Мюррей Хилл - C++ Страница 38

7.2 Производные Классы

Чтобы разделить задачи понимания аппарата языка и метдов его применения, знакомство с понятием производных классов делается в три этапа. Вначале с помощью небольших примеров, которые не надо воспринимать как реалистичные, будут описаны

сами средства языка (запись и семантика). После этого демонтрируются некоторые неочевидные применения производных класов, и, наконец, приводится законченная программа.

7.2.1 Построение Производного Класса

Рассмотрим построение программы, которая имеет дело с людьми, служащими в некоторой фирме. Структура данных в этой программе может быть например такой:

struct employee (* // служащий char* name; // имя short age; // возраст short department; // подразделение int salary; // жалование employee* next; // ... *);

Список аналогичных служащих будет связываться через поле next. Теперь давайте определим менеджера:

struct manager (* // менеджер employee emp; // запись о менеджере как о служащем employee* group; // подчиненные люди // ... *);

Менеджер также является служащим; относящиеся к служащму employee данные хранятся в члене emp объекта manager. Для читающего это человека это, может быть, очевидно, но нет нчего выделяющего член emp для компилятора. Указатель на мнеджера (manager*) не является указателем на служащего (employee*), поэтому просто использовать один там, где требется другой, нельзя. В частности, нельзя поместить менеджера в список служащих, не написав для этого специальный код. Моно либо применить к manager* явное преобразование типа, либо поместить в список служащих адрес члена emp, но и то и другое мало элегантно и довольно неясно. Корректный подход состоит в том, чтобы установить, что менеджер является служащим с некторой добавочной информацией:

struct manager : employee (* employee* group; // ... *);

manager является производным от employee и, обратно, employee есть базовый класс для manager. Класс manager допонительно к члену group имеет члены класса employee (name, age и т.д.).

Имея определения employee и manager мы можем теперь содать список служащих, некоторые из которых являются менеджрами. Например:

void f() (* manager m1, m2; employee e1, e2; employee* elist; elist = amp;m1; // поместить m1, e1, m2 и e2 в elist m1.next = amp;e1; e1.next = amp;m2; m2.next = amp;e2; e2.next = 0; *)

Поскольку менеджер является служащим, manager* может ипользоваться как employee*. Однако служащий необязательно является менеджером, поэтому использовать employee* как manager* нельзя.

7.2.2 Функции Члены

Просто структуры данных вроде employee и manager на смом деле не столь интересны и часто не особенно полезны, потому рассмотрим, как добавить в них функции. Например:

class employee (* char* name; // ... public: employee* next; void print(); // ... *);

class manager : public employee (* // ... public: void print(); // ... *);

Надо ответить на некоторые вопросы. Как может функция член производного класса manager использовать члены его базвого класса employee? Как члены базового класса employee мгут использовать функции члены производного класса manager? Какие члены базового класса employee может использовать фунция не член на объекте типа manager? Каким образом програмист может повлиять на ответы на эти вопросы, чтобы удовлеворить требованиям приложения?

Рассмотрим:

void manager::print() (* cout «„ " имя " «« name «« «\n“; // ... *)

Член производного класса может использовать открытое имя из своего базового класса так же, как это могут делать другие члены последнего, то есть без указания объекта. Предполагаеся, что на объект указывает this, поэтому (корректной) ссыкой на имя name является this-»name. Однако функция manager:: print компилироваться не будет, член производного класса не имеет никакого особого права доступа к закрытым членам его базового класса, поэтому для нее name недоступно.

Это многим покажется удивительным, но представьте себе другой вариант: что функция член могла бы обращаться к закртым членам своего базового класса. Возможность, позволяющая программисту получать доступ к закрытой части класса просто с помощью вывода из него другого класса, лишила бы понятие зарытого члена всякого смысла. Более того, нельзя было бы унать все использования закрытого имени, посмотрев на функции, описанные как члены и друзья этого класса. Пришлось бы проврять каждый исходный файл во всей программе на наличие в нем производных классов, потом исследовать каждую функцию этих классов, потом искать все классы, производные от этих класов, и т.д. Это по меньшей мере утомительно и скорее всего нереально.

С другой стороны, можно ведь использовать механизм friend, чтобы предоставить такой доступ или отдельным функцям, или всем функциям отдельного класса (как описывается в #5.3). Например:

class employee (* friend void manager::print(); // ... *);

решило бы проблему с manager::print(), и

class employee (* friend class manager; // ... *);

сделало бы доступным каждый член employee для всех фунций класса manager. В частности, это сделает name доступным для manager::print().

Другое, иногда более прозрачное решение для производного класса – использовать только открытые члены его базового класса. Например:

void manager::print() (* employee::print(); // печатает информацию о служащем // ... // печатает информацию о менеджере *)

Заметьте, что надо использовать ::, потому что print() была переопределена в manager. Такое повторное использование имен типично. Неосторожный мог бы написать так:

void manager::print() (* print(); // печатает информацию о служащем // ... // печатает информацию о менеджере *)

и обнаружить, что программа после вызова manager::print() неожиданно попадает в последовательность ркурсивных вызовов.

7.2.3 Видимость

Класс employee стал открытым (public) базовым классом класса manager в результате описания:

class manager : public employee (* // ... *);

Это означает, что открытый член класса employee является также и открытым членом класса manager. Например:

void clear(manager* p) (* p-»next = 0; *)

будет компилироваться, так как next – открытый член и employee и manager'а. Альтернатива – можно определить закртый (private) класс, просто опустив в описании класса слово public:

class manager : employee (* // ... *);

Это означает, что открытый член класса employee является закрытым членом класса manager. То есть, функции члены класса manager могут как и раньше использовать открытые члены класса employee, но для пользователей класса manager эти члены ндоступны. В частности, при таком описании класса manager функция clear() компилироваться не будет. Друзья производного класса имеют к членам базового класса такой же доступ, как и функции члены.

Поскольку, как оказывается, описание открытых базовых классов встречается чаще описания закрытых, жалко, что описние открытого базового класса длиннее описания закрытого. Это, кроме того, служит источником запутывающих ошибок у нчинающих.

Когда описывается производная struct, ее базовый класс по умолчанию является public базовым классом. То есть,

struct D : B (* ...

означает

class D : public B (* public: ...

Отсюда следует, что если вы не сочли полезным то сокртие данных, которое дают class, public и friend, вы можете просто не использовать эти ключевые слова и придерживаться struct. Такие средства языка, как функции члены, конструкторы и перегрузка операций, не зависят от механизма сокрытия даных.

Можно также объявить некоторые, но не все, открытые члны базового класса открытыми членами производного класса. Например:

class manager : employee (* // ... public: // ... employee::name; employee::department; *);

Запись

имя_класса :: имя_члена ;

не вводит новый член, а просто делает открытый член бзового класса открытым для производного класса. Теперь name и department могут использоваться для manager'а, а salary и age – нет. Естественно, сделать закрытый член базового класса окрытым членом производного класса невозможно. Невозможно с помощью этой записи также сделать открытыми перегруженные имена.

Подытоживая, можно сказать, что вместе с предоставлением средств дополнительно к имеющимся в базовом классе, произвоный класс можно использовать для того, чтобы сделать средства (имена) недоступными для пользователя. Другими словами, с пмощью производного класса можно обеспечивать прозрачный, плупрозрачный и непрозрачный доступ к его базовому классу.

7.2.4 Указатели

Если производный класс derived имеет открытый базовый класс base, то указатель на derived можно присваивать перменной типа указатель на base не используя явное преобразовние типа. Обратное преобразование, указателя на base в указтель на derived, должно быть явным. Например:

class base (* /* ... */ *); class derived : public base (* /* ... */ *);

derived m; base* pb = amp;m; // неявное преобразование derived* pd = pb; // ошибка: base* не является derived* pd = (derived*)pb; // явное преобразование

Иначе говоря, объект производного класса при работе с ним через указатель и можно рассматривать как объект его бзового класса. Обратное неверно.

Будь base закрытым базовым классом класса derived, неяное преобразование derived* в base* не делалось бы. Неявное преобразование не может в этом случае быть выполнено, потому что к открытому члену класса base можно обращаться через укзатель на base, но нельзя через указатель на derived:

class base (* int m1; public: int m2; // m2 – открытый член base *);

class derived : base (* // m2 – НЕ открытый член derived *);

derived d; d.m2 = 2; // ошибка: m2 из закрытой части класса base* pb = amp;d; // ошибка: (закрытый base) pb-»m2 = 2; // ok pb = (base*) amp;d; // ok: явное преобразование pb-»m2 = 2; // ok