straustrup2 (852740), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В этом смысле базовый класс выступает как класс, являющийся членом производного класса:manager::manager(char* n, int l, int d): employee(n,d), level(l), group(0){}Конструктор базового класса employee::employee() может иметь такое определение:employee::employee(char* n, int d): name(n), department(d)152Бьерн Страуструп.Язык программирования С++{next = list;list = this;}Здесь list должен быть описан как статический член employee.Объекты классов создаются снизу вверх: вначале базовые, затем члены и, наконец, сами производныеклассы. Уничтожаются они в обратном порядке: сначала сами производные классы, затем члены, азатем базовые. Члены и базовые создаются в порядке описания их в классе, а уничтожаются они вобратном порядке.6.2.3 Иерархия классовПроизводный класс сам в свою очередь может быть базовым классом:class employee {class manager : public employee {class director : public manager {/* ... */ };/* ... */ };/* ... */ };Такое множество связанных между собой классов обычно называют иерархией классов.
Обычно онапредставляется деревом, но бывают иерархии с более общей структурой в виде графа:class temporary {class secretary : public employee {/* ... */ };/* ... */ };class tsec: public temporary, public secretary { /* ... */ };class consultant: public temporary, public manager { /* ... */ };Видим, что классы в С++ могут образовывать направленный ацикличный граф (подробнее об этомговорится в $$6.5.3). Этот граф для приведенных классов имеет вид:6.2.4 Поля типаЧтобы производные классы были не просто удобной формой краткого описания, в реализации языкадолжен быть решен вопрос: к какому из производных классов относится объект, на который смотритуказатель base*? Существует три основных способа ответа:[1]Обеспечить, чтобы указатель мог ссылаться на объекты только одного типа ($$6.4.2);[2]Поместить в базовый класс поле типа, которое смогут проверять функции;[3]использовать виртуальные функции ($$6.2.5).Указатели на базовые классы обыкновенно используются при проектировании контейнерных классов(множество, вектор, список и т.д.).
Тогда в случае [1] мы получим однородные списки, т.е. спискиобъектов одного типа. Способы [2] и [3] позволяют создавать разнородные списки, т.е. списки объектовнескольких различных типов (на самом деле, списки указателей на эти объекты). Способ [3] - этоспециальный надежный в смысле типа вариант способа [2]. Особенно интересные и мощные вариантыдают комбинации способов [1] и [3]; они обсуждаются в главе 8.Вначале обсудим простой способ с полем типа, т.е. способ [2]. Пример с классами manager/employeeможно переопределить так:struct employee {enum empl_type { M, E };empl_type type;employee* next;char*name;shortdepartment;// ...153Бьерн Страуструп.Язык программирования С++};struct manager : employee {employee* group;shortlevel;// ...};Имея эти определения, можно написать функцию, печатающую данные о произвольном служащем:void print_employee(const employee* e){switch (e->type) {case E:cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...break;case M:cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...manager* p = (manager*) e;cout << "level" << p->level << '\n';// ...break;}}Напечатать список служащих можно так:void f(const employee* elist){for (; elist; elist=elist->next) print_employee(elist);}Это вполне хорошее решение, особенно для небольших программ, написанных одним человеком, нооно имеет существенный недостаток: транслятор не может проверить, насколько правильнопрограммист обращается с типами.
В больших программах это приводит к ошибкам двух видов. Первый- когда программист забывает проверить поле типа. Второй - когда в переключателе указываются невсе возможные значения поля типа. Этих ошибок достаточно легко избежать в процессе написанияпрограммы, но совсем нелегко избежать их при внесении изменений в нетривиальную программу, аособенно, если это большая программа, написанная кем-то другим.
Еще труднее избежать такихошибок потому, что функции типа print() часто пишутся так, чтобы можно было воспользоватьсяобщностью классов:void print(const employee* e){cout << e->name << '\t' << e->department << '\n';// ...if (e->type == M) {manager* p = (manager*) e;cout << "level" << p->level << '\n';// ...}}Операторы if, подобные приведенным в примере, сложно найти в большой функции, работающей сомногими производными классами.
Но даже когда они найдены, нелегко понять, что происходит насамом деле. Кроме того, при всяком добавлении нового вида служащих требуются изменения во всехважных функциях программы, т.е. функциях, проверяющих поле типа. В результате приходится правитьважные части программы, увеличивая тем самым время на отладку этих частей.Иными словами, использование поля типа чревато ошибками и трудностями при сопровождениипрограммы. Трудности резко возрастают по мере роста программы, ведь использование поля типа154Бьерн Страуструп.Язык программирования С++противоречит принципам модульности и упрятывания данных. Каждая функция, работающая с полемтипа, должна знать представление и специфику реализации всякого класса, являющегося производнымдля класса, содержащего поле типа.6.2.5 Виртуальные функцииС помощью виртуальных функций можно преодолеть трудности, возникающие при использовании полятипа. В базовом классе описываются функции, которые могут переопределяться в любом производномклассе.
Транслятор и загрузчик обеспечат правильное соответствие между объектами и применяемымик ним функциями:class employee {char* name;short department;// ...employee* next;static employee* list;public:employee(char* n, int d);// ...static void print_list();virtual void print() const;};Служебное слово virtual (виртуальная) показывает, что функция print() может иметь разные версии вразных производных классах, а выбор нужной версии при вызове print() - это задача транслятора. Типфункции указывается в базовом классе и не может быть переопределен в производном классе.Определение виртуальной функции должно даваться для того класса, в котором она была впервыеописана (если только она не является чисто виртуальной функцией, см. $$6.3).
Например:void employee::print() const{cout << name << '\t' << department << '\n';// ...}Мы видим, что виртуальную функцию можно использовать, даже если нет производных классов от еекласса. В производном же классе не обязательно переопределять виртуальную функцию, если она тамне нужна. При построении производного класса надо определять только те функции, которые в немдействительно нужны:class manager : public employee {employee* group;shortlevel;// ...public:manager(char* n, int d);// ...void print() const;};Место функции print_employee() заняли функции-члены print(), и она стала не нужна.
Список служащихстроит конструктор employee ($$6.2.2). Напечатать его можно так:void employee::print_list(){for ( employee* p = list; p; p=p->next) p->print();}Данные о каждом служащем будут печататься в соответствии с типом записи о нем. Поэтому программаint main(){155Бьерн Страуструп.Язык программирования С++employee e("J.Brown",1234);manager m("J.Smith",2,1234);employee::print_list();}напечатаетJ.Smith 1234level 2J.Brown 1234Обратите внимание, что функция печати будет работать даже в том случае, если функцияemployee_list() была написана и оттранслирована еще до того, как был задуман конкретныйпроизводный класс manager! Очевидно, что для правильной работы виртуальной функции нужно вкаждом объекте класса employee хранить некоторую служебную информацию о типе.
Как правило,реализации в качестве такой информации используют просто указатель. Этот указатель хранитсятолько для объектов класса с виртуальными функциями, но не для объектов всех классов, и даже дляне для всех объектов производных классов. Дополнительная память отводится только для классов, вкоторых описаны виртуальные функции. Заметим, что при использовании поля типа, для него все равнонужна дополнительная память.Если в вызове функции явно указана операция разрешения области видимости ::, например, в вызовеmanager::print(), то механизм вызова виртуальной функции не действует.
Иначе подобный вызов привелбы к бесконечной рекурсии. Уточнение имени функции дает еще один положительный эффект: есливиртуальная функция является подстановкой (в этом нет ничего необычного), то в вызове с операцией:: происходит подстановка тела функции. Это эффективный способ вызова, который можно применять вважных случаях, когда одна виртуальная функция обращается к другой с одним и тем же объектом.Пример такого случая - вызов функции manager::print(). Поскольку тип объекта явно задается в самомвызове manager::print(), нет нужды определять его в динамике для функции employee::print(), которая ибудет вызываться.6.3 Абстрактные классыМногие классы сходны с классом employee тем, что в них можно дать разумное определениевиртуальным функциям.
Однако, есть и другие классы. Некоторые, например, класс shape,представляют абстрактное понятие (фигура), для которого нельзя создать объекты. Класс shapeприобретает смысл только как базовый класс в некотором производном классе. Причиной является то,что невозможно дать осмысленное определение виртуальных функций класса shape:class shape {// ...public:virtual void rotate(int) { error("shape::rotate"); }virtual void draw() { error("shape::draw"): }// нельзя ни вращать, ни рисовать абстрактную фигуру// ...};Создание объекта типа shape (абстрактной фигуры) законная, хотя совершенно бессмысленнаяоперация:shape s;// бессмыслица: ``фигура вообще''Она бессмысленна потому, что любая операция с объектом s приведет к ошибке.Лучше виртуальные функции класса shape описать как чисто виртуальные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
