	12.06.2011, 12:47
ГЛАВА 5 Наследование Наследование-это такое отношение между классами,когда один класс частично или полностью повторяет структуру и поведение другого класса(одиночное наследование) или других(множественное наследование) классов. Механизм наследования классов позволяет строить иерархии, в которых производные классы получают элементы родительских, или базовых, классов и могут дополнять их или изменять их свойства. При большом количестве никак не связанных классов управлять ими становится невозможным. Наследование позволяет справиться с этой проблемой путем упорядочивания и ранжирования классов, то есть объединения общих для нескольких классов свойств в одном классе и использования его в качестве базового. Классы, находящиеся ближе к началу иерархии, объединяют в себе наиболее общие черты для всех нижележащих классов. По мере продвижения вниз по иерархии классы приобретают все больше конкретных черт. Множественное наследование позволяет одному классу обладать свойствами двух и более родительских классов. Ключи доступа При описании класса в его заголовке перечисляются все классы, являющиеся для него базовыми. Возможность обращения к элементам этих классов регулируется с помощью ключей доступа private, protected и public: class имя : [private \| protected \| public] базовый_класс { тело класса }; Если базовых классов несколько, они перечисляются через запятую. Ключ доступа может стоять перед каждым классом, например: class А { ... }; class В { ... }; class С { ... }; class D: А. protected В. public С { ... }: По умолчанию для классов используется ключ доступа private, а для структур — public. Глава 5. Наследование 201 До сих пор мы рассматривали только применяемые к элементам класса специфи- каторы доступа private и public. Для любого элемента класса может также использоваться спецификатор protected, который для одиночных классов, не входящих в иерархию, равносилен private. Разница между ними проявляется при наследовании, что можно видеть из приведенной таблицы: Ключ доступа private protected public Спецификатор в базовом классе private protected public private protected public private protected public Доступ в производном классе пет private private нет protected protected \| нет protected public 1 Как видно из таблицы, private элементы базового класса в производном классе недоступны вне зависимости от ключа. Обращение к ним может осуществляться только через методы базового класса. Элементы protected при наследовании с ключом private становятся в производном классе private, в остальных случаях права доступа к ним не изменяются. Доступ к элементам public при наследовании становится соответствующим ключу доступа. Если базовый класс наследуется с ключом private, можно выборочно сделать некоторые его элементы доступными в производном классе, объявив их в секции public производного класса с помощью операции доступа к области видимости: class Base{ public: void f(); class Derived : private Base{ public: Base: :vo1d f O : Простое наследование Простым называется наследование, при котором производный класс имеет одного родителя. Для различных методов класса существуют разные правила насле- 202 Часть li. Объектно-ориентированное программирование дования — например, конструкторы и операция присваивания в производном классе не наследуются, а деструкторы наследуются. Рассмотрим наследование классов и проблемы, возникающие при этом, на примере. Создадим производный от класса monstr класс daemon, добавив полезную в некоторых случаях способность думать. Базовый класс приведен с некоторыми методами, добавленными в предыдущих разделах: enum color {red. green, blue}; / / Класс monstr class monstr{ / / -- Скрытые поля класса: 1nt health, ammo; color skin; char name; public: / / Конструкторы: monstrdnt he = 100. int am = 10); monstrCcolor sk); monstrCchar nam); monstr(monstr &M); / / Деструктор: -monstrO {delete [ ] name;} / / Операции: monstr& operator ++(){ ++health; return th1s; } monstr operator ++(int){ monstr M(this); health++: return M; } operator int(){ return health; } bool operator >(monstr &M){ 1f( health > M.health) return true; return false; } const monstr& operator = (monstr &M){ if (&M == this) return nhls; If (name) delete [] name; If (M.name){ name = new char [strlen(M.name) + 1]; strcpy(name. M.name);} else name = 0 ; health = M.health; ammo = M.ammo; skin ^ M.skin; return th1s; } ^ // Методы доступа к полям: health - 100; health = 100: health = 100; ammo ammo ammo - 10; - 20; = 40; skin = red; skin « green; skin « blue; name = 0; name « 0; name = 0: break break break Глава 5. Наследование 203 int get_health() const {return health;} int get__ammo() const {return ammo;} // Методы, изменяющие значения полей: void change_health(int he){ health « he;} // Прочие методы: void draw(int x. int y, int scale, int position): }: // -- Реализация класса monstr monstr::monstr(int he. int am): health (he), ammo (am), skin (red), name (0){} monstr::monstr(monstr &M){ if (M.name){ name = new char [strlen(M.name) + 1]; strcpy(name. M.name);} else name = 0; health - M.health; ammo - M.ammo; skin = M.skin; } monstr::monstr(color sk){ switch (sk){ case red case green case blue } } monstr::monstr(char nam){ name = new char [strlen(nam) + 1]; strcpy(name, nam); health = 100; ammo = 10: skin « red; } void monstr::draw(int x, int y. int scale, int position) { /* ... Отрисовка monstr / } // Класс daemon — class daemon : public monstr{ int brain; public: // Конструкторы: daemon(int br « 10){brain = br;}; daemon(color sk) : monstr (sk) {brain = 10;} daemon(char nam) : monstr (nam) {brain = 10:} daemon(daemon &M) : monstr (M) {brain = M.brain;} // Операции: const daemon& operator = (daemon &M){ i f (&M -= this) return nhis; brain = M.brain; monstr::operator « (M); return this; 204 Часть ii. Объектно-ориентированное программирование } // Методы, изменяющие значения полей: void thinkO: // Прочие методы: void drawCint х. int у. int scale, int position): }: // Реализация класса daemon void daemon: :think(){ / ... / } void daemon::draw(int x. int y. int scale, int position) { / ... Отрисовка daemon / } В классе daemon введено поле brain и метод think, определены собственные конструкторы и операция присваивания, а также переопределен метод отрисовки draw. Все поля класса monstr, операции (кроме присваивания) и методы get^health, get^ammo и change_health наследуются в классе daemon, а деструктор формируется по умолчанию. Рассмотрим правила наследования различных методов. Конструкторы не наследуются, поэтому производный класс должен иметь собственные конструкторы. Порядок вызова конструкторов определяется приведенными ниже правилами. • Если в конструкторе производного класса явный вызов конструктора базово- . го класса отсутствует, автоматически вызывается конструктор базового класса по умолчанию (то есть тот, который можно вызвать без параметров). Это использовано в первом из конструкторов класса daemon. а Для иерархии, состоящей из нескольких уровней, конструкторы базовых классов вызываются начиная с самого верхнего уровня. После этого выполняются конструкторы тех элементов класса, которые являются объектами, в порядке их объявления в классе, а затем исполняется конструктор класса. • В случае нескольких базовых классов их конструкторы вызываются в порядке объявления. ВНИМАНИЕ Если конструктор базового класса требует указания параметров, он должен быть явным образом вызван в конструкторе производного класса в списке инициализации (это продемонстрировано в трех последних конструкторах). Не наследуется и операция присваивания, поэтому ее также требуется явно определить в классе daemon. Обратите внимание на запись функции-операции: в ее теле применен явный вызов функции-операции присваивания из базового класса. Чтобы лучше представить себе синтаксис вызова, ключевое слово operator вместе со знаком операции можно интерпретировать как имя функции- операции. Вызов функций базового класса предпочтительнее копирования фрагментов кода из функций базового класса в функции производного. Кроме сокращения объема кода, этим достигается упрощение модификации программы: изменения требуется вносить только в одну точку программы, что сокращает количество возможных ошибок. Глава 5. Наследование 205 Ниже перечислены правила наследования деструкторов, • Деструкторы не наследуются, и если программист не описал в производном классе деструктор, он формируется по умолчанию и вызывает деструкторы всех базовых классов. • В отличие от конструкторов, при написании деструктора производного класса в нем не требуется явно вызывать деструкторы базовых классов, поскольку это будет сделано автоматически. • Для иерархии классов, состоящей из нескольких уровней, деструкторы вызываются в порядке, строго обратном вызову конструкторов: сначала вызывается деструктор класса, затем — деструкторы элементов класса, а потом деструктор базового класса. Поля, унаследованные из класса monstr, недоступны функциям производного класса, поскольку они определены в базовом классе как private. Если функциям, определенным в daemon, требуется работать с этими полями, можно либо описать их в базовом классе как protected, либо обращаться к ним с помощью функций из monstr, либо явно переопределить их в daemon так, как было показано в предыдущем разделе (с. 201). Рассматривая наследование методов, обратите внимание на то, что в классе daemon описан метод draw, переопределяющий метод с тем же именем в классе monstr (поскольку отрисовка различных персонажей, естественно, выполняется по-разному). Таким образом, производный класс может не только дополнять, но и корректировать поведение базового класса^. Доступ к переопределенному методу базового класса для производного класса выполняется через имя, уточненное с помощью операции доступа к области видимости (::). Виртуальные методы* Работа с объектами чаще всего производится через указатели. Указателю на базовый класс можно присвоить значение адреса объекта любого производного класса, например: / / Описывается указатель на базовый класс: monstr р: / / Указатель ссылается на объект производного класса: р = new daemon: Вызов методов объекта происходит в соответствии с типом указателя, а не фактическим типом объекта, на который он ссылается, поэтому при выполнении оператора, например, p->draw(l. 1. 1. 1): будет вызван метод класса monstr, а не класса daemon, поскольку ссылки на методы разрешаются во время компоновки программы. Этот процесс ,называется ранним ^ Переопределять в производном классе рекомендуется только виртуальные методы (см. след. раздел). 206 Часть il. Объектно-ориентированное программирование связыванием. Чтобы вызвать метод класса daemon, можно использовать явное преобразование типа указателя: (daemon p)->draw(l. 1. 1. 1); Это не всегда возможно, поскольку в разное время указатель может ссылаться на объекты разных классов иерархии, и во время компиляции программы конкретный класс может быть неизвестен. В качестве примера можно привести функцию, параметром которой является указатель на объект базового класса. На его место во время выполнения программы может быть передан указатель на любой производный класс. Другой пример — связный список указателей па различные объекты иерархии, с которым требуется работать единообразно. В C++ реализован механизм позднего связывания, когда разрешение ссылок на метод происходит на этапе выполнения программы в зависимости от конкретного типа объекта, вызвавшего метод. Этот механизм реализован с помощью виртуальных методов и рассмотрен в следующем разделе. Для определения виртуального метода используется спецификатор virtual, например: virtual void draw(int х. int у. int scale, int position); Рассмотрим правила описания и использования виртуальных методов. • Если в базовом классе метод определен как виртуальный, метод, определенный в производном классе с тем же именем и набором параметров, автоматически становится виртуальным, а с отличающимся набором параметров — обычным. • Виртуальные методы наследуются, то есть переопределять их в производном классе требуется только при необходимости задать отличающиеся действия. Права доступа при переопределении изменить нельзя. • Если виртуальный метод переопределен в производном классе, объекты этого класса могут получить доступ к методу базового класса с помощью операции доступа к области видимости. • Виртуальный метод не может объявляться с модификатором static, но может быть объявлен как дружественный. • Если в классе вводится описание виртуального метода, он должен быть определен хотя бы как чисто виртуальный. Чисто виртуальный метод содержит признак » О вместо тела, например: virtual void f(int) = 0; Чисто виртуальный метод должен переопределяться в производном классе (возможно, опять как чисто виртуальный). Если определить метод draw в классе raonstr как виртуальный, решение о том, метод какого класса вызвать, будет приршматься в зависимости от типа объекта, на который ссылается указатель: monstr * г . р; г = new monstr;. // Создается объект класса monstr р = new daemon; // Создается объект класса daemon r->draw(l. 1. 1. 1); // Вызывается метод monstr::draw p->draw(l. 1. 1. 1); // Вызывается метод daemon::draw Глава 5. Наследование 207 р-> monstr: rdrawd, 1. 1. 1); // Обход механизма виртуальных методов Если объект класса daemon будет вызывать метод draw не непосредственно, а косвенно (то есть из другого метода, определенного в классе monstr), будет вызван метод draw класса daemon. Итак, виртуальным называется методу ссылка на который разрешается на этапе выполнения программы (перевод красивого английского слова virtual — в данном значении всего-навсего «фактический», то есть ссылка разрешается по факту вызова). Механизм позднего связывания* Для каждого класса (не объекта!), содержащего хотя бы один виртуальный метод, компилятор создает таблиг^у виртуальных методов (vtbl), в которой для каждого виртуального метода записан его адрес в памяти. Адреса методов содержатся в таблице в порядке их описания в классах. Адрес любого виртуального метода имеет в vtbl одно и то же смещение для каждого класса в пределах иерархии. Каждый объект содержит скрытое дополнительное поле ссылки на vtb1, называемое vptr. Оно заполняется конструктором при создании объекта (для этого компилятор добавляет в начало тела конструктора соответствующие инструкции). На этапе компиляции ссылки на виртуальные методы заменяются на обращения к vtbl через vptr объекта, а на этапе выполнения в момент обращения к методу его адрес выбирается из таблицы. Таким образом, вызов виртуального метода, в отличие от обычных методов и функций, выполняется через дополнительный этап получения адреса метода из таблицы. Это несколько замедляет выполнение программы. Рекомендуется делать виртуальными деструкторы для того, чтобы гарантировать правильное освобождение памяти из-под динамического объекта, поскольку в этом слз^ае в любой момент времени будет выбран деструктор, соответствующий фактическому типу объекта. Деструктор передает операции delete размер объекта, имеющий тип size_t. Если удаляемый объект является производным и в нем не определен виртуальный деструктор, передаваемый размер объекта может оказаться неправильным. Четкого правила, по которому метод следует делать виртуальным, не существует. Можно только дать рекомендацию объявлять виртуальными методы, для которых есть вероятность, что они будут переопределены в производных классах. Методы, которые во всей иерархии останутся неизменными или те, которыми производные классы пользоваться не будут, делать виртуальными нет смысла. С другой стороны, при проектировании иерархии не всегда можно предсказать, каким образом будут расширяться базовые классы (особенно при проектировании библиотек классов), а объявление метода виртуальным обеспечивает гибкость и возможность расширения. Для пояснения последнего тезиса представим себе, что вызов метода draw осуществляется из метода перемещения объекта. Если текст метода перемещения не зависит от типа перемещаемого объекта (поскольку принцип перемещения всех 208 Часть il. Объектно-ориентированное программирование объектов одинаков, а для отрисовки вызывается конкретный метод), переопределять этот метод в производных классах нет необходимости, и он может быть описан как невиртуальный. Если метод draw виртуальный, метод перемещения сможет без перекомпиляции работать с объектами любых производных классов — даже тех, о которых при его написании ничего известно не было. Виртуальный механизм работает только при использовании указателей или ссылок на объекты. Объект, определенный через указатель или ссылку и содержащий виртуальные методы, называется полиморфным. В данном случае полиморфизм состоит в том, что с помощью одного и того же обращения к методу выполняются различные действия в зависимости от типа, на который ссылается указатель в каждый момент времени. Абстрактные классы Класс, содержащий хотя бы один чисто виртуальный метод, называется абстрактным. Абстрактные классы предназначены для представления общих понятий, которые предполагается конкретизировать в производных классах. Абстрактный класс может использоваться только в качестве базового для других классов — объекты абстрактного класса создавать нельзя, поскольку прямой или косвенный вызов чисто виртуального метода приводит к ошибке при выполнении. При определении абстрактного класса необходимо иметь в виду следующее: • абстрактный класс нельзя использовать при явном приведении типов, для описания типа параметра и типа возвращаемого функцией значения; • допускается объявлять указатели и ссылки на абстрактный класс, если при инициализации не требуется создавать временный объект; • если класс, производный от абстрактного, не определяет все чисто виртуальные функции, он также является абстрактным. Таким образом, можно создать функцию, параметром которой является указатель на абстрактный класс. На место этого параметра при выполнении программы может передаваться указатель на объект любого производного класса. Это позволяет создавать полиморфные функции^ работающие с объектом любого типа в пределах одной иерархии.
1 2 3 4 5 Категория: Информатика \| Добавил: @RUS@
Просмотров: 826 \| Загрузок: 0 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]