Д. Вандевурд, Н.М. Джосаттис - Шаблоны C++. Справочник разработчика (2003) (1160769), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Наконец, ожидается, что в стандарте С++Ох будет уделено внимание некоторым "затруднительным моментам", присущим стандарту С++98. Есть надежда, что зто повысит доступность языка С++. В настоящей главе рассматривались некоторые расширения в этом направлении. Часть |П Шаблоны и конструирование Программы обычно создаются с использованием конструкций, которые довольно хорошо отражают возможности механизмов, предлагаемых выбранным языком программирования. Поскольку шаблоны являются совершенно новым механизмом языка, неудивительно, если они будут вызывать к жизни новые элементы дизайна. Данная часть книги посвящена изучению именно этих элементов.
Шаблоны отличаются от более традиционных конструкций языка тем, что позволяют параметризовать типы и константы нашего кода. Их комбинирование с частичной специализацией и рекурсивным инстанцированием приводит к необычайному увеличению выразительности и силы языка, что будет проиллюстрировано в следующих главах с помощью большого числа методов дизайна, в частности: ° обобщенного программирования; ° классов свойств; ° классов стратегий; ° метапрограммирования; ° шаблонов выражений. При этом ставилась цель не только перечислить различные известные элементы конструирования, но и показать принципы, которые лежат в основе новых методов. Глава 14 Полиморфные возможности шаблонов Полиморфизм представляет собой способность связывать различные специфические виды поведения с помощью единой обшей записи'.
Кроме того, полиморфизм является краеугольным камнем парадигмы объектно-ориентированного программирования, которая в С++ поддерживается главным образом через наследование свойств классов и виртуальные функции. Поскольку этот механизм (по крайней мере частично) работает во время выполнения программы, можно употребить термин динамический полиморфизм.
Обычно так говорят, когда речь идет об обычном полиморфизме в С++. Однако шаблоны также позволяют связывать различные специфические виды поведения единой общей записью, но зто связывание обрабатывается, как правило, в процессе компиляции, так что в этом случае следует говорить о септическом лолиморфизме. В данной главе приводится обзор обоих вариантов полиморфизма и обсуждается вопрос о том, какой из ннх соответствует той или иной конкретной ситуации. 14.1. Динамический полиморфизм Исторически сложилось так, что язык С++ начался с поддержки полиморфизма только посредством наследования, объединенного с виртуальными функциями .
В этом контексте искусство полиморфного дизайна состоит в идентификации общего набора возможностей среди связанных типов объектов и объявлении их в качестве интерфейсов виртуальных функций в общем базовом классе. Наглядным примером этого подхода к конструированию является приложение, котоРое управляет построением геометрических фигур с возможностью их воспроизведения определенным способом (например, на экране). В таком приложении можно указать так 1 Полиморфизм буквально означает условие существования нескольких форм нли видов (от греческого ро!ущогрпоз). з Строго говоря, макросы также могут рассматриваться, как ранняя форма статического полиморфизма.
Оливке они остаются за пределами данного обсуждения, поскольку обычно никак ве связаны с другимл механизмами языка Глава 14. Полиморфные возможности шаблонов 258 определенным способом (например, на экране). В таком приложении можно указать так называемый абстрактный базовый класс (аЬвзгасг Ьаее сйзвв — АВС) СеоОЬ5, который объявляет общие операции и свойства, применимые к геометрическим объектам вообще, Каждый конкретный класс для конкретных геометрических объектов будет затем порождаться из абстрактного базового класса СеоОЬэ' (рис. 14.1). Рнс. 14.1. Полиморфизм, реалнзованный через наследование // ро1у/булан.ег.Ьрр ()йпс1ибе "соогй.Ьрр" // Общий абстрактный базовый класс СеоОЬз // для геометрических объектов с1авв СеоОЬЭ ( риЫЬс: // Черчение геометрического объекта чйгсиа1 чо1й бган() сопле = Оз // Координаты центра тяжести геометрического объекта ч1ггиа1 Соогб сепеег об дгачйсу() сопвг = Оз // Конкретный класс геометрического объекта Сйгс1е // — производный от базового класса СеоОЬз с1авв Съгс1е: риЫЬс СеоОЬЗ риЫЬс: чъгсиа1 чойб с)гам() сопвг; чйгсиа1 Соогй сепсег об дгачйсу() сопвс; // Конкретный класс геометрического объекта Ьъпе // — производный от базового класса СеоОЬЭ с1авв Ьйпе : риЫЬс СеоОЬЭ ( риЬ11сз чъгсиа1 чо1б дхаьз() сопвсз чъггиа1 Соогб сепеег об дгач1еу() сопвез ) 4.1.
Динамический полиморфизм 259 // ро1у/йупаро1у.срр (]1пс1цйе "йупаЬйег.Ьрр" Мйпс1цйе <чесгог> // Черчение любого объекта СеоОЬЭ чойй туВгаи(СеоОЬ5 сопзса оЬЗ) ( // Вызов йгаи() в соответствии с типом объекта оЬЭ.йгаи(); ) // Расстояние между центрами тяжести двух объектов СеоОЬЭ Соогй й1згапсе(СеоОЬ5 сопзгй х1, СеоОЬ5 сопзсй х2] ( соогй с = х1.сепгег ой дгачйсу(] х2.сепгег ой дгачйгу()) гесцгп с.аЬз(); // Возврат абсолютного значения // Черчение неоднородного набора объектов СеоОЬ5 чойй йгаиЕ1етз(згй: гчессог«СеоОЬ5*> сопзгй е1езаз) ( Еог (цпзйдпей 1 = 0) 1 < е1ежз.зйхе(); ++1) ( // Вызов йгаи() в соответствии с типом элемента е1елз(1]->йгаь7(); 1пг тоа1п() ( Ыпе 1; Сйгс1е с, с1, с2; курган(1); // птургаи(СеоОЬйй) => Ььпе::йгаи() жургаи(с); // ту()гам(СеоОЬ5й) => Сйгс1е::йгаи() // ййзсапсе(СеоОЬйа,СеоОЬйй) // йьзгапсе(сеобъэа,сеобьба) й1зсапсе(с1 с2) з ййзгапсе(1,с); После создания конкретных обьектов код пользователя может упраавять этими объектами через ссылки или указатели на базовый класс, который дает возможность задействовать механизм диспетчеризации виртуальных функций.
В результате вызова виртуальной функции-члена посредством указателя или ссылки на подобъект базового класса происходит вызов соответствующего члена обьекта, на который осуществлялась ссылка. В нашем примере конкретный код может выглядеть, как показано ниже. Глава 14. Полиморфные возможности шаблонов 260 все)::чессог<деоОЬ3*> со11; // со11. рцвЬ Ьас)с ( й1); / / со11.рпвЬ Ьас)с(ас); // с)гаиЕ1етв(со11); // ) Неоднородный набор Вставка линии Вставка круга Черчение набора объектов Ключевыми элементамн полиморфного интерфейса являются функции бгаы() и сепсег ой дгачйгу().
Обе функции представляют собой виртуальные функции- члены. В нашем примере продемонстрировано их использование в функциях шубгаи( ), Жвгапсе() и с)гаиЕ1емв(). Последние три функции записаны с использованием общего базового типа СеоОЬз. Вследствие этого в процессе компиляции нельзя определить, какая именно версия — Йгаи() илн сепсег об дгачйсу() — должна использоваться. Однако в процессе выполнения программы прн диспетчеризации вызовов функций определяется полный динамический тип объектов, для которых вызываются виртуальные функции.
Следовательно, соответствующая операция выполняется в зависимости от фактического типа геометрического объекта: если тпуЭгаи() вызывается для обьекта 1 Епе, то выражение оЬЗ . с)гам ( ] вызывает функцию т 1пе:: с)гам ( ), тогда как для объекта Ойгс1е вызывается функция Ойгс1е:: с(гам ( ) . Подобным же образом в вызове Ййвсапсе() функции-члены сепсег об дгачйсу() соответствуют переданным в качестве параметров объектам. Очевидно, наиболее впечатляющей возможностью динамического полиморфизма является способность обрабатывать разнородные коллекции обьектов. Эта концепция иллюстрируегся функцией ЙгаыЕ1ешв ( ); простое выражение е1елш (1) ->с)гам ( ) выполняет вызов самых разных функций-членов, в зависимости от типа итерируемого элемента. 14.2.
Статический полиморфизм Шаблоны также могут использоваться для реализации полиморфизма. Однако они не зависят от фактора общего поведения, свойственного базовым классам. Вместо этою общность подразумевает поддержку операций с использованием общего синтакциса (т.е соответствующие функции имеют одни и те же имена). Конкретные классы при этом определяются независимо друг от друга (рис. 14.2), а сам полиморфизм проявляется прн инстанцироваиии шаблонов с конкретными классами. Рис. 14.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
