straustrup2 (852740), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Большую помощь здесь оказывают функции-подстановки.Если сделать открытыми переменные, являющиеся членами, с помощью описания public, илинепосредственно работать с ними с помощью функций, которые устанавливают и получают значенияэтих переменных, то почти всегда это приводит к плохому результату. Конкретные типы должны бытьвсе-таки настоящими типами, а не просто программной кучей с нескольким функциями, добавленнымиради удобства.13.3 Абстрактные типыСамый простой способ ослабить связь между пользователем класса и его создателем, а также междупрограммами, в которых объекты создаются, и программами, в которых они используются, состоит ввведении понятия абстрактных базовых классов.
Эти классы представляют интерфейс со множествомреализаций одного понятия. Рассмотрим класс set, содержащий множество объектов типа T:class set {public:virtual void insert(T*) = 0;virtual void remove(T*) = 0;338Бьерн Страуструп.virtualvirtualvirtualvirtualЯзык программирования С++int is_member(T*) = 0;T* first() = 0;T* next() = 0;~set() { }};Этот класс определяет интерфейс с произвольным множеством (set), опираясь на встроенное понятиеитерации по элементам множества. Здесь типично отсутствие конструктора и наличие виртуальногодеструктора, см.
также $$6.7. Рассмотрим пример:class slist_set : public set, private slist {slink* current_elem;public:void insert(T*);void remove(T*);int is_member(T*);virtual T* first();virtual T* next();slist_set() : slist(), current_elem(0) { }};class vector_set : public set, private vector {int current_index;public:void insert(T*);void remove(T*);int is_member(T*);T* first() { current_index = 0; return next(); }T* next();vector_set(int initial_size): array(initial_size), current_index(0) { }};Реализация конкретного типа используется как частный базовый класс, а не член класса. Это сделано идля удобства записи, и потому, что некоторые конкретные типы могут иметь защищенный интерфейс сцелью предоставить более прямой доступ к своим членам из производных классов.
Кроме того,подобным образом в реализации могут использоваться некоторые классы, которые имеют виртуальныефункции и не являются конкретными типами. Только с помощью образования производных классовможно в новом классе изящно переопределить (подавить) виртуальную функцию класса реализации.Интерфейс определяется абстрактным классом.Теперь пользователь может записать свои функции из $$13.2 таким образом:void my(set& s){for (T* p = s.first(); p; p = s.next()){// мой код}// ...}void your(set& s){for (T* p = s.first(); p; p = s.next()){// ваш код}// ...}Стало очевидным сходство между двумя функциями, и теперь достаточно иметь только одну версию339Бьерн Страуструп.Язык программирования С++для каждой из функций my() или your(), поскольку для общения с slist_set и vector_set обе версиииспользуют интерфейс, определяемый классом set:void user(){slist_set sl;vector_set v(100);my(sl);your(v);my(v);your(sl);}Более того, создатели функций my() и your() не обязаны знать описаний классов slist_set и vector_set, ифункции my() и your() никоим образом не зависят от этих описаний.
Их не надо перетранслировать иликак-то изменять, ни если изменились классы slist_set или vector_set ни даже, если предложена новаяреализация этих классов. Изменения отражаются лишь на функциях, которые непосредственноиспользуют эти классы, допустим vector_set. В частности, можно воспользоваться традиционнымприменением заголовочных файлов и включить в программы с функциями my() или your() файлопределений set.h, а не файлы slist_set.h или vector_set.h.В обычной ситуации операции абстрактного класса задаются как чистые виртуальные функции, и такойкласс не имеет членов, представляющих данные (не считая скрытого указателя на таблицувиртуальных функций). Это объясняется тем, что добавление невиртуальной функции или члена,представляющего данные, потребует определенных допущений о классе, которые будут ограничиватьвозможные реализации.
Изложенный здесь подход к абстрактным классам близок по духутрадиционным методам, основанным на строгом разделении интерфейса и его реализаций.Абстрактный тип служит в качестве интерфейса, а конкретные типы представляют его реализации.Такое разделение интерфейса и его реализаций предполагает недоступность операций, являющихся"естественными" для какой-то одной реализации, но не достаточно общими, чтобы войти в интерфейс.Например, поскольку в произвольном множестве нет упорядоченности, в интерфейс set нельзявключать операцию индексирования, даже если для реализации конкретного множества используетсямассив.
Это приводит к ухудшению характеристик программы из-за отсутствия ручной оптимизации.Далее, становится как правило невозможной реализация функций подстановкой (если не считать какихто конкретных ситуаций, когда настоящий тип известен транслятору), поэтому все полезные операцииинтерфейса, задаются как вызовы виртуальных функций. Как и для конкретных типов здесь плата заабстрактные типы иногда приемлема, иногда слишком высока.Подводя итог, перечислим каким целям должен служить абстрактный тип:[1]определять некоторое понятие таким образом, что в программе могут сосуществовать длянего несколько реализаций;[2]применяя виртуальные функции, обеспечивать достаточно высокую степень компактности иэффективности выполнения программы;[3]сводить к минимуму зависимость любой реализации от других классов;[4]представлять само по себе осмысленное понятие.Нельзя сказать, что абстрактные типы лучше конкретных типов, это просто другие типы. Какие из нихпредпочесть - это, как правило, трудный и важный вопрос для пользователя.
Создатель библиотекиможет уклониться от ответа на него и предоставить варианты с обеими типами, тем самым выборперекладывается на пользователя. Но здесь важно ясно понимать, с классом какого вида имеешь дело.Обычно неудачей заканчивается попытка ограничить общность абстрактного типа, чтобы скоростьпрограмм, работающих с ним, приблизилась к скорости программ, рассчитанных на конкретный тип.
Вэтом случае нельзя использовать взаимозаменяемые реализации без большой перетрансляциипрограммы после внесения изменений. Столь же неудачна бывает попытка дать "общность" вконкретных типах, чтобы они могли по мощности понятий приблизиться к абстрактным типам. Этоснижает эффективность и применимость простых классов. Классы этих двух видов могутсосуществовать, и они должны мирно сосуществовать в программе. Конкретный класс воплощаетреализацию абстрактного типа, и смешивать его с абстрактным классом не следует.340Бьерн Страуструп.Язык программирования С++Отметим, что ни конкретные, ни абстрактные типы не создаются изначально как базовые классы дляпостроения в дальнейшем производных классов. Построение производных к абстрактным типамклассов скорее нужно для задания реализаций, чем для развития самого понятия интерфейса. Всякийконкретный или абстрактный тип предназначен для четкого и эффективного представления впрограмме отдельного онятия.
Классы, которым это удается, редко бывают хорошими кандидатами длясоздания на их базе новых, но связанных с ними, классов. Действительно, попытки построитьпроизводные, "более развитые" классы на базе конкретных или абстрактных типов, таких как, строки,комплексные числа, списки или ассоциативные массивы приводят обычно к громоздким конструкциям.Как правило эти классы следует использовать как члены или частные базовые классы, тогда их можноэффективно применять, не вызывая путаницы и противоречий в интерфейсах и реализациях этих иновых классов.Когда создается конкретный или абстрактный тип, акцент следует сделать на том, чтобы предложитьпростой, реализующий хорошо продуманное понятие, интерфейс. Попытки расширить областьприложения класса, нагружая его описание всевозможными "полезными" свойствами, приводят только кбеспорядку и неэффективности. Этим же кончаются напрасные усилия гарантировать повторноеиспользование класса, когда каждую функцию-член объявляют виртуальной, не подумав зачем и какэти функции будут переопределяться.Почему мы не стали определять классы slist и vector как прямые производные от класса set, обойдясьтем самым без классов slist_set и vector_set? Другими словами зачем нужны конкретные типы, когда ужеопределены абстрактные типы? Можно предложить три ответа:[1]Эффективность: такие типы, как vector или slist надо создавать без накладных расходов,вызванных отдалением реализацийот интерфейсов (разделения интерфейса и реализациитребует концепция абстрактного типа).[2]Множественный интерфейс: часто разные понятия лучше всего реализовать как производныеот одного класса.[3]Повторное использование: нужен механизм, который позволит приспособить для нашейбиблиотеки типы, разработанные "где-то в другом месте".Конечно, все эти ответы связаны.
В качестве примера [2] рассмотрим понятие генератора итераций.Требуется определить генератор итераций (в дальнейшем итератор) для любого типа так, чтобы с егопомощью можно было порождать последовательность объектов этого типа. Естественно для этогонужно использовать уже упоминавшийся класс slist.
Однако, нельзя просто определить общий итераторнад slist, или даже над set, поскольку общий итератор должен допускать итерации и более сложныхобъектов, не являющихся множествами, например, входные потоки или функции, которые приочередном вызове дают следующее значение итерации. Значит нам нужны и множество и итератор, и втоже время нежелательно дублировать конкретные типы, которые являются очевидными реализациямиразличных видов множеств и итераторов. Можно графически представить желательную структуруклассов так:Здесь классы set и iter предоставляют интерфейсы, а slist и stream являются частными классами ипредставляют реализации.
Очевидно, нельзя перевернуть эту иерархию классов и, предоставляяобщие интерфейсы, строить производные конкретные типы от абстрактных классов. В такой иерархиикаждая полезная операция над каждым полезным абстрактным понятием должна представляться вобщем абстрактном базовом классе. Дальнейшее обсуждение этой темы содержится в $$13.6.Приведем пример простого абстрактного типа, являющегося итератором объектов типа T:class iter {virtual T* first() = 0;virtual T* next() = 0;virtual ~iter() { }};class slist_iter : public iter, private slist {slink* current_elem;public:T* first();T* next();341Бьерн Страуструп.Язык программирования С++slist_iter() : current_elem(0) { }};class input_iter : public iter {isstream& is;public:T* first();T* next();input_iter(istream& r) : is(r) { }};Можно таким образом использовать определенные нами типы:void user(const iter& it){for (T* p = it.first(); p; p = it.next()) {// ...}}void caller(){slist_iter sli;input_iter ii(cin);// заполнение sliuser(sli);user(ii);}Мы применили конкретный тип для реализации абстрактного типа, но можно использовать его инезависимо от абстрактных типов или просто вводить такие типы для повышения эффективностипрограммы, см.
также $$13.5. Кроме того, можно использовать один конкретный тип для реализациинескольких абстрактных типов.В разделе $$13.9 описывается более гибкий итератор. Для него зависимость от реализации, котораяпоставляет подлежащие итерации объекты, определяется в момент инициализации и можетизменяться в ходе выполнения программы.13.4 Узловые классыВ действительности иерархия классов строится, исходя из совсем другой концепции производныхклассов, чем концепция интерфейс-реализация, которая использовалась для абстрактных типов. Классрассматривается как фундамент строения. Но даже, если в основании находится абстрактный класс, ондопускает некоторое представление в программе и сам предоставляет для производных классов какието полезные функции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
