Штерн В. - Основы C++. Методы программной инженерии - 2003

680 Часть

Такое поведение возможно только общедоступным.

struct Faculty : public Person {

Производные классы Faculty и Student наследуют все элементы данных своего

базового класса Person. Они определяют свои собственные данные, конкретные для каждого вида Person (rank или major).

Конструкторы производных классов Faculty и Student принимают параметры, необходимые для инициализации всех своих полей, независимо от того, опреде­ лены ли они впроизводном классе или унаследованы из базового класса Person. Задача конструктора производного класса состоитв передачеданных конструктору

базового класса в списке инициализации. Как можно установить из интерфейса конструктора Person, к ним относятся спецификации вида создаваемых объектов.

Faculty или Student.Для многих программистов это означает,что список пара­ метров конструкторов производных классовдолжен включатьданные для инициа­ лизации базовой части (три параметра) и данные для инициализации производной части (major для Student, rank для Faculty).

Faculty(const char id[], const char nm[], Kind k, const char r[])

Это типичный пример делегирования обязанности в клиентскую часть производ­ ного класса. Клиентская программа (функция readO) создает объекты Faculty примерно так:

H o это обман, клиентская программа уже объявила о создании объекта Faculty.

Зачем делать бесполезную работу по передаче параметров, объявляя это как

Faculty? Подобная обязанность должна быть передана объекту Faculty. О н

знает, что он является Faculty, и должен сказать об этом своей части Person, не втягивая клиента read() в цикл совместной работы.

if (rank == 0) {cout « "Out ofmemory\n"; exit(O); } strcpy(rank,r); }

Итак, это не может быть ни указатель Faculty, ни указатель Student. Какой же должен быть тип указателя, способный ссылаться на объекты различных классов? Вспомните, если различные классы не связаны наследованием, то отсутствует указатель, который может указывать на объекты этих классов и выполнять любую работу. Кроме того, если разные классы связываются наследованием, то указатель базового класса может указывать на объекты любого производного класса — А, В или иного. "Старший брат" может указывать на все, что захочет, поскольку класс назначения находится в пределах иерархической структуры наследования.

Следовательно, это должен быть указатель Person. Внутри функции read() объекты разных производных классов создаются и подключаются к указателю базового класса.

Функция readO вызывается из main() так же, как и в предыдущем варианте. Отличие состоит в том, что компоненты массива data[] типа Person* теперь ука­ зывают на объекты других производных классов (Faculty или Student).

Однако базовый указатель не может вызывать операции, которые определены в производных классах. До тех пор, пока базовый указатель ссылается на произ­ водный объект, всегда суш,ествует способ сообщить компилятору то, что нам из­ вестно: базовый указатель указывает на производный объект. Для этого следует воспользоваться приведением к производному классу.

Этот процесс принятия решения хотелось бы инкапсулировать в функцию, на­ пример write(). Подобные функции для выбора решения должны проектировать­ ся для каждой операции, которые выполняются по-разному для различных типов подобных объектов. Трудно выбрать тип параметра для этой функции. Общая структура данной функции:

Тип параметра этой функции должен воспринимать два типа фактических аргументов — объекты Faculty и Student. Если тип объекта — Faculty, то эта функция будет вызывать только Faculty: :write(). Если тип параметра Student, функция будет вызывать только Student: :write().

Именно здесь следует воспользоваться материалом из предыдущего раздела о преобразованиях классов. Можно воспользоваться параметром типа Person, поскольку и объекты Faculty, и объекты Student могут копироваться в объект Person. (Вспомним, что объект производного класса располагает достаточными данными для инициализации объекта базового класса.)

Недостатком такого решения является то, что он передает параметр по значению, а это не слишком хорошая практика, когда объекты управляют своей памятью динамически. Кроме того, тело функции остается на уровне объекта Person и от­ сутствует способ для преобразования базового объекта обратно в объект произ­ водного класса. Исходные данные отбрасываются и их невозможно восстановить. Даже если добавить конструктор производного класса, который преобразует ба­ зовый объект в объект производного класса (см. листинг 15.2), этого будет недо­ статочно. Конструктор сможет лишь установить значения по умолчанию полей для производного класса. Нам, однако, требуются исходные значения служебного положения преподавателя или специализации студента.

Вы не можете использовать значения базового объекта в качестве параметра функции, но ничто не мешает вам применить базовый указатель как параметр функции. Указатель производного класса (который выполняет все операции про­ изводного класса) можно преобразовать в указатель базового класса — это безопасное преобразование, поэтому приведение типов не требуется. Данные не отбрасываются и возможно обратное преобразование в указатель производного класса. (Однако это преобразование не является безопасным и, следовательно, требуется приведение типа.)

Во время такого преобразования нельзя выполнять операции, определенные для производного класса. Слабый базовый указатель может лишь достичь функций, которые определены в базовом классе. Но преимущество этого решения состоит в том, что этот базовый указатель все еш,е указывает на объект производного класса. В операторе выбора функция writeO выясняет, указывает ли фактиче­ ский параметр на объект Faculty или на объект Student. Остается только вызвать либо метод writeO из класса Faculty, либо метод write() из класса Student.

Полная программа представлена в листинге 15.4.

Листинг 15.4. Обработка неоднородного списка — объектно-ориентированный подход

public:

Person(const char id[], const char nm[], Kind type)

{rank = new char[strlen(r)+l];

if (rank ==0) {cout « "Out of memory\n"; exit(O); } strcpy(rank,r); }

public:

Student(const char id[], const char nm[], const char m[])

сгенерированная компилятором, проанализирует тип объекта, на который указы­ вает базовый указатель р, определит, к какому типу должен относиться вызывае­ мый метод, и вызовет метод writeO из этого типа. В зависимости от объекта, обозначенного указателем, будет вызван либо метод Faculty, либо метод Student.

Чтобы метод работал, необходимо выполнить несколько ограничений. Вир­ туальная функция, принадлежащая производному классу, должна вызываться только через базовый указатель или базовую ссылку. Связывания во время выполнения не произойдет, если сообщение посылается базовому объекту или объекту произ­ водного класса. В каждом случае используется алгоритм для статического связы­ вания. Сообщение вызывается из того класса, каким является тип объекта.

Например, значение x.writeO зависит от типа, к которому принадлежит объ­ ект X. Этот тип определяется в процессе компиляции, а не во время выполнения.

Виртуальная функция не может быть статической. Она не может вызваться из оператора области действия класса, но должна вызываться через базовый указа­ тель (ссылку), которая ссылается на объект производного класса.

Режим наследования для порождения должен быть общедоступным и не может быть защищенным или закрытым. Неявное приведение допускается только для общедоступных порождений.

Функция с этим же именем определяется как виртуальная в базовом классе иерархии наследования. В каждом производном классе должна быть реализована функция с таким же именем, что и базовая виртуальная функция. При переопре­ делении функции в производном классе она должна совпадать по имени, сигнатуре и типу возвращаемого значения с виртуальной функцией базового класса.

Если имя функции в производном классе другое, это не является ошибкой. Однако такая функция не может вызываться с использованием связывания во время исполнения. Динамическое связывание использует вызов той же самой функции, но с другой ее интерпретацией.

Если в производном классе другая сигнатура, то производный метод скрывает базовый метод и разрушает механизм виртуальной функции. Если производные классы определяют пустую функцию write() без параметров, а базовый класс обозначает пустую функцию write(int), то при использовании динамического связывания отсутствует способ для вызова функций производного класса. В этом случае p->write() вызовет функцию, которая принадлежит к классу указателя р. Если она существует, вы сможете ее вызвать. В противном случае имейте в виду, что допущена синтаксическая ошибка.

Если тип результата виртуальных функций в производных классах другой, это синтаксическая ошибка, даже если сигнатура функций одна и та же.

Зарезервированное слово virtual появляется только в спецификации базового класса. В определении функции базового класса, а также в спецификации произ­ водного класса его не требуется повторять.

Если иерархия включает классы более чем двух уровней, виртуальные функции можно определять на любом уровне иерархии. Совсем не обязательно реализовать определенную функцию, например, на самом верхнем или на более низком уровне иерархии наследования. Она может наследоваться косвенно.

Если все ограничения удовлетворены, не надо определять поле kind в базовом классе и метод, который возвращает значение поля kind. Для преобразования программы в листинге 15.3 в программу с виртуальными функциями требуется определить функцию в классе Person. У функции должен быть тип результата void и параметры должны отсутствовать.

Что более важно, в клиентской программе не требуется проверять тип объекта. В листинге 15.5приведена программа из листинга 15.4,использующая виртуаль­ ную функцию writeO для исключения из клиентской программы анализа подтипа. Вывод программы такой же, что идля предыдущего варианта (см.рис. 15.11).

Листинг 15.5. Обработка неоднородного списка сиспользованием виртуальных функций

#inclucle <iostream> #inclucle <fstream> using namespace std;