- •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
6.1 Введение и краткий обзор
Любое понятие не существует изолированно, оно существует во
взаимосвязи с другими понятиями, и мощность данного понятия во
многом определяется наличием таких связей. Раз класс служит для
представления понятий, встает вопрос, как представить взаимосвязь
понятий. Понятие производного класса и поддерживающие его
языковые средства служат для представления иерархических связей,
иными словами, для выражения общности между классами. Например,
понятия окружности и треугольника связаны между собой, так как
оба они представляют еще понятие фигуры, т.е. содержат более общее
понятие. Чтобы представлять в программе окружности и треугольники
и при этом не упускать из вида, что они являются фигурами, надо
явно определять классы окружность и треугольник так, чтобы было видно,
что у них есть общий класс - фигура. В главе исследуется, что
вытекает из этой простой идеи, которая по сути является основой того,
что обычно называется объектно-ориентированным программированием.
Глава состоит из шести разделов:
$$6.2 с помощью серии небольших примеров вводится понятие производного
класса, иерархии классов и виртуальных функций.
$$6.3 вводится понятие чисто виртуальных функций и абстрактных
классов, даны небольшие примеры их использования.
$$6.4 производные классы показаны на законченном примере
$$6.5 вводится понятие множественного наследования как возможность
иметь для класса более одного прямого базового класса,
описываются способы разрешения коллизий имен, возникающих
при множественном наследовании.
$$6.6 обсуждается механизм контроля доступа.
$$6.7 приводятся некоторые приемы управления свободной памятью для
производных классов.
В последующих главах также будут приводиться примеры, использующие
эти возможности языка.
6.2 Производные классы
Обсудим, как написать программу учета служащих некоторой
фирмы. В ней может использоваться, например, такая структура данных:
struct employee { // служащие
char* name; // имя
short age; // возраст
short department; // отдел
int salary; // оклад
employee* next;
// ...
};
Поле next нужно для связывания в список записей о служащих
одного отдела (employee). Теперь попробуем определить структуру данных
для управляющего (manager):
struct manager {
employee emp; // запись employee для управляющего
employee* group; // подчиненный коллектив
short level;
// ...
};
Управляющий также является служащим, поэтому запись employee
хранится в члене emp объекта manager. Для человека эта общность
очевидна, но для транслятора член emp ничем не отличается от
других членов класса. Указатель на структуру manager (manager*)
не является указателем на employee (employee*), поэтому
нельзя свободно использовать один вместо другого. В частности,
без специальных действий нельзя объект manager включить в список
объектов типа employee. Придется либо использовать явное приведение
типа manager*, либо в список записей employee включить адрес
члена emp. Оба решения некрасивы и могут быть достаточно запутанными.
Правильное решение состоит в том, чтобы тип manager был типом
employee с некоторой дополнительной информацией:
struct manager : employee {
employee* group;
short level;
// ...
};
Класс manager является производным от employee, и, наоборот, employee
является базовым классом для manager. Помимо члена group в классе
manager есть члены класса employee (name, age и т.д.).
Графически отношение наследования обычно изображается в виде
стрелки от производных классов к базовому:
employee
^
|
manager
Обычно говорят, что производный класс наследует базовый класс, поэтому
и отношение между ними называется наследованием. Иногда базовый класс
называют суперклассом, а производный - подчиненным классом. Но
эти термины могут вызывать недоумение, поскольку объект производного
класса содержит объект своего базового класса. Вообще производный
класс больше своего базового в том смысле, что в нем содержится
больше данных и определено больше функций.
Имея определения employee и manager, можно создать список
служащих, часть из которых является и управляющими:
void f()
{
manager m1, m2;
employee e1, e2;
employee* elist;
elist = &m1; // поместить m1 в elist
m1.next = &e1; // поместить e1 в elist
e1.next = &m2; // поместить m2 в elist
m2.next = &e2; // поместить m2 в elist
e2.next = 0; // конец списка
}
Поскольку управляющий является и служащим, указатель manager*
можно использовать как employee*. В то же время служащий не
обязательно является управляющим, и поэтому employee* нельзя
использовать как manager*.
В общем случае, если класс derived имеет общий базовый класс
base, то указатель на derived можно без явных преобразований типа
присваивать переменной, имеющей тип указателя на base. Обратное
преобразование от указателя на base к указателю на derived может быть
только явным:
void g()
{
manager mm;
employee* pe = &mm; // нормально
employee ee;
manager* pm = ⅇ // ошибка:
// не всякий служащий является управляющим
pm->level = 2; // катастрофа: при размещении ee
// память для члена `level' не выделялась
pm = (manager*) pe; // нормально: на самом деле pe
// не настроено на объект mm типа manager
pm->level = 2; // отлично: pm указывает на объект mm
// типа manager, а в нем при размещении
// выделена память для члена `level'
}
Иными словами, если работа с объектом производного класса идет через
указатель, то его можно рассматривать как объект базового класса.
Обратное неверно. Отметим, что в обычной реализации С++ не
предполагается динамического контроля над тем, чтобы после преобразования
типа, подобного тому, которое использовалось в присваивании pe в pm,
получившийся в результате указатель действительно был настроен на объект
требуемого типа (см. $$13.5).