15. Виртуальные методы, механизм позднего связывания.

Все методы, которые до сих пор рассматривались, имеют одну общую черту — все они статические. При обращении к статическому методу компилятор точно знает класс, которому данный метод принадлежит. Поэтому, например, обращение к статическому методу GetPereentFree в методе CheckStatus компилируется в вызов TResourceGauge.GetPercentFree:

Code:

procedure TResourceGauge.CheckStatus; begin if GetPereentFree <= FPercentCritical then Beep; { if TResourceGauge.GetPereentFree <= FPercentCritical then Beep; } end;

 

Метод CheckStatus работает неправильно в наследниках TResourceGauge, так как внутри него вызов перекрытого метода GetPereentFree не происходит. Конечно, в классах TDiskGauge и TMemoryGauge можно продублировать все методы и свойства, которые прямо или косвенно вызывают GetPereentFree, но при этом теряются преимущества наследования. ООП предлагает изящное решение этой проблемы — метод GetPereentFree всего-навсего объявляется виртуальным:

Code:

type TResourceGauge = class   ... function GetPereentFree: Integer; virtual;   ... end;

 

В производных классах виртуальный метод перекрывается с использованием ключевого слова override. Перекрытый метод должен иметь точно такой же формат (список параметров, а для функций еще и тип возвращаемого значения), что и перекрываемый:

Code:

type TDiskGauge = class(TResourceGauge)     ...    function GetPercentFree: Integer; override; end;   TMemoryGauge = class(TResourceGauge)    function GetPercentFree: Integer; override; end;

 

Суть виртуальных методов в том, что они вызываются по фактическому типу экземпляра, а не по формальному типу, записанному в программе. Поэтому после сделанных изменений метод CheckStatus будет работать так, как ожидает программист:

Code:

procedure TResourceGauge.CheckStatus; begin if GetPercentFree <= FPercentCritical then Beep; { if «фактический класс>.GetPercentFree <= FpercentCritical then Beep; } end;

 

Работа виртуальных методов основана на механизме позднего связывания (late binding). В отличие от раннего связывания (early binding), характерного для статических методов, позднее связывание основано на вычислении адреса вызываемого метода при выполнении программы. Метод вычисляется по хранящемуся в каждом объекте описателю типа.

Благодаря механизму наследования и виртуальным методам, в Delphi реализуется такая концепция ООП как полиморфизм. Полиморфизм существенно облегчает труд программиста, так как обеспечивает повторное использование кода уже написанных методов.

16. Абстрактные классы.

Абстрактный класс в объектно-ориентированном программировании — базовый класс, который не предполагает создания экземпляров. Абстрактные классы реализуют на практике один из принципов ООП - полиморфизм. Абстрактный класс может содержать (и не содержать^[1]) абстрактные методы и свойства. Абстрактный метод не реализуется для класса, в котором описан, однако должен быть реализован для его неабстрактных потомков. Абстрактные классы представляют собой наиболее общие абстракции, то есть имеющие наибольший объем и наименьшее содержание.

В одних языках создавать экземпляры абстрактных классов запрещено, в других это допускается (например, Delphi), но обращение к абстрактному методу объекта этого класса в процессе выполнения программы приведёт к ошибке. Во многих языках допустимо объявить любой класс абстрактным, даже если в нём нет абстрактных методов (например, Java), именно для запрещения создания экземпляров. Абстрактный класс можно рассматривать в качестве интерфейса к семейству классов, порождённому им, но, в отличие от классического интерфейса, абстрактный класс может иметь определённые методы, а также свойства.

Абстрактные методы часто являются и виртуальными, в связи с чем понятия «абстрактный» и «виртуальный» иногда путают.

В Delphi может быть объявлен абстрактный класс с абстрактными методами: TAbstractClass = class procedure NonAbstractProcedure; procedure AbstractProcedure; abstract; end; Для такого класса может быть создан объект, но обращение к методу AbstractProcedure этого объекта во время выполнения вызовет ошибку. В последних версиях Delphi также может быть объявлен абстрактным сам класс: TAbstractClass = class abstract procedure SomeProcedure; end; Хотя метод SomeProcedure может быть не абстрактным и реализован в рамках этого класса, создавать объекты объявленного таким образом класса недопустимо. На языке программирования C++ абстрактный класс объявляется включением хотя бы одной чистой виртуальной функции, типа virtual _сигнатура_функции_ =0;, которая как и другие может быть заменена. Пример на языке программирования C++: #include <iostream.h> class CA { // Абстрактный класс public: CA ( void ) { std::cout << "This object of the class "; } virtual void Abstr ( void ) = 0; // Чистая (пустая) виртуальная функция. void         fun   ( void ) { std::cout << "Реализация не будет наследоваться!"; } ~CA () { std::cout << "." << std::endl; } //Вызывается в обр. порядке конструкторов }; class CB : public CA { public: CB ( void ) { std::cout << "CB;"; } void Abstr ( void ){ std::cout << " call function cb.Abstr();"; } //Подменяющая функция. void fun   ( void ){ std::cout << " call function cb.fun()"; } ~CB () {} // Неверно для абстр. кл. ~CC(){ ~CA(); } }; class CC : public CA { public: CC ( void ) { std::cout << "CC;"; } void Abstr ( void ) { std::cout << " call function cc.Abstr();"; } //Подменяющая функция. void fun   ( void ) { std::cout << " call function cc.fun()"; } ~CC () {} // Неверно для абстр. кл. ~CC(){ ~CA(); } }; int main () { std::cout << "Program:" << std::endl; CB cb; cb.Abstr(); cb.fun(); cb.~CB(); CC cc; cc.Abstr(); cc.fun(); cc.~CC(); return 0; } Результат работы программы: Program: This object of the class CB; call function cb.Abstr(); call function cb.fun(). This object of the class CC; call function cc.Abstr(); call function cc.fun().

Многие программисты, использующие язык Си++, уже знакомы с понятием абстрактных классов. В языке программирования Java абстрактные классы весьма схожи со своими "родственниками" из Си++ и отличаются лишь деталями реализации. Но тем не менее давайте рассмотрим абстрактные классы Java подробно.

Предположим, вы создаете некую модель бытовой техники и вам требуются отдельные классы для описания каждой детали этого устройства. Логично создать единую электронную форму для занесения в нее сведений о любом аппарате, в которой будет стоять ссылка на некий класс "Бытовое устройство". Теперь вы можете смело ссылаться из этой формы на любой класс, унаследованный от класса "Бытовое устройство". Это может быть "Пылесос", "Электрогриль" и т. п. При этом все ссылки будут работать корректно, несмотря на то, что они могут указывать на совершенно разные классы. Главное, чтобы у них был некий общий предок. Но вот что интересно. Когда мы начинаем пользоваться классами, мы создаем их экземпляры с помощью вызовов new. Остается неясным, зачем создавать экземпляр класса "Бытовое устройство", ведь товара с таким наименованием просто не существует! Какой покупатель станет платить за непонятный агрегат "Бытовое устройство"! Стало быть, это всего лишь удобный способ задания общего класса-предка. А раз не требуется его реализация, то можно просто создать пустой класс, в котором будут описаны (но не реализованы!) некоторые общие методы для работы с данными внутри класса, например методы "Установить величину напряжения питания" или "Включить устройство". Полученный класс будет называться абстрактным. Все классы - потомки абстрактного класса унаследуют его данные и методы, но должны будут сами предоставить код тех методов, которые класс-предок оставил нереализованными, т. е. абстрактными. Резонно спросить, почему базовый абстрактный класс не реализует методы самостоятельно, а отдает это на откуп своим потомкам. Ответ прост: для каждого устройства потребуется своя собственная методика включения и установки напряжения питания. К примеру, пылесос можно включить нажатием на кнопку, а сушилка для рук запускается автоматически, когда под нее подставляют руки. Такие тонкости может знать только класс самого устройства, а значит, ему и отвечать за реализацию соответствующих методов.

Другой часто приводимый пример - программа рисования геометрических фигур. Есть некоторая программа, задача которой состоит в рисовании точки, круга и квадрата. На ее примере мы и рассмотрим, как создавать абстрактные классы Java. Для начала создадим абстрактный класс Shape - предок всех фигур. Для каждой фигуры потребуются одинаковые данные: цвет (Color) и начальная точка (StartPoint). Чтобы нарисовать фигуру, необходимо создать метод Draw. Как вы, наверное, уже поняли, метод Draw абстрактного класса Shape будет пустым. Непосредственной его реализацией займется класс каждой фигуры. Для объекта класса "Точка" (Point) нужно нарисовать точку, для объекта класса "Круг" (Circle) - круг, а для объекта класса "Квадрат" (Square) - квадрат.