Полиморфизм

Семантика системы типов С++ не полиморфна (в отличие от потомков ML, в том числе гибридных с Си — BitC, Cyclone), однако есть несколько способов обеспечить полиморфное поведение. Прежде всего это перегрузка методов классов при наследовании — традиционный для ООП способ обеспечения абстракции данных. Затем есть два способа реализации параметрического полиморфизма (в С++-сообществе обычно называемого «обобщённым программированием»). Первый способ наследован из Си — использование бестипового указателя и приведение типа в зависимости от других данных — хотя в С++ этот способ традиционно считается неидеоматичным и опасным. Второй заключается в использовании шаблонов — но, в отличие от обычных реализаций параметрического полиморфизма, в С++ происходит автоматическая генерация семейства перегруженных мономорфных функций на основании полиморфного определения (шаблона) в соответствии с контекстами его использования — то есть параметрический полиморфизм на уровне исходного кода транслируется в ситуативный (ad hoc) на уровне машинного, за что С++ подвергается критике (см. раздел Вычислительная производительность). В С++ также есть третий вид перегрузки — Перегрузка операторов — которая в сочетании с наследованием классов предоставляет ещё большие возможности повышения читабельности кода путём ввода т. н. «синтаксического сахара».

Для обеспечения абстракции данных необходимо связать несколько классов в иерархию наследования и назначить функциям одинаковые спецификации. Например:

class Figure

{

...

void Draw() const;

...

};

class Square : public Figure

{

...

void Draw() const;

...

};

class Circle : public Figure

{

...

void Draw() const;

...

};

class Window

{

...

void Draw() const;

...

};

class SquareWindow : public Window

{

...

void Draw() const;

...

};

class RoundWindow : public Window

{

...

void Draw() const;

...

};

В результате компиляции этих определений формируется шесть тел функций. В коде они используются одинаково; выбор конкретного экземляра функции осуществляется в зависимости от типа экземпляра объекта, для которого осуществляется вызов. Согласованность поведения функций остаётся на совести программиста.

Circle *c = new Circle(0,0,5);

Figure *f = c; // правильно: Figure — базовый класс для Circle

c->Draw();

f->Draw(); // Указатели равны друг другу, но для f и c будут вызваны разные функции

SquareWindow *sw = new SquareWindow(0,0,5);

sw->Draw(); // используется так же

f = sw; // ошибка! SquareWindow не входит в число наследников Figure!

Как видно, диапазон этого вида полиморфизма в С++ ограничивается на этапе проектирования заданным перечнем типов. По умолчанию такой полиморфизм является статическим, но при использовании спецификатора virtual он превращается в динамический (см. позднее связывание):

class Figure

{

...

virtual void Draw() const;

...

};

class Square : public Figure

{

...

void Draw() const;

...

};

class Circle : public Figure

{

...

void Draw() const;

...

};

Figure* figures[10];

figures[0] = new Square(1, 2, 10);

figures[1] = new Circle(3, 5, 8);

...

for (int i = 0; i < 10; i++)

figures[i]->Draw();

В этом случае для каждого элемента массива будет вызвана Square::Draw() или Circle::Draw(), в зависимости от вида фигуры.

Чистой виртуальной функцией называется виртуальная функция-член, которая объявлена со спецификатором = 0 вместо тела:

class Figure

{

...

virtual void Draw() const = 0;

);

Чистая виртуальная функция не имеет определения и не может быть непосредственно вызвана. Цель объявления такой функции — создать в общем базовом классе сигнатуру-прототип, которая не имела бы собственного определения, но позволяла создавать такие определения в классах-потомках и вызывать их через указатель на общий базовый класс. Функция-член объявляется чистой виртуальной тогда, когда её определение для базового класса не имеет смысла. Так, в вышеприведённом примере для базового класса Figure определение функции Draw() не имеет смысла, так как «фигур вообще» не бывает и их невозможно отобразить, но описание такой функции необходимо, чтобы можно было её переопределить в классах-потомках и вызывать методы Draw этих классов через указатель на Figure. Следовательно, вполне логично объявить Figure.Draw() как чистую виртуальную функцию-член.

С понятием чистой виртуальной функции в C++ тесно связано понятие «абстрактный класс». Абстрактным классом называется такой, у которого есть хотя бы одна не переопределённая чистая виртуальная функция-член. Экземпляры таких классов создавать запрещено, абстрактные классы могут использоваться только для порождения новых классов путём наследования. Если в классе-потомке абстрактного класса не переопределены все унаследованные чистые виртуальные функции, то такой класс также является абстрактным и на него распространяются все указанные ограничения.

Абстрактные классы часто используются как интерфейсы. В отличие от чистых интерфейсов других языков, абстрактные классы С++ могут иметь невиртуальные функции и члены-данные.