[ Миронченко ] Императивное и объектно-ориентированное програмирование на Turbo Pascal и Delphi

291

Класс PunktU.pas не изменился.

Класс Kreis – наследник класса Punkt (см. строку 8 в KreisU.pas). Однако поля x, y, z – недоступны, т.к. они объявлены как private. Как можно сделать их доступными? Два наиболее логичных способа таковы:

1.Объявить их в классе Punkt как protected, тогда x, y, z будут доступны в любом наследнике класса Punkt.

2.Написать в классе Punkt функции, которые позволили бы получать значения этих полей и сделать их public, тогда значения полей можно будет получать из любого места программы, в частности, из классов-наследников.

Теперь разберемся, какие из методов класса Punkt перейдут в класс Kreis. Private-

методы, естественно, видны не будут.

При наследовании public- и protected-методов возможны 3 случая:

1.Для метода класса-родителя не существует одноименного метода в классенаследнике. В таком случае этот метод перейдет классу-наследнику.

2.Для метода класса-родителя есть одноименный метод в классе-наследнике, но у него другая сигнатура (т.е. другой список параметров или тип возвращаемого значения). В таком случае если метод в классе-наследнике помечен директивой overload, то в классе-наследнике будут видны они оба, и будут перегруженными методами. Если директивы overload нет, то метод класса-родителя виден не будет.

3.Для метода класса-родителя есть одноименный метод в классе-потомке с точно такой же сигнатурой. В таком случае метод класса-наследника будет закрывать метод класса-родителя. При этом вы можете поставить директиву overload, и компилятор не выдаст ошибки, однако все равно метод класса-родителя виден не будет.

Согласно этим правилам в класс Kreis перейдет метод StellPunkt (это – 1-й случай). Конструктор Bilde, относящийся к классу Punkt не будет виден в классе Kreis, т.к. конструктор Bilde класса Kreis не помечен директивой overload (если бы эта директива стояла, то были бы видны оба одноименных конструктора, т.к. у них разная сигнатура). Но, несмотря на то, что конструктор Bilde класса Punkt не виден внутри класса Kreis, получить доступ к нему внутри класса Kreis можно, используя специальное ключевое слово inherited. Так, в строке 30 вызывается конструктор Bilde класса-родителя, а затем устанавливается свойство rad.

Азаголовок функции ZurZeile, объявленной в классе Punkt, полностью совпадает

сзаголовком функции ZurZeile, заданной в классе Kreis. Следовательно, в классе Kreis будет видна лишь ZurZeile, объявленная в нем самом.

Давайте разбираться с файлом проекта.

В строке 12 объявляется Р – ссылка на объект класса Punkt (т.е. ссылка на содержимое класса Punkt). В строках 14-15 ничего удивительного нет. В 18-й строке объект, на который ссылается Р, удаляется из памяти с помощью функции Free (если ссылка не равна nil, то эта функция вызывает деструктор объекта и затем устанавливает значение ссылки равным nil, в противном случае метод Free ничего не делает).

В 17-й строке создается объект класса Kreis и ссылка на него записывается в Р. Такое присваивание вполне допустимо, т.к. Kreis – наследник Punkt (подробнее о совместимости объектов будет рассказано позже). Но, несмотря на то, что теперь Р

292

ссылается на содержимое объекта класса Kreis, компилятор будет рассматривать P как ссылку на объект класса Punkt, и в строке 18 все равно будет вызвана функция ZurZeile класса Punkt.

Для того, чтобы вызвать ZurZeile для класса Kreis, мы должны явно привести Р к типу Kreis (т.е. рассматривать Р как ссылку на объект класса Kreis), что и сделано в строке 19. Дальше все должно быть понятно без комментариев.

16.7. Виртуальные функции, полиморфизм и динамическое связывание

Внутри классов, которые образуют иерархию, методы могут переопределяться в классах-наследниках. Но если ссылке на базовый класс мы присвоим ссылку на класснаследник то, как вы видели из предыдущего примера, вызываться будет всегда функция того класса, который указан для данной ссылки в разделе var. Это зачастую неудобно: было бы очень заманчиво сделать так, чтобы при вызове методов, общих для всех наследников базового класса, вызывались методы именно того класса, на объект которого указывает ссылка, а не методы класса, который указан при объявлении ссылки. Такой метод переопределения методов называется динамическим связыванием методов.

Введем важное определение:

•Полиморфизм – способность одного и того же выражения принимать различные значения (в зависимости от некоторых других факторов).

ВООП полиморфизм проявляется в том, что метод, который вызывается при помощи ссылки, зависит от класса объекта, на который указывает ссылка.

Сейчас мы реализуем те же классы Punkt, Kreis и Kugel, но с помощью динамического связывания.

Пример 4: Использование динамического связывания. Части implementation во всех модулях точно такие же, как и в примере №3, поэтому приводятся только части interface модулей и файл проекта.

10:public

11:constructor Bilde(x1,y1,z1:real); //конструктор точки

12:procedure StellPunkt(x1,y1,z1:real);

13:function ZurZeile:string; virtual; //Виртуальная функция

14:end;

///////////////////Модуль KreisU.pas ////////////////////////////

1 : unit KreisU;

2 :

3 : interface

4 :

293

10:rad:real; //Поле rad будет доступно в классе Kugel

11:public

12:constructor Bilde(x,y,z,r:real);

13:procedure StellFigur(x,y,z,r:real);

14:procedure StellRad(r:real);

15:function ZurZeile:string; override; //перекрываем метод

16:function GibRad:real;

17:end;

///////////////////Модуль KugelU.pas ////////////////////////////

1 : unit KugelU;

2 :

3 : interface

4 : uses

5 : KreisU;

6 : type

7 : Kugel = class (Kreis) // шар - наследник круга 8 : public

9 : constructor Bilde(x,y,z,r:real);

10:function Umfang:real; //der Umfang - объем.

11:// Функции печати и установки свойств переходят в Kugel без

изменений

12: end; 25: end.

/////////////////// Файл проекта ////////////////////////////

1 : program Erbschaft;

2 :

3 : {$APPTYPE CONSOLE}

4 :

5 : uses

6 : SysUtils,

7 : PunktU in 'PunktU.pas',

8 : KreisU in 'KreisU.pas',

9 : KugelU in 'KugelU.pas';

10:type

11:PunktMas = array[1..3] of Punkt;

12:var

13:PM:PunktMas;

14:i:integer;

15:begin

16:PM[1]:=Punkt.Bilde(1,2,3);

17:PM[2]:=Kreis.Bilde(1,2,4,7);

18:PM[3]:=Kugel.Bilde(1,2,5,5);

19:for i:=1 to 3 do

20:writeln('PM[',i,'] = ',PM[i].ZurZeile);

294

21:readln;

22:end.

Вописании класса Punkt изменилась по сравнению с предыдущим примеров только строка 13: после заголовка метода ZurZeile стоит директива virtual. Это означает, что функция объявлена как виртуальная функция. Если функция виртуальна, то ее можно переопределять в классах-наследниках. Для этого после переопределяемой функции надо поставить директиву override (смотрите KreisU.pas строка 15). В классе Kugel функция не переопределяется, поэтому она переходит в неизменном виде от класса Kreis, наследником которого является Punkt.

Вфайле проекта создается массив из трех ссылок на класс Punkt. Но первая ссылка будет указывать на объект класса Punkt, вторая – на объект класса Kreis, а третья – на объект класса Kugel.

Запустив программу, вы увидите, что в строках 19-20 при вызове функции ZurZeile вызывались методы именно тех классов, на объекты которых указывают ссылки.

16.8. Смешанные иерархии

Под смешанной иерархией классов мы будем понимать иерархию классов, в которых один и тот же метод может перекрываться иногда статически, а иногда динамически. В примере мы рассмотрим тонкости применения смешанных иерархий.

Пример 5: Смешанные иерархии классов.

10:procedure MacheEtwas;override;

11:end;

12:

13:KLEnkel = class(KLKind) // Enkel - внук

14:procedure MacheEtwas;virtual;

15:end;

16:

17:KLGrossEnkel = class(KLEnkel) //GrossEnkel - правнук

18:procedure MacheEtwas;override;

19:end;

20:

21:procedure KL.MacheEtwas;

22:begin

23:writeln('KL')

24:end;

25:

26: procedure KLKind.MacheEtwas;

295

27:begin

28:writeln('KLKind')

29:end;

30:

31:procedure KLEnkel.MacheEtwas;

32:begin

33:writeln('KLEnkel')

34:end;

35:

36:procedure KLGrossEnkel.MacheEtwas;

37:begin

38:writeln('KLGrossEnkel')

39:end;

40:

41:var

42:F:KL;

43:F2:KLEnkel;

44:begin

53:readln;

54:end.

Итак, в базовом классе KL объявляется виртуальный метод MacheEtwas, который перекрывается динамически в его непосредственном потомке KLKind. В потомке класса KLKind – KLEnkel метод MacheEtwas снова объявляется виртуальным. Это означает, что иерархия виртуальных методов на классе KLEnkel прервется, т.к. в этом классе метод перекрывается статически, а директива virtual говорит о том, что в дальнейшем классы-потомки могут перекрывать виртуальный метод MacheEtwas класса KLEnkel, что и делается в классе KLGrossEnkel.

В комментарии к строкам 45..51 приводятся значения, которые будут напечатаны функциями MacheEtwas. Обратите внимание на применение функции Free к ссылкам. Если бы, например, в строке 45 не стоял бы оператор F.Free, то после выполнения первого из операторов строки 46 (конструктора) переменная F будет указывать уже на другой объект в памяти, а предыдущий объект будет продолжать существовать в динамической памяти, засоряя ее. Чтобы этого не произошло, вызывается функция Free, которая уничтожает объект из ДП (и устанавливает значение ссылки равным nil).

16.9. Иерархия классов Delphi

Вы знаете уже, что у любого объекта есть встроенные методы (и свойства). Они появляются т.к. каждый класс Delphi является наследником класса TObject, даже если это не указывается явно.

Объявление класса

296

KL1 = class end;

эквивалентно следующему:

KL1 = class (TObject) end;

На рисунке вы можете видеть небольшой фрагмент иерархии встроенных классов

Delphi:

Рис 16.4: Фрагмент иерархии классов Delphi.

Методы класса TObject мы обсудим позднее. Но кроме набора методов у объекта класса TObject есть 2 поля. Что это за поля станет ясно, если вспомнить чудо-записи. Первое – это ссылка на дескриптор класса (это тот массив, на который ссылалось одно из полей чудо-записи). Второе – это ссылка объекта на самого себя. Как вы помните, функции чудо-записи (и класса) должны принимать в качестве одного из параметров ссылку на объект. Но дать возможность передавать его явно нельзя, т.к. это нарушает инкапсуляцию классов: можно вызвать функцию одного объекта, а в качестве параметра передать ссылку на другой объект. Для того, чтобы избавиться от этих проблем, у каждого объекта есть поле, хранящее ссылку на самого себя. Она автоматически передается в метод в качестве параметра.

Поле, хранящее ссылку на класс, скрыто от программиста (хотя, как мы увидим, получить ссылку на дескриптор класса можно с помощью метода ClassType класса TObject). А ссылку объекта на самого себя можно использовать внутри класса, и называется она self.

16.10. Абстрактные классы

Иногда имеет смысл создавать на вершине иерархии классы, часть методов которых не имеет реализации, но которые переопределяются в классах-наследниках.

•Виртуальные методы, которые не имеют реализации, называются абстрактными.

•Класс, который содержит хотя бы один абстрактный метод, называется

абстрактным.

Пример 6: Использование абстрактных классов.

1 : {$APPTYPE CONSOLE}

2 :

3 : uses

4 : SysUtils;

5 :

6 : type

7 : Abstr = class

8 : public

297

9 : function ZurZeile:string; virtual;abstract; 10: end;

11:

12:Punkt = class(Abstr)

13:private

14:x,y:integer;

15:public

16:constructor Bilde(x,y:integer);

17:function ZurZeile:string; override;

18:end;

19:

20:function Punkt.ZurZeile:string;

21:begin

22:result:='('+IntToStr(x)+';'+IntToStr(y)+')';

23:end;

24:

25:constructor Punkt.Bilde(x,y:integer);

26:begin

27:self.x:=x;

28:self.y:=y;

29:end;

30:

31:var

32:A:Abstr;

33:begin

34:A:=Abstr.Create;

35:A.Free;

36:// A.ZurZeile; {Так нельзя - будет ошибка EAbstractError}

37:A:=Punkt.Bilde(3,4);

38:writeln(A.ZurZeile);

39:readln;

40:end.

Встроке 7 объявляется абстрактный класс, в котором всего один метод (помимо тех, которые он унаследовал от TObject). Метод ZurZeile объявлен как виртуальный и абстрактный, следовательно, его реализацию писать не надо. Кроме класса Abstr объявляется его наследник, в котором переопределяется метод ZurZeile (строка 17).

Заметьте, что можно создавать объекты абстрактного класса, работать с ними, однако ни в коем случае нельзя вызывать абстрактные методы (ведь у них реализации даже нет). Если абстрактный метод будет вызываться, то произойдет ошибка

EAbstractError.

Возникает вопрос, зачем вообще разрешать создавать объекты абстрактных классов, если некоторые их методы нельзя использовать, и вводить из-за этого лишнюю ошибку EAbstractError?

Думаю, что смысл в том, что абстрактные классы обычно находятся на вершине иерархии классов. Поэтому если вы хотите создать набор объектов, среди которых могут быть объекты любого из потомков этого абстрактного класса, то логично объявить в разделе var набор ссылок на объекты абстрактного класса, которые в процессе работы программы будут хранить ссылки на объекты производных классов.

298

За счет полиморфизма у всех этих объектов можно было бы вызывать методы соответствующих классов.

Возможно, следовало бы запретить вызов конструктора для абстрактных классов, не запрещая объявления ссылок на объекты абстрактных классов. Тогда и проблем было бы меньше, и все преимущества бы остались.

16.11.Методы класса

Укласса могут быть методы, реализация которых не зависит от полей класса. Следовательно, такие методы могут вообще не принимать в качестве параметра ссылку на объект. А так как ссылка на объект для таких методов не важна, то имеет смысл дать возможность вызывать такие методы, ссылаясь лишь на класс, к которому они принадлежат, а не на какой-то конкретный объект. В Delphi есть возможность создавать такие методы, которые называются методами класса. Для того чтобы объявить методы класса, надо перед словом function (или procedure) добавить слово

class.

Конструктор – тоже метод класса, но по синтаксису перед ним слово class не ставится, т.к. он и так особенный.

Пример 7: Использование методов класса.

{$APPTYPE CONSOLE}

type

MFunk = class

class function tan(x:real):real; end;

class function MFunk.tan(x:real):real; begin

result:=sin(x)/cos(x);

end;

begin writeln(MFunk.tan(Pi/6)); readln;

end.

В первой строке исполняемой части вызывается функция tan класса MFunk. Фактически, называние класса играет роль ссылки на дескриптор класса.

16.12. Класс TObject

Т.к. любой класс является наследником класса TObject, то надо знать основные методы этого класса.

Вы уже знаете, что у класса TObject есть конструктор Create и деструктор Destroy, которые выполняют все необходимые действия по созданию/удалению объекта любого класса, а также метод Free.

Давайте рассмотрим метод класса TObject class function ClassName: ShortString;

299

Если этот метод вызывается самим классом (т.е. ссылкой на его дескриптор), то он вернет название этого класса. Если метод вызывается ссылкой на объект, то он вернет название класса, которому принадлежит объект (а не название класса, который был указан при объявлении ссылки).

Пример 8: Использование метода ClassName.

1 : program ClassnameFunk;

2 :

3 : {$APPTYPE CONSOLE}

4 :

5 : uses

6 : SysUtils;

7 :

8 : type

9 : Klasse = class 10: end;

11:

12:var

13:K:Klasse;

14:Obj:TObject;

15:begin

16:K:=Klasse.Create;

17:Obj:=Klasse.Create;

19:writeln(TObject(K).ClassName); //Klasse

20:writeln(Obj.ClassName); //Klasse

21:Obj.Destroy;

22:Obj:=TObject.Create;

23:writeln(Obj.ClassName); //TObject

24:readln;

25:end.

После строк 16-17 переменные К и Obj ссылаются на объект класса Klasse. Как видно из строк 18 и 20, название класса, которому принадлежит объект, не зависит от типа, который был указан при объявлении ссылки. Приведение переменной К к другому типу (строка 19) также не влияет на значение метода ClassName.

В строках 21-23 уничтожается объект (удаляется из динамической памяти) и вместо этого создается новый экземпляр класса TObject. Как видите, теперь имя класса будет TObject (стр. 23).

Т.к. этот метод есть у любого класса, то можно в процессе работы программы сортировать объекты по классам, что очень удобно. В будущем мы узнаем еще более важные методы класса TObject, которые позволяют получить ссылки на дескриптор класса и на дескриптор класса-родителя.

16.13.Приведение классов. Операторы is, as

•Класс K1 совместим по типу с классом K2, если К1 является наследником К2 (неважно – прямым, или есть промежуточные классы). В противном случае классы К1 и К2 несовместимы по типу.