Zunächst werden nur die grundlegenden Klassen Shape und Polyline entwickelt und getestet. Da die Klassen der Shape-Hierarchie mit Punkten arbeiten, wird zur Darstellung eines Punktes auch eine Klasse Point definiert:

• Die Klasse Point besitzt die public-Elemente x und y vom Typ double und einen entsprechenden Konstruktor mit zwei Parametern, die beide den Default-Wert 0.0 haben.
  Die Methode distance liefert den Abstand zu einem zweiten Punkt, der als Argument übergeben wird. Der Abstand von zwei Punkten (x1, y1) und (x2, y2) ist die Wurzel aus (x2 - x1)² + (y2 - y1)² .
  Die Methode toString liefert den Punkt als String in der Form (x, y).
  Der Operator *= multipliziert den Punkt mit einer Gleitpunktzahl.
  Außerdem werden die folgenden globalen Operationen bereitgestellt:
  + und -        Liefert die Summe bzw. Differenz zweier Punkte.
  == und !=    Vergleicht zwei Punkte.
  <<               Gibt einen Punkt auf einen Stream aus.
• Die Shape-Klasse enthält ein Attribut anchor (Anker, Bezugspunkt), das die Lage der Figur festlegt. Durch Verschiebung des Ankers wird also die gesamte Figur verschoben. Der Anker wird in der Shape-Klasse als protected-Element gespeichert. Der Konstruktor initialisiert den Anker mit dem als Argument übergebenen Punkt oder mit dem Default-Wert Point(0,0). Zugriffsmethoden erlauben das Lesen und Setzen des Ankers. Die Verschiebung erfolgt mit der Methode move, die zwei Parameter für die Verschiebung in x- und y-Richtung besitzt.
• Die Klasse Shape ist eine abstrakte Klasse. Neben dem virtuellen Destruktor stellt sie das folgende polymorphe Interface bereit: Die Methode toString liefert die Daten einer Figur als String. Für die Klasse Shape sind das die Koordinaten des Ankers. Außerdem enthält Shape die rein virtuellen Methoden scale und draw. scale verkleinert oder vergrößert die Figur um einen Faktor, der als Argumnet übergeben wird. Die Methode draw wird zum Zeichnen einer Figur bereitgestellt, aber nicht genutzt (d.h. leer implementiert).
• Die Klasse Polyline stellt einen Linienzug dar. Beispielsweise besteht folgender Linienzug : Anker - E1 - E2 - E3 - E4 aus vier Linien mit den Endpunkten E1 bis E4. Die Endpunkte werden relativ zum Anker in einem dynamisch erzeugten Array gespeichert. Entsprechend besitzt die Klasse Polyline zwei Datenelemente: Ein dynamisches Element, nämlich einen Zeiger auf das Array mit Point-Elementen, und eine Variable für die Anzahl der Linien. Definieren Sie verschiedene Konstruktoren: Einen Default-Konstruktor, einen Konstruktor mit einem Point-Parameter zur Festlegung des Ankers, einen Konstruktor mit zwei Point-Parametern für eine Linie und einen Konstruktor, dem ein Array mit den Punkten eines Linienzuges und die Anzahl der Punkte übergeben werden. Jeder Konstruktor setzt den Zeiger und die Anzahl der Linien auf 0, wenn das Objekt noch keine Linie enthält. Andernfalls erzeugt der Konstruktor dynamisch das Array für die Endpunkte gemäß der aktuellen Anzahl Linien. Für jeden Endpunkt wird die Differenz zum Anker gespeichert. Das dynamische Array wird vom Destruktor wieder freigegeben. Da die Klasse Polyline ein dynamisches Element besitzt müssen auch Kopierkonstruktor und Zuweisungsoperator definiert werden.
• Redefinieren Sie für die Klasse Polyline alle rein virtuellen Methoden der Klasse Shape und die Methode toString, die die Koordinaten der Eckpunkte als String liefert. Stellen Sie ferner eine Methode bereit, die die Anzahl Linien im Polygon zurückgibt, und eine Methode, die die Gesamtlänge liefert.
• Überladen Sie schließlich zweimal den operator+=: Ist das Argument ein Punkt, soll eine weitere Linie zu diesem Punkt angehängt werden. Ist das Argument ein Polyline-Objekt, soll dessen gesamter Linienzug an den letzten Punkt angehängt werden.
  • Wenn eine Linie angehängt wird, muss das Array mit den Endpunkten vergrößert werden.
  • Zu den relativen Koordinaten des anzuhängenden Linienzugs müssen die relativen Koordinaten des letzten Punktes addiert werde.
  Testen Sie die Klasse Polyline, indem Sie mit jedem zur Verfügung stehenden Konstruktor ein Objekt erzeugen und sich anzeigen lassen. Rufen Sie dann jede Methode der Klasse mindestens einmal auf.

Ergänzen Sie die Shape-Klassenhierarchie um die noch fehlenden Klassen Line, Polygon, Rectangle, Ellipse und Circle:

• Die Klasse Line besitzt mindestens zwei Konstruktoren: Die Endpunkte einer Linie sollen als zwei Point-Objekte oder direkt in x-, y-Koordinaten angegeben werden können. Die Redefinition von geerbten Methoden ist nicht notwendig. Allerdings soll es nicht möglich sein, an eine Linie einen weiteren Punkt oder einen Linienzug anzuhängen!
• Ein Polygon wird als geschlossener Linienzug betrachtet: Die Linie vom letzten Punkt zum ersten Punkt (=Anker) gehört logisch zur Figur. Entsprechend müssen die Methoden redefiniert werden, die die Anzahl Linien bzw. die Gesamtlänge zurückgeben. Stellen Sie zusätzlich Methoden bereit, die die Anzahl Ecken (= Anzahl Linien) und den Umfang (=Gesamtlänge) liefern:
• Die Klasse Rectangle beschreibt Vierecke mit der linken unteren Ecke als Anker, deren Seiten parallel zu den x- und y-Koordinaten verlaufen. Definieren Sie zuerst einen Konstruktor, dem der Anker sowie die Breite und Höhe des Rechtecks übergeben wird. Ein zweiter Konstruktor erzeugt ein Rechteck aus zwei Punkten, nämlich der linken unteren Ecke und der rechten oberen Ecke. Stellen Sie Methoden bereit, die die Höhe und Breite des Rechtecks liefern. Auch für Rechtecke soll es nicht möglich sein, einen weiteren Punkt oder einen Linienzug anzuhängen.
• Definieren Sie schließlich die Klassen Ellipse und Circle. Eine Ellipse wird durch den Mittelpunkt und die beiden Halbachsen a und b beschrieben. Der Mittelpunkt ist der Anker der Figur. Neben einem Konstruktor und den Zugriffsmethoden für die Halbachsen soll auch eine Methode definiert werden, die den Umfang der Ellipse liefert (Verwenden Sie zur Berechnung des Umfangs einer Ellipse die Näherungsformel U = PI * ( 3/2*(a+b) - sqrt(a*b) ) wobei PI = 3.14159). Außerdem müssen die geerbten Methoden scale und toString redefiniert werden.
• Ein Kreis ist eine Ellipse, deren Halbachsen gleich lang sind und den Radius des Kreises bilden. Außer einem Konstruktor soll die Klasse Circle zusätzlich die Methoden getRadius und setRadius bereitstellen. Auch ist die Methode toString zu redefinieren.
• Erweitern Sie das Anwendungsprogramm aus Teil 1 so, dass auch die neuen Klassen getestet werden.

Die Figuren eines 'Bildes' bestehend aus Objekten der Shape-Hierarchie werden in einer verketteten Liste verwaltet und in der Reihenfolge 'gezeichnet', wie sie in der Liste vorkommen. Dazu soll std::list aus der STL verwendet werden:

• Zur Realisierung einer inhomogenen Liste werden nicht die Objekte selbst sondern Shape-Zeiger in der Liste gespeichert. Dem Listentyp soll daher der Name ShapePtrList mittels typedef zugewiesen werden. Danach können Objekte dieses Typs angelegt und die in std::list vorhandenen Methoden aufgerufen werden, z.B. wird mit push_back ein Shape* auf ein zuvor erzeugtes Objekt der Shape-Hierarchie an die Liste angehängt.
• Schreiben Sie ein Anwendungsprogramm, das Zeiger auf verschiedene Objekte der Shape-Hierarchie in eine Liste vom Typ ShapePtrList einfügt. Die Objekte sollen mit new dynamisch erzeugt werden. Geben Sie die Shape-Objekte der Liste aus. Löschen Sie dann einige Elemente und zeigen Sie die Liste erneut an. Schreiben Sie zur Ausgabe der Shape-Objekte eine globale Funktion printShapeList, die als Argument eine Referenz auf die Liste erhält und mithilfe der Methoden toString die Shape-Objekte der Liste anzeigt. Geben Sie zusätzlich mit dem Operator typeid auch den Typ der Objekte aus.

Die Klasse ShapePtrList wird noch in zwei Schritten verbessert:

• Bisher speichert jedes Listenelement einen einfachen Shape-Zeiger. Deshalb wird beim Löschen eines Listenelements nur der Zeiger nicht aber das Shape-Objekt selbst gelöscht, was zu Speicherlecks führt. Ebenso werden beim Kopieren und Zuweisen ganzer Listen nur die Zeiger kopiert ('flache Kopie'), was gravierende Laufzeitfehler verursachen kann. Daher sollen die Zeiger durch 'intelligente Zeiger (smart pointer)' ersetzt werden, die z.B. das adressierte Objekt zerstören, wenn sie selbst zerstört werden. Gehen Sie dazu wie folgt vor:
• Ergänzen Sie zuerst die Shape-Klasse durch eine rein virtuelle Methode clone. Diese Methode muss in jeder abgeleiteten Klasse redefiniert werden, indem sie eine dynamisch erzeugte Kopie des aktuellen Objekts zurückgibt.
• Definieren Sie dann die Klasse ShapePtr zur Darstellung eines intelligenten Zeigers auf Shape-Objekte. Als Attribut besitzt die Klasse einen Shape-Zeiger, der vom Konstruktor mit dem Parameter vom Typ Shape* bzw. dem Default-Wert 0 initialisiert wird. Außerdem muss ein eigener Kopierkonstruktor definiert werden. Dieser erzeugt zunächst mithilfe der Methode clone eine Kopie des Shape-Objekts und läßt den Shape-Zeiger auf diese Kopie zeigen. Der Destruktor zerstört das Shape-Objekt, auf das der Zeiger verweist. Der Zuweisungsoperator wird zweifach überladen, so dass sowohl ein anderes ShapePtr-Objekt als auch ein einfacher Shape-Zeiger zugewiesen werden kann. In beiden Fällen wird das aktuelle Shape-Objekt zerstört und der Zeiger auf eine Kopie des Shape-Objekts gesetzt, auf das der übergebene Zeiger verweist. Die Operatoren * und -> sind so zu überladen, dass ein ShapePtr-Objekt wie ein gewöhnlicher Zeiger verwendet werden kann. Der Dereferenzierungsoperator liefert eine Referenz auf das adressierte Shape-Objekt und der Pfeiloperator liefert den Shape-Zeiger selbst. Schließlich soll auch eine Konvertierung eines ShapePtr-Objekts in einen Shape-Zeiger möglich sein. Fügen Sie deshalb noch die entsprechende Konvertierungsfunktion hinzu.
Die Definition der Liste mit Zeiger auf Shape-Objekte lautet nun wie folgt:
typedef List< ShapePtr > ShapePtrList;
Stellen Sie die Definitionen der Klassen ShapePtr und ShapePtrList in eine neue Header-Datei ShapeList.h. Verwenden Sie zum Testen die Funktionen main und printShapeList aus Teil 3. Diese sollten unverändert mit der neuen Definition der Liste lauffähig sein.
• Um die Klasse ShapePtrList mit eigenen Methoden erweitern zu können, wird jetzt die Klasse ShapePtrList von der Standardklasse std::list abgeleitet:
  class ShapePtrList : public list< ShapePtr >
  Ergänzen Sie die Klasse ShapePtrList durch die Methoden scale und toString. Die Methode scale verkleinert oder vergrößert jede Figur der Liste um einen Faktor, der als Argument übergeben wird. Die Methode toString liefert einen String mit dem Inhalt der Liste: Für jede Figur der Liste wird in einer neuen Zeile zuerst der Typname der Figur in den String geschrieben und dann das Ergebnis der Aufrufes der toString-Methode für die jeweilige Figur.