Б. Страуструп - Язык программирования С++ (1119446), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Обратное неверно. Отметим, что в обычной реализации С++не предполагается динамического контроля над тем, чтобы после преобразования типа, подобноготому, которое использовалось в присваивании pe в pm, получившийся в результате указательдействительно был настроен на объект требуемого типа (см. $$13.5).6.2.1 Функции-членыПростые структуры данных вроде employee и manager сами по себе не слишком интересны, а часто и неособенно полезны. Поэтому добавим к ним функции:class employee {char* name;// ...public:employee* next;// находится в общей части, чтобы// можно было работать со спискомvoid print() const;// ...};class manager : public employee {// ...public:void print() const;// ...};Надо ответить на некоторые вопросы. Каким образом функция-член производного класса managerможет использовать члены базового класса employee? Какие члены базового класса employee могутиспользовать функции-члены производного класса manager? Какие члены базового класса employeeможет использовать функция, не являющаяся членом объекта типа manager? Какие ответы на этивопросы должна давать реализация языка, чтобы они максимально соответствовали задачепрограммиста?Рассмотрим пример:void manager::print() const{cout << " имя "<< name << '\n';}Член производного класса может использовать имя из общей части своего базового класса наравне совсеми другими членами, т.е.
без указания имени объекта. Предполагается, что есть объект, на которыйнастроен this, поэтому корректным обращением к name будет this->name. Однако, при трансляции151Бьерн Страуструп.Язык программирования С++функции manager::print() будет зафиксирована ошибка: члену производного класса не предоставленоправо доступа к частным членам его базового класса, значит name недоступно в этой функции.Возможно многим это покажется странным, но давайте рассмотрим альтернативное решение: функциячлен производного класса имеет доступ к частным членам своего базового класса.
Тогда само понятиечастного (закрытого) члена теряет всякий смысл, поскольку для доступа к нему достаточно простоопределить производный класс. Теперь уже будет недостаточно для выяснения, кто используетчастные члены класса, просмотреть все функции-члены и друзей этого класса. Придется просмотретьвсе исходные файлы программы, найти производные классы, затем исследовать каждую функцию этихклассов. Далее надо снова искать производные классы от уже найденных и т.д. Это, по крайней мере,утомительно, а скорее всего нереально. Нужно всюду, где это возможно, использовать вместо частныхчленов защищенные (см.
$$6.6.1).Как правило, самое надежное решение для производного класса - использовать только общие членысвоего базового класса:void manager::print() const{employee::print();// печать данных о служащих// печать данных об управляющих}Отметим, что операция :: необходима, поскольку функция print() переопределена в классе manager.Такое повторное использование имен типично для С++. Неосторожный программист написал бы:void manager::print() const{print();// печать данных о служащих// печать данных об управляющих}В результате он получил бы рекурсивную последовательность вызовов manager::print().6.2.2 Конструкторы и деструкторыДля некоторых производных классов нужны конструкторы.
Если конструктор есть в базовом классе, тоименно он и должен вызываться с указанием параметров, если таковые у него есть:class employee {// ...public:// ...employee(char* n, int d);};class manager : public employee {// ...public:// ...manager(char* n, int i, int d);};Параметры для конструктора базового класса задаются в определении конструктора производногокласса. В этом смысле базовый класс выступает как класс, являющийся членом производного класса:manager::manager(char* n, int l, int d): employee(n,d), level(l), group(0){}Конструктор базового класса employee::employee() может иметь такое определение:employee::employee(char* n, int d): name(n), department(d)152Бьерн Страуструп.Язык программирования С++{next = list;list = this;}Здесь list должен быть описан как статический член employee.Объекты классов создаются снизу вверх: вначале базовые, затем члены и, наконец, сами производныеклассы.
Уничтожаются они в обратном порядке: сначала сами производные классы, затем члены, азатем базовые. Члены и базовые создаются в порядке описания их в классе, а уничтожаются они вобратном порядке.6.2.3 Иерархия классовПроизводный класс сам в свою очередь может быть базовым классом:class employee {class manager : public employee {class director : public manager {/* ... */ };/* ... */ };/* ...
*/ };Такое множество связанных между собой классов обычно называют иерархией классов. Обычно онапредставляется деревом, но бывают иерархии с более общей структурой в виде графа:class temporary {class secretary : public employee {/* ... */ };/* ... */ };class tsec: public temporary, public secretary { /* ... */ };class consultant: public temporary, public manager { /* ... */ };Видим, что классы в С++ могут образовывать направленный ацикличный граф (подробнее об этомговорится в $$6.5.3). Этот граф для приведенных классов имеет вид:6.2.4 Поля типаЧтобы производные классы были не просто удобной формой краткого описания, в реализации языкадолжен быть решен вопрос: к какому из производных классов относится объект, на который смотритуказатель base*? Существует три основных способа ответа:[1]Обеспечить, чтобы указатель мог ссылаться на объекты только одного типа ($$6.4.2);[2]Поместить в базовый класс поле типа, которое смогут проверять функции;[3]использовать виртуальные функции ($$6.2.5).Указатели на базовые классы обыкновенно используются при проектировании контейнерных классов(множество, вектор, список и т.д.).
Тогда в случае [1] мы получим однородные списки, т.е. спискиобъектов одного типа. Способы [2] и [3] позволяют создавать разнородные списки, т.е. списки объектовнескольких различных типов (на самом деле, списки указателей на эти объекты). Способ [3] - этоспециальный надежный в смысле типа вариант способа [2]. Особенно интересные и мощные вариантыдают комбинации способов [1] и [3]; они обсуждаются в главе 8.Вначале обсудим простой способ с полем типа, т.е.
способ [2]. Пример с классами manager/employeeможно переопределить так:struct employee {enum empl_type { M, E };empl_type type;employee* next;char*name;shortdepartment;// ...153Бьерн Страуструп.Язык программирования С++};struct manager : employee {employee* group;shortlevel;// ...};Имея эти определения, можно написать функцию, печатающую данные о произвольном служащем:void print_employee(const employee* e){switch (e->type) {case E:cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...break;case M:cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...manager* p = (manager*) e;cout << "level" << p->level << '\n';// ...break;}}Напечатать список служащих можно так:void f(const employee* elist){for (; elist; elist=elist->next) print_employee(elist);}Это вполне хорошее решение, особенно для небольших программ, написанных одним человеком, нооно имеет существенный недостаток: транслятор не может проверить, насколько правильнопрограммист обращается с типами.
В больших программах это приводит к ошибкам двух видов. Первый- когда программист забывает проверить поле типа. Второй - когда в переключателе указываются невсе возможные значения поля типа. Этих ошибок достаточно легко избежать в процессе написанияпрограммы, но совсем нелегко избежать их при внесении изменений в нетривиальную программу, аособенно, если это большая программа, написанная кем-то другим.
Еще труднее избежать такихошибок потому, что функции типа print() часто пишутся так, чтобы можно было воспользоватьсяобщностью классов:void print(const employee* e){cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...if (e->type == M) {manager* p = (manager*) e;cout << "level" << p->level << '\n';// ...}}Операторы if, подобные приведенным в примере, сложно найти в большой функции, работающей сомногими производными классами. Но даже когда они найдены, нелегко понять, что происходит насамом деле. Кроме того, при всяком добавлении нового вида служащих требуются изменения во всехважных функциях программы, т.е.
функциях, проверяющих поле типа. В результате приходится правитьважные части программы, увеличивая тем самым время на отладку этих частей.Иными словами, использование поля типа чревато ошибками и трудностями при сопровождениипрограммы. Трудности резко возрастают по мере роста программы, ведь использование поля типа154Бьерн Страуструп.Язык программирования С++противоречит принципам модульности и упрятывания данных. Каждая функция, работающая с полемтипа, должна знать представление и специфику реализации всякого класса, являющегося производнымдля класса, содержащего поле типа.6.2.5 Виртуальные функцииС помощью виртуальных функций можно преодолеть трудности, возникающие при использовании полятипа. В базовом классе описываются функции, которые могут переопределяться в любом производномклассе.
Транслятор и загрузчик обеспечат правильное соответствие между объектами и применяемымик 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 вразных производных классах, а выбор нужной версии при вызове print() - это задача транслятора. Типфункции указывается в базовом классе и не может быть переопределен в производном классе.Определение виртуальной функции должно даваться для того класса, в котором она была впервыеописана (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 еекласса. В производном же классе не обязательно переопределять виртуальную функцию, если она тамне нужна. При построении производного класса надо определять только те функции, которые в немдействительно нужны:class manager : public employee {employee* group;shortlevel;// ...public:manager(char* n, int d);// ...void print() const;};Место функции print_employee() заняли функции-члены print(), и она стала не нужна. Список служащихстроит конструктор employee ($$6.2.2). Напечатать его можно так:void employee::print_list(){for ( employee* p = list; p; p=p->next) p->print();}Данные о каждом служащем будут печататься в соответствии с типом записи о нем.
Поэтому программаint main(){155Бьерн Страуструп.Язык программирования С++employee e("J.Brown",1234);manager m("J.Smith",2,1234);employee::print_list();}напечатаетJ.Smith 1234level 2J.Brown 1234Обратите внимание, что функция печати будет работать даже в том случае, если функцияemployee_list() была написана и оттранслирована еще до того, как был задуман конкретныйпроизводный класс manager! Очевидно, что для правильной работы виртуальной функции нужно вкаждом объекте класса employee хранить некоторую служебную информацию о типе.
Как правило,реализации в качестве такой информации используют просто указатель. Этот указатель хранитсятолько для объектов класса с виртуальными функциями, но не для объектов всех классов, и даже дляне для всех объектов производных классов. Дополнительная память отводится только для классов, вкоторых описаны виртуальные функции. Заметим, что при использовании поля типа, для него все равнонужна дополнительная память.Если в вызове функции явно указана операция разрешения области видимости ::, например, в вызовеmanager::print(), то механизм вызова виртуальной функции не действует.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
