М. Бен-Ари - Языки программирования. Практический сравнительный анализ (2000) (1160781), страница 42

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

Текст из файла (страница 42)

Динамический полиморфизм

Перед обсуждением динамического полиморфизма в языке Ada 95 мы долж­ны коснуться различий в терминологии языка Ada и других объектно-ориен­тированных языков.

В языке C++ термин класс обозначает тип данных, который используется для создания экземпляров объектов этого типа. Язык Ada 95 продолжает ис­пользовать термины типы и объекты даже для теговых типов и объектов, которые известны в других языках как классы и экземпляры. Слово класс ис-| пользуется для обозначения набора всех типов, которые порождаются от об-|щего предка, в языке C++ мы их назвали семейством классов. Нижеследую­щее обсуждение лучше всего провести в правильной терминологии языка Ada 95; будьте внимательны и не перепутайте новое применение слова класс с его использованием в языке C++.

С каждым теговым типом Т связан тип, который обозначается как T'Class

и называется типом класса (class-wide type)". T'Class покрывает (covered) все

типы, производные от Т. Тип класса — это неограниченный тип, и объявить

объект этого типа, не задав ограничений, нельзя, подобно объявлению

неограниченного массива:

type Vector is array(lnteger range <>) of Float;

V1: Vector; -- Запрещено, нет ограничений

type Airplane_Data is tagged record . . . end record;

A1: Airplane_Data'Class: -- Запрещено, нет ограничений

Объект типа класса может быть объявлен, если задать начальное значение:

V2: Vector := (1 ..20=>0.0); -- Правильно, ограничен

Х2: Airplane_Data; -- Правильно, конкретный тип

ХЗ: SST_Data; -- Правильно, конкретный тип

А2: Airplane_Data'Class := Х2; -- Правильно, ограничен

A3: Airplane_Data'Class := ХЗ; --Правильно, ограничен

Как и в случае массива, коль скоро CW-объект ограничен, его ограничения изменить нельзя. CW-тип можно использовать в декларации локальных переменных подпрограммы, которая получает параметр CW-типа. Здесь снова полная аналогия с массивами:

procedure P(S: String; С: in Airplane_Data'Class) is

Local_String: String := S;

Local_Airplane: Airplane_Data'Class := C;

Begin

…

end P;

Динамический полиморфизм имеет место, когда фактический параметр имеет тип класса, в то время как формальный параметр — конкретного типа, принадлежащего классу:

with Airplane_Package; use Airplane_Package;

with SST_Package; use SST_Package;

procedure Main is

procedure Proc(C: in out Airplane_Data'Class; I: in Integer) is

begin

Set_Speed(C, I); -- Какого типа С ??

end Proc;

A: Airplane_Data;

S: SST_Data;

begin -- Main

Proc(A, 500); -- Вызвать с Airplane_Data

Proc(S, 1000); -- Вызвать с SST_Data end Main:

Фактический параметр С в вызове Set_Speed имеет тип класса, но имеются две версии Set_Speed с формальным параметром либо родительского типа, ли­бо производного типа. Во время выполнения тип С будет изменяться от вызо­ва к вызову, поэтому динамическая диспетчеризация необходима, чтобы снять неоднозначность вызова.

Рисунок 14.6 поможет вам понять роль формальных и фактических парамет­ров в диспетчеризации. Вызов Set_Speed вверху рисунка делается с фактиче­ским параметром типа класса. Это означает, что только при вызове подпрограм­мы мы знаем, имеет ли фактический параметр тип Airplane_Data или SST_Data. Однако каждое обтъявление процедуры, показанное внизу рисунка, имеет фор­мальный параметр конкретного типа. Как показано стрелками, вызов должен быть отправлен в соответствии с типом фактического параметра.

Обратите внимание, что диспетчеризация выполняется только в случае необ­ходимости; если компилятор может разрешить вызов статически, он так и сде­лает. Следующие вызовы не нуждаются ни в какой диспетчеризации, потому что вызов делается с фактическим параметром конкретного типа, а не типа класса:

Set_Speed(A, 500);

Set_Speed(S, 1000);

Точно так же, если формальный параметр имеет тип класса, то никакая диспет­черизация не нужна. Вызовы Ргос — это вызовы отдельной однозначной про-

цедуры; формальный параметр имеет тип класса, который соответствует фак­тическому параметру любого типа, относящегося к классу. Что касается рис. 14.7, то, если бы объявление Set_Speed было задано как:

procedure Set_Speed(A: in out Airplane'Class: I: in Integer);

то любой фактический параметр класса «вписался» бы в формальный пара­метр класса. Никакая диспетчеризация не нужна, потому что каждый раз вы­зывается одна и та же подпрограмма.

При ссылочном доступе указуемый объект так же может иметь CW-тип. Ука­затель при этом может указывать на любой объект, тип которого покрывается CW-типом, и диспетчеризация осуществляется просто раскрытием указателя:

type Class_Ptr is access Airplane_Data'Class;

Ptr: Class_Ptr := new Airplane_Data;

if (...) then Ptr := new SST_Data; end if;

Set_Speed(Ptr.all); -- На какой именно тип указывает Ptr??

Динамический полиморфизм в языке Ada 95 имеет место, когда фактиче­ский параметр относится к CW-типу, а формальный параметр относится к конкретному типу.

Реализации диспетчеризации во время выполнения в языках Ada 95 и C++ похожи, тогда как условия для диспетчеризации совершенно разные:

• В C++ подпрограмма должна быть объявлена виртуальной, чтобы мож­но было выполнить диспетчеризацию. Все косвенные вызовы виртуаль­ной подпрограммы диспетчеризуются.

• В языке Ada 95 любая унаследованная подпрограмма может быть замеще­на и неявно становится диспетчеризуемой. Диспетчеризация выполняется только в случае необходимости, если этого требует конкретный вызов.

Основное преимущество подхода, принятого в языке Ada, состоит в том, что не нужно заранее определять, должен ли использоваться динамический поли­морфизм. Это означает, что не существует различий в семантике между вызовом виртуальной и невиртуальной подпрограммы. Предположим, что Airplane_Data был определен как теговый, но никакие порождения сделаны не были. В этом случае вся система построена так, что в ней все вызовы разрешены статически. Позже, если будут объявлены производные типы, они смогут использовать дис­петчеризацию без изменения или перекомпиляции существующего кода.

14.6. Упражнения

1. Метод разработки программного обеспечения, называемый нисходящим программированием, пропагандирует написание программы в терминах операций высокого уровня абстракции и последующей постепенной детализации операций, пока не будет достигнут уровень операторов язы­ка программирования. Сравните этот метод с объектно-ориентирован­ным программированием.

2. Объявили бы вы Aircraft_Data абстрактным типом данных или сделали поля класса открытыми?

3. Проверьте, что можно наследовать из класса в языке C++ или из тегового пакета в языке Ada 95 без перекомпиляции существующего кода.

4. Опишите неоднородную очередь на языке Ada 95: объявите теговый тип Item, определите очередь в терминах Item, а затем породите из Item производные типы — булев, целочисленный и символьный.

5. Опишите неоднородную очередь на языке C++.

6. Проверьте, что в языке C++ диспетчеризация имеет место для ссылочного, но не для обычного параметра.

7. В языке Ada 95 теговый тип может быть расширен приватными добавлениями:

with Airplane_Package; use Airplane_Package;

package SST_Package is

type SST_Data is new Airplane_Data with private;

procedure Set_Speed(A: in out SST_Data; I: in Integer);

function Get_Speed(A: SST_Data) return Integer;

private

…

end SST_Package;

Каковы преимущества и недостатки такого расширения?

8. Изучите машинные команды, сгенерированные компилятором Ada 95 или C++ для динамического полиморфизма.

Глава 15

Еще об

объектно-ориентированном

программировании

В этой главе мы рассмотрим еще несколько конструкций, которые существу­ют в объектно-ориентированных языках. Это не просто дополнительные удобства — это существенные конструкции, которые необходимо освоить, ес­ли вы хотите стать компетентными в объектно-ориентированных методах программирования. Данный обзор не является исчерпывающим; детали мож­но уточнить в учебниках по языкам программирования. Глава разделена на шесть разделов:

1. Структурированные классы.

• Абстрактные классы используются для создания абстрактного интер­фейса, который можно реализовать с помощью одного или нескольких наследуемых классов.

• Родовые подпрограммы (Ada) и шаблоны (C++) можно комбинировать с наследованием для параметризации классов другими классами.

• Множественное наследование: класс может быть производным от двух или нескольких родительских классов и наследовать данные и операции каждого из них.

2. Доступ к приватным компонентам: Являются компоненты в закрытой ча­сти пакета или класса всегда приватными, или их можно экспортировать производным классам или клиентам?

3. Данные класса. В этом разделе обсуждаются создание и использование компонентов данных в классе.

4. Eiffel. Язык Eiffel был разработан для поддержки ООП как единственно­го метода структурирования программ; поучительно сравнить конструкции языка Eiffel с конструкциями языков Ada 95 и C++, где поддержка ООП была добавлена к уже существующим языкам.

5. Проектные соображения. Каковы компромиссы между использованием класса и наследованием из класса? Для чего может использоваться наследова­ние? Каковы взаимоотношения между перегрузкой и замещением?

1. В заключение приводится сводка методов динамического полимор­физма.

15.1. Структурированные классы

Абстрактные классы

Когда класс порождается из базового класса, предполагается, что базовый класс содержит большую часть требуемых данных и операций, тогда как производный класс всего лишь добавляет дополнительные данные, а также добавляет или изменяет некоторые операции. Во многих проектах лучше рас­сматривать базовый класс как некий каркас, определяющий общие операции для всего семейства производных классов. Например, семейство классов опе­раций ввода/вывода или графики может определять такие общие операции, как get и display, которые будут определены для каждого производного клас­са. И Ada 95, и C++ поддерживают такие абстрактные классы.

Мы продемонстрируем абстрактные классы, описывая несколько реализа­ций одной и той же абстракции; абстрактный класс будет определять структу­ру данных Set, и производные классы — реализовывать множества двумя раз­личными способами. В языке Ada 95 слово abstract обозначает абстрактный тип и абстрактные подпрограммы, связанные с этим типом:

package Set_Package is

type Set is abstract tagged null record;

function Union(S1, S2: Set) return Set is abstract;

function Intersection(S1, S2: Set) return Set is abstract;

end Set_Package;

Вы не можете объявить объект абстрактного типа и не можете вызвать абстрак­тную подпрограмму. Тип служит только каркасом для порождения конкретных типов, а подпрограммы должны замещаться конкретными подпрограммами.

Сначала мы рассмотрим производный тип, в котором множество пред­ставлено булевым массивом:

with Set_Package;

package Bit_Set_Package is

type Set is new Set_Package.Set with private;

function Union(S1, S2: Set) return Set;

function lntersection(S1, S2: Set) return Set;

private

type Bit_Array is array(1..100) of Boolean;

type Set is new Set_Package.Set with

record

Data: Bit_Array;

end record;

end Bit_Set_Package;

Конечно, необходимо тело пакета, чтобы реализовать операции.

Производный тип — это конкретный тип с конкретными компонентами данных и операциями, и он может использоваться как любой другой тип:

with Bit_Set_Package; use Bit_Set_Package;

Характеристики

Список файлов книги