Иванова Г.С. - Основы программирования

11. Иерархии классов

Необходимость использования сложного полиморфизма для метода Square в разрабатываемой программе связана с тем, что при выполнении программы доступ к объекту производного класса выполняется через указа­ тель базового класса. При компиляции программы тип объекта считается со­ ответствующим типу указателя, что в данном случае становится неверным. Поэтому подключение переопределенного метода Square следует выполнять через ТВМ, чтобы требуемый метод определялся на этапе выполнения про­ граммы.

В настоящем примере не будем конструировать объект в динамической памяти и освобождать память после работы с ним, так как создание и унич­ тожение динамических полиморфных объектов имеет свои особенности, ко­ торые будут рассмотрены в параграфе 11.6. Вместо этого осуществим доступ через указатель к статически созданному объекту. Кроме того, поскольку сле­

341

Часть 2. Объектно-ориентированиое программирование

Туре TVRoomD = object(TRoomD)

height:real; {дополнительное поле класса}

function Square:real;virtual; {виртуальный полиморфный метод} constructor Init(lyWyh:real); {конструктор}

end; Implementation

Function TRoomD.Square;{тело метода определения площади}

inherited Init(l,w); {инициалтирует поля базового класса} height: =h; {инициализируем собственное поле класса}

End;

Function TVRoomD,Square; Begin

Square: ^inherited Square+2 '^height*(length+ width); End;

End.

Тогда основная программа будет выглядеть следующим образом.

Program case2; Uses RoomMod;

VarpA: ^TRoomD; {объявляем указатель на объекты класса}

Пример 11.7. Разработать классы для реализации объекта «Комната Д», который должен отвечать на запрос о площади, и объекта «Трехмерная ком­ ната Д», который должен отвечать на запрос о площади стен и потолка. Пре-

342

//. Иерархии классов

дусмотреть внешнюю процедуру вывода результатов, которая получает адрес объекта через параметр-переменную.

Если при разработке классов не объявить метод Square виртуальным по­ лиморфным, то из процедуры Print и для аргумента - объекта базового клас­ са, и для аргумента - объекта производного класса будет вызываться метод Square базового класса.

Program case3; Uses RoomMod;

Procedure Print(Var R:TRoomD); {процедура с полиморфным объектом}

Begin

}¥гие1п('Плогцадь='\ R.Square:6:2); End;

Var A.'TRoomD; B:TVRoomD; {объявляем объекты-переменные}

При необходимости во всех трех случаях использования сложного поли­ морфизма можно определить конкретный тип полиморфного объекта, ис­ пользуя специальную функцию:

ТуреО/(<имя класса или о&ъ^ктд>):pointer - возвращает адрес ТВМ класса. Если адреса ТВМ объекта и класса совпадают, то объект является пе­ ременной данного класса. Например:

ifTypeOf(SelJ) = ТуреО/(<\\ыя класса>;

then <объект принадлежит классу> else <объект не принадлежит классу>

При выборе механизма переопределения методов (с ранним или позд­ ним связыванием) в тех случаях, когда это не вызвано необходимостью, сле­ дует помнить, что:

1) позднее связывание требует построения ТВМ, а следовательно боль­ ше памяти;

2)вызов виртуальных полиморфных методов происходит через ТВМ, а следовательно медленнее;

3)список параметров одноименных виртуальных полиморфных методов должен совпадать, а статических полиморфных - не обязательно;

4)статический полиморфный метод не может переопределить виртуаль­ ный полиморфный метод.

343

Часть 2. Объектно-ориентированное программирование

Операции присваивания полиморфных объектов. При выполнении операции присваивания для полиморфных объектов следует помнить, что объект, которому присваивается значение, должен быть сконструирован, т.е. для него должен быть вызван конструктор. Если объект сконструирован не был, то операция присваивания выполняется некорректно: поля объекта про­ сто обнуляются, и никаких сообщений об ошибке не выдается. Программа же в этом случае естественно работает неправильно.

Задания для самопроверки

Задание 1. Реализуйте классы, диаграмма которых изображена на рис. 9.7. Раз­ работайте тестирующую программу.

Задание 2. Спроектируйте классы для реализации объектов «Меню функций», «Меню операций» и «Функции» из примера 9.1. Используя объекты этих классов и объекты классов, разработанных в задании 1, реализуйте программу, функциониру­ ющую в соответствии с заданием примера 9.1.

11.6. Практикум. Использование полиморфизма при создании движущихся изображений

Полиморфное наследование ~ очень мощное средство разработки клас­ сов. Переопределение методов при наследовании позволяет изменить пове­ дение объектов, наследуя классы для их реализации от уже разработанных. При создании движущихся изображений полиморфизм позволяет определять разные законы движения объектов родственных классов.

Пример 11.8. Разработать программу, реализующую на экране движе­ ние символов по заданным траекториям: по горизонтали слева направо, по вертикали сверху вниз и по окружности, размещенной в центре экрана.

Объектная декомпозиция предметной области программы изображена на рис. 11.17.

Основная

программа

Рис. 11.17. Объектная декомпозиция программы «Движение символов»

344

//. Иерархии классов

Каждому символу соответствует объект, движение которого происходит по своему закону (рис. 11.18). Инициализирует объекты и управляет их дви­ жением, посылая сообщение Перерисовать, основная программа, которая на данной декомпозиции представлена в виде объекта.

Классы для реализации объектов будут иметь много общего, различаясь только полями, определяющими траекторию движения, и методом, реализу­ ющим закон изменения положения объекта. В принципе они могут наследо­ ваться один от другого, переопределяя метод Rel, конкретно реализующий закон пересчета координат для каждого вида движения (рис. 11.19, а). Одна­ ко в этом случае объекты будут включать лишние поля (объект класса TVLChar - поле хп и т.д.), что нежелательно.

В таких случаях целесообразно использовать абстрактный класс, реа­ лизующий некое обобщенное представление объекта, как символа, движу-

Рис. 11.19. Два варианта иерархии классов:

а - обычная; б - с абстрактным классом

345

Часть 2. Объектно-ориентированное программирование

щегося по экрану (рис. 11.19, б). Конкретный закон изменения координат в данном классе определять не будем, но, поскольку соответствующий метод Rel будет вызываться из метода Move, реализующего движение, определим метод Rel пустым {абстрактным). Классы, наследуемые от абстрактного, должны переопределять этот метод, задавая свои законы изменения коорди­ нат. Ниже приведен текст программы.

Program ex; Uses crt,Graph;

{описание абстрактного класса}

Туре TChar=object ch:char; {символ}

х,у:integer; {исходное положение} constructor Imt(ach:char;ax, ay:integer); procedure Move(t:integer);

procedure Rel(t:integer); virtual; End;

Constructor TChar.Init; Begin

ch:='ach;

x:=ax;

y:=ay;

End;

Procedure TChar.Rel; Begin End;

Procedure TChar.Move; Begin

SetColor(GetBkColor);

OuttextXY(x,ych);

Rel(t); {вызываем переопределяемый метод изменения координат}

SetColor(ord(ch) mod 16); OutTextXY(x,ych);

End;

{описание класса символа, перемещающегося по горизонтали}

Туре TLineChar=object(TChar)

xn:integer; {точка отсчета координат по горизонтали} constructor Init(ach:char;aXy ay:integer);

procedure Rel(t:integer); virtual; End;

Constructor TLineChar.Init; Begin

inherited Initfach, ax, ay); xn: =ax; End;

346

//. Иерархии классов

Procedure TLineChanRel; Begin

x:=(xn+t) mod GetMaxX; End;

{описание класса символа, перемещающегося по вертикали}

Туре TVLineChar=object(TChar)

yn:integer; {точка отсчета координат по вертикали} constructor Init(ach:char;ax, ay:integer);

procedure Rel(t:integer); virtual; End;

Constructor TVLineCharlnit; Begin

inherited Initfach, ax, ay); yn:=ay;

End;

Procedure TVLineChanRel; Begin

y:=(yn+t) mod GetMaxY; End;

{описание класса символа, перемещающегося по окружности}

Туре TCirChar=object(TChar)

хс,ус,г:integer; {параметры окружности}

tO:real; {исходное положение - начальный угол} constructor Init(ach:char;axc,ayc,ar:integer;atO:real); procedure Rel(t:integer); virtual;

End;

Constructor TCirChar.Init; Begin

inheritedInit(ach,axc+round(ar*sin(atO)), ayc+round(ar*cos(atO))); xc:=axc;

yc:=ayc;

r:=ar;

tO:=atO;

End;

Procedure TCirCharRel; Begin

x:=xc+Round(r*sin(tO-^t*0.05)); y: =yc-bRound(r *cos(tO-^t *0.05));

End;

{объявление переменных}

Var A:TLineChar; B:TVLineChar; C:TCirChar;

347

Часть 2. Объектно-ориентированное программирование

t:integer;

i:integer;

dn md:integer;

{основная программа}

Begin dr:=detect;

InitGraph(dnmd, Ъ:\ВР\ВОГ); AJnitCa'A25);

B.InitCb\ 100,0);

CJnit('c \GetMaxXdiv 2,GetMaxY div 2,80,0); t:=0; {условное время движения} while not Keypressed and (t< 1000) do

begin

A.Move(t); {перерисовываем символы}

B,Move(t);

C.Move(t);

t:=t+l; {увеличиваем условное время движения} for i;=l to 1000 do delay(lOOO); {фиксируем кадр}

end;

CloseGraph;

End.

Задания для самопроверки

Задание 1. Разработайте программу, содержащую описание трех фафических объектов: отрезка, правильного треугольника и квадрата. С использованием поли­ морфизма реализуйте вращение этих фигур вокруг их геометрических центров с раз­ ными скоростями и различными направлениями вращения.

Задание 2. Модифицируйте программу предыдущего задания, изменив закон движения объектов, например, пусть каждый из них движется сверху вниз. Оцените объем исправлений в программе.

Задание 3. Модифицируйте программу предыдущего задания, определив свой закон движения каждого объекта. Оцените объем исправлений в программе.

11.7. Динамические полиморфные объекты. Деструкторы

Borland Pascal содержит специальные средства, предназначенные для работы с динамическими полиморфными объектами и динамическими поля­ ми как динамических, так и статических объектов.

Конструирование и уничтожение динамических полиморфных объ­ ектов. Для выделения памяти под динамические полиморфные объекты це­ лесообразно использовать функцию New, которая позволяет указателю базо-

348

//. Иерархии классов

вого класса присвоить адрес объекта производного класса и при необходимо­ сти сразу вызвать конструктор создаваемого объекта.

Функция New(<T\m указателя>[, <вызов конструктора>]) - возвращает адрес размещенного и, возможно, сконструированного объекта. Квадратные скобки означают, что второй параметр может быть опущен.

При уничтожении полиморфных объектов необходимо учитывать нали­ чие у него дополнительного поля, содержащего адрес ТВМ. Для корректно­ го освобождения памяти следует предварительно вызвать специальный ме­ тод класса - деструктор. Деструктором может служить любой, в том числе и пустой метод класса, при описании которого служебное слово procedure за­ менено служебным словом destructor. Если деструктор переопределяется, то его следует объявить виртуальным полиморфным, чтобы его вызов также выполнялся через ТВМ.

Обычно деструктору присваивается имя Done. Он может быть иниции­ рован отдельным оператором или для его активизации можно использовать специальную форму процедуры освобождения памяти Dispose.

Процедура /)/5/;(?5^С<указатель>[, <вызов деструктора>] ) - выполняет вызов деструктора, если он указан, и освобождает память.

Пример 1L9. Разработать классы для реализации объекта «Комната Д2», который должен отвечать на запрос о площади пола, и объекта «Трех­ мерная комната Д2», который должен отвечать на запрос о площади стен и потолка. Предусмотреть возможность создания динамических объектов разработанных классов и хранения адреса объекта производного класса в поле указателя базового класса (2'й случай обязательного использования слоэюного полиморфизма).

Описание классов отличается от выполненных в программе примера 11.7 тем, что для обоих классов объявляется деструктор. Его придется объя­ вить виртуальным полиморфным, так как возможен доступ через указатель базового класса к деструктору производного класса.

Program ex;

Type

pTRoomD2=''TRoomD2; TRoomD2 ^object

length, width:real;{поля: длина и ширина комнаты} function Square.real; virtual; {метод определения площади}

Function TRoomD2.Square; {тело метода определения площади}

Begin

Square:= length"^ width; End;

349

Часть 2. Объектно-ориентированное программирование

метод}

constructor Init(l, Wyh:real); {конструктор} end;

Constructor TVRoomD2,Init; Begin

шЛт/ей?/«//(7,w^; {инициализирует поля базового класса} height:^h; {инициализируем собственное поле класса}

End;

Function TVRoomD2.Square; Begin

Square: ^inherited Square+2*height*(length+ width); End;

Var pA: pTRoomD2; pB:pTVRoomD2; {объявляем указатели} Begin

{объект базового класса ~ указатель базового класса}

{объект производного класса - указатель производного класса}

объект производного класса - указатель базового класса} pA:=New(pTVRoomD2Jnit(3,5,5.1,2.7)^;{конструируем объект}

Динамические поля в статических и динамических полиморфных объектах. Если при разработке классов для реализации полиморфных объек-

350