‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫הפקולטה למדעי ההנדסה‬ ‫המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים‬ ‫מעבדת מיקרו מחשבים מתקדמת )‪(36114693‬‬ ‫ניסוי מס' ‪2‬‬ ‫‪OOP‬‬ ‫)מדריך מעבדה‪ :‬אלכס רייזנסון ‪([email protected]‬‬ ‫‪ .1‬הקדמה‬ ‫‪ C++‬הינה שפת תכנות המיישמת ‪.)Object Oriented Programming( OOP‬‬ ‫הרעיון הכללי שהביאה תפיסת ‪ OOP‬הוא כתיבת ה‪( METHODS-‬פונקציות) תוך‬ ‫הצמדתם ל‪( INSTANCES-‬פרטי מידע)‪ .‬בשפת ‪ C‬ההיסטורית (‪ )ANSI C‬אנו‬ ‫בונים פונקציות‪ ,‬לאחר מכן‪ ,‬וללא קשר מגדירים נתונים‪ ,‬ועקרונית אין הגבלה אילו‬ ‫פונקציות להפעיל על איזה נתון‪ .‬לעומת זאת ב‪ OOP-‬בכלל וב‪ C++-‬בפרט כל נתון‬ ‫מוגדר לצורך משימות מסוימות‪ ,‬לכן אין טעם לאפשר הפעלת כל הפונקציה עליו‪,‬‬ ‫אלא מוטב להגדיר את פונקציות בתוכנית פר נתון‪ .‬בגישה זו לכל נתון נבנה סדרה‬ ‫של שירותים (‪ )METHODS‬עבורו‪ .‬לנתון ‪ +‬שירותים נקרא אובייקט (‪,)OBJECT‬‬ ‫ומעתה ואילך נוכל להכליל את ה"ישות" הזו בכל תוכנית שנרצה לבנות בעתיד‪.‬‬ ‫האובייקט מגדיר הן את פרטי המידע שלו‪,‬והן את השירותים שמטפלים בהם‪.‬‬ ‫‪ .2‬מטרות הניסוי‬ ‫‪ 1.1‬הכרת מחלקות ‪,‬עצמים וההיררכיה של מחלקות;‬ ‫‪ 1.1‬הקצאה דינאמית של זיכרון;‬ ‫‪ 1.1‬שימוש במקימים ומפרקים;‬ ‫‪ 1.1‬הכרת תכונת כמוס (‪;)Encapsulation‬‬ ‫‪ 1.1‬הכרת תכונת התורשה;‬ ‫‪ 1.1‬הכרת תכונת ריבוי‪-‬הצורתיות;‬ ‫‪ 1.1‬הכרת תכונת העמסת פונקציות;‬ ‫‪ 1.1‬הכרת תכונת העמסת הפועלים;‬ ‫‪ 1.1‬שימוש בפונקציות ידידות;‬ ‫‪ 1.11‬לימוד והכרת סביבת העבודה וכלי הפיתוח שישמשו לתכנות;‬ ‫‪ 1.11‬עבודה עם פונקציות ‪ MEX‬של ‪.MATLAB‬‬ ‫‪ .3‬ספרות מומלצת‬ ‫אתר של מעבדה מיקרו‪-‬מתקדמת ‪.http://www.ee.bgu.ac.il/~adcomplab‬‬ ‫‪1‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫‪1. H. M. Deitel, and P. J. Deitel. C++ how to program, Upper Saddle‬‬ ‫‪River, NJ,Prentice Hall (2001). BGU Library: QA 76.73.C153D45.‬‬ ‫‪2. G. Voss. Object-Oriented Programming: An Introduction. McGraw-Hill‬‬ ‫‪Osborne Media, (1991).‬‬ ‫‪ .4‬הציוד הנדרש‬ ‫‪ .1.1‬מחשב ‪.PC‬‬ ‫‪ .1.1‬מערכת הפלה ‪ Windows‬או ‪.Linux‬‬ ‫‪ .1.1‬כל סוג של ‪.toolchain C++‬‬ ‫‪ .5‬שאלות הכנה‬ ‫ענה בהרחבה על שאלות הכנה‪:‬‬ ‫‪ .1.1‬הגדר את המושגים הבאים‪ :‬מחלקות ‪ ,Classes -‬תורשה – ‪ ,Inheritance‬ריבוי‬ ‫צורתיות – ‪.Polymorphism‬‬ ‫‪ .1.1‬מהי החשיבות שבהסתרת מידע ומהם האמצעים העוזרים לנו ליישם זאת? מהן‬ ‫ההרשאות השונות האפשריות לחברים במחלקה?‬ ‫‪ .1.1‬מה זה פעולת העמסה (‪ )overloading‬אופרטורים? תן הסבר מפורט עם‬ ‫דוגמאות‪.‬‬ ‫‪ .1.1‬לשתיים מתוך פונקציות החבר של המחלקה יש תפקיד מיוחד – למקים‬ ‫‪ Constructor‬ולמפרק ‪ .Destructor‬מה תפקידן וכיצד מגדירים אותן?‬ ‫‪ .1.1‬מהי הקצאת זיכרון דינאמית? מהם הכלים המאפשרים לנו הקצאה דינאמית‬ ‫מהם היתרונות וחסרונות שבהקצאה הדינאמית? איפה במרחב זכרון מחשב‬ ‫נשמרים נתונים מסוג זה?‬ ‫‪ .6‬מהלך הניסוי‬ ‫‪ ‬מאחר ולמרבית הסטודנטים זו ההתנסות הראשונה בכתיבת מונחה עצמים‪,‬‬ ‫הניסוי מורכב מכתיבת מספר תכניות כאשר רמת הקושי עלה בהדרגה‪ .‬מומלץ‬ ‫לכתוב את התכניות על‪-‬פי סדר הופעתן בדפי הניסוי‪.‬‬ ‫‪ ‬לפני שניגשים לכתוב יש לשבת ולתכנן את היישום מרמת האלגוריתמים ועד‬ ‫לממשק‪.‬‬ ‫‪ ‬חשוב מאוד לרשום הערות רבות בגוף התוכנית ‪.‬עם זאת אין טעם להסביר‬ ‫דברים מובנים מאליהם ‪.‬יש להסביר את מהות הקוד ולא" לתרגם "אותו ‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫לדוגמא ‪ -‬אין צורך לרשום הערה מעין זו" ‪:‬זוהי לולאה שרצה בין ‪ 1‬ל‪,11-‬‬ ‫במקום זאת יש לרשום מה הלולאה עושה ‪,‬כגון‪" :‬לולאה לסריקת כל האותיו"‪.‬‬ ‫‪ ‬יש לתת שמות הגיוניים למשתנים ‪,‬פונקציות ואובייקטים ‪,‬כך שמתוך השם‬ ‫יהיה ניתן להבין מהי מהות המשתנה או האובייקט‪.‬‬ ‫‪ ‬נא להקפיד להימנע מלהשתמש במשתנים גלובליים ‪.‬משתנים כאלה מהווים‬ ‫סיכון לקיום התוכנית‪ .‬רצוי להגיע למצב בו התוכנית תשתמש במשתנים‬ ‫לוקליים בלבד ‪.‬משתנים אלה יועברו ממקום למקום מבלי שניתן יהיה לשנותם‬ ‫מחוץ לעצמים ‪,‬פרוצדורות או פונקציות‪.‬‬ ‫‪ .1.1‬תישם שלוש שיטות לאכסון נתונים‪:‬‬ ‫‪ .1.1.1‬הכן מחלקה בשם ‪ ARRAY_OF_INT‬המחביאה טבלת שלמים בגודל‬ ‫‪ .11‬הגדר שרות ‪ PRINT‬המדפיס את תוכן המערך ‪ARRAY_OF_INT‬‬ ‫הגדר שרות בשם )‪ SET(i,j‬המעביר ערך ‪ i‬לכניסה ‪ j‬במערך‪ .‬הכן תכנית‬ ‫ראשית בה מוגדר אובייקט מתאים ‪.‬הגדר תפריט המאפשר להוסיף נתון‬ ‫למערך ‪,‬להציג את המערך ולצאת מהתכנית‪.‬‬ ‫‪ .1.1.1‬צור עצם מסוג ‪ CVector‬המכיל מערך דינאמי של ‪( int‬מצביע המצביע‬ ‫לכל גודל אפשרי של מערך)‪ .‬צור שרות ‪ SET‬ו‪ PRINT-‬בדומה לתרגיל‬ ‫הקודם‪ .‬בשרות ‪ SET‬נדרשת הגדלה אוטומטית של המערך אם האינדקס‬ ‫גדול מגודל המערך‪.‬‬ ‫‪ .1.1.1‬צור עצם מסוג ‪ CVector‬המכיל מערך דינאמי של ‪ int‬דו‪-‬ממדי (מצביע‬ ‫המצביע למערך של מצביעים)‪ .‬צור שרות ‪ SET‬ו‪ PRINT-‬בדומה‬ ‫לתרגילים הקודם‪ .‬בשרות ‪ SET‬נדרשת הגדלה אוטומטית של מספר שלם‬ ‫של שורות המערך אם האינדקס גדול מגודל המערך‪.‬‬ ‫בונוס‪ :‬להעמיס אופרטורים ][ ו‪ <<-‬בנוסף לשרותים ‪ SET‬ו‪PRINT-‬‬ ‫לצורת עבודה יותר נחה ואינטויטיבית‪ .‬לדוגמא‪:‬‬ ‫;‪CVector myvector‬‬ ‫;‪myvector[5] = 10‬‬ ‫‪// prints content of vector‬‬ ‫‪ .1.1‬נתון מעגל הבאה‪:‬‬ ‫‪3‬‬ ‫;‪cout << myvector‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫כאשר ‪ C = aaa nF ,R = 100 Omh‬ו‪( .L = bbb mH-‬ת‪.‬ז‪ .‬של בן זוג אחד הוא‬ ‫‪ xxxxxaaa‬ות‪.‬ז‪ .‬של בן זוג שני הוא ‪.)yyyyybbb‬‬ ‫כתוב תוכנה שתחשב ‪ VC , VR‬ו‪ , V L -‬כאשר ‪ . V  V0 cos wt‬אמפליטודה ותדר‬ ‫של מקור מתח ‪ V‬ניתנים לקביעה ע''י משתמש וארכים התחלתיים הם ‪-‬‬ ‫‪ . f  100Hz - V0  3V‬התוכנה תציג תוצאות בשני אופני תצוגה – ע''י מספר‬ ‫מורכב וע''י אמפליתודה ופאזה – לפי בחירת המשתמש‪.‬‬ ‫לצורך ביצוע עבודה יש להגדיר מחלקה ‪ Complex‬שתאפשר עבודה עם‬ ‫מספרים מורכבים‪ .‬בנוסף לכך יש להגדיר שתי מחלקות ‪ PassiveElement‬ו‪-‬‬ ‫‪ ,RCL‬כאשר בעזרת מחלקה ‪ PassiveElement‬ניתן ליצר עצמים ‪ C ,R‬ו‪L-‬‬ ‫ומחלקה ‪ RCL‬מתארת תכונות של כל המעגל‪.‬‬ ‫תרגיל מכיל שני חלקים‪:‬‬ ‫‪ )1‬חלק ‪ ,MATLAB‬בו יש לממש מערכת לקליטת נתונם ואופן עבודה‬ ‫בתחילת ההרצה ותצוגת נתונים שהתקבלו אחרי חישובים‪.‬‬ ‫‪ )1‬חלק ‪ ,++C‬המקבל נתונים מ‪ MATLAB-‬מחשב נתונים לפי אופן עבודה‬ ‫ומחזיר אותם ל‪ MATLAB -‬לצורך תצוגה‪.‬‬ ‫למימוש חלק ‪ ++C‬כתוב שירותים הבאים‪:‬‬ ‫• שירות ‪ Norm‬של מחלקה ‪ Complex‬שתאפשר חישוב אמפליטודה של מספר‬ ‫מורכב;‬ ‫• שירות ‪ Arg‬שתאפשר חישוב של פאזה;‬ ‫• שרות ‪ Set‬שתאפשר קליטה של ארך חדש של ‪ C ,R‬או ‪;L‬‬ ‫• שרות ‪ Calc‬שתאפשר ‪ VC , VR‬ו‪; V L -‬‬ ‫‪4‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫• שרות ‪ Print‬שתאפשר הצגת התוצאות בשני אופני תצוגה – ע''י מספר מורכב‬ ‫או ע''י אמפליטודה ופאזה;‬ ‫• שירות ‪ FreqRes‬שתאפשר חישוב של תדר תהודה (‪)Frequency Resonant‬‬ ‫למעגל‪.‬‬ ‫• שירות ‪ Save‬שתאפשר הדפסת התוצאות תוך יצור שני קבצי ‪ .dat‬כאשר אחד‬ ‫המכיל אוסף אמפליטודות ושני אוסף פאזות‪ .‬צרף סרטוטי ‪ Bode‬מ‪-‬‬ ‫‪( MATLAB‬גם של אמפליטודה וגם של פאזה) לדו''ח מסכם כאשר תצוגה‬ ‫של סקלה תדרים היא בסקלה לוגריתמית‪.‬‬ ‫ממש תוכנה כפונקציה ‪ .MEX‬הוסיף הוראות הפעלה ובחירת אופן הפעלה כ‪-‬‬ ‫‪ in-line help‬של פונקציה ‪.MATLAB‬‬ ‫‪ .1.1‬תיצור מחלקה בסיסית ‪ CPerson‬המכילה שדות‪ :‬שם פרטי ‪ ,‬שם משפחה‪ ,‬ת‪.‬ז‪.‬‬ ‫ותאריך לידה‪ .‬המחלקה צריכה להכיל שני שירותים ‪ Set -‬ו‪ Print-‬המאפשרים‬ ‫להדקן שדות ולהדפיס אותם‪ .‬הדפסה צריכה להכיל שתי אפשרויות להדפיס‬ ‫הכול או להדפיס רק שורה ספציפית‪ .‬על בסיס מחלקה זאת יש ליצור שתי‬ ‫מחלקות נוספות ‪ CStudent‬ו‪ .CTeacher-‬תוסיף למחלקה ‪ CStudent‬מערך‬ ‫מסוג ‪( CCourse‬מחלקה או ‪ )struct‬עם שדות – שם קורס וציון‪ .‬תוסיף‬ ‫שירותים הבאים‪:‬‬ ‫• הוספת הקורס;‬ ‫• הוספת ציון הקורס;‬ ‫• הדפסת רשימת הקורסים עם ציונים;‬ ‫הערה‪ :‬יש לעבוד עם מערך דינאמי‪.‬‬ ‫למחלקה ‪ CTeacher‬תוסיף שדה מסוג ‪ CRaiting‬עם שדות – ‪,easiness‬‬ ‫‪ helpfulness‬ו‪ .clarity-‬תוסיף שירותים שמאפשרים להתקן ולהדפיס פרמטרים‬ ‫הללו‪.‬‬ ‫כתוב תוכנה שתייצר מערך מסוג ‪ CStudent‬המכיל שני סטודנטים ותמלא‬ ‫פרטים הרלוונטיים‪ .‬תייצר מערך ‪ CTeacher‬המכיל שלושה מדריכים ותמלא‬ ‫פרטיים הרלוונטיים‪ .‬תדפיס נתונים שייכים לסטודנטים‪ ,‬תדפיס נתונים שיכים‬ ‫למדריכים‪.‬‬ ‫‪ .1.1‬בשאלה זאת יש ליצור תוכנה שתאפשר קריאת תמונה‪ ,‬תצוגתה‪ ,‬הפעלת סט‬ ‫מסננים על התמונה‪ ,‬שמירה והצגה של תמונה אחרי סינון‪ .‬לצורך מימוש של‬ ‫‪5‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫שאלה יש להיעזר בתוכנת ‪ MATLAB‬שמאפשרת קריאה‪ ,‬שמירה ותציגה של‬ ‫קבצי תמונות בצורה נוחה‪ .‬יחד עם זאת יש לממש פונקציה ‪,imagefilt‬‬ ‫המיושמת כקובץ ‪ .MEX‬התוכנית צריכה לאפשר טעינת תמונה ממקום מוגדר‬ ‫בדיסק קשיח (תיקיה שמכילה) ולשמור תמונה במקום מוגדר‪ .‬במסגרת עבודה‬ ‫צריך לבצע‪:‬‬ ‫‪ ‬קריאת תמונה בפורמט ‪ bmp‬בגוון שחור לבן בגודל ‪ 111x111‬בעזרת‬ ‫‪;MATLAB‬‬ ‫‪ ‬עיבוד תמונה בעזרת קונבולוציה עם אחד מהגרעינים שמוצגים למטה (יש‬ ‫להעברם מ‪:)MATLAB-‬‬ ‫‪.1.1.1‬‬ ‫‪Averaging‬‬ ‫‪.1.1.1‬‬ ‫‪4-neighbour Laplacian‬‬ ‫;‬ ‫;‬ ‫‪.1.1.1‬‬ ‫‪Gaussian Smoothing‬‬ ‫‪.1.1.1‬‬ ‫‪Unsharp Filter‬‬ ‫;‬ ‫;‬ ‫‪;median filter 3x3 .1.1.1‬‬ ‫‪.1.1.1‬‬ ‫‪Sobel filters for edge detection‬‬ ‫;‬ ‫‪ ‬שמירת לקובץ ‪;bmp‬‬ ‫‪6‬‬ ‫מעודכן לסימסטר א' תשע"ה‬ ‫בתחילת עבודה יש להגדיר מחלקה ‪ ,Image‬המכילה שירותים הבאים‪:‬‬ ‫‪;Constructor(int numRows, int numCols) .1‬‬ ‫‪;void setImageInfo(int numRows, int numCols, int maxVal) .1‬‬ ‫‪;void getImageInfo(int &numRows, int &numCols, int &maxVal) .1‬‬ ‫‪;int getPixelVal(int row, int col) .1‬‬ ‫‪;void setPixelVal(int row, int col, int value); .1‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪void getSubImage(int upperLeftRow, int upperLeftCol,‬‬ ‫;)‪int lowerRightRow, int lowerRightCol, Image& oldImage‬‬ ‫ומשתנים‪:‬‬ ‫‪// number of rows .1‬‬ ‫;‪;int N‬‬ ‫‪// number of columns .1‬‬ ‫;‪;int M‬‬ ‫;‪;int **pixelVal‬‬ ‫‪//2D array .1‬‬ ‫לצורך בדיקות יש להשתמש בתמונות ‪ Lena‬ו‪ Baboon-‬בפורמט ‪111x111‬‬ ‫פיקסלים בגוון שחור לבן‪.‬‬ ‫נא לשים לב להגשת העבודות בהתאם לדרישות המפורטות לעיל‪.‬‬ ‫בדו"ח מסכם יש לענות על שאלות הכנה‪ .‬בנוסף יש להסביר מבנה ואופן הפעלה של‬ ‫תוכנית ומחלקות שהוגדרו לצורך ביצוע משימה‪.‬‬ ‫‪ .7‬הציון‬ ‫להלן האופן בו יורכב הציון על ניסוי זה‪:‬‬ ‫‪1%‬‬ ‫שאלות הכנה‬ ‫מהלך הניסוי‬ ‫‪11%‬‬ ‫נוחות משתמש‪ ,‬הגשת הדו'ח‬ ‫‪11%‬‬ ‫ביצוע שאלה ראשונה במלואה‬ ‫‪11%‬‬ ‫(לפי ההוראות הניסוי)‬ ‫ביצוע שאלה שנייה במלואה‬ ‫‪11%‬‬ ‫(לפי ההוראות הניסוי)‬ ‫ביצוע שאלה שלישית במלואה‬ ‫‪11%‬‬ ‫(לפי ההוראות הניסוי)‬ ‫ביצוע שאלה רביעית במלואה‬ ‫‪11%‬‬ ‫(לפי ההוראות הניסוי)‬ ‫והגנה על ניסוי‬ ‫כתיבה נכונה ובהירה של הקוד‬ ‫(הערות שמות משתנים‬ ‫הגיוניים וכו'‪ .‬נוחות משתמש‪,‬‬ ‫מקוריות ‪,‬עיצוב ויצירתיות‬ ‫סה"כ‬ ‫‪11%‬‬ ‫‪111%‬‬ ‫בהצלחה !!!‬ ‫‪7‬‬