Информатика в техническом университете / Информатика в техническом университете. Объектно ориентированное программирование

2. Средства ООП в Borland Pascal 7.0

Поля данных класса могут быгь следующих типов: числового {byte, shortint, word, integer, longint, real, single, double, extended, comp); логического {boolean); символьного {char); строкового {string); адресного (pointer); типа диапазон; множество; массив; файл {text, file, file of..,); класс; указатель на класс и др.

Методами являются процедуры и функщш язьпса Borland Pascal 7.0. При описании структуры класса указываются только заголовки методов (имя процедуры или функции, список передаваемых параметров, тип функции).

На втором этапе описываются тела методов, причем перед именем метода через точку указьшается имя класса, а список параметров и тип функции можно опустить.

Procedure <имя класса>.<имя метода>;

<описание локальных переменных, процедур и функций>

<описание локальных переменных, процедур и функций> Begin <операторы> End;

Данные и методы описьгоаются в одном классе. Такое объявление объ­ е д и н я е т д а н н ы е с п р о ц е д у р а м и и ф у н к ц и я м и , м а н и ­ п у л и р у ю щ и м и э т и м и д а н н ы м и . При этом все данные, описанные внутри класса, автоматически становятся глобальными по отношению к его методам, т.е. общедоступными как для процедур, так и для функций класса.

Описав новый тип - класс, мы получаем возможность объявлять переменные этого класса. Переменную типа класса принято называть экземпляром класса или объектом. Объекты можно создавать как в статической, так и в динамической памяти. При необходимости можно создавать массивы объектов, строить из них списки, включать их или указатели на них в качестве полей в записи или другие классы.

Обращение к полям и методам класса осуществляется с указанием имени переменной (объекта), по аналогии с обращением к полям записи с использованием:

- составньгх имен: <имя объекта>.<имя поля>

или

<имя объекта>.<имя метода>(<список фактических параметров>); - оператора присоединения with:

with <имя объекта> do

begin

... <имя поля>...

... <имя метода> (<список фактических параметров>)...

end;

60

2.1. Определение класса

Для инициализации полей объектов можно использовать три способа:

-инициализировать поля в основной программе операторами присваивания вида:

<имя объекта>.<имя поля> := <значение>

-разработать специальный метод инициализации, который получает список параметров и инициализирует ими поля (такой метод обычно называют Init);

-использовать типизированные константы вида:

Const <имя объекта> : <имя класса> =

(<имя поля 1> : <значение поля 1>; <имя поля 2> : <значение поля 2>;

<имя поля К>:<значение поля К>);

Способ инициализации полей объектов выбирают исходя из особенностей решаемых задач.

Пример 2.1. Описание класса (класс Окно). Пусть требуется описать класс, представляющий окно в текстовом режиме. Основным методом такого класса может быть процедура изображения окна, которая вызывает стандартные процедуры модуля Crt: Window, Textbackground и Clrscr. Целесообразно добавить два дополнительных метода, позволяющих определять размеры окна. В результате получим следующую программу:

Program WinOb; Uses Crt;

Type

{Описание структуры класса} Win = Object {класс Окно}

{Поля класса}

XI, Y1, {координаты верхнего левого угла окна}

Х2, Y2, {координаты нижнего правого угла окна} Cf: byte; {цвет фона}

{Методы класса}

Procedure InitfXnl, Ynl,Xn2, Yn2,Cfn:byte); {инициализация полей}

61

Writeln(Cf,' - ,GetSizeX,' - \GetSizeY); {вывести размеры окна} end;

Readkey; End

Врезультате работы программы на экране будет изображено синее окно,

вкоторое будут выведены три числа: код цвета фона и размеры окна (1 - 80 - 25).

Доступ к ПОЛЯМ и методам класса осуществляется с помощью оператора присоединения with. Можно было бы использовать с той же целью составные имена:

WinvarJnit{l, 1,80,25,1); Winvar.Make Win;

Writeln(Winvar.Cf,' -', Winvar.GetSizeX,' - ', Winvar.GetSizeY);

Параметр Self. Параметр Self является обобщенным именем экземпляра класса, которое неявно используется внутри методов для обращения к полям и методам. Компилятор автоматически обрабатывает данный параметр, поэтому явно его можно не указывать. Исключеьшем является случай, когда какой-либо идентификатор текущего класса совпадает с внешним идентификатором, используемым в этом классе. Рассмотрим пример, в котором имеется необходимость в использовании параметра Self.

62

2.2.Наследование

Вглаве 1 сформулировано следующее определение: Наследование - это такое соотношение между классами, когда один класс использует структурную или функциональную часть одного или нескольких других классов (соответственно простое и множественное наследование).

ВBorland Pascal 7.0 реализовано простое наследование, при котором у класса может быть только один родитель, но сколь угодно потомков.

Любой класс можно объявить потомком ранее описанного класса. Потомок наследует все данные и методы класса родителя и дополняет их своими данными и методами.

Врезультате использования механизма наследование отпадает необходимость заново описыватьуэюе существующие в классе-родителе поля

иметоды. Требуется описать только те поля и методы, которых недостает в классе-родителе.

Доступ к полям, описанным в классе-родителе, осуществляется также как к собственным. Поиск метода в иерархии классов вьшолняется следующим образом.

1. В первую очередь компилятор устанавливает тип объекта.

2. Далее он ищет метод в классе объекта и если находит, то подключает

его.

3. Если метод в классе объекта не найден, то идет поиск в классе-родителе. В случае успеха вызывается метод родителя.

4. Если метод в классе-родителе не найден, то поиск продолжается в классах-предках до тех пор, пока вызванный метод не будет найден.

Если компилятор не обнаруживает метод, то он фиксирует ошибку компиляции номер 44 {Field identifier expected- «ожидается имя поля или метода класса»).

Механизм наследования обеспечивает создание дерева родственных классов. Дерево может иметь несколько уровней и ветвей, где на каждом уровне добавляются необходимые поля и методы.

63

2. Средства ООП в Borland Pascal 7.0

Структура описания класса-потомка:

Туре <имя класса-потомка>=ОЬ]ес1(<имя класса-родителя>) <новые поля класса-потомка> <новые методы класса-потомка>

End;

Примеры 2.2 и 2.3 иллюстрируют преимущества механизма наследования.

Пример 2.2. Разработка сложного класса без использования наследования (класс Символ). Пусть описан класс Символ (Symb), который позволяет создавать окно и выводить символ в заданную позицию.

Program SymbOb; Uses Crt;

Type

Symb = Object {класс Символ} {Поля класса}

XI, Yl, {координаты верхнего левого угла окна} Х2, Y2, {координаты нижнего правого угла окна} CfCs, {цвет фона и символов}

Col,Lme:byte; {позиция символа}

Sym.'char; {символ}

{Методы класса}

Procedure Init(Xnl, Ynl,Xn2, Yn2,CJh,Csn,Cl,Ln:byte;Sm:Char); Procedure Make Win; {создание окна}

End;

Procedure Symb.MakeWin;

Begin

Window(XlJl,X2,Y2); Textbackground(Cfi; Clrscr

End;

Procedure Symb.Print;

Begin

TextColor(Cs); Gotoxy(ColLine); Write(Sym)

End;

Var Symbvar: Symb; {объявление экземпляра класса}

Begin

Symbvarlnit(], 1,80,25J, 1,40,12, 'A'); {инициализироватьобъект}

64

Readkey;

End

Если сравнить примеры 2.1 и 2.2, то можно заметить, что поля XI, Y1, Х2, Y2, Cf и метод МакеWin совпадают. Следовательно, класс Symb можно наследовать от класса Win.

Графически наследование классов можно изобразить в виде дерева иерархии родственных классов. При этом, в качестве комментария, могут быть указаны поля и методы классов.

Пример 2.3. Использование наследования (классы Окно и Символ).

На рис. 2.1 представлена иерархия классов для рассматриваемого примера, в которой показано, что класс Символ наследуется от класса Окно. Справа для классов указаны используемые поля и методы, причем для класса-потомка указаны только те поля и методы, которые отсутствуют в родительском классе. Иерархия классов в данном случае простая и имеет всего два уровня, где Win считается классом первого уровня, а Symb - классом второго уровня.

В рассматриваемом примере 2.3 класс Symb объявлен как потомок класса

Win.

Program WinSymbOb;

Uses Crt;

Методы: Init, МакеWin, GetSizeX, GetSizeY

Новые поля: Cs - цвет символов

Symb Col, Line - позиция символа Sym - символ

Новые методы: Init, Print Рис. 2.1. Иерархия классов примера 2.3

65

2. Средства ООП в Borland Pascal 7.0

{Новые методы}

Procedure Init{Xnl YnlXn2, Yn2, Cfn, Csn, CI,Ln:byte;Sm:Char);

(инициализация полей}

Procedure Print; {вывод символа} End;

Procedure Symb.Init; Begin

Win.Init(Xnl, Yn],Xn2, Yn2,CJn); {используем родительский метод} Cs: =Csn; Col: =Cl; Line: =Ln; Sym: =Sm;

End;

Procedure Symb.Print;

Begin TextColor(Cs); Gotoxy(Col,Line); Write(Sym) End; Var Symbvar: Symb; {объявление экземпляра класса}

Результаты работы программы данного примера аналогичны результатам работы программы примера 2.2. Применение механизма наследования позволило повторно не описьюать поля и методы ранее созданного класса, в результате чего заметно упростилась разработка класса Symb. Кроме этого, дополнительно появилась возможность использовать родительские методы GetSizeX и GetSizeY класса Win, также ранее определенные в классе Win.

Присваивание объектов. Для объектов возможно вьшолнение операции присваивания. Смысл данной операции заключается в том, что происходит поэлементное присваивание содержимого полей одного объекта полям другого. Данная операция применима как к объектам одного класса, так и к объектам классов одной иерархии. Причем разрешается только объектам родительских классов присваивать значения объектов производных: классов. Присваивание в обратном порядке не допускается, так как, если в классе-потомке объявляются дополнительные поля, то при присваивании объекту класса-потомка значения объекта родительского класса эти дополнительные поля остаются неопределенными.

Формат записи операции присваивания вьшхядит следующим образом:

<объект класса-родителя> := <объект класса-потомка>

Так для классов примера 2.3 возможно только присваивание полям объекта класса Win значений полей объекта класса Symb, например:

66

Write(Winvar.CJ); {на сером фоне будет вьгоедено синим цветом число 7}

End.

Операция присваивания применима и к динамическим объектам, память под которые запрашивается из динамической области, например

Более подробно применение динамических объектов и объектов с динамическими полями рассмотрено в разделе 2.4.

2.3. Полиморфизм

Borland Pascal реализует механизмы простого и сложного полиморфизма. Простой полиморфизм. М е х а н и з м п р о с т о г о п о л и м о р ­ физма обеспечивает возможность задания различньгс реализаций некоторого единого по названию метода для классов различных уровней иерархии. Одноименные методы в этом случае называют с т а т и ч е с к и м и п о л и ­

морфными .

В ООП считается, что все реализации одноименных методов иерархии образуют полиморфный метод семейства классов. Каждый вариант реализации при этом представляет собой отдельный аспект полиморфного метода семейства классов. Конкретный аспект статического полиморфного метода

67

2. Средства ООП в Borland Pascal 7.0

определяется типом объекта на этапе компиляции программы {раннее

связывание).

Рассмотрим случай применения простого полиморфизма в язьпсе Borland Pascal 7.0.

Пример 2.4. Применение простого полиморфизма. Пусть необходимо разработать программу, которая выводит в окно не один символ, а последовательность одинаковых символов. Для построения нужного класса используем уже имеющиеся классы \Wn и Symb: наследуем класс Lot от класса Symb. При этом необходимо заменить метод Print, описанный в классе Symb (рис. 2.2). Для объектов класса Lot он будет выводить не один символ, а количество символов, заданное в поле N этого класса.

Program WinSymbLot;

Uses Crt;

Поля: XI, Yl, X2, Y2 - координаты окна Cfцвет фона

Методы: Init, MakeWin, GetSizeX, GetSizeY

Поля: Cs - цвет символов

Col, Line - позиция символа Sym - символ

Методы: Init, Print

Поля: N - количество символов Методы: Init, Print - переопределен

Рис. 2.2. Иерархия классов примера 2.4

68

2.3. Полиморфизм

Procedure Lot Print; Var i:byte;

Begin forii-ltoNdo

begin Symb.Print; {вызвать метод родителя для вывода символа}

Readkey;

Lotvar.Init(l, 1,80,25,7,7,40,12, В \ 10); {инициализировать поля}

По существу метод Print класса Symb и метод Print класса Lot - разные методы. Для объекта каждого класса вызывается метод, определенный в этом классе. По правилам Borland Pascal статические полиморфные методы могут иметь различные списки параметров в отличие от виртуальных полиморфных методов, рассматриваемых далее.

Сложный полиморфизм. При сложном полиморфизме конкретный аспект полиморфного метода также определяется типом объекта, для которого он вызван, но только не на этапе компиляции, а на этапе вьшолнения программы

{позднее связывание).

Необходимость позднего связывания обусловлена в частности тем, что в Borland Pascal разрешается указателю на объекты класса-родителя присваивать адрес объекта класса-потомка. Поскольку при передаче объектов в качестве параметров используются указатели, формально описанному параметру типа некоторого класса может соответствовать фактический параметр не только того же типа, но и типа класса, производного отуказанного.

В тех случаях, когда реальный тип объекта не определен, связывание объекта и метода на этапе компиляции программы приводит к тому, что при любых условиях (и для объектов родительских классов, и для объектов производных классов) вызывается родительский метод (раздел 1.6). Применение позднего связывания позволяет правильно определить требуемый аспект полиморфного метода.

69