C++ - [4-7] Polimorfizm

Transkrypt

1 Slajd 1 z 14 C++ - [4-7] Polimorfizm Nysa Autor: Wojciech Galiński. wersja dnia 20 maja 2013 r.

2 Slajd 2 z 14 Polimorfizm i klasa polimorficzna POLIMORFIZM (cytat z Wikipedii) (wielopostaciowość) to mechanizmy pozwalające programiście używać wartości, zmiennych i podprogramów na kilka różnych sposobów. Inaczej mówiąc jest to możliwość wyabstrahowania wyrażeń od konkretnych typów. Z polimorfizmem mamy do czynienia podczas wywoływania wirtualnych funkcji składowych, ponieważ odpowiednia funkcja składowa jest wybierana niejawnie już podczas działania programu w zależności od typu obiektu, który ją wywołał. KLASA POLIMORFICZNA KLASA POLIMORFICZNA to klasa zawierająca wirtualne funkcje składowe.

3 Slajd 3 z 14 Pojęcie wirtualnej funkcji składowej WIRTUALNA FUNKCJA SKŁADOWA to funkcja, w której definicji znajduje się słowo virtual. Podczas wywoływania takiej funkcji (a więc już podczas działania programu) analizowany jest typ obiektu, który wywołał tę funkcję. Oto wzorzec definicji wirtualnej funkcji składowej (słowo virtual występuje w definicji klasy podstawowej i działa na definicje tej funkcji w klasach pochodnych): virtual dowolny_typ Klasa::nazwa_funkcji(argumenty) // ciało (treść) wirtualnej funkcji składowej

4 Slajd 4 z 14 Wirtualne funkcje składowe - ćwiczenie ĆWICZENIE 4.7.1: Wytłumacz działanie poniższego programu. Dopisz w odpowiednim miejscu słowo kluczowe virtual. class Osoba public: void przedstaw_sie() cout << "Ble ble ble\n"; ; class Polak: public Osoba public: string imie; void przedstaw_sie() cout << "Mam na imię " << imie << "\n"; ; class Niemiec: public Osoba public: string imie; void przedstaw_sie() cout << "Ich heiße " << imie << "\n"; ; class Anglik: public Osoba public: string imie; void przedstaw_sie() cout<< "My name is "<< imie<< "\n"; ; void przedstaw_sie(osoba &osoba) osoba.przedstaw_sie(); int main() Osoba os; os.przedstaw_sie(); Polak po; po.imie = "Jan"; po.przedstaw_sie(); Niemiec ni; ni.imie = "Klaus"; przedstaw_sie(ni); Anglik *wan = new Anglik(); wan->imie = "Elisabeth"; wan->przedstaw_sie(); delete wan; return 0;

5 Slajd 5 z 14 Wczesne i późne wiązanie WCZESNE WIĄZANIE to powiązanie wywołań funkcji z adresami określającymi, gdzie one są, już w czasie kompilacji programu. PÓŹNE WIĄZANIE to powiązanie wywołań funkcji z adresami określającymi, gdzie one są, już w czasie działania programu. Późne wiązanie ma miejsce w programach wykorzystujących funkcje wirtualne. Ale nie zawsze. Oto sytuacje gdy dla funkcji wirtualnych zachodzi wczesne wiązanie: wywołanie na rzecz obiektu (wywołanie konstruktora lub destruktora klasy podstawowej); DEFINICJA: void funkcja(klasa_podst k_podst); PRZYKŁAD WYWOŁANIA: Klasa_poch k_poch; funkcja(k_poch); jawne użycie kwalifikatora zakresu. PRZYKŁAD: wskaznik->klasa::funkcja();

6 Slajd 6 z 14 Funkcje przeładowane, a funkcje wirtualne FUNKCJE PRZEŁADOWANE własności: funkcje o tych samych nazwach definiowane w tym samym zakresie ważności; różnią się liczbą lub rodzajem argumentów; są wiązane w czasie kompilacji programu (wczesne wiązanie). FUNKCJE WIRTUALNE własności: funkcje o tych samych nazwach definiowane w różnych klasach; mają taką samą liczbę i rodzaj argumentów; są wiązane w czasie działania programu (późne wiązanie).

7 Slajd 7 z 14 Zalety i wady wirtualności funkcji składowych Zalety wirtualności funkcji składowej: możemy korzystać z dobrodziejstw późnego wiązania (wiązania podczas wywoływania funkcji w działającym programie); możemy wzbogacać funkcjonalność programu bez modyfikowania cudzego kodu. Wady wirtualności funkcji składowej: wirtualność funkcji wymaga dodatkowego miejsca w pamięci operacyjnej komputera; wybór odpowiedniej funkcji wymaga dodatkowego czasu procesora.

8 Slajd 8 z 14 Funkcje czysto wirtualne, a klasy abstrakcyjne KLASA ABSTRAKCYJNA to klasa, która jest tworzona tylko po to, żeby ją dziedziczyć (by była klasą podstawową dla innych klas). Można tworzyć obiekty tej klasy (ale to jakby skutek uboczny utworzenia takiej klasy). FUNKCJA CZYSTO WIRTUALNA to funkcja wirtualna bez ciała (bez żadnej treści, a nawet bez nawiasów klamrowych). PRZYKŁAD DEFINICJI: virtual void funkcja() = 0; KLASA CZYSTO ABSTRAKCYJNA to klasa wirtualna zawierająca definicję co najmniej jednej funkcji czysto wirtualnej. Nie wolno tworzyć obiektów od klas czysto abstrakcyjnych (nawet w argumentach definiowanych funkcji).

9 Slajd 9 z 14 Wirtualny destruktor WIRTUALNY DESTRUKTOR to inteligentnie wywoływany destruktor, który tworzy się w klasach, w których co najmniej jedna funkcja składowa jest funkcją wirtualną. W klasie zawierającej co najmniej wirtualną funkcję składową, tworzymy zawsze destruktor wirtualny. DZIAŁANIE WIRTUALNEGO DESTRUKTORA: wirtualny destruktor mając wskaźnik lub referencję do obiektu klasy podstawowej, będzie mógł ocenić, do której klasy pochodnej należy ten wskaźnik lub referencja i uruchomi destruktor właściwej klasy pochodnej (a nie destruktor klasy podstawowej, co spowodowałoby tylko częściowe zlikwidowanie obiektu). Konstruktor wirtualny nie może istnieć, ponieważ to konstruktor utworzy obiekt jakiejś klasy. Mechanizm wirtualności nie miałby co oceniać.

10 Slajd 10 z 14 Wirtualne funkcje składowe - ćwiczenie ĆWICZENIE 4.7.2: Omów poniższy program. Dlaczego definicja metody Wyglad w klasie Drzewo jest źle zdefiniowana? enum Pora_roku WIOSNA,LATO,JESIEN,ZIMA; class Drzewo // klasa czysto wirtualna? protected: string nazwa; public: Drzewo(string nazwa) this->nazwa = nazwa; void Wyglad(Pora_roku p) cout << nazwa << endl; // ŹLE ; class D_iglaste: public Drzewo public: D_iglaste(string nazwa): Drzewo(nazwa) ; void Wyglad(Pora_roku p); ; void D_iglaste::Wyglad(Pora_roku p) cout << nazwa << " - "; switch (p) case WIOSNA: case LATO: case JESIEN: cout << "zielone igły"; break; case ZIMA: cout << "zielone igły we śniegu"; cout << endl; class D_lisciaste: public Drzewo public: D_lisciaste(string nazwa): Drzewo(nazwa) ; void Wyglad(Pora_roku pora); ; void D_lisciaste::Wyglad(Pora_roku p) cout << nazwa << " - "; switch (p) case WIOSNA:cout << "piękne pączki"; break; case LATO: cout << "zielone liście"; break; case JESIEN: cout << "kolorowe liście"; break; case ZIMA: cout<< "bez liści we śniegu"; cout << endl; void wyswietl_drzewa(pora_roku pora, Drzewo &d1, Drzewo &d2) cout << endl << "Jest "; switch (pora) case WIOSNA: cout << "wiosna..."; break; case LATO: cout << "lato..."; break; case JESIEN: cout << "jesień..."; break; case ZIMA: cout << "zima..."; cout << endl; d1.wyglad(pora); d2.wyglad(pora); int main() D_lisciaste d1("buk"); D_iglaste d2("sosna"); wyswietl_drzewa(wiosna, d1, d2); return 0;

11 Slajd 11 z 14 Rzutowanie dynamic_cast TEORETYCZNY PRZYKŁAD RZUTOWANIA dynamic_cast : Konwersja obiektu klasy Rower na obiekt klasy Pojazd jest naturalna i kompilator języka C++ pozwala na to. Ale czy można zrobić odwrotnie? Nie zawsze. Nie każdy obiekt klasy Pojazd jest obiektem klasy Rower (niektóre z nich to np. samochody). Kompilator nie pozwoli na taką konwersję, chyba, że zapewnimy go o tym, że robimy to celowo i wiemy, co robimy. Dodatkowo, klasa pochodna musi dziedziczyć po klasie wirtualnej (typ polimorficzny). RZUTOWANIE dynamic_cast - to rzutowanie przeznaczone dla wskaźników i referencji do typów polimorficznych (takich, które mają co najmniej jedną funkcję składową wirtualną) w celu wymuszenia ryzykownej konwersji z klasy podstawowej do klasy pochodnej. Użycie rzutowania dynamic_cast to zdjęcie z kompilatora odpowiedzialności za rzutowanie i wzięcie jej na siebie. ĆWICZENIE 4.7.3: Przeanalizuj poniższy kod. class Pojazd virtual void Info() = 0; ; class Rower: public Pojazd string typ; public: Rower(string typ = "?"):typ(typ) void Info() ; int main() Rower r, &ref_r = r, *wsk_r = &r; Pojazd &ref_p = ref_r, *wsk_p = wsk_r; Rower &ref_nowy_r = dynamic_cast<rower&>(ref_p); Rower *wsk_nowy_r = dynamic_cast<rower*>(wsk_p); cout << &r << ' ' << &ref_nowy_r << ' ' << wsk_nowy_r << endl; return 0;

12 Slajd 12 z 14 Podsumowanie operatorów rzutowania Do rzutowania jawnego stosujemy 4 operatory rzutowania: static_cast<inny_typ>(obiekt) rzutowanie obiektu obiekt na typ inny_typ (np. liczba typu double może zostać rzutowana na typ int ); reinterpret_cast<inny_typ>(obiekt) patrz: temat: Wskaźniki ; const_cast<inny_typ>(obiekt) patrz: tematy: Wskaźniki i Klasy ; dynamic_cast<inny_typ>(obiekt) patrz: temat Dziedziczenie i polimorfizm. Dla zgodności wstecznej z językiem C umożliwia się także stosowanie starych operatorów (nie zaleca się ich używania, bo nie ułatwiają znajdowania błędów w programie): (inny_typ)obiekt tej formy nie możemy użyć, gdy chcemy użyć więcej parametrów rzutowania (gdy sami definiujemy sposób rzutowania); inny_typ(obiekt) operator przypominający wywołanie funkcji (tej formy trudno byłoby użyć, np. dla wskaźników). Z powyższymi operatorami można spotkać się w kodach programów pisanych w starym stylu. PRZYKŁAD: double d = 1.23; cout << static_cast<int>(d) << endl;// rzutowanie zalecane w C++ cout << int(d) << endl << (int)d << endl;

13 Slajd 13 z 14 Polimorfizm lista zadań ZADANIE 4.7.1: Uruchom program z ćwiczenia dodając klasę: Hiszpan, Wloch albo Francuz. Pokaż działanie dodanej klasy. ZADANIE 4.7.2: Napisz program w oparciu o ćwiczenie ZADANIE 4.7.3: Skopiuj i uruchom program z ćwiczenia Sprawdź, co się stanie po usunięciu rzutowania dynamic_cast. ZADANIE 4.7.4: Utwórz klasę Osoba (mię i nazwisko, adres, pesel) oraz klasy pochodne: Pracownik (stanowisko, numer biura, pensja), Klient (lista transakcji klasa Transakcja zawiera informacje o dacie i kwocie transakcji). Wypełnij obiekty przykładowymi danymi i wyświetl te dane, m. in. sumę kwot transakcji. ZADANIE 4.7.5: Utwórz klasę Trojkat oraz klasy pochodne: Trojkat_prostokatny, Trojkat_rownoramienny, Trojkat_rownoboczny. W klasie bazowej należy wymusić na klasach pochodnych zdefiniowanie metody: sprawdz_poprawnosc_trójkąta. Klasy pochodne pozwalają na przechowywanie jedynie trójkątów zgodnych z nazwą na podstawie wczytanych współrzędnych wierzchołków. Klasy mają umożliwiać wyświetlanie: współrzędnych trójątów, długości boków, miary kątów, pole i obwód trójkąta.

14 Slajd 14 z 14 C++ - [4-7] Polimorfizm Dziękuję za uwagę ŹRÓDŁA WIEDZY: Jerzy Grębosz Symfonia C++ Standard oraz