Гради Буч - Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ (1158635), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Метод подкласса уточняет или дополняетповедение суперкласса.12Все подклассы на рис. 3-5 являются также подтипами вышестоящегокласса. В частности, ElectricalData является подтипом TelemetryData.Система типов, развивающаяся параллельно наследованию, обычна дляобъектно-ориентирован-Поиск методаРассмотрим иерархию (рис. 3-6), в которой имеется базовый класс итри подкласса с именами circle, Triangle и Rectangle. Для класса Rectangleопределен в свою оче-редь подкласс SolidRectangle. Предположим, что вклассе DisplayItem определена переменная экземпляра theCenter (задающаякоординаты центра изображения), а также следующие операции:• draw - нарисовать изображение• move - передвинуть изображение• location - вернуть координаты изображения.Операция location является общей для всех подклассов и не требуетобязательного переопределения. Однако, поскольку только подклассы могутзнать, как их изображать и передвигать, операции draw и move должны бытьпереопределены.12В CLOS эти различные роли метода выражаются явно с помощью дополнительныхквалификаторов : before,: after или : around.
Метод без дополнительногоквалификатора считается первичным и выполняет основную работу, обеспечивающуютребуемое поведение. Before-метод вызывается до первичного, after-метод - послепервичного, around-ме-тод действует как оболочка вокруг первичного метода, котораявызывается изнутри этого метода функцией call-next-method.Рис. 3-6. Диаграмма класса Display ItemКласс Circle имеет переменную theRadius и соответственно операциидля установки (set) и чтения значения этой переменной.
Для этого классаоперация draw формирует изображение окружности заданного радиуса сцентром в точке theCenter. В классе Rectangle есть переменные theHeight иtheWidth и соответствующие операции установки и чтения их значений.Операция draw в данном случае формирует изображение прямоугольниказаданной высоты и ширины с центром в заданной точке theCenter. ПодклассSolidRectangle наследует все особенности класса Rectangle, но операция drawв этом подклассе переопределена. Сначала вызывается draw вышестоящегокласса, а затем полученный контур заполняется цветом.Теперь рассмотрим следующий фрагмент программы:Displayltem* items[10] ;for (unsigned index = 0; index < 10; index++) items[index]->draw() ;Вызов draw требует полиморфного поведения. У нас есть разнородныймассив объектов, содержащий указатели на любые разновидностиDisplayItem.
Пусть некоторый клиент хочет, чтобы они все изобразили себяна экране. Наш подход - перебрать элементы массива и послать каждомууказываемому объекту сообщение draw. Компилятор не может определить,какую функцию и откуда надо при этом вызвать, так как невозможнопредсказать, на что будут указывать элементы массива во время выполненияпрограммы.
Посмотрим, как эта задача будет решаться в разных объектноориентированных языках.Поскольку в Smalltalk нет типов, методы вызываются строгодинамически. Когда клиент посылает сообщение draw очередномуполучателю, происходит следующее:• получатель ищет селектор сообщения в словаре методов своегокласса;• если метод найден, то запускается его код;• если нет, поиск производится в словаре методов суперкласса.Таким образом, поиск распространяется вверх по иерархии изаканчивается на классе object, который является "предком" всех классов.Если метод не найден и там, посылается сообщение doesNotUnderstand, тоесть, генерируется ошибка.Главным действующим лицом в этом алгоритме является словарьметодов.
Он формируется при создании класса и, являясь частью егореализации, скрыт от клиентов. Вызов метода в Smalltalk требует примерно в1.5 раза больше времени, чем вызов простой подпрограммы. В коммерческихверсиях Smalltalk вызов методов ускорен на 20-30% за счет кешированиядоступа к словарю [31].Операция draw в подклассе solidRectangle представляет собой особыйслучай. Мы уже отмечали, что вначале вызывается одноименный методсуперкласса Rectangle. В Smalltalk для вызова метода суперклассаиспользуется ключевое слово super.
Поиск метода super draw начинается сразус суперкласса.Исследования Дейча дают основание полагать, что полиморфизм в85% случаев не нужен, так что вызов метода часто можно свести к обычномувызову процедуры [32]. Дафф замечает, что в таких ситуациях программистчасто делает неявные предположения, которые бы позволили раннеесвязывание [33]. К сожалению, в нетипизированных языках у него нет способасообщить об этом компилятору.В более строго типизированных языках, таких как C++, такой способесть. В этих языках алгоритм вызова методов несколько отличается отописанного выше и позволяет сократить во многих случаях время поиска,сохранив при этом свойства полиморфизма.В C++ операции для позднего связывания объявляются виртуальными(virtual), а все остальные обрабатываются компилятором как обычные вызовыподпрограмм. В нашем примере draw - виртуальная функция, a location обычная.
Есть еще одно средство, используя которое можно выиграть вскорости. Невиртуальные методы могут быть объявлены подставляемыми(inline), при этом соответствующая подпрограмма не вызывается, а явновключается в код на манер макроподстановки.Для управления виртуальными функциями в C++ используетсяконцепция vtable (виртуальных таблиц), которые формируются для каждогообъекта при его создании (то есть когда класс объекта уже известен). Такаятаблица содержит список указателей на виртуальные функции. Например, присоздании объекта класса Rectangle виртуальная таблица будет содержатьзапись для виртуальной функции draw, содержащую указатель на ближайшуюв иерархии реализацию функции draw.
Если в классе DisplayItem естьвиртуальная функция rotate, которая в классе Rectangle не переопределена, тосоответствующий указатель для rotate останется связан с классомDisplayItem. Во время исполнения программы происходит косвенноеобращение через соответствующий указатель и сразу выполняется нужныйкод без всякого поиска[34].Операция draw в классе SolidRectangle представляет собой особыйслучай и в языке C++. Чтобы вызвать метод draw из суперкласса, применяетсяспециальный префикс, указывающий на место определения функции. Этовыглядит следующим образом:Rectangle::Draw();Исследование Страуструпа показало, что вызов виртуальной функциипо эффективности мало уступает вызову обычной функции [35].
Дляодиночного наследования вызов виртуальной функции требует дополнительновыполнения трех-четырех операций доступа к памяти по отношению кобычному вызову; при множественном наследовании число такихдополнительных операций составляет пять или шесть.Существенно сложнее выполняется поиск нужных функций в языкеCLOS, здесь используются дополнительные квалификаторы: : before, : after, :around. Наличие множественного полиморфизма еще более усложняетпроблему. При вызове метода в языке CLOS, как правило, реализуетсяследующий алгоритм:• Определяется тип аргументов.• Вычисляется множество допустимых методов.• Методы сортируются в направлении от наиболееспециализированных к более общим.• Выполняются вызовы всех методов с квалификатором : before.• Выполняется вызов наиболее специализированного первичногометода.• Выполняются вызовы всех методов с квалификаторами : after.• Возвращается значение первичного метода [36].В CLOS есть протокол для метаобъектов, который позволяетпереопределять в том числе и этот алгоритм.
На практике, однако, мало ктозаходит так далеко. Как справедливо отметили Винстон и Хорн: "Алгоритмы,используемые в языке CLOS, сложны, и даже кудесники программированиястараются не вникать в их детали, так же как физики предпочитают иметьдело с механикой Ньютона, а не с квантовой механикой" [37].ных языков с сильной типизацией, включая C++. Для Smalltalk, который едвали вообще можно считать типизированным, типы не имеют значения.Параллелей между типизацией и наследованием следует ожидать там,где иерархия общего и частного предназначена для выражения смысловыхсвязей между абстракциями. Рассмотрим снова объявления в C++:TelenetryData telemetry;ElectrycalData electrical (5.0, -5.0, 3.0, 7.0);Следующий оператор присваивания правомочен:telemetry = electrical; //electrical - это подтипtelemetryХотя он формально правилен, он опасен: любые дополнения всостоянии подкласса по сравнению с состоянием суперкласса простосрезаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
