Лекция 11 Производные классы, наследование

Важнейшим свойством объектно-ориентированного программирования является наследование. Для того, чтобы показать, что класс В наследует класс A (класс B выведен из класса A), в определении класса B после имени класса ставится двоеточие и затем перечисляются классы, из которых B наследует:

class A

{

public:

A();

~A();

MethodA();

};

class B : public A

{

public:

B();

. . .

};

Термин "наследование" означает, что класс B обладает всеми свойствами класса A, он их унаследовал. У объекта производного класса есть все атрибуты и методы базового класса. Разумеется, новый класс может добавить собственные атрибуты и методы.

B b;

b.MethodA(); // вызов метода базового класса

Часто выведенный класс называют подклассом, а базовый класс – суперклассом. Из одного базового класса можно вывести сколько угодно подклассов. В свою очередь, производный класс может служить базовым для других классов. Изображая отношения наследования, их часто рисуют в виде иерархии или дерева.

Рис. 11.1. Пример иерархии классов.

Иерархия классов может быть сколь угодно глубокой. Если нужно различить, о каком именно классе идет речь, класс C называют непосредственным или прямым базовым классом класса D, а класс A – косвенным базовым классом класса D.

Предположим, что для библиотечной системы, которую мы разрабатываем, необходимо создать классы, описывающие различные книги, журналы и т.п., которые хранятся в библиотеке. Книга, журнал, газета и микрофильм обладают как общими, так и различными свойствами. У книги имеется автор или авторы, название и год издания. У журнала есть название, номер и содержание – список статей. В то же время книги, журналы и т.д. имеют и общие свойства: все это – "единицы хранения" в библиотеке, у них есть инвентарный номер, они могут быть в читальном зале, у читателей или в фонде хранения. Их можно выдать и, соответственно, сдать в библиотеку. Эти общие свойства удобно объединить в одном базовом классе. Введем класс Item, который описывает единицу хранения в библиотеке:

class Item

{

public:

Item();

~Item();

// истина, если единица хранения на руках

bool IsTaken() const;

// истина, если этот предмет имеется

// в библиотеке

bool IsAvailable() const;

long GetInvNumber() const;

// инвентарный номер

void Take(); // операция "взять"

void Return(); // операция "вернуть"

private:

// инвентарный номер — целое число

long invNumber;

// хранит состояние объекта —

// взят на руки

bool taken;

};

Когда мы разрабатываем часть системы, которая имеет дело с процессом выдачи и возврата книг, вполне достаточно того интерфейса, который представляет базовый класс. Например:

// выдать на руки

void

TakeAnItem(Item& i)

{

. . .

if (i.IsAvailable())

i.Take();

}

Конкретные свойства книги будут представлены классом Book.

class Book : public Item

{

public:

String Author(void) const;

String Title(void) const;

String Publisher(void) const;

long YearOfPublishing(void) const;

String Reference(void) const;

private:

String author;

String title;

String publisher;

short year;

}; // автор

// название

// издательство

// год выпуска

// полная ссылка

// на книгу

Для журнала класс Magazin предоставляет другие сведения:

class Magazin : public Item

{

public:

String Volume(void) const;

short Number(void) const;

String Title(void) const;

Date DateOfIssue() const;

private:

String volume;

short number;

String title;

Date date;

};

// том

// номер

// название

// дата выпуска

Ключевое слово public перед именем базового класса определяет, что внешний интерфейс базового класса становится внешним интерфейсом порожденного класса. Это наиболее употребляемый тип наследования. Описание защищенного и внутреннего наследования будет рассмотрено чуть позже.

У объекта класса Book имеются методы, непосредственно определенные в классе Book и методы, определенные в классе Item.

Book b;

long in = b.GetInvNumber();

String t = b.Reference();

Производный класс имеет доступ к методам и атрибутам базового класса, объявленным во внешней и защищенной части базового класса, однако доступ к внутренней части базового класса не разрешен. Предположим, в качестве части полной ссылки на книгу решено использовать инвентарный номер. Метод Reference класса Book будет выглядеть следующим образом:

String

Book::Reference(void) const

{

String result = author + "\n"

+ title + "\n"

+ String(GetInvNumber());

return result;

(Предполагается, что у класса String есть конструктор, который преобразует целое число в строку.) Запись:

String result = author + "\n"

+ title + "\n"

+ String(invNumber);

не разрешена, поскольку invNumber – внутренний атрибут класса Item. Однако если бы мы поместили invNumber в защищенную часть класса:

class Item

{

. . .

protected:

long invNumber;

};

то методы классов Book и Magazin могли бы непосредственно использовать этот атрибут.

Назначение защищенной (protected) части класса в том и состоит, чтобы, закрыв доступ "извне" к определенным атрибутам и методам, разрешить пользоваться ими производным классам.

Если одно и то же имя атрибута или метода встречается как в базовом классе, так и в производном, то производный класс перекрывает базовый.

class A

{

public:

. . .

int foo();

. . .

};

class B : public A

{

public:

int foo();

void bar();

};

void

B::bar()

{

x = foo();

// вызывается метод foo класса B

}

Однако метод базового класса не исчезает. Просто при поиске имени foo сначала просматриваются атрибуты и методы самого класса. Если бы имя не было найдено, начался бы просмотр имен в базовом классе, затем просмотр внешних имен. В данном случае имя foo существует в самом классе, поэтому оно и используется.

С помощью записи A::foo() можно явно указать, что нас интересует имя, определенное в классе A, и тогда запись:

x = A::foo();

вызовет метод базового класса.

Вообще, запись класс::имя уже многократно нами использовалась. При поиске имени она означает, что имя относится к заданному классу.

Виртуальные методы

В обоих классах, выведенных из класса Item, имеется метод Title, выдающий в качестве результата заглавие книги или название журнала. Кроме этого метода, полезно было бы иметь метод, выдающий полное название любой единицы хранения. Реализация этого метода различна, поскольку название книги и журнала состоит из разных частей. Однако вид метода – возвращаемое значение и аргументы – и его общий смысл один и тот же. Название – это общее свойство всех единиц хранения в библиотеке, и логично поместить метод, выдающий название, в базовый класс.

class Item{public: virtual String Name(void) const; . . .};class Book : public Item{public: virtual String Name(void) const; . . .};class Magazin : public Item{public: virtual String Name(void) const; . . .};

Реализация метода Name для базового класса тривиальна: поскольку название известно только производному классу, мы будем возвращать пустую строку.

StringItem::Name(void) const{ return "";}

Для книги название состоит из фамилии автора, названия книги, издательства и года издания:

StringBook::Name(void) const{ return author + title + publisher + String(year);}

У журнала полное название состоит из названия журнала, года и номера:

StringMagazin::Name(void) const{ return title + String(year) + String(number);}

Методы Name определены как виртуальные с помощью описателя virtual, стоящего перед определением метода. Виртуальные методы реализуют идею полиморфизма в языке Си++. Если в программе используется указатель на базовый класс Item и с его помощью вызывается метод Name:

Item* ptr;. . .String name = ptr->Name();

то по виду вызова метода невозможно определить, какая из трех приведенных выше реализаций Name будет выполнена. Все зависит от того, на какой конкретный объект указывает указатель ptr.

Item* ptr;. . .if (type == "Book") ptr = new Book;else if (type == "Magazin") ptr = new Magazin;. . .String name = ptr->Name();

В данном фрагменте программы, если переменная type, обозначающая тип библиотечной единицы, была равна "Book", то будет вызван метод Name класса Book. Если же она была равна "Magazin", то будет вызван метод класса Magazin.

Виртуальные методы позволяют программировать действия, общие для всех производных классов, в терминах базового класса. Динамически, во время выполнения программы, будет вызываться метод нужного класса.

Приведем еще один пример виртуального метода. Предположим, в графическом редакторе при нажатии определенной клавиши нужно перерисовать текущую форму на экране. Форма может быть квадратом, кругом, эллипсом и т.д. Мы введем базовый класс для всех форм Shape. Конкретные фигуры, с которыми работает редактор, будут представлены классами Square (квадрат), Circle (круг), Ellipse (эллипс), производными от класса Shape. Класс Shape определяет виртуальный метод Draw для отображения формы на экране.

class Shape{public: Shape(); virtual void Draw(void);};//// квадрат//class Square : public Shape{public: Square(); virtual void Draw(void);private: double length; // длина стороны};//// круг//class Circle : public Shape{public: Circle(); virtual void Draw(void);private: short radius;};. . .

Конкретные классы реализуют данный метод, и, разумеется, делают это по-разному. Однако в функции перерисовки текущей формы, если у нас имеется указатель на базовый класс, достаточно лишь записать вызов виртуального метода, и динамически будет вызван нужный алгоритм рисования конкретной формы в зависимости от того, к какому из классов (Square, Circle и т.д.) принадлежит объект, на который указывает указатель shape:

Repaint(Shape* shape){ shape->Draw();}