Лабораторна робота № 7

Поліморфізм

1. Мета роботи: познайомитися з поліморфізмом та віртуальними функціями.

Короткі теоретичні відомості

Поліморфізм

Поліморфізм – це концепція в програмуванні, відповідно до якої використовується спільний інтерфейс для обробки даних різних спеціалізованих типів. Іншими словами один і той же метод може бути визначений для об’єктів різних типів. Конкретна поведінка метода буде залежати від типу об’єкта. С++ підтримує поліморфізм за допомогою динамічного (пізнього) зв’язування та віртуальних функцій.

Згідно об'єктно-орієнтованої парадигми, вказівнику на базовий клас можна присвоїти значення адреси об'єкту будь-якого похідного класу. При цьому виклик методів через такий вказівник відбувається у відповідності до типу вказівника, а не до фактичного типу об'єкта, на який він посилається в конкретний момент. Тобто коли звертаємося до функції похідного об'єкту, використовуючи вказівник на базовий клас, викликається функція базового класу. Цей процес носить назву статичного (раннього) зв’язування, коли зв'язки з методами встановлюються жорстко на етапі компіляції програми.

Якщо оголосити функцію віртуальною (virtual), то підключається механізм динамічного (пізнього) зв’язування. У такому випадку версія методу буде визначатися на етапі виконання програми в залежності від типу об'єкта, який викликав метод. Тобто при звертанні до функції похідного об'єкту, використовуючи вказівник на базовий клас, викликатиметься функція похідного класу. 

Розглянемо наступний приклад.

#include <iostream.h> class A { public: A() {} ~A() {} void func1() {cout<<"A class"<<endl;} virtual void func2() {cout<<"A class"<<endl;} }; class B : public A { public: B() {} ~B() {} void func1() {cout<<"B class"<<endl;} virtual void func2() {cout<<"B class"<<endl;} }; int main() { A* a = new A(); B* b = new B(); A* d = b; cout << "Overload function" << endl; a->func1(); b->func1(); d->func1(); cout << endl << "Virtual function" << endl; a->func2(); b->func2(); d->func2(); delete a; delete b; return 0; } Результати виконання: Overload function A class B class A class Virtual function A class B class B class Press any key to continue

У наведеному прикладі при виклику функції func1() за вказівником на об'єкт вибір функції буде залежати тільки від типу вказівника. Функція func2() у базовому класі оголошена як віртуальна. Тому при її виклику за вказівником на об'єкт вибір функції буде залежати від типу об’єкта, на який вказує вказівник, і аж ніяк не від типу вказівника.

Відзначимо відмінності між перевантаженням функції func1() і перевизначенням віртуальної функції func2(). Вибір перевантаженої функції-члена здійснюється під час компіляції у залежності від набору параметрів. При перевантаженні функції-члени можуть мати різні типи й набори параметрів та відмінні типи значень, що будуть повертати. А от якщо функція оголошена як vіrtual, то всі її перевизначення в похідних класах повинні мати однаковий набір параметрів і однаковий тип значення, що буде повертатись. При цьому в похідних класах слово vіrtual можна і не вказувати.

Віртуальний метод не обов'язково повинен перевизначатися в похідному класі. У такому випадку для цього класу використовується версія, визначена в базовому класі.

Кожен об’єкт, що має хоча б одну віртуальну функцію, містить вказівник на таблицю віртуальних функцій (virtual method table). Ця таблиця містить адреси усіх віртуальних функцій оголошених в класі. Коли віртуальна функція викликається по вказівнику чи за посиланням, система використовує адреси об’єктів для звертання до вказівника на таблицю віртуальних функцій, знаходить там адресу функції та викликає її.

Віртуальний механізм працює лише за допомогою вказівників (посилань) на об'єкти. Об'єкт, що містить віртуальні функції, та визначений через вказівник або посилання, носить назву поліморфного. У даному випадку поліморфізм полягає у тому, що за допомогою одного й того ж звертання до методу виконуються різні дії в залежності від типу об’єкта, на який посилається вказівник у даний момент часу.

Розглянемо наступний приклад:

#include <iostream.h> #include <string.h> class Animal { protected: char* name; public: Animal() {name = new char[100];} virtual ~Animal() { delete[] name;} virtual void call() = 0; }; class Dog : public Animal { public: Dog(const char* name) { strcpy(this->name, name);} virtual ~Dog() {} virtual void call() {cout<<name<<": Gav - Gav"<<endl;} }; class Cat : public Animal { public: Cat(const char* name) {strcpy(this->name, name); } virtual ~Cat() {} virtual void call() {cout<<name<<": May - May"<<endl;} }; int main() { Animal* animals[5]; animals[0] = new Dog("Bobik"); animals[1] = new Cat("Murka"); animals[2] = new Dog("Juchka"); animals[3] = new Dog("Mos'ka"); animals[4] = new Cat("Simka"); cout<<"Disturb all animals ..."<<endl; for(int i = 0; i < 5; i++) { if(animals[i] != NULL) animals[i]->call(); } for(i = 0; i < 5; i++) { if(animals[i] != NULL) delete animals[i]; } return 0; } Результати виконання: Disturb all animals ... Bobik: Gav - Gav Murka: May - May Juchka: Gav - Gav Mos'ka: Gav - Gav Simka: May - May

Завдання

В1. Спроектувати (нарисувати) і реалізувати ієрархію класів, що описують предметну область «Спеціаліст в області комп’ютерної техніки» (CCompSpecialist), що вміє розробляти програмне забезпечення (описується класом CDeveloper) і обслуговувати комп’ютерні мережі (описується класом CSysAdmin). Класи CDeveloper і CSysAdmin мають спільний батьківський клас CDyplSpecialist. Додаткові вимоги:

1. Базовий клас містить мінімум одну віртуальну функцію (наприклад, яка виводить на екран вміння даної особи).

2. Забезпечити механізми коректної роботи конструкторів і деструкторів.

3. Перевантажити operator = з метою його коректної роботи.

4. Кожен з класів має містити мінімум один член даних і 4 функції-члени.

5. Написати main() функцію де створити об’єкт класу CCompSpecialist і продемонструвати різницю між статичним і динамічним поліморфізмом.

В2. Спроектувати (нарисувати) і реалізувати ієрархію класів, що описують предметну область «Автомотогонщик» (CAutoMotoRacer), що змагається як у авто гонках (описується класом CAutoRacer) і мотоциклетних гонках (описується класом CMotoRacer). Класи CAutoRacer і CMotoRacer мають спільний батьківський клас CRaser. Додаткові вимоги:

1. Базовий клас містить мінімум одну віртуальну функцію (наприклад, яка виводить на екран вміння даної особи).

2. Забезпечити механізми коректної роботи конструкторів і деструкторів.

3. Перевантажити operator = з метою його коректної роботи.

4. Кожен з класів має містити мінімум один член даних і 4 функції-члени.

5. Написати main() функцію де створити об’єкт класу CAutoMotoRacer і продемонструвати різницю між статичним і динамічним поліморфізмом.

В3. Спроектувати (нарисувати) і реалізувати ієрархію класів, що описують предметну область «Мутант» (CMutant), що був отриманий шляхом схрещування пса Бобіка (описується класом CDog) і свині Хрюші (описується класом CPig). Класи CDog і CPig мають спільний батьківський клас CAnimal. Додаткові вимоги:

1. Базовий клас містить мінімум одну віртуальну функцію (наприклад, яка виводить на екран текстом звук, який видає тваринка).

2. Забезпечити механізми коректної роботи конструкторів і деструкторів.

3. Перевантажити operator = з метою його коректної роботи.

4. Кожен з класів має містити мінімум один член даних і 4 функції-члени.

5. Написати main() функцію де створити об’єкт класу CMutant і продемонструвати різницю між статичним і динамічним поліморфізмом.

В4. Спроектувати (нарисувати) і реалізувати ієрархію класів, що описують предметну область «Змішанабудівля» (CMixedBuilding), що була отримана шляхом об'єднання властивостей жилого будинку (описується класом CHouse) і офісного будинку (описується класом COffice). Класи CHouse і COffice мають спільний батьківський клас CBuilding. Додаткові вимоги:

1. Базовий клас містить мінімум одну віртуальну функцію (наприклад, яка виводить на екран кількість поверхів будівлі).

2. Забезпечити механізми коректної роботи конструкторів і деструкторів.

3. Перевантажити operator = з метою його коректної роботи.

4. Кожен з класів має містити мінімум один член даних і 4 функції-члени.

5. Написати main() функцію де створити об’єкт класу CMixedBuilding і продемонструвати різницю між статичним і динамічним поліморфізмом.

Ремарки.

1. Перевантаження оператора = має наступний прототип за умови використання наслідування:

CDerived& operator=(CDerived& obj)

{ if(this!=&obj)

{

CBase::operator=(obj);

//ваш код;

}

return *this;

}

2. При виконанні завдань рекомендовано користуватися інформацією з файлів: pr5_Inheritance, pr6_Polymorphism, які вам були видані на парі.