Программирование

• Виртуальные функции. В языке С++ можно определить функцию в базовом классе и функцию в производном классе с точно таким же именем и типами аргументов, чтобы при вызове пользователем функции базового класса на самом деле вызывалась функция из производного класса. Например, когда класс Window вызывает функцию draw_lines() из класса Circle, выполняется именно функция draw_lines() из класса Circle, а не функция draw_lines() из класса Shape. Это свойство часто называют динамическим полиморфизмом (run-time polymorphism) или динамической диспетчеризацией (run-time dispatch), потому что вызываемые функции определяются на этапе выполнения программы по типу объекта, из которого они вызываются.

• Закрытые и защищенные члены. Мы закрыли детали реализации наших классов, чтоб защитить их от непосредственного доступа, который может затруднить сопровождение программы. Это свойство часто называют инкапсуляцией (encapsulation).

Наследование, динамический полиморфизм и инкапсуляция — наиболее распространенные характеристики объектно-ориентированного программирования (object-oriented programming). Таким образом, язык C++ непосредственно поддерживает объектно-ориентированное программирование наряду с другими стилями программирования. Например, в главах 20-21 мы увидим, как язык C++ поддерживает обобщенное программирование. Язык C++ позаимствовал эти ключевые механизмы из языка Simula67, первого языка, непосредственно поддерживавшего объектно-ориентированное программирование (подробно об этом речь пойдет в главе 22).

Довольно много технической терминологии! Но что все это значит? И как на самом деле эти механизмы работают? Давайте сначала нарисуем простую диаграмму наших классов графического интерфейса, показав их отношения наследования.

Стрелки направлены от производного класса к базовому. Такие диаграммы помогают визуализировать отношения между классами и часто украшают доски программистов. По сравнению с коммерческими пакетами эта иерархия классов невелика и содержит всего шестнадцать элементов. Причем в этой иерархии только класс Open_polyline имеет несколько поколений наследников. Очевидно, что наиболее важным является общий базовый класс (Shape), несмотря на то, что он представляет абстрактное понятие о фигуре и никогда не используется для ее непосредственного воплощения.

14.3.1. Схема объекта

Как объекты размещаются в памяти? Как было показано в разделе 9.4.1, схема объекта определяется членами класса: данные-члены хранятся в памяти один за другим. Если используется наследование, то данные-члены производного класса просто добавляются после членов базового класса. Рассмотрим пример.

Класс Circle имеет данные-члены класса Shape (в конце концов, он является разновидностью класса Shape) и может быть использован вместо класса Shape. Кроме того, класс Circle имеет свой собственный член r, который размещается в памяти после унаследованных данных-членов.

  Для того чтобы обработать вызов виртуальной функции, нам нужна еще одна порция данных в объекте класса Shape: информация о том, какая функция будет на самом деле вызываться при обращении к функции draw_lines() из класса Shape. Для этого обычно в таблицу функций заносится ее адрес. Эта таблица обычно называется vtbl (таблица виртуальных функций), а ее адрес часто имеет имя vptr (виртуальный указатель). Указатели обсуждаются в главах 17-18; здесь они действуют как ссылки. В конкретных реализациях языка таблица виртуальных функций и виртуальный показатель могут называться иначе. Добавив таблицу vptr и указатели vtbl к нашему рисунку, получим следующую диаграмму.

Поскольку функция draw_lines() — первая виртуальная функция, она занимает первую ячейку в таблице vtbl, за ней следует функция move(), вторая виртуальная функция. Класс может иметь сколько угодно виртуальных функций; его таблица vtbl может быть сколь угодно большой (по одной ячейке на каждую виртуальную функцию). Теперь, когда мы вызовем функцию x.draw_lines(), компилятор сгенерирует вызов функции, найденной в ячейке draw_lines() таблицы vtbl, соответствующей объекту x. В принципе код просто следует по стрелкам на диаграмме.