СиППО (15-23) (Ответы на все вопросы), страница 3

Для каждого класса, имеющего хотя бы один виртуальный метод, создаётся таблица виртуальных методов. Каждый объект хранит указатель на таблицу своего класса. Для вызова виртуального метода используется такой механизм: из объекта берётся указатель на соответствующую таблицу виртуальных методов, а из неё, по фиксированному смещению, — указатель на реализацию метода, используемого для данного класса. При использовании множественного наследования или интерфейсовситуация несколько усложняется за счёт того, что таблица виртуальных методов становится нелинейной.

С помощью виртуальных функций можно преодолеть трудности, возникающие при использовании поля типа. В базовом классе описываются функции, которые могут переопределяться в любом производном классе. Транслятор и загрузчик обеспечат правильное соответствие между объектами и применяемыми к ним функциями:

class employee { char* name; short department; // ...

};

employee* next; static employee* list; public:

employee(char* n, int d); // ... static void print_list(); virtual void print() const;

Служебное слово virtual (виртуальная) показывает, что функция print() может иметь разные версии в разных производных классах, а выбор нужной версии при вызове print() - это задача транслятора. Тип функции указывается в базовом классе и не может быть переопределен в производном классе. Определение виртуальной функции должно даваться для того класса, в котором она была впервые описана (если только она не является чисто виртуальной функцией, см. $$6.3). Например:

void employee::print() const {

cout << name << '\t' << department << '\n'; // ...

}

Мы видим, что виртуальную функцию можно использовать, даже если нет производных классов от ее класса. В производном же классе не обязательно переопределять виртуальную функцию, если она там не нужна. При построении производного класса надо определять только те функции, которые в нем действительно нужны:

class manager : public employee { employee* group; short level; // ...

public: manager(char* n, int d); // ... void print() const;

};

Место функции print_employee() заняли функции-члены print(), и она стала не нужна. Список служащих строит конструктор employee ($$6.2.2). Напечатать его можно так:

void employee::print_list() {

for ( employee* p = list; p; p=p->next) p->print();

}

Обратите внимание, что функция печати будет работать даже в том случае, если функция employee_list() была написана и оттранслирована еще до того, как был задуман конкретный производный класс manager! Очевидно, что для правильной работы виртуальной функции нужно в каждом объекте класса employee хранить некоторую служебную информацию о типе. Как правило, реализации в качестве такой информации используют просто указатель. Этот указатель хранится только для объектов класса с виртуальными функциями, но не для объектов всех классов, и даже для не для всех объектов производных классов. Дополнительная память отводится только для классов, в которых описаны виртуальные функции. Заметим, что при использовании поля типа, для него все равно нужна дополнительная память.

Если в вызове функции явно указана операция разрешения области видимости ::, например, в вызове manager::print(), то механизм вызова виртуальной функции не действует. Иначе подобный вызов привел бы к бесконечной рекурсии. Уточнение имени функции дает еще один положительный эффект: если виртуальная функция является подстановкой (в этом нет ничего необычного), то в вызове с операцией :: происходит подстановка тела функции. Это эффективный способ вызова, который можно применять в важных случаях, когда одна виртуальная функция обращается к другой с одним и тем же объектом. Пример такого случая - вызов функции manager::print(). Поскольку тип объекта явно задается в самом вызове manager::print(), нет нужды определять его в динамике для функции employee::print(), которая и будет вызываться.

Абстрактные классы

Некоторые, например, класс shape, представляют абстрактное понятие (фигура), для которого нельзя создать объекты. Класс shape приобретает смысл только как базовый класс в некотором производном классе. Причиной является то, что невозможно дать осмысленное определение виртуальных функций класса shape:

class shape { // ...

public: virtual void rotate(int) { error("shape::rotate"); } virtual void draw() { error("shape::draw"): } // нельзя ни вращать, ни рисовать абстрактную фигуру // ...

};

Создание объекта типа shape (абстрактной фигуры) законная, хотя совершенно бессмысленная операция:

shape s; // бессмыслица: ``фигура вообще''

Она бессмысленна потому, что любая операция с объектом s приведет к ошибке.

Лучше виртуальные функции класса shape описать как чисто виртуальные. Сделать виртуальную функцию чисто виртуальной можно, добавив инициализатор = 0:

class shape { // ...

public: virtual void rotate(int) = 0; virtual void draw() = 0;

// чисто виртуальная функция // чисто виртуальная функция

};

Класс, в котором есть виртуальные функции, называется абстрактным. Объекты такого класса создать нельзя:

shape s; // ошибка: переменная абстрактного класса shape

Абстрактный класс можно использовать только в качестве базового для другого класса:

class circle : public shape { int radius; public:

void rotate(int) { } void draw(); circle(point p, int r);

};

Если чисто виртуальная функция не определяется в производном классе, то она и остается таковой, а значит производный класс тоже является абстрактным. При таком подходе можно реализовывать классы поэтапно:

class X { public:

virtual void f() = 0; virtual void g() = 0;

};

X b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса X

class Y : public X {

void f(); // переопределение X::f Y b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса Y

};

class Z : public Y {

void g(); // переопределение X::g Z c; // нормально

// нормально: // переопределение shape::rotate // нормально: // переопределение shape::draw

};

Абстрактные классы нужны для задания интерфейса без уточнения каких-либо конкретных деталей реализации.