6.3 Абстрактные классы

Многие классы сходны с классом employee тем, что в них можно дать разумное определение виртуальным функциям. Однако, есть и другие классы. Некоторые, например, класс shape, представляют абстрактное понятие (фигура), для которого нельзя создать объекты. Класс shape приобретает смысл только как базовый класс в некотором производном классе. Причиной является то, что невозможно дать осмысленное определение виртуальных функций класса shape:

class shape {

// ...

public:

virtual void rotate(int) { error("shape::rotate"); }

virtual void draw() { error("shape::draw"): }

// нельзя ни вращать, ни рисовать абстрактную фигуру

// ...

};

Создание объекта типа shape (абстрактной фигуры) законная, хотя совершенно бессмысленная операция:

shape s; // бессмыслица: ``фигура вообще''

Она бессмысленна потому, что любая операция с объектом s приведет к ошибке.

Лучше виртуальные функции класса shape описать как чисто виртуальные. Сделать виртуальную функцию чисто виртуальной можно, добавив инициализатор = 0:

class shape {

// ...

public:

virtual void rotate(int) = 0; // чисто виртуальная функция

virtual void draw() = 0; // чисто виртуальная функция

};

Класс, в котором есть виртуальные функции, называется абстрактным. Объекты такого класса создать нельзя:

shape s; // ошибка: переменная абстрактного класса shape

Абстрактный класс можно использовать только в качестве базового для другого класса:

class circle : public shape {

int radius;

public:

void rotate(int) { } // нормально:

// переопределение shape::rotate

void draw(); // нормально:

// переопределение shape::draw

circle(point p, int r);

};

Если чисто виртуальная функция не определяется в производном классе, то она и остается таковой, а значит производный класс тоже является абстрактным. При таком подходе можно реализовывать классы поэтапно:

class X {

public:

virtual void f() = 0;

virtual void g() = 0;

};

X b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса X

class Y : public X {

void f(); // переопределение X::f

};

Y b; // ошибка: описание объекта абстрактного класса Y

class Z : public Y {

void g(); // переопределение X::g

};

Z c; // нормально

Абстрактные классы нужны для задания интерфейса без уточнения каких-либо конкретных деталей реализации. Например, в операционной системе детали реализации драйвера устройства можно скрыть таким абстрактным классом:

class character_device {

public:

virtual int open() = 0;

virtual int close(const char*) = 0;

virtual int read(const char*, int) =0;

virtual int write(const char*, int) = 0;

virtual int ioctl(int ...) = 0;

// ...

};

Настоящие драйверы будут определяться как производные от класса character_device.

После введения абстрактного класса у нас есть все основные средства для того, чтобы написать законченную программу.

6.4 Пример законченной программы

Рассмотрим программу рисования геометрических фигур на экране. Она естественным образом распадается на три части:

[1] монитор экрана: набор функций и структур данных низкого уровня для работы с экраном; оперирует только такими понятиями, как точки, линии;

[2] библиотека фигур: множество определений фигур общего вида (например, прямоугольник, окружность) и стандартные функции для работы с ними;

[3] прикладная программа: конкретные определения фигур, относящихся к задаче, и работающие с ними функции.

Как правило, эти три части программируются разными людьми в разных организациях и в разное время, причем они обычно создаются в перечисленном порядке. При этом естественно возникают затруднения, поскольку, например, у разработчика монитора нет точного представления о том, для каких задач в конечном счете он будет использоваться. Наш пример будет отражать этот факт. Чтобы пример имел допустимый размер, библиотека фигур весьма ограничена, а прикладная программа тривиальна. Используется совершенно примитивное представление экрана, чтобы даже читатель, на машине которого нет графических средств, сумел поработать с этой программой. Можно легко заменить монитор экрана на более развитую программу, не изменяя при этом библиотеку фигур или прикладную программу.