Наследование и полиморфизм - альтернатива обратному вызову
Сегодня многие программные системы проектируются и разрабатываются не в функциональном, а в объектно-ориентированном стиле. Такая система представляет собой одно или несколько семейств интерфейсов и классов, связанных отношением наследования. Классы-потомки наследуют методы своих родителей, могут их переопределять и добавлять новые методы. Переопределив метод родителя, потомки без труда могут вызывать как собственный метод, так и метод родителя; все незакрытые методы родителя им известны и доступны. Но может ли родитель вызывать методы, определенные потомком, учитывая, что в момент создания родительского метода потомок не только не создан, но еще, скоре всего, и не спроектирован? Тем не менее, ответ на этот вопрос положителен. Достигается такая возможность опять-таки благодаря контрактам, заключаемым при реализации полиморфизма.
О полиморфизме говорилось достаточно много в предыдущих лекциях. Тем не менее, позволю напомнить суть дела. Родитель может объявить свой метод виртуальным, в этом случае в контракте на метод потомку разрешается переопределить реализацию, но он не имеет права изменять сигнатуру виртуального метода. Когда некоторый метод родителя Q вызывает виртуальный метод F, то, благодаря позднему связыванию, реализуется полиморфизм и реально будет вызван не метод родителя F, а метод F, который реализован потомком, вызвавшим родительский метод Q. Ситуация в точности напоминает раскрутку и вызов обратных функций. Родительский метод Q находится во внутреннем слое, а потомок с его методом F определен во внешнем слое. Когда потомок вызывает метод Q из внутреннего слоя, тот, в свою очередь, вызывает метод F из внешнего слоя. Сигнатура вызываемого метода F в данном случае задается не делегатом, а сигнатурой виртуального метода, которую, согласно контракту, потомок не может изменить. Давайте вернемся к задаче вычисления интеграла и создадим реализацию, основанную на наследовании и полиморфизме.
Идея примера такова. Вначале построим родительский класс, метод которого будет вычислять интеграл от некоторой подынтегральной функции, заданной виртуальным методом класса. Далее построим класс-потомок, наследующий родительский метод вычисления интеграла и переопределяющий виртуальный метод, в котором потомок задаст собственную подынтегральную функцию. При такой технологии, всякий раз, когда нужно вычислить интеграл, нужно создать класс-потомок, в котором переопределяется виртуальный метод. Приведу пример кода, следующего этой схеме:
class FIntegral
{
//базовый класс, в котором определен метод вычисления
//интеграла и виртуальный метод, задющий базовую
//подынтегральную функцию
public double EvaluateIntegral(double a, double b,
double eps)
{
int n=4;
double I0=0, I1 = I( a, b, n);
for( n=8; n < Math.Pow(2.0,15.0); n*=2)
{
I0 =I1; I1=I(a,b,n);
if(Math.Abs(I1-I0)<eps)break;
}
if(Math.Abs(I1-I0)< eps)
Console.WriteLine("Требуемая точность достигнута! "+
" eps = {0}, достигнутая точность ={1}, n= {2}",
eps,Math.Abs(I1-I0),n);
else
Console.WriteLine("Требуемая точность не достигнута! "+
" eps = {0}, достигнутая точность ={1}, n= {2}",
eps,Math.Abs(I1-I0),n);
return(I1);
}
private double I(double a, double b, int n)
{
//Вычисляет частную сумму по методу трапеций
double x = a, sum = sif(x)/2, dx = (b-a)/n;
for (int i= 2; i <= n; i++)
{
x += dx; sum += sif(x);
}
x = b; sum += sif(x)/2;
return(sum*dx);
}
protected virtual double sif(double x)
{return(1.0);}
}//FIntegral
Этот код большей частью знаком. В отличие от класса HighOrderIntegral, здесь нет делегата, у функции EvaluateIntegral нет параметра функционального типа. Вместо этого тут же в классе определен защищенный виртуальный метод, задающий конкретную подынтегральную функцию. В качестве таковой выбрана самая простая функция, тождественно равная единице.
Для вычисления интеграла от реальной функции единственное, что теперь нужно сделать - это задать класс-потомок, переопределяющий виртуальный метод. Вот пример такого класса:
class FIntegralSon:FIntegral
{
protected override double sif(double x)
{
double a = 1.0; double b = 2.0; double c= 3.0;
return (double)(a*x*x +b*x +c);
}
}//FIntegralSon
Принципиально задача решена. Осталось только написать фрагмент кода, запускающий вычисления. Он оформлен в виде следующей процедуры:
public void TestPolymorphIntegral()
{
FIntegral integral1 = new FIntegral();
FIntegralSon integral2 = new FIntegralSon();
double res1 = integral1.EvaluateIntegral(2.0,3.0,0.1e-5);
double res2 = integral2.EvaluateIntegral(2.0,3.0,0.1e-5);
Console.WriteLine("Father = {0}, Son = {1}", res1,res2);
}//PolymorphIntegral
Взгляните на результаты вычислений.
Рис.
20.4. Вычисление интеграла, использующее
полиморфизм