Наследование и переопределение. Принцип конструирования программ

ООП позволяет определить новый объект как потомок (наследник) друго­го, ранее определенного типа. Это означает, что новый тип автоматически получает все поля и методы ранее определенного типа, который в этом случае называется предком или родителем. В объявлении типа-потомка (наследника) должно быть указано в круглых скобках после служебного слова object имя родительского типа. Поля и методы предка могут появляться в телах методов наследников так, как если бы они были явно объявлены в объектах-наследниках. Это существенно упрощает запись схожих объектов.

Форма объявления объекта-потомка (наследника):

TYPE

Имя-типа-объекта-потомка =OBJECT(Имя-типа-объекта-предка)

         Новые-поля-объекта-потомка;

         Новые-методы-объекта-потомка;

END;

Предок у типа может быть только один. Он может быть потомком другого типа и т. д. Потомков у одного предка может быть много. Потомок наследует поля и методы всех своих предков.

Процесс наследования является транзитивным: если тип объекта ТуреВ -наследник типа ТуреА, а тип ТуреС - наследник типа ТуреВ, то тип объекта ТуреС также является наследником ТуреА:

Туре А------------ →Туре В →Туре С

В потомках (производных, дочерних) нельзя объявлять идентификаторы полей, определенные в одном из типов предка. На методы это ограничение не распространяется.

Объект-потомок может переопределить любой из методов, наследуемый от предков. Метод, переопределенный в типе-потомке, имеет то же имя и может иметь другие параметры. Переопределенный метод переходит ко всем после­дующим потомкам иерархии. Для каждого потомка действует метод, опреде­ленный в нем самом или в ближайшем объекте-предке, если в данном объекте этот метод не переопределен.

Пример простой иерархической структуры приведен на рис. 1.

Наследование - самое мощное свойство ООП. Оно позволяет строить биб­лиотеку по принципу "от простого к сложному". Такой принцип разработки программ называется восходящим программированием. Ввод с помощью на­следования нового объекта в библиотеку позволяет максимально использовать ранее созданные объекты.

При использовании ООП рекомендуется сочетание двух принципов конст­руирования программ: нисходящего и восходящего программирования. Мето­дами нисходящего программирования генеральный алгоритм расчленяется на ряд относительно крупных и законченных в смысловом отношении фрагмен­тов (модулей). А реализация этих фрагментов может производиться с исполь­зованием ООП.

Основное применение ООП - это разработка библиотек определенного на­правления. Примером такого применения является VCL - Visual Component Library - библиотека компонентов системы визуального программирования Delphi.

Рис. 1

Пример простой иерархической структуры

Наследование имеет определенные правила совместимости типов объектов. При этом производный тип (тип-потомок) совместим по типу со своим предком:

- между экземплярами объекта;

- между указателями на экземпляры объектов;

- между формальными и фактическими параметрами.

Совместимость имеет место только от потомка к предку. Другими словами, производные типы можно использовать вместо родительских, но не наоборот. Это определяет правила присваивания для переменных типа объект. Они состоят в том, что переменным можно присваивать значения этого же типа и любого производного от него, т. е. предку можно присвоить значение объекта-потомка. Обратное присваивание недопустимо. Производный тип всегда полу­чается не меньшим, чем тип предка (родительский). В результате выполнения присваивания будут скопированы от источника только те поля, которые яв­ляются общими для обоих типов.

Полиморфизм

Основные понятия

Полиморфизм - это возможность иметь несколько методов с одним и тем же именем для различных объектов одной иерархии, т. е. средство для развития объектов в потомках. Оно реализуется тем, что объект-потомок может переопределять, т. е. заменять методы предка на новые с теми же именами. Какой из методов будет выполняться при. обращении к методу с заданным именем, определяется типом объекта (предок или потомок) и используемого метода.

Методы объектов по способам их переопределения могут быть статиче­ские, виртуальные и динамические (подкласс виртуальных). В соответствии с этим процесс установки взаимосвязи объектов и методов может быть:

- ранним - во время компиляции - для статических методов;

- поздним - во время выполнения программы (вызова метода) для виртуаль­
ных методов.

Статические методы

По умолчанию все методы статические. Все ранее рассмотренные методы -статические. Такое наименование методов связано с тем, что определение и размещение ссылок на них (для вызова методов) производится на этапе компиляции и на все время выполнения программы. Это - раннее связывание.

Список формальных параметров статических методов может быть различ­ным у метода предка и методов потомков, переопределяющих (заменяющих) этот метод предка.

Со статическим методом связан способ наследования. Если в объявлении потомка появляется метод с тем же именем, что и у предка, то в этом типе и во всех его потомках этот метод будет переопределен. Таким образом, потом­ки могут использовать переопределенные ими методы предка. Предок может вызвать только свои методы; методы потомков для него недоступны. Таким образом, при использовании статических методов полиморфизм распростра­няется от текущего уровня иерархии вниз, к потомкам.

Действия компилятора при обработке методов иерархии объектов для ста­тических методов:

1) при вызове метода компилятор устанавливает тип объекта, вызывающего
метод;  

2) затем он ищет метод в пределах этого типа; найдя его, компилятор назначает вызов этого метода;

3) если метод не найден, то компилятор рассматривает тип непосредственно­
го предка и ищет метод в его объявлении:

а) если метод с таким именем найден, формируется вызов метода этого
предка;

б) если метод не найден в типе ближайшего предка, компилятор переходит
к типу предка, следующего в иерархии предков; и так до тех пор, пока
не будет найден вызванный метод;

в) если компилятор, дойдя до верхнего уровня иерархии, не найдет метод,
он выдаст сообщение об ошибке номер 44 периода компиляции:

Field identifier expected - ожидается идентификатор поля.

Это сообщение выдается, если идентификатор не соответствует имени по­ля переменной типа RECORD или типа OBJECT.

Существенное ограничение статических методов: если метод предка вызы­вает другие методы, то это могут быть только методы предка, даже если по­томок имеет свои собственные методы с таким же именем метода. Этот не­достаток предопределен тем, что связь объекта с методом производилась на этапе компиляции, статически, на все время выполнения программы. Этот недостаток статических методов устраняется использованием виртуальных методов.

Ограничение статических методов рассмотрим на примере программы лис­тинга 3. Из него видно существенное ограничение статических методов: ес­ли метод (Metl объекта ObjName1) предка вызывает другие методы (Met2), то это могут быть только методы предка (objNamel .Met2), даже если пото­мок имеет свои собственные методы с таким же именем метода (objName2 .Met2). В примере листинга 3 оператор V2.Metl; вызывает выполнение метода ObjNamel .Metl, который вызывает метод ObjNamel .Met2, несмотря на то что тип ObjName2 имеет свой собственный метод ObjName2 .Met2. Это происходит потому что связь объекта с методом производилась на этапе компиляции. Схематично это представлено на рис. 2.

Листинг 3. Вызовы статических методов предка и потомка.

Program novirt1; Uses Crt;

Type ObjName1 = object { - объявление объекта-предка } Fl1 : integer; { - поле }

Procedure Met1; { - методы }

Procedure Met2;

End;

ObjName2 = object (ObjName1) { - объявление потомка } Procedure Met2;   { - замена статического метода } End;

{ ---  Методы объекта ObjName1 -------  }

Procedure ObjName1.Met1;

Begin Met2; { - вызов только метода ObjName1.Met2 !!} End;

Procedure ObjName1.Met2;

Begin   FL1 := 12;

Writeln ( 'Работает метод ObjName1.Met2: FL1 = ', FL1) End;

{ -----   Метод объекта ObjName2 ------  }

Procedure ObjName2.Met2; Begin  FL1 := 34;

Writeln ( 'Работает метод ObjName2.Met2: FL1 = ', FL1) End;

Var VI:ObjName1; { - переменная объектного типа - предка }
V2 : ObjName2; { - " " " потомка }

{--------- - Основная программа       }

Begin   ClrScr;

Assign (Output, 'Inovirt.res'); Rewrite (Output);

Writeln ( 'ОБЪЕКТЫ, СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ¹ );

Writeln ('Работаем с VI - экземпляром типа предка');

VI.Met1; {- вызывается метод Met1 для экземпляра VI - предка }

{ Met1 вызывает метод ObjName1.Met2 - предка }

V1.Met2; { - непосредственно вызывается метод ObjName1.Met2; }

Writeln ('Работаем с V2 - экземпляром типа потомка');

V2.Met1; { - вызывается метод Met1 для экземпляра V2 - потомка; Met1 вызывает метод ObjName1.Met2 - предка, а не ObjName2.Met2 - потомка - в этом - ограничение }

V2.Met2 { - непосредственно вызывается метод ObjName2.Met2; }

Close (Output);

End.

Рис. 2

Схема ограничения вызова переопределенных статических методов