книга (И.А. Волкова, А.В. Иванов, Л.Е. Карпов - Основы объектно-ориентированного программирования. Язык программирования С++), страница 13

Например, совокупность базовыхклассов может описывать обобщенное двоичное отсортированное деревос обобщенными вершинами:class bnode{// класс, описывающий обобщенную вершинуfriend class gen_tree;friend void out (bnode* n);// функция-друг для вывода// данных, хранящихся в// вершине78Одиночное наследованиеbnode* left;bnode* right;void* data;};// обобщенный указатель на информацию// в вершинеint count;// счетчик повторений значения во// входном потокеbnode (void* d, bnode* l, bnode* r):data(d), left(l), right(r), count(1){}class gen_tree{// класс, описывающий обобщенное деревоprotected:bnode* root;// ссылка на кореньvoid* find(bnode* r, void* d) const;voidprint(bnode* r) const;public:gen_tree () { root=0; }void insert ( void* d ); // Ввод данных в вершины// дерева.// От реализации этой функции// зависит упорядоченность данных// в дереве.// Эта функция в своей работе// использует функцию find для// поиска данных в деревеvoid* find ( void* d ) const{return ( find ( root, d ) );}void print () const {print ( root );}// Вывод данных.// От реализации этой функции// зависит вывод данных,// хранящихся в дереве.};79Одиночное наследованиеПримечаниеВозможная реализация методов описанных классов:int comp ( void* a, void* b );// объявление функции для сравнения данных,// хранящихся в вершинах.

Конкретная реализация// функции зависит от типа данных, хранящихся// в конкретном дереве, класс для которого является// наследником класса обобщенного дерева.void gen_tree::insert ( void * d ){bnode* temp = root;bnode* old;if ( root == 0 ){root = new bnode (d, 0, 0);return;};while ( temp != 0 ){old = temp;if ( comp ( temp -> data, d ) == 0 ){( temp -> count )++;return;};if ( comp (temp -> data, d ) > 0)temp = temp -> left;elsetemp = temp -> right;};if (comp ( old -> data, d ) > 0)old -> left = new bnode ( d, 0, 0 );elseold -> right = new bnode ( d, 0, 0 );}void* gen_tree::find (bnode * r, void* d) const{if (r == 0)return 0;else if (comp ( r -> data, d) == 0)return r -> data;else if (comp (r -> data, d) > 0)return find (r -> left, d);elsereturn find (r -> right, d);}void gen_tree::print (bnode * r) const{if (r != 0) {print (r -> left);out (r);print (r -> right);};}На основе базового класса обобщенного дерева можно создатькласс-наследник для хранения данных конкретного типа.

При этом основныеалгоритмы будут реализованы в базовом классе. в классе-наследнике этиалгоритмы используются путем вызова соответствующих методов, реализованных в базовом классе, с передачей им необходимых параметров, соответствующих данным конкретного вида.80Одиночное наследованиеПриведем представление класса для хранения данных типа символьныхстрок, а также реализацию функций comp() для сравнения таких данныхи out() для вывода данных конкретного типа, хранящихся в вершине дерева:class s_tree: private gen_tree{public:s_tree () {}void insert (char * d) {gen_tree::insert (d);}char * find (char * d) const{return (static_cast<char *>(gen_tree::find (d)));}void print() const {gen_tree::print ();}};int comp (void * i, void * j){return (strcmp (static_cast<char*> (i),static_cast<char*> (j)));}void out (bnode * r){cout << static_cast<char*> (r -> data) << " : ";cout << r -> count << "";}Примечаниеstrcmp() — стандартная процедура сравнения символьных данных, содержащаяся в библиотечном файле ‹string.h›.При так описанной реализации методов insert() и print() в базовомклассе данные из дерева выводятся в отсортированном виде.

Так, при следующем наборе операций ввода в дерево:s_tree s1;s1.insert("4");s1.insert("2");s1.insert("1");s1.insert("3");s1.insert("6");s1.insert("5");s1.insert("7");s1.print();В выходной поток будет выдана следующая строка:1 : 112 : 13 : 14 : 15 : 16 : 17 :Если реализация методов print() будет следующей:int lev;void gen_tree::print0 () const{81Одиночное наследование}lev = 0;print0 (root);void gen_tree::print (bnode* r) const{int pp;if (r != 0){out (r);lev++;print0 (r -> right);cout << '\n';for (pp = 0; pp < lev; ++pp)cout << "";print0 (r -> left);lev--;};}То дерево будет выведено в виде иерархической структуры, повернутойна 90 :o4 : 16 : 12 : 1827531::::1111Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функцийГлава 11.Динамическийполиморфизм, механизмвиртуальных функцийВ C++ введено понятие виртуальных функций (методов).

Механизм виртуальных методов заключается в том, что, результат вызова виртуальногометода с использованием указателя или ссылки зависит не от того, на основекакого типа создан указатель, а от типа объекта, на который указывает этотуказатель.Тип данных (класс), содержащий хотя бы одну виртуальную функцию,называется полиморфным типом (классом), а объект этого типа — полиморфным объектом.Таким образом, при вызове виртуальной функции через указатель наполиморфный объект осуществляется динамический выбор тела функциив зависимости от текущего тела объекта, а не от типа указателя. Тело функции в таком случае выбирается на этапе выполнения, а не компиляции.

в этоми проявляется динамический полиморфизм.ЗамечаниеВ языке C++ виртуальные методы классов существуют наряду с невиртуальными методами. в некоторых объектно-ориентированных языках программирования, например, в языке Java, все методы в иерархиях классов являютсявиртуальными.Виртуальная функция объявляется описателем virtual.

Во всех классах-наследниках наследуемая виртуальная функция остается таковой (виртуальной). Таким образом, все типы-наследники полиморфного типа являются полиморфными типами.Пример:#include <iostream>using namespace std;class A{public:virtual void f (int x){cout << "A::f" << '\n';83Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функций}};class C: public A{public:void f (int x){cout << "C::f" << '\n';}};int main(){A a1;A* pa;C c1;C* pc;pc = & c1;pc -> f (1);pa = pc;pa -> f (1);pc = (C*) & a1;pc -> f (1);return 0;}// C::f// C::f// A::f11.1.

Виртуальные деструкторыВиртуальный деструктор — важная часть аппарата динамического полиморфизма. Дело в том, что, если указатель типа базового класса указывает наобъект производного класса, то при удалении объекта с использованиемданного указателя в случае невиртуальности деструкторов сработает деструктор того типа, который был использован при объявлении указателя. Приописании конструкторов и деструкторов уже было указано, что при удаленииобъекта во вторую очередь срабатывает деструктор базового типа, удаляяинформационные члены базового типа, унаследованные в типе-наследнике,а сначала срабатывает деструктор текущего объекта, удаляя дополнительныечлены типа-наследника.

Таким образом, деструктор базового типа применяется к объектам производного типа. Но при его локальном срабатывании небудут удалены дополнительные члены типа-наследника.Таким образом, при создании и удалении объектов производных типовс использованием указателей необходимо описывать деструкторы как виртуальные, если типы-наследники в своем составе имеют динамическиеструктуры. При этом:1.

Виртуальный деструктор необходим и для объекта без динамических структур в случае наличия динамических структур у типа-наследника, так как деструктор, автоматически генерируемыйсистемой по умолчанию, является невиртуальным.2. Несмотря на то, что имя деструктора производного класса отличается от имени деструктора базового класса, достаточно объявлениядеструктора виртуальным только в базовом классе.84Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функций3. Конструктор, в отличие от деструктора, нельзя описывать как виртуальный, так как всегда срабатывает конструктор именно того типа, который используется при создании объекта, и только послесоздания объекта его адрес передается для присвоения указателю.Пример:#include <iostream>using namespace std;class A{int* pa;int ia;public:A(int par1 = 10){ia = par1;pa = new int [par1];cout << "A() ";}virtual ~A (){delete [] pa;cout << "~A() ";}virtual int sa (){return ia;}};class C: public A{double* pc;int ic;public:C (int par2 = 10, int par1 = 10): A (par1){ic = par2;pc = new double [par2];cout << "C() ";}~ C () {delete [] pc;cout << "~C() ";}virtual int sc (){return ic;}};int main(){A* pp1 = new C( 5);// .

. .cout << '\n' << "size int = " << pp1 -> sa ();cout << "size double = ";cout << ((C*) pp1) -> sc () << '\n';delete pp1;return 0;}85Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функцийПримечаниеКомментарий по работе программы.1) в начале работы создается объект типа класса C (при этом через объявленный указатель будут доступны только члены, унаследованные от базовогокласса А). При создании объекта сначала срабатывает конструктор базовогокласса, создавая целочисленный массив.

Так как для этого массива фактического параметра нет, то в качестве размера массива берется значение поумолчанию, заданное в конструкторе базового класса. Затем срабатываетконструктор класса С, создавая дополнительный вещественный массив.2) в конце работы удаляется созданный объект. Так как деструктор базовогокласса объявлен виртуальным, то сначала срабатывает деструктор текущегообъекта, удаляя вещественный массив, а затем — деструктор базового класса,удаляя целочисленный массив. В результате работы данной программы будетвыдана следующая информация:A()C()size int = 10~C() ~A()size double = 53) Если бы деструктор базового класса не был объявлен виртуальным, то приудалении объекта в соответствии с типом указателя pp1 для объекта был бывызван только деструктор базового класса.

в результате вещественный массивостался бы неудаленным, и была бы выдана информация:A()C()size int = 10~A()size double = 54) Несмотря на то, что метод sc() в классе C является виртуальным, он недоступен напрямую через указатель pp1, так как этого метода нет в структурекласса A. Поэтому для вызова этого метода для созданного объекта черезуказатель pp1 требуется преобразование:((C*)pp1)С другой стороны, если бы в классе с был описан метод с прототипом: int sa(),то он был бы виртуальным и по операции pp1−>sa() сработал бы его алгоритм,а не алгоритм метода sa(), объявленного в базовом классе.11.2.

Реализация виртуальныхфункцийДля реализации механизма виртуальных функций используется специальный, связанный с полиморфным типом, массив указателей на виртуальныеметоды класса. Такой массив называется Таблицей Виртуальных Методов(ТВМ). в каждый полиморфный объект компилятор неявно помещает указатель, условно обозначаемый какvtbl* pvtbl;на соответствующую ТВМ, хранящую адреса виртуальных методов.86Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функцийДля указанного выше примера с виртуальными функциями будут созданы следующие структуры:В ТВМ типа-наследника имеющиеся адреса одинаковых методов замещаются, а новые — дописываются в конец.

Так, если бы в классе С былописан метод с прототипом int sa(), то ТВМ для класса С имела бы вид:A::& ~A()C::& sa()C::& ~C()C::& sc()Так как указатель на ТВМ находится в самом начале объекта, то ондоступен всегда, каким бы ни был тип указателя на объект. Конечно, при этомиз ТВМ могут быть выбраны только те методы, которые имеются в структуреуказателя (входят в так называемый интерфейс), То есть, как показанов примере, если объект производного типа обрабатывается через указательбазового типа, то из ТВМ данного объекта можно вызывать только виртуальные методы, перечисленные в базовом типе. Естественно, при этом будетвыполняться алгоритм, определенный для данного объекта в соответствиис его типом.Издержками при использовании виртуальных функций является дополнительная память для неявного хранения указателя на ТВМ в каждомполиморфном объекте.87Динамический полиморфизм, механизм виртуальных функций11.3.