Гради Буч - Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ (1158635), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Отношение использования между классамисоответствует равноправной связи между их экземплярами. Это то, во чтопревращается ассоциация, если оказывается, что одна из ее сторон (клиент)пользуется услугами другой (сервера). Пример клиент-серверных отношенийпоказан на рис. 3-9.На самом деле, один класс может использовать другой по-разному. Внашем примере это происходит в сигнатуре интерфейсной функции. Можнопредставить, что TemperatureController внутри реализации функцииschedule использует, например, экземпляр класса Predictor(предсказатель). Отношения целого и части тут ни при чем, поскольку этотобъект не входит в объект TemperatureController, а только используется.В типичном случае такое отношение использования проявляет себя, если вреализации какой-либо операции происходит объявление локального объектаиспользуемого класса.Строгое отношение использования иногда несколько ограничительно,поскольку клиент имеет доступ только к открытой части интерфейса сервера.Иногда по тактическим соображениям мы должны нарушить инкапсуляцию,для чего, собственно, и служат "дружеские" отношения классов в C++.ИнстанцированиеПримеры.
Наша первая попытка сконструировать класс Queue(очередь) была не особенно успешной, поскольку нам не удалось сделать егобезопасным в отношении типов. Мы можем значительно усовершенствоватьнашу абстракцию, если прибегнем к конструкции параметризованных классов,которая поддерживается языками C++ и Eiffel.Template<class Item>class Queue {public:Queue() ;Queue(const Queue<Item>&);virtual ~Queue();virtual Queue<Item>& operator=(const Queue<Item>&);virtual int operator==(const Queue<Item>&) const;int operator!=(const Queue<Item>&) const;virtual void clear();virtual void append(const Item&);virtual void pop();virtual void remove(int at);virtual int length() const;virtual int isEmpty() const;virtual const Item& front() const;virtual int location(const void*);protected:…};В этом новом варианте не используется идиома void*, вместо этогообъекты помещаются в очередь и достаются из нее через класс item,объявленный как аргумент шаблона.Параметризованный класс не может иметь экземпляров, пока он небудет ин-станцирован.
Объявим две конкретных очереди - очередь целыхчисел и очередь экранных объектов:Queue<int> intQueue;Queue<DisplayItem*> itemQueue;Объекты intQueue и itemQueue - это экземпляры совершенноразличных классов, которые даже не имеют общего суперкласса. Тем неменее, они получены из одного параметризованного класса Queue. Попричинам, которые мы объясним позже в главе 9, во втором случае мыпоместили в очередь указатели. Благодаря этому, любые объекты подклассовDisplayItem, помещенные в очередь, не будут "срезаться", но сохранят своеполиморфное поведение.Рис.
3-10. ИнстанцированиеЭто Инстанцирование безопасно с точки зрения типов. По правиламC++ будет отвергнута любая попытка поместить в очередь или извлечь из неечто-либо кроме, соответственно, целых чисел и разновидностей DisplayItem.Отношения между параметризованным классом Queue, егоинстанцированием для класса DisplayItem и экземпляром itemQueueпоказаны на рис. 3-10.Обобщенные классы.
Существует четыре основных способасоздавать такие классы, как параметризованный класс Queue. Во-первых, мыможем использовать макроопределения. Именно так это было в раннем C++,но, как пишет Страуструп, "данный подход годился только для небольшихпроектов" [45], так как макросы неуклюжи и находятся вне семантики языка,более того, при каждом инстанцировании создается новая копияпрограммного кода. Во-вторых, можно положиться на позднее связывание инаследование, как это делается в Smalltalk [46]. При таком подходе мы можемстроить только неоднородные контейнерные классы, так как в языке нетсредства ввести нужный класс элементов контейнера; каждый элемент вконтейнере трактуется как экземпляр некоторого удаленного базового класса.Третий способ реализован в языках семейства Object Pascal, которые имеют исильные типы, и наследование, но не поддерживают никакой разновидностипараметризованных классов.
В этом случае приходится создавать обобщенныеконтейнеры, как в Smalltalk, но использовать явную проверку типа объекта,прежде чем помещать его в контейнер. Наконец, есть собственнопараметризованные классы, впервые появившиеся в CLU. Параметризованныйкласс представляет собой что-то вроде шаблона для построения другихклассов; шаблон может быть параметризован другими классами, объектамиили операциями. Параметризованный класс должен быть инстанцирован передсозданием экземпляров. Механизм обобщенных классов есть в C++ и Eiffel.Как можно заметить из рис. 3-10, чтобы инстанцироватьпараметризованный класс Queue мы должны использовать другой класс,например, DisplayItem.
Благодаря этому отношение инстанцирования почтивсегда подразумевает отношение использования.Мейер указывает, что наследование - более мощный механизм, чемобобщенные классы и что через наследование можно получить большинствопреимуществ обобщенных классов, но не наоборот [47]. Нам кажется, чтолучше, когда языки поддерживают и то, и другое.Параметризованные классы полезны далеко не только для созданияконтейнеров.
Например, Страуструп отмечает их значение для обобщеннойарифметики [48].При проектировании обобщенные классы позволяют выразитьнекоторые свойства протоколов классов. Класс экспортирует операции,которые можно выполнять над его экземплярами. Наоборот,параметризующий аргумент класса служит для импорта классов и значений,предоставляющих некоторый протокол. C++ проверяет их взаимноесоответствие при компиляции, когда фактически и происходитинстанцирование. Например, мы могли бы определить упорядоченнуюочередь объектов, отсортированных по некоторому критерию.
Этотпараметризованный класс должен иметь аргумент (класс Item), и требовать отэтого аргумента определенное поведение (наличие операции вычисленияпорядка). При инстанци-ровании в качестве класса Item годится любой класс,который имеет соответствующий протокол. Таким образом, поведение классовв семействе, происходящем от одного параметризованного класса, можетизменяться в весьма широких пределах.МетаклассыКак было сказано, любой объект является экземпляром какого-либокласса.
Что будет, если мы попробуем и с самими классами обращаться как собъектами? Для этого нам надо ответить на вопрос, что же такое класс класса?Ответ - это метакласс. Иными словами, метакласс - это класс, экземплярыкоторого суть классы. Метаклассы венчают объектную модель в чистообъектно-ориентированных языках. Соответственно, они есть в Smalltalk иCLOS, но не в C++.Вот как Робсон мотивирует потребность в метаклассах: "классыдоставляют программисту интерфейс для определения объектов. Если так, тожелательно, чтобы и сами классы были объектами, так, чтобы ими можнобыло манипулировать, как всеми остальными описаниями" [49].В языках типа Smalltalk первичное назначение метакласса - поддержкапеременных класса (которые являются общими для всех экземпляров этогокласса), операции инициализации переменных класса и создания единичногоэкземпляра метакласса [50].
По соглашению, метакласс Smalltalk обычносодержит примеры использования его классов. Например, как показано на рис.3-11, мы могли бы задать переменную класса nextId для метаклассаTelemetryData, чтобы вырабатывать идентифицирующие метки присоздании каждого экземпляра TelemetryData.
Аналогично, мы могли быопределить оператор порождения новых экземпляров класса, которыйизготавливал бы их, скажем, в некотором предварительно выделенном пулепамяти.Хотя в C++ метаклассов нет, семантика его конструкторов идеструкторов служит целям, аналогичным тем, что вызвали к жизниметаклассы. C++ имеет средства поддержки и переменных класса, и операцийметакласса. Конкретно, в C++ можно описать члены данных или функциикласса как статические (static), что будет означать: этот элемент являетсяобщим для всех экземпляров класса. Статические члены класса в C++эквивалентны переменным класса в Smalltalk. Статическая функция-членкласса играет роль операций метакласса в Smalltalk.Как мы уже отмечали, в CLOS аппарат метаклассов еще сильнее чем вSmalltalk. Через него можно изменять саму семантику элементов: следованиеклассов, обобщенные функции и методы.
Главное преимущество возможность экспериментировать с другими объектно-ориентированнымипарадигмами и создавать такие инструменты для разработчика, как броузерыклассов и объектов.Рис. 3-11. МетаклассыВ CLOS есть предопределенный класс с именем standard-class,который является метаклассом для всех нетипизированных классов,определенных с помощью defclass.
В этом метаклассе есть метод makeinstance, который создает экземпляры. Кроме того, в нем определена всятехника работы со списком следования классов. Все это можно изменить.Методы и обобщенные функции в CLOS тоже можно рассматриватькак объекты. Так как они несколько отличаются от обычных объектов, то всовокупности объекты, соответствующие классам, методам и обобщеннымфункциям, называются метаобьектами. Каждый метод является экземпляромпредопределенного класса standard-method, а каждая функция являетсяэкземпляром предопределенного класса standard-generic-function.Поскольку поведение этих предопределенных классов можно изменить,удается влиять на трактовку методов и обобщенных функций.3.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
