } else { if (a.y <= b.y) { sw = point(b.x,a.y); ne = point(a.x,b.y); } else { sw = b; ne = a; } } } Чтобы нарисовать прямоугольник, надо нарисовать четыре отрезка: void rectangle::draw() { point nw(sw.x,ne.y); point se(ne.x,sw.y); put_line(nw,ne); put_line(ne,se); put_line(se,sw); put_line(sw,nw); } В библиотеке фигур есть определения фигур и функции для работы с ними: void shape_refresh(); // нарисовать все фигуры void stack(shape* p, const shape* q); // поместить p над q Функция обновления фигур нужна, чтобы работать с нашим примитивным представлением экрана; она просто заново рисует все фигуры. Отметим, что эта функция не имеет понятия, какие фигуры она рисует: void shape_refresh() { screen_clear(); for (shape* p = shape::list; p; p=p->next) p->draw(); screen_refresh(); } Наконец, есть одна действительно сервисная функция, которая рисует одну фигуру над другой. Для этого она определяет юг (south()) одной фигуры как раз над севером (north()) другой: void stack(shape* p, const shape* q) // поместить p над q { point n = q->north(); point s = p->south(); p->move(n.x-s.x,n.y-s.y+1); } Представим теперь, что эта библиотека является собственностью некоторой фирмы, продающей программы, и, что она продает только заголовочный файл с определениями фигур и оттранслированные определения функций. Все равно вы сможете определить новые фигуры, воспользовавшись для этого купленными вами функциями.Прикладная программа
Прикладная программа предельно проста. Определяется новая фигура myshape (если ее нарисовать, то она напоминает лицо), а затем приводится функция main(), в которой она рисуется со шляпой. Вначале дадим описание фигуры myshape: #include "shape.h" class myshape: public rectangle { line* l_eye; // левый глаз line* r_eye; // правый глаз line* mouth; // рот public: myshape(point, point); void draw(); void move(int, int); }; Глаза и рот являются отдельными независимыми объектами которые создает конструктор класса myshape: myshape::myshape(point a, point b): rectangle(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, представляющие глаза и рот, выдаются функцией shape_refresh() по отдельности. В принципе с ними можно работать независимо от объекта my_shape, к которому они принадлежат. Это один из способов задания черт лица для строящегося иерархически объекта myshape. Как это можно сделать иначе, видно из задания носа. Никакой тип "нос" не определяется, он просто дорисовывается в функции draw(): void myshape::draw() { rectangle::draw(); int a = (swest().x+neast().x)/2; int b = (swest().y+neast().y)/2; put_point(point(a,b)); } Движение фигуры myshape сводится к движению объекта базового класса rectangle и к движению вторичных объектов (l_eye, r_eye и mouth): void myshape::move(int a, int b) { rectangle::move(a,b); l_eye->move(a,b); r_eye->move(a,b); mouth->move(a,b); } Наконец, определим несколько фигур и будем их двигать: int main() { screen_init(); 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(); screen_destroy(); return 0; } Вновь обратим внимание на то, что функции, подобные shape_refresh() и stack(), работают с объектами, типы которых были определены заведомо после определения этих функций (и, вероятно, после их трансляции). Вот получившееся лицо со шляпой: *********** * * * * * * * * * * * * * * *********** ***************** *********** * * * ** ** * * * * * * * * * ******* * * * *********** Для упрощения примера копирование и удаление фигур не обсуждалось.