Мюррей Хилл - C++ Страница 39

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

Помимо всего прочего, этот пример показывает, что ипользуя явное приведение к типу можно сломать правила защиты. Ясно, делать это не рекомендуется, и это приносит программиту заслуженную «награду». К несчастью , недисциплинированное использование явного преобразования может создать адские уловия для невинных жертв, эксплуатирующих программу, в котрой это делается. Но, к счастью, нет способа воспользоваться приведением для получения доступа к закрытому имени m1. Зарытый член класса может использоваться только членами и друзьями этого класса.

7.2.5 Иерархия Типов

Производный класс сам может быть базовым классом. Например:

class employee (* ... *); class secretary : employee (* ... *); class manager : employee (* ... *); class temporary : employee (* ... *); class consultant : temporary (* ... *); class director : manager (* ... *); class vice_president : manager (* ... *); class president : vice_president (* ... *);

Такое множество родственных классов принято называть ирархией классов. Поскольку можно выводить класс только из оного базового класса, такая иерархия является деревом и не может быть графом более общей структуры. Например:

class temporary (* ... *); class employee { ... *); class secretary : employee (* ... *);

// не С++: class temporary_secretary : temporary : secretary(* ... *); class consultant : temporary : employee (* ... *);

И этот факт вызывает сожаление, потому что направленный ациклический граф производных классов был бы очень полезен. Такие структуры описать нельзя, но можно смоделировать с пмощью членов соответствующих типов. Например:

class temporary (* ... *); class employee (* ... *); class secretary : employee (* ... *);

// Альтернатива: class temporary_secretary : secretary (* temporary temp; ... *); class consultant : employee (* temporary temp; ... *);

Это выглядит неэлегантно и страдает как раз от тех пролем, для преодоления которых были изобретены производные классы. Например, поскольку consultant не является произвоным от temporary, consultant'а нельзя помещать с список врменных служащих (temporary employee), не написав специальный код. Однако во многих полезных программах этот метод успешно используется.

7.2.6 Конструкторы и Деструкторы

Для некоторых производных классов нужны конструкторы. Если у базового класса есть конструктор, он должен вызыватся, и если для этого конструктора нужны параметры, их надо предоставить. Например:

class base (* // ... public: base(char* n, short t); ~base(); *);

class derived : public base (* base m; public: derived(char* n); ~derived(); *);

Параметры конструктора базового класса специфицируются в определении конструктора производного класса. В этом смысле базовый класс работает точно также, как неименованный член производного класса (см. #5.5.4). Например:

derived::derived(char* n) : (n,10), m(«member»,123) (* // ... *)

Объекты класса конструируются снизу вверх: сначала базвый, потом члены, а потом сам производный класс. Уничтожаются они в обратном порядке: сначала сам производный класс, потом члены а потом базовый.

7.2.7 Поля Типа

Чтобы использовать производные классы не просто как удобную сокращенную запись в описаниях, надо разрешить следющую проблему: Если задан указатель типа base*, какому проиводному типу в действительности принадлежит указываемый обект? Есть три основных способа решения этой проблемы:

1. Обеспечить, чтобы всегда указывались только объекты одного типа (#7.3.3),

2. Поместить в базовый класс поле типа, которое смогут просматривать функции и

3. Использовать виртуальные функции (#7.2.8).

Обыкновенно указатели на базовые классы используются при разработке контейнерных (или вмещающих) классов: множество, вектор, список и т.п. В этом случае решение 1 дает однородные списки, то есть списки объектов одного типа. Решения 2 и 3 можно использовать для построения неоднородных списков, то есть списков объектов (указателей на объекты) нескольких раличных типов. Решение 3 – это специальный вариант решения 2 с гарантией типа.

Давайте сначала исследуем простое решение с помощью поля типа, то есть решение 2. Пример со служащими и менеджерами можно было бы переопределить так:

enum empl_type (* M, E *);

struct employee (* empl_type type; employee* next; char* name; short department; // ... *);

struct manager : employee (* employee* group; short level; // уровень *);

Имея это, мы можем теперь написать функцию, которая пчатает информацию о каждом служащем:

void print_employee(employee* e) (* switch (e-»type) (* case E: cout «„ e-“name „„ „\t“ „„ e-“department „„ „\n“; // ... break; case M: cout „« e-“name «« «\t“ «« e-“department «« «\n“; // ... manager* p = (manager*)e; cout «« " уровень " «« p-“level «« «\n“; // ... break;

*) *)

и воспользоваться ею для того, чтобы напечатать список служащих:

void f() (* for (; ll; ll=ll-»next) print_employee(ll); *)

Это прекрасно работает,особенно в небольшой программе, написанной одним человеком, но имеет тот коренной недостаток, что неконтролируемым компилятором образом зависит от того, как программист работает с типами. В больших программах это обычно приводит к ошибкам двух видов. Первый – это невыполнние проверки поля типа, второй – когда не все случаи case пмещаются в переключатель switch, как в предыдущем примере. Оба избежать достаточно легко , когда программу сначала пишут на бумаге, но при модификации нетривиальной программы, осбенно написанной другим человеком, очень трудно избежать как того, так и другого. Часто от этих сложностей становится труднее уберечься из-за того, что функции вроде print() часто бывают организованы так, чтобы пользоваться общностью класов, с которыми они работают. Например:

void print_employee(employee* e) (* cout «„ e-“name „„ „\t“ „„ e-“department „« «\n“; // ... if (e-“type == M) (* manager* p = (manager*)e; cout «« " уровень " «« p-“level «« «\n“; // ... *) *)

Отыскание всех таких операторов if, скрытых внутри болшой функции, которая работает с большим числом производных классов, может оказаться сложной задачей, и даже когда все они найдены, бывает нелегко понять, что же в них делается.

7.2.8 Виртуальные Функции

Виртуальные функции преодолевают сложности решения с пмощью полей типа, позволяя программисту описывать в базовом классе функции, которые можно переопределять в любом проиводном классе. Компилятор и загрузчик обеспечивают правильное соответствие между объектами и применяемыми к ним функциями. Например:

struct employee (* employee* next; char* name; short department; // ... virtual void print(); *);

Ключевое слово virtual указывает, что могут быть разлиные варианты функции print() для разных производных классов, и что поиск среди них подходящей для каждого вызова print() является задачей компилятора. Тип функции описывается в базвом классе и не может переописываться в производном классе. Виртуальная функция должна быть определена для класса, в ктором она описана впервые. Например:

void employee::print() (* cout «„ e-“name „„ „\t“ «« e-“department «« «\n“; // ... *)

Виртуальная функция может, таким образом, использоваться даже в том случае, когда нет производных классов от ее класа, и в производном классе, в котором не нужен специальный вариант виртуальной функции, ее задавать не обязательно. Просто при выводе класса соответствующая функция задается в том случае, если она нужна. Например:

struct manager : employee (* employee* group; short level; // ... void print(); *);

void manager::print() (* employee::print(); cout «„ „\tуровень“ «« level «« «\n“; // ... *)

Функция print_employee() теперь не нужна, поскольку ее место заняли функции члены print(), и теперь со списком слжащих можно работать так:

void f(employee* ll) (* for (; ll; ll=ll-»next) ll-»print(); *)

Каждый служащий будет печататься в соответствии с его типом. Например:

main() (* employee e; e.name = «Дж.Браун»; e.department = 1234; e.next = 0; manager m; m.name = «Дж.Смит»; e.department = 1234; m.level = 2; m.next = amp;e; f( amp;m); *)

выдаст

Дж.Смит 1234 уровень 2 Дж.Браун 1234

Заметьте, что это будет работать даже в том случае, если f() была написана и откомпилирована еще до того, как проиводный класс manager был задуман! Очевидно, при реализации этого в каждом объекте класса employee сохраняется некоторая информация о типе. Занимаемого для этого пространства (в ткущей реализации) как раз хватает для хранения указателя. Это пространство занимается только в объектах классов с виртуалными функциями, а не во всех объектах классов и даже не во

всех объектах производных классов. Вы платите эту пошлину только за те классы, для которых описали виртуальные функции.

Вызов функции с помощью операции разрешения области вдимости ::, как это делается в manager::print(), гарантирует, что механизм виртуальных функций применяться не будет. Иначе manager::print() подвергалось бы бесконечной рекурсии. Примнение уточненного имени имеет еще один эффект, который может оказаться полезным: если описанная как virtual функция описна еще и как inline (в чем ничего необычного нет), то там, где в вызове применяется ::, может применяться inline-подстновка. Это дает программисту эффективный способ справляться с теми важными специальными случаями, когда одна виртуальная функция вызывает другую для того же объекта. Поскольку тип объекта был определен при вызове первой виртуальной функции, обычно его не надо снова динамически определять другом вызове для того же объекта.

7.3 Альтернативные Интерфейсы

После того, как описаны средства языка, которые относяся к производным классам, обсуждение снова может вернуться к стоящим задачам. В классах, которые описываются в этом раздле, основополагающая идея состоит в том, что они однажды нписаны, а потом их используют программисты, которые не могут изменить их определение. Физически классы состоят из одного или более заголовочных файлов, определяющих интерфейс, и оного или более файлов, определяющих реализацию. Заголовочные файлы будут помещены куда-то туда, откуда пользователь может взять их копии с помощью директивы #include. Файлы, определющие реализацию, обычно компилируют и помещают в библиотеку.