Различные пути передачи функциональности классу

В некоторых случаях одному классу необходимо передать некоторые свойства другого. Предположим, например, что вам необходимо создать класс каталога деталей PartsCatalog. На основе класса PartsCatalog предполагается создать коллекцию объектов, представляющую различные запчасти с уникальными номерами. В базе данных на основе класса PartsCatalog запрещается дублирование объектов, а для доступа к объекту необходимо указать его идентификационный номер.

Ранее, в обзоре за вторую неделю, уже был объявлен и детально проанализирован класс PartsList. Чтобы не начинать работу с нуля, можно взять этот класс за основу при объявлении класса PartsCatalog. Для этого можно вложить класс PartsList в класс PartsCatalog, чтобы затем делегировать классу PartsCatalog ответственность за поддержание связанного списка в класс PartsList.

Существует альтернативный путь. Можно произвести класс PartsCatalog от класса PartsList, таким образом унаследовав все свойства последнего. Помните однако, что открытое наследование (со спецификатором public) предполагает логическую принадлежность производного класса более общему базовому классу. Действительно ли в нашем случае класс PartsCatalog является частным проявлением класса PartList? Чтобы разобраться в этом, попробуйте ответить на ряд вопросов.

1. Содержит ли базовый класс PartsList методы, не применимые в классе PartsCatalog? Если да, то, вероятно, от открытого наследования лучше отказаться.

2. Будет ли один объект класса PartsCatalog соответствовать одному объекту класса PartsList? Если для создания объекта требуется не менее двух объектов PartsList, то, безусловно, необходимо применять вложение.

3. Обеспечит ли наследование от базового класса преимущества в работе благодаря использованию виртуальных функций или методов доступа к защищенным членам базового класса? В случае положительного ответа имеет смысл воспользоваться открытым или закрытым наследованием.

Ответив на приведенные выше вопросы, вы должны принять решение, использовать ли вам в программе открытое наследование, закрытое наследование (см. далее в этом занятии) или вложение. Познакомимся с некоторыми терминами, которые потребуются нам при дальнейшем обсуждении этой темы.

• Вложение — объект, относящийся к другому классу, используется в текущий класс.

• Делегирование — передача ответственности за выполнение специальных функций вложенному классу.

• Выполнение средствами класса — реализация специальных функций в классе за счет другого класса без использования открытого наследования.

Делегирование

Почему же класс PartsCatalog нельзя произвести от PartsList? Дело в том, что класс PartsCatalog должен обладать совершенно иными свойствами и ero невозможно представить как частную реализацию класса PartsList. Посмотрите, класс PartsList — это коллекция объектов, упорядоченная по возрастанию номеров, элементы которой могут повторяться. Класс PartsCatalog представляет неупорядоченную коллекцию уникальных объектов.

Конечно, при желании можно произвести класс PartsList от класса PartsList со спецификатором public, после чего соответствующим образом заместить функцию Insert() и оператор индексирования ([]). Однако такие действия крайне нелогичны и противоречат самой сути наследования. Вместо этого следует создать новый класс PartsCatalog, в котором нет оператора индексирования, не разрешается дублирование записей и перегружается operator+ для суммирования наборов записей. Функцию управления связанным списком оставим классу PartsList.

Попробуем сначала решить эту задачу путем вложения одного класса в другой с делегированием ответственности от класса классу, как показано в листинге 15.5.

Листинг 15.5. Делегирование ответственности классу PartsList, включенному в класс PartsCatalog

1: #include <iostream.h>

2:

3: // **************** Класс Part ************

4:

5: // Абстрактный базовый класс всех деталей

6: class Part

7: {

8:    public:

9:       Part():itsPartNumber(1) { }

10:      Part(int PartNumber):

11:         itsPartNumber(PartNumber){ }

12:      virtual ~Part(){ }

13:      int GetPartNumber() const

14:         { return itsPartNumber; }

15:      virtual void Display() const =0;

16:   private:

17:      int itsPartNumber;

18: };

19:

20: // выполнение чистой виртуальной функции в

21: // стандартном виде для всех производных классов

22: void Part::Display() const

23: {

24:    cout << "\nPart Number: " << itsPartNumber << endl;

25: }

26:

27: // ************ Автомобильные детали **********

28:

29: class CarPart : public Part

30: {

31:    public:

32:       CarPart():itsModelYear(94){ }

33:       CarPart(int year, int partNumber);

34:       virtual void Display() const

35:       {

36:          Part::Display();

37:          cout << "Model Year: ";

38:          cout << itsModelYear << endl;

39:       }

40:    private:

41:       int itsModelYear;

42: };

43:

44: CarPart::CarPart(int year, int partNumber):

45:    itsModelYear(year),

46:    Part(partNumber)

47: { }

48:

49:

50: // ************* Авиационные детали ************

51:

52: class AirPlanePart : public Part

53: {

54:    public:

55:       AirPlanePart():itsEngineNumber(1){ }

56:       AirPlanePart

57:          (int EngineNumber, int PartNumber)

58:       virtual void Dlsplay() const

59:       {

60:          Part::Display();

61:          cout << " Engine No.: ";

62:          cout << itsEngineNumber << endl;

63:       }

64:    private:

65:       int itsEngineNumber;

66: };

67:

68: AirPlanePart::AirPlanePart

69:    (int EngineNumber, int PartNumber):

70:       itsEngineNumber(EngineNumber),

71:       Part(PartNumber)

72: { }

73:

74: // *************** Узлы списка деталей **********

75: class PartNode

76: {

77:    public:

78:       PartNode (Part*);

79:       ~PartNode();

80:       void SetNext(PartNode * node)

81:          { itsNext = node; }

82:       PartNode * GetNext() const;

83:       Part * GetPart() const;

84:    private:

85:       Part *itsPart;

86:       PartNode * itsNext;

87: };

88: // Выполнение PartNode...

89:

90: PartNode::PartNode(Part* pPart):

91:    itsPart(pPart),

92:    itsNext(0)

93: { }

94:

95: PartNode::~PartNode()

96: {

97:    delete itsPart;

98:    itsPart = 0;

99:    delete itsNext;

100:   itsNext = 0;

101: }

102:

103: // Возвращается NULL, если нет следующего узла PartNode

104: PartNode * PartNode::GetNext() const

105: {

106:    return itsNext;

107: }

108:

109: Part * PartNode::GetPart() const

110: {

111:    if (itsPart)

112:       return itsPart;

113:    else

114:       return NULL; //ошибка

115: }

116:

117:

118:

119: // **************** Список деталей ***********

120: class PartsList

121: {

122:    public:

123:       PartsList();

124:       ~PartsList();

125:       // необходимо, чтобы конструктор-копировщик и оператор соответствовали друг другу!

126:       void Iterate(void (Part::*f)()const) const;

127:       Part* Find(int & position, int PartNumber) const;

128:       Part* GetFirst() const;

129:       void Insert(Part *);

130:       Part* operator[](int) const;

131:       int GetCount() const { return itsCount;}

132:       static PartsList& GetGlobalPartsList()

133:       {

134:          return GiobalPartsList;

135:       }

136:    private:

137:       PartNode * pHead;

138:       int itsCount;

139:       static PartsList GiobalPartsList;

140: };

141:

142: PartsList PartsList::GlobalPartsList;

143:

144:

145: PartsList::PartsList():

146:    pHead(0),

147:    itsCount(0)

148: { }

149:

150: PartsList::~PartsList()

151: {

152:    delete pHead;

153: }

154:

155: Part* PartsList::GetFirst() const

156: {

157:    if (pHead)

158:       return pHead->GetPart();

159:    else

160:       return NULL; // ловушка ошибок

161: }

162:

163: Part * PartsList::operator[](int offSet) const

164: {

165:    PartNode* pNode = pHead;

166:

167:    if (!pHead)

168:       return NULL; // ловушка ошибок

169:

170:    if (offSet > itsCount)

171:       return NULL; // ошибка

172:

173:    for (int i=0;i<offSet; i++)

174:       pNode = pNode->GetNext();

175:

176:    return pNode->GetPart();

177: }

178:

179: Part* PartsList::Find( 

180:    int & position,

181:    int PartNumber) const

182: {

183:    PartNode * pNode = 0;

184:    for (pNode = pHead, position = 0;

185:       pNode!=NULL;

186:       pNode = pNode->GetNext(), position++)

187:    {

188:       if (pNode->GetPart()->GetPartNumber()== PartNumber)

189:          break;

190:    }

191:    if (pNode == NULL)

192:       return NULL;

193:    else

194:       return pNode->GetPart();

195: }

196:

197: void PartsList::Iterate(void (Part::*func)()const) const

198: {

199:    if (!pHead)

200:       return;

201:    PartNode* pNode = pHead;

202:    do

203:       (pNode->GetPart()->*func)();

204:    while (pNode = pNode->GetNext());

205: }

206:

207: void PartsList::Insert(Part* pPart)

208: {

209:    PartNode * pNode = new PartNode(pPart);

210:    PartNode * pCurrent - pHead;

211:    PartNode * pNext = 0;

212:

213:    int New = pPart->GetPartNumber();

214:    int Next = 0;

215:    itsCount++;

216:

217:    if (!pHead)

218:    {

219:       pHead = pNode;

220:       return;

221:    }

222:

223:    // если это значение меньше головного узла,

224:    // то текущий узел становится головным

225:    if (pHead->GetPart()->GetPartNumber()->New)

226:    {

227:       pNode->SetNext(pHead);

228:       pHead = pNode;

229:       return;

230:    }

231:

232:    for (;;)

233:    {

234:       // если нет следующего, вставляется текущий

235:       if (!pCurrent->GetNext())

236:       {

237:          pCurrent->SetNext(pNode);

238:          return;

239:       }

240:

241:       // если текущий больше предыдущего, но меньше следующего, то вставляем

242:       // здесь. Иначе присваиваем значение указателя Next

243:       pNext = pCurrent->GetNext();

244:       Next = pNext->GetPart()->GetPartNumber();

245:       if (Next > New)

246:       {

247:          pCurrent->SetNext(pNode);

248:          pNode->SetNext(pNext);

249:          return;

250:       }

251:       pCurrent = pNext;

252:    }

253: }

254:

255:

256:

257: class PartsCatalog

258: {

259:    public:

260:       void Insert(Part *);

261:       int Exists(int PartNumber);

262:       Part * Get(int PartNumber);

263:       operator+(const PartsCatalog &);

264:       void ShowAll() { thePartsList.Iterate(Part::Display); }

265:    private:

266:       PartsList thePartsList;

267: };

268:

269: void PartsCatalog::Insert(Part * newPart)

270: {

271:    int partNumber = newPart->GetPartNumber();

272:    int offset;

273:

274:    if (!thePartsList,Find(offset, partNumber))

275:      

276:       thePartsList.Insert(newPart);

277:    else

278:    {

279:       cout << partNumber << " был ";

280:       switch (offset)

281:       {

282:          case 0: cout << "first "; break;

283:          case 1: cout << "second "; break;

284:          case 2: cout << "third "; break;

285:          default; cout << offset+1 << "th ";

286:       }

287:       cout << "entry. Rejected!\n";

288:    }

289: }

290:

291: int PartsCatalog::Exists(int PartNumber)

292: {

293:    int offset;

294:    thePartsList.Find(offset,PartNumber);

295:    return offset;

296: }

297:

298: Part * PartsCatalog::Get(int PartNumber)

299: {

300:    int offset;

301:    Part * thePart = thePartsList.Find(offset, PartNumber);

302:    return thePart;

303: }

304:

305:

306: int main()

307: {

308:    PartsCatalog pc;

309:    Part * pPart = 0;

310:    int PartNumber;

311:    int value;

312:    int choice;

313:

314:    while (1)

315:    {

316:       cout << "(0)Quit (1)Car (2)Plane: ";

317:       cin >> choice;

318:

319:       if (!choice)

320:          break;

321:

322:       cout << "New PartNumber?: ";

323:       cin >> PartNumber;

324:

325:       if (choice == 1)

326:       {

327:          cout << "Model Year?: ";

328:          cin >> value;

329:          pPart = new CarPart(value,PartNumber);

330:       }

331:       else

332:       {

333:          cout << "Engine Number?: ";

334:          cin >> value;

335:          pPart = new AirPlanePart(value,PartNumber);

335:       }

337:       pc.Insart(pPart);

338:    }

339:    pc.ShowAli();

340:    return 0;

341: }

Результат:

(0)Qult (1)Car (2)Plane: 1

New PartNumber?: 1234

Model Year?: 94

(0)Quit (1)Car (2)Plane: 1

New PartNumber?: 4434

Model Year?: 93

(0)Quit (1)Car (2)Plane: 1

New PartNumber?: 1234

Model Year?: 94

1234 was the first entry. Rejected!

(0)Quit (1)Car (2)Plane: 1

New PartNumber?: 2345

Model Year?: 93

(0)Quit (1)Car (2)Plane: 0

Part Number: 1234

Model Year: 94

Part Number: 2345

Model Year: 93

Part Number: 4434

Model Year: 93

Примечание: Некоторые компиляторы не смогут откомпилировать строку 264, хотя она вполне соответствует стандартам C++. Если ваш компилятор возразит против записи этой строки, замените ее строкой

264: void ShowAll() { thePartsList.Iterate(&Part::Display): }

(Обратите внимание на добавление амперсанта (знак &) перед Part:Display.) Если это сработает, свяжитесь с фирмой, поставившей вам этот компилятор, и поинтересуйтесь, где они его "откопали".

Анализ: В листинге 15.5 используются классы Part, PartNode и PartsList, с которыми вы уже познакомились при подведении итогов второй недели.

Новый класс PartsCatalog объявляется в строках 257—267. Он использует PartsList как свою переменную-член, которой делегирует управление списком. Другими словами, класс PartsCatalog выполняется средствами классе PartsList.

Обратите внимание, что клиенты класса PartsCatalog не имеет прямого доступа к классу PartsList. Интерфейс класса PartsList реализуется методами класса PartsCatalog, что существенно изменяет его поведение. Например, метод PartsCatalog::Insert() не позволяет дублировать данные, вводимые в PartsList.

Определение выполнения функции PartsCatalog: :Insert() начинается в строке 269. У объекта Part, передаваемого как параметр, запрашивается значение его переменной- члена itsPartNumber.

Это значение передается методу Find() класса PartsList, и объект добавляется в список, если только в списке не найден другой объект с таким же номером. В противном случае возвращается сообщение об ошибке.

Обратите внимание, что в методе Insert() класса PartCatolog используется переменная-член этого класса thePartList, являющаяся объектом класса PartList. Процедура поддержания связного списка и добавления объектов в него, а также поиска и возвращения данных из списка полностью реализуется вложенным классом PartsList, объект которого является переменной-членом класса PartsCatalog. Вместо того чтобы повторять все процедуры обработки записей списка в классе PartsCatalog, методами этого класса просто создается удобный интерфейс для уже существующего класса PartsList.

Именно в этом и состоит суть модульности программирования на C++. Удачно созданный однажды модуль, такой как PartsLists, можно многократно использовать в других программах, например с классом PartsCatalog. При этом разработчиков нового класса PartsCatalog могут совершенно не интересовать детали выполнения модуля PartsList. Интерфейс класса PartsList (в данном случае под интерфейсом понимается его объявление) предоставляет всю информацию, необходимую разработчику нового класса PartsCatalog.