Главная » Статьи » Мои статьи » С++ для начинающих
2.4. Объектно-ориентированный подход (Часть1)

Мы выбрали наиболее общий случай – неупорядоченный массив. Но как же быть с теми немногочисленными пользователями, которым обязательно нужна функциональность массива упорядоченного? Мы должны специально для них создать другой вариант массива?

А вот и еще одна категория недовольных пользователей: их не удовлетворяют накладные расходы на проверку правильности индекса. Мы исходили из того, что корректность работы нашего класса превыше всего, и старались обезопасить себя от ошибочных ситуаций. Но возьмем, к примеру, разработчиков систем виртуальной реальности. Трехмерные изображения должны строиться с максимально возможной скоростью, быть может, за счет точности.

Да, мы можем удовлетворить и тех и других, создав для каждой группы пользователей свой, немного модернизированный, вариант IntArray. Более того, его даже не слишком трудно сделать, поскольку мы старались создать хорошую реализацию и необходимые изменения затронут совсем небольшие участки кода. Итак, копируем исходный текст, вносим необходимые изменения в нужные места и получаем три класса:

// неупорядоченный массив без проверки границ индекса

class IntArray { ... };

 

// неупорядоченный массив с проверкой границ индекса

class IntArrayRC { ... };

 

// упорядоченный массив без проверки границ индекса

class IntSortedArray { ... };

Подобное решение имеет следующие недостатки:

·                   нам необходимо сопровождать три копии кода, различающиеся весьма незначительно. Хорошо бы выделить общие участки кода. Кроме упрощения сопровождения, это позволит использовать их впоследствии, если мы захотим создать еще один вариант массива, например упорядоченный с проверкой границ индекса;

·                   если понадобится какая-то общая функция для обработки всех наших массивов, то нам придется написать три копии, поскольку типы ее параметров будут различаться:

void process_array (IntArray&);

void process_array (IntArrayRC&);

void process_array (IntSortedArray&);

хотя реализация этих функций может быть совершенно идентичной. Было бы лучше написать единственную функцию, которая могла бы работать не только со всеми нашими массивами, но и с теми их вариациями, какие мы, возможно, реализуем впоследствии.

Парадигма объектно-ориентированного программирования позволяет осуществить все эти пожелания. Механизм наследования обеспечивает пожелания из первого пункта. Если один класс является потомком другого (например, IntArrayRC потомок класса IntArray), то наследник имеет возможность пользоваться всеми данными и функциями-членами, определенными в классе-предке. То есть класс IntArrayRC может просто использовать всю основную функциональность, предоставляемую классом IntArray, и добавить только то, что нужно ему для обеспечения проверки границ индекса.

В С++ класс, свойства которого наследуются, называют также базовым классом, а класс-наследник – производным классом, или подклассом базового. Класс и подкласс имеют общий интерфейс, предоставляемый базовым классом (т.к. подкласс имеет все функции-члены базового класса). Значит, программу, использующую только функции из этого общего интерфейса, не должен интересовать фактический тип объекта, с которым она работает, – базового ли типа этот объект или производного. В этом смысле общий интерфейс скрывает специфичные для подкласса детали. Отношения между классами и подклассами называются иерархией наследования классов. Вот как может выглядеть реализация функции swap(), которая меняет местами два указанных элемента массива. Первым параметром функции является ссылка на базовый класс IntArray:

#include <IntArray.h>

 

void swap (IntArray &ia, int i, int j)

{

  int temp ia[i];

  ia[i] = ia[j];

  ia[j] = temp;

}

 

// ниже идут обращения к функции swap:

IntArray ia;

IntArrayRC iarc;

IntSortedArray ias;

// правильно - ia имеет тип IntArray

swap (ia,0,10);

 

// правильно - iarc является подклассом IntArray

swap (iarc,0,10);

 

// правильно - ias является подклассом IntArray

swap (ias,0,10);

 

// ошибка - string не является подклассом IntArray

string str("Это не IntArray!");

swap (str,0,10);

Каждый из трех классов реализует операцию взятия индекса по-своему. Поэтому важно, чтобы внутри функции swap() вызывалась нужная операция взятия индекса. Так, если swap() вызвана для IntArrayRC:

swap (iarc,0,10);

то должна вызываться функция взятия индекса для объекта класса IntArrayRC, а для

swap (ias,0,10);

функция взятия индекса IntSortedArray. Именно это и обеспечивает механизм виртуальных функций С++.

Давайте попробуем сделать наш класс IntArray базовым для иерархии подклассов. Что нужно изменить в его описании? Синтаксически – совсем немного. Возможно, придется открыть для производных классов доступ к скрытым членам класса. Кроме того, те функции, которые мы собираемся сделать виртуальными, необходимо явно пометить специальным ключевым словом virtual. Основная же трудность состоит в таком изменении реализации базового класса, которая позволит ей лучше отвечать своей новой цели – служить базой для целого семейства подклассов.

При простом объектном подходе можно выделить двух разработчиков конечной программы – разработчик класса и пользователь класса (тот, кто использует данный класс в конечной программе), причем последний обращается только к открытому интерфейсу. Для такого случая достаточно двух уровней доступа к членам класса – открытого (public) и закрытого (private).

Если используется наследование, то к этим двум группам разработчиков добавляется третья, промежуточная. Производный класс может проектировать совсем не тот человек, который проектировал базовый, и для того чтобы реализовать класс-наследник, совсем не обязательно иметь доступ к реализации базового. И хотя такой доступ может потребоваться при проектировании подкласса, от конечного пользователя обоих классов эта часть по-прежнему должна быть закрыта. К двум уровням доступа добавляется третий, в некотором смысле промежуточный, – защищенный (protected). Члены класса, объявленные как защищенные, могут использоваться классами-потомками, но никем больше. (Закрытые члены класса недоступны даже для его потомков.)

Вот как выглядит модифицированное описание класса IntArray:

class IntArray {

public:

  // конструкторы

  explicit IntArray (int sz = DefaultArraySize);

  IntArray (int *array, int array_size);

  IntArray (const IntArray &rhs);

 

  // виртуальный деструктор

  virtual ~IntArray() { delete[] ia; }

 

  // операции сравнения:

  bool operator== (const IntArray&) const;

  bool operator!= (const IntArray&) const;

 

  // операция присваивания:

  IntArray& operator= (const IntArray&);

  int size() const { return _size; };

 

  // мы убрали проверку индекса...

  virtual int& operator[](int index)

       { return ia[index]; }

  virtual void sort();

 

  virtual int min() const;

  virtual int max() const;

  virtual int find (int value) const;

 

protected:

  static const int DefaultArraySize = 12;

  void init (int sz; int *array);

 

  int _size;

  int *ia;

}

Открытые функции-члены по-прежнему определяют интерфейс класса, как и в реализации из предыдущего раздела. Но теперь это интерфейс не только базового, но и всех производных от него подклассов.

Нужно решить, какие из членов, ранее объявленных как закрытые, сделать защищенными. Для нашего класса IntArray сделаем защищенными все оставшиеся члены.

Теперь нам необходимо определить, реализация каких функций-членов базового класса может меняться в подклассах. Такие функции мы объявим виртуальными. Как уже отмечалось выше, реализация операции взятия индекса будет отличаться по крайней мере для подкласса IntArrayRC. Реализация операторов сравнения и функции size() одинакова для всех подклассов, следовательно, они не будут виртуальными.

При вызове невиртуальной функции компилятор определяет все необходимое еще на этапе компиляции. Если же он встречает вызов виртуальной функции, то не пытается сделать этого. Выбор нужной из набора виртуальных функций (разрешение вызова) происходит во время выполнения программы и основывается на типе объекта, из которого она вызвана. Рассмотрим пример:

void init (IntArray &ia)

{

  for (int ix=0; ix<ia.size(); ++ix)

    ia[ix] = ix;

}

Категория: С++ для начинающих | Добавил: Vayolet (28.05.2010)
Просмотров: 1307 | Комментарии: 2 | Теги: Объектно-ориентированный подход | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: