С.Б. Липпман, Ж. Лажойе - Язык программирования С++ Вводный курс (1114944), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Попробуйте теперь написать программу, использующую вашкласс. Удобно ли пользоваться вашим интерфейсом? Не хочется ли Вам пересмотретьспецификацию? Сможете ли вы сделать это и одновременно сохранить совместимость состарой версией?2.4. Объектно-ориентированный подходВспомним спецификацию нашего массива в предыдущем разделе. Мы говорили о том,что некоторым пользователям может понадобиться упорядоченный массив, в то время какбольшинство, скорее всего, удовлетворится и неупорядоченным.
Если представить себе,что наш массив IntArray упорядочен, то реализация таких функций, как min(), max(),find(), должна отличаться от их реализации для массива неупорядоченного большейэффективностью. Вместе с тем, для поддержания массива в упорядоченном состоянии всепрочие функции должны быть сильно усложнены.Мы выбрали наиболее общий случай – неупорядоченный массив. Но как же быть с теминемногочисленными пользователями, которым обязательно нужна функциональностьмассива упорядоченного? Мы должны специально для них создать другой вариантмассива?А вот и еще одна категория недовольных пользователей: их не удовлетворяют накладныерасходы на проверку правильности индекса. Мы исходили из того, что корректностьработы нашего класса превыше всего, и старались обезопасить себя от ошибочныхситуаций.
Но возьмем, к примеру, разработчиков систем виртуальной реальности.Трехмерные изображения должны строиться с максимально возможной скоростью, бытьможет, за счет точности.Да, мы можем удовлетворить и тех и других, создав для каждой группы пользователейсвой, немного модернизированный, вариант IntArray. Более того, его даже не слишкомтрудно сделать, поскольку мы старались создать хорошую реализацию и необходимые46С++ для начинающихизменения затронут совсем небольшие участки кода. Итак, копируем исходный текст,// неупорядоченный массив без проверки границ индексаclass IntArray { ...
};// неупорядоченный массив с проверкой границ индексаclass IntArrayRC { ... };// упорядоченный массив без проверки границ индексавносим необходимые изменения в нужные места и получаем три класса:class IntSortedArray { ... };Подобное решение имеет следующие недостатки:•нам необходимо сопровождать три копии кода, различающиеся весьманезначительно. Хорошо бы выделить общие участки кода. Кроме упрощениясопровождения, это позволит использовать их впоследствии, если мы захотимсоздать еще один вариант массива, например упорядоченный с проверкой границиндекса;•если понадобится какая-то общая функция для обработки всех наших массивов,то нам придется написать три копии, поскольку типы ее параметров будутvoid process_array (IntArray&);void process_array (IntArrayRC&);различаться:void process_array (IntSortedArray&);хотя реализация этих функций может быть совершенно идентичной.
Было былучше написать единственную функцию, которая могла бы работать не только совсеми нашими массивами, но и с теми их вариациями, какие мы, возможно,реализуем впоследствии.Парадигма объектно-ориентированного программирования позволяет осуществить всеэти пожелания. Механизм наследования обеспечивает пожелания из первого пункта. Еслиодин класс является потомком другого (например, IntArrayRC потомок классаIntArray), то наследник имеет возможность пользоваться всеми данными и функциямичленами, определенными в классе-предке.
То есть класс IntArrayRC может простоиспользовать всю основную функциональность, предоставляемую классом IntArray, идобавить только то, что нужно ему для обеспечения проверки границ индекса.В С++ класс, свойства которого наследуются, называют также базовым классом, а класснаследник – производным классом, или подклассом базового. Класс и подкласс имеютобщий интерфейс, предоставляемый базовым классом (т.к. подкласс имеет все функциичлены базового класса).
Значит, программу, использующую только функции из этогообщего интерфейса, не должен интересовать фактический тип объекта, с которым онаработает, – базового ли типа этот объект или производного. В этом смысле общийинтерфейс скрывает специфичные для подкласса детали. Отношения между классами иподклассами называются иерархией наследования классов.
Вот как может выглядетьреализация функции swap(), которая меняет местами два указанных элемента массива.Первым параметром функции является ссылка на базовый класс IntArray:47С++ для начинающих#include <IntArray.h>void swap (IntArray &ia, int i, int j){int temp ia[i];ia[i] = ia[j];ia[j] = temp;}// ниже идут обращения к функции swap:IntArray ia;IntArrayRC iarc;IntSortedArray ias;// правильно - ia имеет тип IntArrayswap (ia,0,10);// правильно - iarc является подклассом IntArrayswap (iarc,0,10);// правильно - ias является подклассом IntArrayswap (ias,0,10);// ошибка - string не является подклассом IntArraystring str("Это не IntArray!");swap (str,0,10);Каждый из трех классов реализует операцию взятия индекса по-своему. Поэтому важно,чтобы внутри функции swap() вызывалась нужная операция взятия индекса.
Так, еслиswap() вызвана для IntArrayRC:swap (iarc,0,10);то должна вызываться функция взятия индекса для объекта класса IntArrayRC, а дляswap (ias,0,10);функция взятия индекса IntSortedArray. Именно это и обеспечивает механизмвиртуальных функций С++.Давайте попробуем сделать наш класс IntArray базовым для иерархии подклассов. Чтонужно изменить в его описании? Синтаксически – совсем немного. Возможно, придетсяоткрыть для производных классов доступ к скрытым членам класса. Кроме того, тефункции, которые мы собираемся сделать виртуальными, необходимо явно пометитьспециальным ключевым словом virtual.
Основная же трудность состоит в такомизменении реализации базового класса, которая позволит ей лучше отвечать своей новойцели – служить базой для целого семейства подклассов.При простом объектном подходе можно выделить двух разработчиков конечнойпрограммы – разработчик класса и пользователь класса (тот, кто использует данныйкласс в конечной программе), причем последний обращается только к открытомуинтерфейсу. Для такого случая достаточно двух уровней доступа к членам класса –открытого (public) и закрытого (private).Если используется наследование, то к этим двум группам разработчиков добавляетсятретья, промежуточная.
Производный класс может проектировать совсем не тот человек,который проектировал базовый, и для того чтобы реализовать класс-наследник, совсем не48С++ для начинающихобязательно иметь доступ к реализации базового. И хотя такой доступ можетпотребоваться при проектировании подкласса, от конечного пользователя обоих классовэта часть по-прежнему должна быть закрыта.
К двум уровням доступа добавляетсятретий, в некотором смысле промежуточный, – защищенный (protected). Члены класса,объявленные как защищенные, могут использоваться классами-потомками, но никембольше. (Закрытые члены класса недоступны даже для его потомков.)class IntArray {public:// конструкторыexplicit IntArray (int sz = DefaultArraySize);IntArray (int *array, int array_size);IntArray (const IntArray &rhs);// виртуальный деструкторvirtual ~IntArray() { delete[] ia; }// операции сравнения:bool operator== (const IntArray&) const;bool operator!= (const IntArray&) const;// операция присваивания:IntArray& operator= (const IntArray&);int size() const { return _size; };// мы убрали проверку индекса...Вот как выглядит модифицированное описание класса IntArray:virtual int& operator[](int index){ return ia[index]; }virtual void sort();virtual int min() const;virtual int max() const;virtual int find (int value) const;protected:static const int DefaultArraySize = 12;void init (int sz; int *array);int _size;int *ia;}Открытые функции-члены по-прежнему определяют интерфейс класса, как и вреализации из предыдущего раздела.
Но теперь это интерфейс не только базового, но ивсех производных от него подклассов.Нужно решить, какие из членов, ранее объявленных как закрытые, сделатьзащищенными. Для нашего класса IntArray сделаем защищенными все оставшиесячлены.Теперь нам необходимо определить, реализация каких функций-членов базового классаможет меняться в подклассах. Такие функции мы объявим виртуальными. Как ужеотмечалось выше, реализация операции взятия индекса будет отличаться по крайней мередля подкласса IntArrayRC.
Реализация операторов сравнения и функции size()одинакова для всех подклассов, следовательно, они не будут виртуальными.49С++ для начинающихПри вызове невиртуальной функции компилятор определяет все необходимое еще наэтапе компиляции. Если же он встречает вызов виртуальной функции, то не пытаетсясделать этого.
Выбор нужной из набора виртуальных функций (разрешение вызова)происходит во время выполнения программы и основывается на типе объекта, изvoid init (IntArray &ia)которого она вызвана. Рассмотрим пример:{for (int ix=0; ix<ia.size(); ++ix)ia[ix] = ix;}Формальный параметр функции ia может быть ссылкой на IntArray, IntArrayRC илина IntSortedArray. Функция-член size() не является виртуальной и разрешается наэтапе компиляции. А вот виртуальный оператор взятия индекса не может быть разрешенна данном этапе, поскольку реальный тип объекта, на который ссылается ia, в этотмомент неизвестен.(В главе 17 мы будем говорить о виртуальных функциях более подробно. Там мырассмотрим также и накладные расходы, которые влечет за собой их использование.)#ifndef IntArrayRC_H#define IntArrayRC_H#include "IntArray.h"class IntArrayRC : public IntArray {public:IntArrayRC( int sz = DefaultArraySize );IntArrayRC( const int *array, int array_size );IntArrayRC( const IntArrayRC &rhs );virtual int& operator[]( int ) const;private:void check_range( int ix );};Вот как выглядит определение производного класса IntArrayRC:#endifЭтот текст мы поместим в заголовочный файл IntArrayRC.h.
Обратите внимание на то,что в наш файл включен заголовочный файл IntArray.h.В классе IntArrayRC мы должны реализовать только те особенности, которые отличаютего от IntArray: класс IntArrayRC должен иметь свою собственную реализациюоперации взятия индекса; функцию для проверки индекса и собственный наборконструкторов.Все данные и функции-члены класса IntArray можно использовать в классе IntArrayRCтак, как будто это его собственные члены. В этом и заключается смысл наследования.Синтаксически наследование выражается строкойclass IntArrayRC : public IntArray50С++ для начинающихЭта строка показывает, что класс IntArrayRC произведен от класса IntArray, другимисловами, наследует ему.
Ключевое слово public в данном контексте говорит о том, чтопроизводный класс сохраняет открытый интерфейс базового класса, то есть что всеоткрытые функции базового класса остаются открытыми и в производном. Объект типаIntArrayRC может использоваться вместо объекта типа IntArray, как, например, вприведенном выше примере с функцией swap(). Таким образом, подкласс IntArrayRC –это расширенная версия класса IntArray.IntArrayRC::operator[]( int index ){check_range( index );return _ia[ index ];Вот как выглядит реализация операции взятия индекса:}#include <cassert>inline void IntArrayRC::check_range(int index){assert (index>=0 && index < _size);А вот реализация встроенной функции check_range():}(Мы говорили о макросе assert() в разделе 1.3.)Почему проверка индекса вынесена в отдельную функцию, а не выполняется прямо в телеоператора взятия индекса? Потому что, если мы когда-нибудь потом захотим изменитьчто-то в реализации проверки, например написать свою обработку ошибок, а неиспользовать assert(), это будет сделать проще.В каком порядке активизируются конструкторы при создании производного класса?Первым вызывается конструктор базового класса, инициализирующий те члены, которыевходят в базовый класс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
