И.Г. Головин, И.А. Волкова - Языки и методы программирования (1160773), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

Поэтому в процедуре Р ()метод w () класса С не вызывается (там нет статически объявленныхссылок на С).Обратите внимание, что невиртуальный метод g () никак не от­ражен в структуре таблицы виртуальных методов. Несмотря на то чтовсе реализации этого метода имеют один профиль, они не замещают­ся, так как замещение имеет место только для виртуальных методов.В нашем случае имеется скрытие имени А: : g именем в : : д.Мы видим, что реализация виртуального вызова не включаетв себя никаких циклов и достаточно эффективна, хотя надо иметьв виду, что использование виртуальных методов всегда влечет засобой издержки.

К таким издержкам относятся дополнительныекоманды по извлечению адреса метода при виртуальном вызове,дополнительная память на ТВМ (правда, для каждого класса тре­буется единственный экземпляр ТВМ) и дополнительная памятьдля указателя на ТВМ в каждом полиморфном объекте (что можетоказаться существенным). Поэтому объект полиморфного классавсегда не пуст, даже если и не содержит членов-данных, как в при­веденном примере.Иерархия классов в данном примере имеет по меньшей мере дванедостатка. Во-первых, там есть скрытие имени, а во-вторых, тамнет виртуального деструктора.Полиморфные объекты, как правило, должны иметь виртуальныйдеструктор, даже если деструктор в базовом классе имеет пустое тело.Этот деструктор необходим для резервирования места в ТВМ.Дело в том, что если указатель типа базового класса ссылаетсяна объект производного класса, то при удалении объекта с исполь­зованием данного указателя в случае невиртуальное™ деструкторовсработает деструктор того типа, который был использован приобъявлении указателя (т.е.

базового класса). В нашем примере привызове d e l e t e ра будет работать сгенерированный деструкторкласса А. Однако сгенерированные деструкторы не виртуальны. Дляприведенного примера это не важно, но представим, что какой-либопроизводный класс захватывает ресурсы и корректно освобождаетих через деструктор, а этот деструктор не может быть вызван черезуказатель на А.Заметим, что накладными расходами на виртуальность деструктораполиморфного объекта можно пренебречь, поскольку ссылка на ТВМуже имеется, метод вызывается единственный раз за время жизни,135следовательно, все расходы — это дополнительная строка в ТВМ длякаждого производного класса.Итак, деструктор полиморфного объекта должен быть виртуаль­ным.8.3.

Интерфейсы и абстрактные классыПри проектировании полиморфных иерархий классов часто воз­никает понятие абстрактного класса.Абстрактный класс — это класс, который предназначен исклю­чительно для того, чтобы быть базовым классом. Экземпляры аб­страктного класса нельзя создавать, но можно (и нужно) использоватьссылки (указатели) на абстрактный класс. Интерфейс абстрактногокласса используется для работы с объектами производных классов, накоторые указывают ссылки абстрактного типа. Абстрактные классытесно связаны с полиморфными иерархиями.В объектно-ориентированных языках абстрактные классы реали­зуются следующими тремя способами:• перед классом ставится модификатор abstract. Такой способиспользуется в языках C# и Java;• класс содержит хотя бы один абстрактный метод.

Абстрактныйметод — это виртуальный метод без тела, и он должен быть обя­зательно замещен в одном из классов-наследников. В языках C#и Java абстрактный метод указывается модификатором abstractперед объявлением метода (модификатор тогда следует поставитьи перед объявлением класса). В C++ абстрактные методы назы­ваются чистыми виртуальными функциями;• если в классе, производном от абстрактного класса с абстракт­ными методами или интерфейса (интерфейсы рассматриваютсядалее), не замещен хотя бы один абстрактный метод, то класс тожеявляется абстрактным. В C# и Java незамещенные абстрактныеметоды должны быть явно объявлены как абстрактные.В языке C# абстрактными могут быть и свойства:abstract int Length { g e t ; }Это означает, что соответствующая функция-селектор (в данномслучае только get-селектор) является абстрактным методом.Поясним понятие абстрактного метода, поскольку именно наличиеабстрактных методов чаще всего приводит к появлению абстрактныхклассов.

В C# и Java возможно объявление абстрактных классов безабстрактных методов, но это используется относительно редко (а в C++абстрактных классов без абстрактных методов вообще нет).При проектировании иерархий классов для некоторой проблем­ной области полезно соблюдать следующее правило: следует выби­136рать базовый класс (вершину иерархии) максимально обобщенным(в рамках проблемной области). Иногда возникают настолько общиеклассы, что невозможно указать реализацию некоторых их методов.Эти методы имеют смысл для конкретных классов-наследников,но не для абстрактного класса базового в иерархии. Такие методыи являются абстрактными.Пример проблемной области, хорошо иллюстрирующей понятиеабстрактных классов и методов, — экранные графические объекты.Определим, какими свойствами должен обладать каждый графи­ческий объект (для краткости будем называть графический объектфигурой). Все эти свойства необходимо вынести в базовый классиерархии.

Например, к этим свойствам относится точка привязки,которая есть у каждой фигуры. Точку привязки будем обозначатьцелочисленными координатами. Также общим является поведениефигуры: способность каждой фигуры отрисовывать себя, менятьразмеры, перемещаться по экрану и т.д. Поведение должно реали­зовываться следующими методами:void D r a w ();// отрисовать объектvoid Resize (); // изменить размерvoid Move (int dx, int dy); // сместиться на (dx, dy)Как можно реализовать эти методы для произвольной фигуры?Понятно, что методы Draw() и Resize () невозможно сформули­ровать в терминах произвольной фигуры, поскольку они слишкомспецифичны (одна реализация для точки, вторая — для отрезка,третья — для окружности и т.д.).А вот универсальная реализация метода Mo ve () в принципевозможна, например, можно изменить координаты точки привязкии послать уведомление об изменениях (чтобы прикладная программа,использующая фигуры, перерисовала содержимое экрана).Итак, метод Move () — пример конкретного метода.

Его можно за­местить (если приведенная выше реализация не подойдет), но у негоесть своя осмысленная реализация, которую можно использовать.Для методов Draw () и Resize () невозможно привести универ­сальную и осмысленную реализацию, поэтому эти методы удобносделать абстрактными.При добавлении конкретной фигуры в иерархию необходимо за­местить все абстрактные методы класса (т.е. написать конкретнуюреализацию методов Draw () и Resize ()).

Если этого не сделать, топроизводный класс останется абстрактным.Невозможно вызвать несуществующую реализацию D r a w ()и Resize () для базового класса, поскольку невозможно создать объ­ект абстрактного класса (транслятор контролирует это статически).Таким образом, механизм абстрактных классов хорошо защищен.Приведем пример иерархии классов фигур (рис. 8.2) на языкеJava:137Рис.

8.2. Иерархия классов фигурpublic abstract class Figure{int x,y;public void Move(int dx, int dy){// реализация метода}public abstract void Draw(); // тело отсутствуетpublic abstract void Resize (); // тело отсутствует}class Circle extends Figure {void Draw() { /* конкретная реализация */ }void Resize (){ /* конкретная реализация */ }}class Point extends Figure {void Draw () { /* конкретная реализация */ }void Resize () { /* конкретная реализация */ }}... // другие классыНа языке C++ абстрактные классы реализуются как классы с чи­стыми виртуальными методами.

Чистый виртуальный метод (ЧВМ) —это метод с объявлением:void D r a w () = 0; // тело отсутствуетКомпоновщик не требует наличия тела у ЧВМ (для всех остальныхвиртуальных методов реализация обязательна). Так же, как и длядругих объектно-ориентированных языков, компилятор запрещаетсоздание экземпляров абстрактных классов.ИнтерфейсыС понятием абстрактного класса тесно связано понятие интер­фейса.

Интерфейс можно рассматривать как абстрактный класс, до­веденный до «абсолюта». Интерфейс состоит только из абстрактныхметодов. Поскольку в нем нет реализации методов (как нет и не­138виртуальных методов), интерфейс не имеет нестатических членов(статические члены, например константы, допустимы).Интерфейс представляет собой «чистый» контракт. Производныйкласс, наследуя интерфейс, «подписывается» под контрактом. Про­изводный класс, наследующий интерфейс и замещающий все егометоды, называют реализацией интерфейса.Удобство понятия интерфейса состоит в том, что он не наклады­вает никаких ограничений на реализацию. Например, абстрактныйкласс Figure, приведенный ранее, этим свойством не обладает и на­кладывает определенные ограничения на то, как надо реализовыватьпроизводный класс (учет точки привязки, например).

А вот интер­фейс может быть реализован любым классом, главное, чтобы всеабстрактные методы замещались реализацией. Поэтому программы,в которых классы взаимодействуют друг с другом только посредствомявно объявленных и документированных интерфейсов, являютсяочень гибкими и открытыми для расширений. Например, современ­ные текстовые процессоры объявляют некоторый набор интерфейсов,который позволяет любой программе, корректно реализующей этиинтерфейсы, вставлять в текст документа произвольные объекты,манипулировать ими и визуализировать их.Рассмотрим, как интерфейсы реализованы в современных язы­ках.Реализация интерфейсов в C++. Собственно конструкции«интерфейс» в Си++ нет, но его можно смоделировать. Интерфейсна Си++ — это класс, в котором нет никаких нестатических дан­ных, все операции являются публичными чистыми виртуальнымифункциями.

Статические члены могут присутствовать в классеинтерфейсе, поскольку не имеют отношения к экземпляру класса.Существует единственное исключение из правила, что все методыинтерфейса абстрактные, а именно деструктор. Мы уже обсуждалинеобходимость виртуального деструктора в полиморфных объектах.Заметим, что деструктор в C++ не может быть абстрактным (попро­буйте объяснить, почему). В классе-интерфейсе деструктор — этовиртуальная пустая функция, необходимая только для размещениястроки в ТВМ.Рассмотрим пример класса-интерфейса C++, описывающего«контракт» понятия «множество» объектов типа Т (предполагаем,что тип т доступен в точке объявления интерфейса):class Set{p u bli c:virtual void Incl(T & x) = 0virtual void Excl(T & x) = 0virtual bool Isln(T & x) = 0// другие абстрактные методыvirtual -Set () {} // деструктор};139Для реализации интерфейса следует выбрать структуру данныхдля внутреннего представления множества.

Пусть, например, мывыбрали класс «линейный список» SList для представления мно­жества. В C++ есть, по крайней мере, две возможности реализацииинтерфейса. Первая — это использование «композиции объектов»:класс-реализация Setlmpl содержит объект класса SList как членданное. Вторая — множественное наследование, допустимое в C++,причем класс-интерфейс наследуется открытым образом, а классSList — закрытым. Закрытое наследование делает недоступнымв классе Setlmpl внутреннее представление множества, что необ­ходимо с точки зрения инкапсуляции:class SetSListlmpl : public Set, private SList{public:void Incl(T & x) ;void Excl(T & x) ;bool Isln(T & x ) ;// объявление заместителей других абстрактных// методов~ SetSListlmpl ();};Теперь надо только написать функцию-генератор:Set * MakeSet(){return new SetSListlmpl();}Чтобы совсем инкапсулировать реализацию класса, можно объ­явить конструктор умолчания класса SetSListlmpl приватным,а функцию-генератор — другом класса SetSListlmpl.

В этом случаеобращение к MakeSet () — это единственная возможность создатьобъект-множество. При этом внешние классы вообще ничего не зна­ют о структуре реализации интерфейса. Если реализация по каким-топричинам не подходит, например по причинам эффективности, томожно создать новую реализацию и сменить функцию-генератор:classSetBitScalelmplBitScale:publicSet,private{p riv at e:SetBitScalelmpl() {}// только для запрещения несанкционированного// созданияfriend Set * MakeSet ();p ub l i c :140void Incl(T & x ) ;void Excl(T & x ) ;bool Isln(T & x ) ;// объявление заместителей других абстрактных// методов~ SetBitScalelmpl ();};Set * MakeSet(){return new SetBitScalelmpl();}Исходные тексты классов-клиентов (пользователей интерфейсаSet) менять не надо (не надо даже перетранслировать), достаточнотолько скомпоновать их объектный код с объектными модулями, со­держащими новую реализацию.

Характеристики

Список файлов книги