Тема 5. Объектно-ориентированное программирование. Наследование и полиморфизм

5. Объектно-ориентированное программирование. Наследование и полиморфизм
Шевченко А. В.

А. В.
Понятие абстракции
Абстракция в объектно-ориентированном программировании — это выделение существенных

характеристик объектов, которые отличают их от всех других объектов, четко определяя концептуальные границы каждого класса.

А. В.
Классификация объектов по различным признакам

А. В.
Иерархия абстрактного и конкретного
Объект
Геометрическая
фигура
Объемная
Плоская
Параллелепипед
Цилиндр
Параллелограмм
Эллипс
Абстрагирование
Конкретизация

А. В.
Понятие наследования
Наследование — важная составляющая концепции объектно-ориентированного программирования, благодаря

которой возможно создание новых классов на базе уже существующих.
Новые классы (производные) получают все элементы наследуемых классов (базовых).

Базовый класс

Производный класс

А. В.
Простое и множественное наследования
При простом наследовании производный класс имеет

только один базовый класс. Базовый класс может иметь несколько производных классов. Иерархия классов имеет вид дерева.
При множественном наследовании производный класс имеет несколько родительских классов. Иерархия классов имеет вид ориентированного графа.

Базовый
класс

Производный
класс

Производный
класс

Базовый
класс

Производный
класс

Базовый
класс

Простое наследование

Множественное наследование

А. В.
Критерии «хорошей» иерархии классов
Критерий включения. Объекты производных классов должны

обладать всеми свойствами базовых классов.
Критерий независимости. Наследуемые свойства не должны ограничивать использование собственных элементов производных классов.
Критерий специализации. Если производный класс приводит к специализации (ограничению) свойств базового класса, то это является нарушением принципа независимости. Классы, которые отличаются только специализацией, обычно составляют один уровень иерархии.
Критерий единства. Наследование и полиморфизм обеспечивают единообразное выполнение аналогичных функций классов. Базовые классы используются для создания интерфейса между классами и «внешним миром».

А. В.
Наследование в С++
class A
{
...
};

class B
{
...
};
Класс

А

Класс В

Класс С

class C : public A, public B
{
...
};

Ограничение доступа при наследовании

А. В.
Ограничение доступа при наследовании
Атрибут доступа, указанный при наследовании
Атрибут доступа

базового класса

Атрибут доступа производного класса

public

public

public

protected

protected

private

private

protected

public

protected

protected

protected

private

private

private

public

private

protected

private

private

private

А. В.
Наследование и конструкторы
Конструкторы и деструкторы не наследуются. При создании

объекта производного класса наследуемые им данные должны инициироваться конструктором базового класса. Если наследуются несколько базовых классов, то их конструкторы вызываются явно конструктором производного класса или компилятор инициирует вызов конструкторов по умолчанию в порядке описания базовых классов.
Конструкторы производных классов могут передавать аргументы конструкторам базовых классов.

Базовый класс

Производный класс

Конструктор

Конструктор

Деструктор

Деструктор

А. В.
Пример наследования и использования конструкторов
class Figure
{
protected:
TColor color;
public:

Figure(TColor Color);
TColor Color() { return(color); }
};

Figure::Figure(TColor Color)
{
color = Color;
}

Фигура

Прямоугольник

Круг

А. В.
Пример наследования (продолжение)

class Rectangle : public Figure
{
private:
float

width;
float height;
public:
Rectangle(float Width, float Height, TColor Color);
float Area() { return(width*height); }
};

Rectangle::Rectangle(float Width, float Height, TColor Color) :
Figure(Color)
{
width = Width;
height = Height;
}

А. В.
Пример наследования (продолжение)

class Circle : public Figure
{
private:
float

radius;
public:
Circle(float Radius, TColor Color);
float Area() { return(M_PI*radius*radius); }
};

Circle::Circle(float Radius, TColor Color) : Figure(Color)
{
radius = Radius;
}

А. В.
Полиморфизм
Понятие полиморфизма тесно связано с концепцией наследования. Оно означает

феномен различного выполнения одноименных функций в разных классах.
Перегрузка функций и операторов также является одной из составляющих полиморфизма.

Базовый класс

Производный класс

Метод Х

Метод Х

А. В.
Пример переопределения методов в С++
Фигура
Прямоугольник
Круг
Площадь
Площадь
Площадь
Связывание объекта и метода
Статическое (раннее)
Динамическое

(позднее)

А. В.
Пример раннего связывания
class Figure
{
...
public:
float Area() { return(-1);

}
};

class Rectangle : public Figure
{
...
public:
float Area() { return(width*height); }
}

class Circle : public Figure
{
...
public:
float Area() { return(M_PI*radius*radius); }
}

А. В.
Пример раннего связывания
void main()
{
Figure f; Rectangle r(200,

100); Circle c(150);

ShowMessage(f.Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(r.Area()); // метод класса Rectangle
ShowMessage(c.Area()); // метод класса Circle

ShowMessage(r.Figure::Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(c.Figure::Area()); // метод класса Figure

Figure *fp = &f; Figure *rp = &r; Figure *cp = &c;

ShowMessage(fp->Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(rp->Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(cp->Area()); // метод класса Figure

Rectangle *rp1 = &r; Circle *cp1 = &c;

ShowMessage(rp1->Area()); // метод класса Rectangle
ShowMessage(cp1->Area()); // метод класса Circle
}

А. В.
Пример позднего связывания
class Figure
{
...
public:
virtual float Area() {

return(-1); }
};

class Rectangle : public Figure
{
...
public:
virtual float Area() { return(width*height); }
}

class Circle : public Figure
{
...
public:
virtual float Area() { return(M_PI*radius*radius); }
}

А. В.
Пример позднего связывания
void main()
{
Figure f; Rectangle r(200,

100); Circle c(150);

ShowMessage(f.Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(r.Area()); // метод класса Rectangle
ShowMessage(c.Area()); // метод класса Circle

ShowMessage(r.Figure::Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(c.Figure::Area()); // метод класса Figure

Figure *fp = &f; Figure *rp = &r; Figure *cp = &c;

ShowMessage(fp->Area()); // метод класса Figure
ShowMessage(rp->Area()); // метод класса Rectangle
ShowMessage(cp->Area()); // метод класса Circle

Rectangle *rp1 = &r; Circle *cp1 = &c;

ShowMessage(rp1->Area()); // метод класса Rectangle
ShowMessage(cp1->Area()); // метод класса Circle
}

А. В.
Чисто виртуальные методы
class Figure
{
...
public:
virtual float Area() =

0;
};

class Rectangle : public Figure
{
...
public:
virtual float Area() { return(width*height); }
}

class Circle : public Figure
{
...
public:
virtual float Area() { return(M_PI*radius*radius); }
}

Чисто виртуальные методы не имеют тела и предназначены для задания интерфейса производных классов.

А. В.
Абстрактные классы
class Figure
{
...
public:
virtual float Area() = 0;
};

void

main()
{
Figure f;
...
}



[C++ Error] test.cpp(50): E2352 Cannot create instance of abstract class 'Figure'
[C++ Error] test.cpp(50): E2353 Class 'Figure' is abstract because of 'Figure::Area() = 0'

Классы, которые включают хотя бы один чисто виртуальный метод, называются абстрактными. Для абстрактных классов не могут быть созданы объекты. Абстрактные классы всегда находятся на вершине иерархии классов и предназначены для задания интерфейса и придания иерархии единообразия.

А. В.
Конфликты при множественном наследовании
class A1
{
public:
int a;

void Func();
};

class A2
{
public:
int a;
void Func();
};

class B : public A1, public A2
{
...
};

void main()
{
B b;
b.a = 5; // Ошибка
b.Func(); // Ошибка
b.A1::a = 6; // Правильно
b.A1::Func(); // Правильно
b.A2::a = 7; // Правильно
b.A2::Func(); // Правильно
}

Для устранения конфликтов имен при множественном наследовании используется оператор расширения области видимости

А. В.
Виртуальные базовые классы
class A
{
...
}

class B : virtual public A
{
...
}

class

C : virtual public A
{
...
}

class D : public B, public C
{
...
}

Класс B

Класс C

Класс D

Класс A