- •Глава 6 посвящена понятию производных классов, которое позволяет строить
- •Раздел 3.4 главы 2. Для обозначения справочного руководства применяется
- •1.1 Введение
- •1.2 Парадигмы программирования
- •1.2.1 Процедурное программирование
- •1.2.2 Модульное программирование
- •1.2.3 Абстракция данных
- •1.2.4 Пределы абстракции данных
- •1.2.5 Объектно-ориентированное программирование
- •1.3 "Улучшенный с"
- •1.3.1 Программа и стандартный вывод
- •1.3.2 Переменные и арифметические операции
- •1.3.3 Указатели и массивы
- •1.3.4 Условные операторы и циклы
- •1.3.5 Функции
- •1.3.6 Модули
- •1.4 Поддержка абстракции данных
- •1.4.1 Инициализация и удаление
- •1.4.2 Присваивание и инициализация
- •1.4.3 Шаблоны типа
- •1.4.4 Обработка особых ситуаций
- •1.4.5 Преобразования типов
- •1.4.6 Множественные реализации
- •1.5 Поддержка объектно-ориентированного программирования
- •1.5.1 Механизм вызова
- •1.5.2 Проверка типа
- •1.5.3 Множественное наследование
- •1.5.4 Инкапсуляция
- •1.6 Пределы совершенства
- •2.1 Описания
- •2.1.1 Область видимости
- •2.1.2 Объекты и адреса
- •2.1.3 Время жизни объектов
- •2.2 Имена
- •2.3 Типы
- •2.3.1 Основные типы
- •2.3.2 Неявное преобразование типа
- •2.3.3 Производные типы
- •2.3.4 Тип void
- •2.3.5 Указатели
- •2.3.6 Массивы
- •2.3.7 Указатели и массивы
- •2.3.8 Структуры
- •2.3.9 Эквивалентность типов
- •2.3.10 Ссылки
- •2.4 Литералы
- •2.4.1 Целые константы
- •2.4.2 Константы с плавающей точкой
- •2.4.3 Символьные константы
- •2.4.4 Строки
- •2.4.5 Нуль
- •2.5 Поименованные константы
- •2.5.1. Перечисления
- •2.6. Экономия памяти
- •2.6.1 Поля
- •2.6.2. Объединения
- •2.7 Упражнения
- •3.1 Калькулятор
- •3.1.1 Анализатор
- •3.1.2 Функция ввода
- •3.1.3 Таблица имен
- •3.1.4 Обработка ошибок
- •3.1.5 Драйвер
- •3.1.6 Параметры командной строки
- •3.2 Сводка операций
- •3.2.1 Скобки
- •3.2.2 Порядок вычислений
- •3.2.3 Инкремент и декремент
- •3.2.4 Поразрядные логические операции
- •3.2.5 Преобразование типа
- •3.2.6 Свободная память
- •3.3 Сводка операторов
- •3.3.1 Выбирающие операторы
- •3.3.2 Оператор goto
- •3.4 Комментарии и расположение текста
- •3.5 Упражнения
- •4.1 Введение
- •4.2 Связывание
- •4.3 Заголовочные файлы
- •4.3.1 Единственный заголовочный файл
- •4.3.2 Множественные заголовочные файлы
- •4.4 Связывание с программами на других языках
- •4.5 Как создать библиотеку
- •4.6 Функции
- •4.6.1 Описания функций
- •4.6.2 Определения функций
- •4.6.3 Передача параметров
- •4.6.4 Возвращаемое значение
- •4.6.5 Параметр-массив
- •4.6.6 Перегрузка имени функции
- •4.6.7 Стандартные значения параметров
- •4.6.8 Неопределенное число параметров
- •4.6.9 Указатель на функцию
- •4.7 Макросредства
- •4.8 Упражнения
- •5.1 Введение и краткий обзор
- •5.2 Классы и члены
- •5.2.1 Функции-члены
- •5.2.2 Классы
- •5.2.3 Ссылка на себя
- •5.2.4 Инициализация
- •5.2.5 Удаление
- •5.2.6 Подстановка
- •5.3 Интерфейсы и реализации
- •5.3.1 Альтернативные реализации
- •5.3.2 Законченный пример класса
- •5.4 Еще о классах
- •5.4.1 Друзья
- •5.4.2 Уточнение имени члена
- •5.4.3 Вложенные классы
- •5.4.4 Статические члены
- •5.4.5 Указатели на члены
- •5.4.6 Структуры и объединения
- •5.5 Конструкторы и деструкторы
- •5.5.1 Локальные переменные
- •5.5.2 Статическая память
- •5.5.3 Свободная память
- •5.5.4 Объекты класса как члены
- •5.5.5 Массивы объектов класса
- •5.5.6 Небольшие объекты
- •5.6 Упражнения
- •6.1 Введение и краткий обзор
- •6.2 Производные классы
- •6.2.1 Функции-члены
- •6.2.2 Конструкторы и деструкторы
- •6.2.3 Иерархия классов
- •6.2.4 Поля типа
- •6.2.5 Виртуальные функции
- •6.3 Абстрактные классы
- •6.4 Пример законченной программы
- •6.4.1 Монитор экрана
- •6.4.2 Библиотека фигур
- •6.4.3 Прикладная программа
- •6.5 Множественное наследование
- •6.5.1 Множественное вхождение базового класса
- •6.5.2 Разрешение неоднозначности
- •6.5.3 Виртуальные базовые классы
- •6.6 Контроль доступа
- •6.6.1 Защищенные члены
- •6.6.2 Доступ к базовым классам
- •6.7 Свободная память
- •6.7.1 Виртуальные конструкторы
- •6.7.2 Указание размещения
- •6.8 Упражнения
- •7.1 Введение
- •7.2 Операторные функции
- •7.2.1 Бинарные и унарные операции
- •7.2.2 Предопределенные свойства операций
- •7.2.3 Операторные функции и пользовательские типы
- •7.3 Пользовательские операции преобразования типа
- •7.3.1 Конструкторы
- •7.3.2 Операции преобразования
- •7.3.3 Неоднозначности
- •7.4 Литералы
- •7.5 Большие объекты
- •7.6 Присваивание и инициализация
- •7.7 Индексация
- •7.8 Вызов функции
- •7.9 Косвенное обращение
- •7.10 Инкремент и декремент
- •7.11 Строковый класс
- •7.12 Друзья и члены
- •7.13 Предостережения
- •7.14 Упражнения
- •8.1 Введение
- •8.2 Простой шаблон типа
- •8.3 Шаблоны типа для списка
- •8.3.1 Список с принудительной связью
- •8.3.2 Список без принудительной связи
- •8.3.3 Реализация списка
- •8.3.4 Итерация
- •8.4 Шаблоны типа для функций
- •8.4.1 Простой шаблон типа для глобальной функции
- •8.4.2 Производные классы позволяют ввести новые операции
- •8.4.3 Передача операций как параметров функций
- •8.4.4 Неявная передача операций
- •8.4.5 Введение операций с помощью параметров шаблонного класса
- •8.5 Разрешение перегрузки для шаблонной функции
- •8.6 Параметры шаблона типа
- •8.7 Шаблоны типа и производные классы
- •8.7.1 Задание реализации с помощью параметров шаблона
- •8.8 Ассоциативный массив
- •8.9 Упражнения
- •9.1 Обработка ошибок
- •9.1.1 Особые ситуации и традиционная обработка ошибок
- •9.1.2 Другие точки зрения на особые ситуации
- •9.2 Различение особых ситуаций
- •9.3 Имена особых ситуаций
- •9.3.1 Группирование особых ситуаций
- •9.3.2 Производные особые ситуации
- •9.4 Запросы ресурсов
- •9.4.1 Конструкторы и деструкторы
- •9.4.2 Предостережения
- •9.4.3 Исчерпание ресурса
- •9.4.4 Особые ситуации и конструкторы
- •9.5 Особые ситуации могут не быть ошибками
- •9.6 Задание интерфейса
- •9.6.1 Неожиданные особые ситуации
- •9.7 Неперехваченные особые ситуации
- •9.8 Другие способы обработки ошибок
- •9.9 Упражнения
- •10.1 Введение
- •10.2 Вывод
- •10.2.1 Вывод встроенных типов
- •10.2.2 Вывод пользовательских типов
- •10.3 Ввод
- •10.3.1 Ввод встроенных типов
- •10.3.2 Состояния потока
- •10.3.3 Ввод пользовательских типов
- •10.4 Форматирование
- •10.4.1 Класс ios
- •10.4.1.1 Связывание потоков
- •10.4.1.2 Поля вывода
- •10.4.1.3 Состояние формата
- •10.4.1.4 Вывод целых
- •10.4.1.5 Выравнивание полей
- •10.4.1.6 Вывод плавающих чисел.
- •10.4.2 Манипуляторы
- •10.4.2.1 Стандартные манипуляторы ввода-вывода
- •10.4.3 Члены ostream
- •10.4.4 Члены istream
- •10.5 Файлы и потоки
- •10.5.1 Закрытие потоков
- •10.5.2 Строковые потоки
- •10.5.3 Буферизация
- •10.6 Ввод-вывод в с
- •10.7 Упражнения
- •11.1 Введение
- •11.2 Цели и средства
- •11.3 Процесс развития
- •11.3.1 Цикл развития
- •11.3.2 Цели проектирования
- •11.3.3 Шаги проектирования
- •11.3.3.1 Шаг 1: определение классов
- •11.3.3.2 Шаг 2: определение набора операций
- •11.3.3.3 Шаг 3: указание зависимостей
- •11.3.3.4 Шаг 4: определение интерфейсов
- •11.3.3.5 Перестройка иерархии классов
- •11.3.3.6 Использование моделей
- •11.3.4 Эксперимент и анализ
- •11.3.5 Тестирование
- •11.3.6 Сопровождение
- •11.3.7 Эффективность
- •11.4 Управление проектом
- •11.4.1 Повторное использование
- •11.4.2 Размер
- •11.4.3 Человеческий фактор
- •11.5 Свод правил
- •11.6 Список литературы с комментариями
- •12.1 Проектирование и язык программирования.
- •12.1.1 Игнорирование классов
- •12.1.2 Игнорирование наследования
- •12.1.3 Игнорирование статического контроля типов
- •12.1.4 Гибридный проект
- •12.2 Классы
- •12.2.1 Что представляют классы?
- •12.2.2 Иерархии классов
- •12.2.3 Зависимости в рамках иерархии классов.
- •12.2.4 Отношения принадлежности
- •12.2.5 Принадлежность и наследование
- •12.2.6 Отношения использования
- •12.2.7 Отношения внутри класса
- •12.2.7.1 Инварианты
- •12.2.7.2 Инкапсуляция
- •12.2.8 Программируемые отношения
- •12.3 Компоненты
- •12.4 Интерфейсы и реализации
- •12.5 Свод правил
- •13.1 Введение
- •13.2 Конкретные типы
- •13.3 Абстрактные типы
- •13.4 Узловые классы
- •13.5 Динамическая информация о типе
- •13.5.1 Информация о типе
- •13.5.2 Класс Type_info
- •13.5.3 Как создать систему динамических запросов о типе
- •13.5.4 Расширенная динамическая информация о типе
- •13.5.5 Правильное и неправильное использование динамической
- •13.6 Обширный интерфейс
- •13.7 Каркас области приложения
- •13.8 Интерфейсные классы
- •13.9 Управляющие классы
- •13.10 Управление памятью
- •13.10.1 Сборщик мусора
- •13.10.2 Контейнеры и удаление
- •13.10.3 Функции размещения и освобождения
- •13.11 Упражнения
11.3.3.1 Шаг 1: определение классов
Определите понятия/классы и установите основные связи между ними.
Главное в хорошем проекте - прямо отразить какое-либо понятие
"реальности", т.е. уловить понятие из области приложения классов,
представить взаимосвязь между классами строго определенным способом,
например, с помощью наследования, и повторить эти действия на
разных уровнях абстракции. Но как мы можем уловить эти понятия?
Как на практике решить, какие нам нужны классы?
Лучше поискать ответ в самой области приложения, чем рыться
в программистском хранилище абстракций и понятий. Обратитесь к тому,
кто стал экспертом по работе в некогда сделанной системе, а также
к тому, кто стал критиком системы, пришедшей ей на смену. Запомните
выражения того и другого.
Часто говорят, что существительные играют роль классов и объектов,
используемых в программе, это действительно так. Но это только начало.
Далее, глаголы могут представлять операции над объектами или
обычные (глобальные) функции, вырабатывающие новые значения, исходя
из своих параметров, или даже классы. В качестве примера
можно рассматривать функциональные объекты, описанные в $$10.4.2.
Такие глаголы, как "повторить" или "совершить" (commit) могут быть
представлены итеративным объектом или объектом, представляющим
операцию выполнения программы в базах данных.
Даже прилагательные можно успешно
представлять с помощью классов, например, такие, как "хранимый",
"параллельный", "регистровый", "ограниченный". Это могут быть классы,
которые помогут разработчику или программисту, задав виртуальные
базовые классы, специфицировать и выбрать нужные свойства для
классов, проектируемых позднее.
Лучшее средство для поиска этих понятий / классов - грифельная
доска, а лучший метод первого уточнения - это беседа со специалистами
в области приложения или просто с друзьями. Обсуждение необходимо,
чтобы создать начальный жизнеспособный словарь терминов и понятийную
структуру. Мало кто может сделать это в одиночку. Обратитесь к [1],
чтобы узнать о методах подобных уточнений.
Не все классы соответствуют понятиям из области приложения.
Некоторые могут представлять ресурсы системы или абстракции
периода реализации (см. $$12.2.1).
Взаимоотношения, о которых мы говорим, естественно устанавливаются
в области приложения или (в случае повторных проходов по шагам
проектирования) возникают из последующей работы над структурой классов.
Они отражают наше понимание основ области приложения. Часто они
являются классификацией основных понятий. Пример такого отношения:
машина с выдвижной лестницей есть грузовик, есть пожарная машина,
есть движущееся средство.
В $$11.3.3.2 и $$11.3.3.5 предлагается некоторая точка зрения на
классы и иерархию классов, если необходимо улучшить их структуру.
11.3.3.2 Шаг 2: определение набора операций
Уточните определения классов, указав набор операций для каждого.
В действительности нельзя разделить процессы определения классов и
выяснения того, какие операции для них нужны. Однако, на практике
они различаются, поскольку при определении классов внимание
концентрируется на основных понятиях, не останавливаясь
на программистских вопросах их реализации, тогда как при определении
операций прежде всего сосредотачивается на том, чтобы задать полный и
удобный набор операций. Часто бывает слишком трудно совместить оба
подхода, в особенности, учитывая, что связанные классы надо
проектировать одновременно.
Возможно несколько подходов к процессу определения набора операций.
Предлагаем следующую стратегию:
[1] Рассмотрите, каким образом объект класса будет создаваться,
копироваться (если нужно) и уничтожаться.
[2] Определите минимальный набор операций, который необходим
для понятия, представленного классом.
[3] Рассмотрите операции, которые могут быть добавлены для удобства
записи, и включите только несколько действительно важных.
[4] Рассмотрите, какие операции можно считать тривиальными, т.е.
такими, для которых класс выступает в роли интерфейса для
реализации производного класса.
[5] Рассмотрите, какой общности именования и функциональности
можно достигнуть для всех классов компонента.
Очевидно, что это - стратегия минимализма. Гораздо проще добавлять
любую функцию, приносящую ощутимую пользу, и сделать все операции
виртуальными. Но, чем больше функций, тем больше вероятность, что
они не будут использоваться, наложат определенные ограничения на
реализацию и затруднят эволюцию системы. Так, функции, которые
могут непосредственно читать и писать в переменную состояния объекта
из класса, вынуждают использовать единственный способ реализации и
значительно сокращают возможности перепроектирования. Такие функции
снижают уровень абстракции от понятия до его конкретной реализации.
К тому же добавление функций добавляет работы программисту и
даже разработчику, когда он вернется к проектированию. Гораздо
легче включить в интерфейс еще одну функцию, как только
установлена потребность в ней, чем удалить ее оттуда, когда уже
она стала привычной.
Причина, по которой мы требуем явного принятия решения о
виртуальности данной функции, не оставляя его на стадию реализации,
в том, что, объявив функцию виртуальной, мы существенно повлияем
на использование ее класса и на взаимоотношения этого класса с
другими. Объекты из класса, имеющего хотя бы одну виртуальную
функцию, требуют нетривиального распределения памяти, если сравнить
их с объектами из таких языков как С или Фортран. Класс с хотя бы
одной виртуальной функцией по сути выступает в роли интерфейса
по отношению к классам, которые "еще могут быть определены", а
виртуальная функция предполагает зависимость от классов, которые
"еще могу быть определены" (см. $$12.2.3)
Отметим, что стратегия минимализма требует, пожалуй, больших
усилий со стороны разработчика.
При определении набора операций больше внимания следует уделять
тому, что надо сделать, а не тому, как это делать.
Иногда полезно классифицировать операции класса по тому,
как они работают с внутренним состоянием объектов:
- Базовые операции: конструкторы, деструкторы, операции копирования.
- Селекторы: операции, не изменяющие состояния объекта.
- Модификаторы: операции, изменяющие состояние объекта.
- Операции преобразований, т.е. операции порождающие объект
другого типа, исходя из значения (состояния) объекта, к которому
они применяются.
- Повторители: операции, которые открывают доступ к объектам класса
или используют последовательность объектов.
Это не есть разбиение на ортогональные группы операций. Например,
повторитель может быть спроектирован как селектор или модификатор.
Выделение этих групп просто предназначено помочь в процессе
проектирования интерфейса класса. Конечно, допустима и другая
классификация. Проведение такой классификации особенно полезно для
поддержания непротиворечивости между классами в рамках одного
компонента.
В языке С++ есть конструкция, помогающая заданию селекторов и
модификаторов в виде функции-члена со спецификацией const и без нее.
Кроме того, есть средства, позволяющие явно задать конструкторы,
деструкторы и функции преобразования. Операция копирования реализуется
с помощью операций присваивания и конструкторов копирования.