Когда следует использовать абстрактные типы данных

⇐ ПредыдущаяСтр 51 из 85Следующая ⇒

В одних примерах программ, рассмотренных нами ранее, класс Animal являлся абстрактным типом данных, в других — нет. В каких же случаях нужно объявлять класс как абстрактный тип данных?

Нет никаких правил, которые требовали бы объявления класса как абстрактного. Программист принимает решение о создании абстрактного типа данных, основываясь на том, какую роль играет этот класс в программе. Так, если вы хотите смоделировать виртуальную ферму или зоопарк, то имеет смысл класс Animal объявить как абстрактный и для создания объектов производить от него другие классы, такие как Dog.

Если же вы хотите смоделировать виртуальную псарню, то теперь класс Dog будет абстрактным, от которого можно производить подклассы, представляющие разные породы собак. Количество уровней абстрактных классов следует выбирать в зависимости от того, насколько детально вы хотите смоделировать реальный объект или явление.

Рекомендуется: Используйте абстрактные типы данных для создания общего интерфейса для всех производных классов. Обязательно замещайте в производных классах все чистые виртуальные функции. Объявляйте все функции, которые нужно замещать в производных классах, как чистые виртуальные функции.

Не рекомендуется: Не пытайтесь создать объектабстрактного класса.

Логика использования абстрактных классов

В последнее время в программировании на C++ активно используется концепция создания абстрактных логических конструкций. С помощью таких конструкций можно находить решения для многих общих задач и создавать при этом программы, которые легко читаются и документируются. Рассмотрим пример создания логической конструкции с использованием наследования классов.

Представим, что нужно создать класс Timer, который умеет отсчитывать секунды. Такой класс может иметь целочисленную переменную-член itsSeconds, а также метод, осуществляющий приращение переменной itsSeconds.

Теперь предположим, что программа должна отслеживать и сообщать о каждом изменении переменной itsSeconds. Первое решение, которое приходит на ум, — это добавить в класс Timer метод уведомления об изменении переменной-члена. Но логически это не совсем верно, так как программа уведомления может быть достаточно сложной и по сути своей не является логической частью программы отсчета времени.

Гораздо логичнее рассматривать программу отслеживания и информирования об изменении переменной как абстрактный класс, который в равной степени может использоваться как с программой отсчета времени, так и с любой другой программой с периодически изменяющимися переменными.

Таким образом, лучшим решением будет создание абстрактного класса обозревателя Observer с чистой виртуальной функцией Update().

Теперь создадим второй абстрактный класс — Subject. Он содержит массив объектов класса Observer. Кроме того, в нем объявлены два дополнительных метода: Register(), который регистрирует объекты класса Observer, и Notify(), который отслеживает изменения указанной переменной.

Эта конструкция классов может затем использоваться во многих программах. Те классы, которые будут отслеживать изменения и сообщать о них, наследуются от класса Observer. Класс Timer в нашем примере наследуется от класса Subject. При изменении контролируемой переменной (в нашем примере — itsSeconds) вызывается метод Notify(), унаследованный от класса Subject.

Наконец, можно создать новый класс ObserverTimer, унаследованный сразу от двух базовых классов — Observer и Timer, который будет сочетать в себе возможности отсчитывать время и сообщать об этом.

Пара слов о множественном наследовании, абстрактных типах данных и языке Java

Многие программисты знают, что в основу языка Java положен C++. Также известно, что создатели языка Java удалили из него возможность множественного наследования потому, что, по их мнению, это средство слишком усложняет программный код и идет в разрез с концепцией упрощения программных кодов, положенной в основу Java. С точки зрения создателей Java, 90% всех возможностей, предоставляемых множественным наследованием, можно получить с помощью интерфейса.

Интерфейс в терминологии Java представляет собой нечто подобное абстрактному типу данных, в том смысле, что в нем также определяются функции, которые могут быть реализованы только в производных классах. Но новые классы не производятся непосредственно от интерфейса. Классы производят от других классов и в них передаются функции интерфейса, что напоминает множественное наследование. Так, союз абстрактных классов и множественного наследования породил на свет аналог классов- мандатов, в результате чего удалось избежать чрезмерного усложнения программных кодов, как в случае с множественным наследованием. Кроме того, поскольку интерфейсы не содержат ни выполняемых функций, ни переменных-членов, отпадает необходимость в виртуальном наследовании.

Насколько удобны или целесообразны эти изменения, зависит от привычек конкретного программиста. Во всяком случае, если вы хорошо разберетесь в множественном наследовании и абстрактных типах данных языка C++, то это послужит хорошей базой при изучении и освоении последних достижений и тенденций программирования, реализованных в языке Java (если у вас возникнет интерес к нему).

Использование логических конструкций в языках C++ и Java подробно рассматривается в следующей статье: Robert Martin, C++ and Java: А Critical Comparison // C++ Report. — January, 1997.

Резюме

Сегодня вы познакомились с методами преодоления некоторых ограничений одиночного наследования. Вы узнали об опасности передачи вверх по иерархии классов интерфейса производных функций и об ограничениях приведения типа данных объектов базового класса к производным классам во время выполнения программы. Кроме того, вы узнали, когда и как используется множественное наследование классов, какие проблемы при этом могут возникнуть и как их преодолеть.

На этом занятии также было представлено объявление абстрактных типов данных и способы создания абстрактного класса с помощью чистых виртуальных функций. Особое внимание уделялось логике использования абстрактных данных для моделирования реальных ситуаций.

Вопросы и ответы

Что означает передача функциональности вверх по иерархии классов?

Речь идет о переносе описаний общих функций-членов в базовые классы более высокого уровня. Если одна и та же функция используется в производных классах, имеет смысл описать эту функцию в общем для них базовом классе.

Во всех ли случаях передача функциональности вверх целесообразна в программе?

Если передаются вверх по иерархии только функции общего использования, то это целесообразно, но смысл теряется, если в базовые классы передается специфичный интерфейс производных классов. Другими словами, если метод не может быть использован во всех производных классах, то нет смысла описывать его в базовом классе. В противном случае вам во время выполнения программы придется отслеживать тип текущего объекта, прежде чем вызвать функцию.

В чем проблема с контролем типа объекта при выполнении программы?

В больших программах для выполнения контроля за типом объекта придется использовать достаточно массивный и сложный программный блок. Идея использования виртуальных функций состоит в том, что тип объекта определяется программой автоматически с помощью виртуальной таблицы, вместо того чтобы использовать для этого специальные программные блоки.

Что плохого в приведении типа объектов?

Приведение типов объектов к определенному типу данных, используемому конкретной функцией, довольно часто и эффективно используется в программах на C++. Но если программист применяет приведение типов для того, чтобы обойти заложенный в C++ строгий контроль за соответствием типов данных, например в случае приведения типа указателя к установленному во время выполнения программы типу объекта, то это говорит о серьезных недостатках в структуре программы, противоречащих идеологии C++.

Почему бы не сделать все функции виртуальными?

Для поддержания работы виртуальных функций создается виртуальная таблица, что увеличивает потребление памяти программой и время выполнения программы. Если в программе используется небольшой класс, от которого не производятся подклассы, то в использовании виртуальных функций нет никакого смысла.

В каких случаях используются виртуальные деструкторы?

Виртуальные деструкторы следует описывать в том случае, если в программе планируется использование указателя базового класса для получения доступа к объектам подклассов. Существует одно простое правило: если в программе описываются виртуальные функции, то обязательно должны использоваться виртуальные деструкторы.

Для чего возиться с созданием абстрактных типов данных? Не проще ли создать обычный базовый класс, для которого просто не создавать объектов в программе?

При написании программы всегда следует использовать такие подходы, которые гарантировали бы обнаружение ошибок в программе не во время ее выполнения, а во время компиляции. Если класс явно будет описан как абстрактный, то любая попытка создать объект этого класса приведет к показу компилятором сообщения об ошибке.

Коллоквиум

В этом разделе предлагаются вопросы для самоконтроля и укрепления полученных знаний и приводится несколько упражнений, которые помогут закрепить ваши практические навыки. Попытайтесь самостоятельно ответить на вопросы теста и выполнить задания, а потом сверьте полученные результаты с ответами в приложении Г. Не приступайте к изучению материала следующей главы, если для вас остались неясными хотя бы некоторые из предложенных ниже вопросов.

Контрольные вопросы

1. Что такое приведение типа объекта вниз?

2. Что такое v-ptr?

3. Предположим, для создания прямоугольника с закругленными углами используется класс RoundRect, произведенный от двух базовых классов — Rectangle и Circle, которые, в свою очередь, производятся от общего класса Shape. Как много объектов класса Shape создается при создании одного объекта класса RoundRect?

4. Если классы Horse и Bird виртуально наследуются от класса Animal как открытые, будут ли конструкторы этих классов инициализировать конструктор класса Animal? Если класс Pegasus наследуется сразу от двух классов, Horse и Bird, как в нем будет инициализироваться конструктор класса Animal?

5. Объявите класс Vehicle (Машина) как абстрактный тип данных.

6. Если в программе объявлен класс ADT с тремя чистыми виртуальными функциями, сколько из них нужно заместить в производных классах, чтобы получить возможность создания объектов этих классов?

Упражнения

1. Объявите класс JetPlane (Реактивный самолет), наследуя его отдвух базовых классов — Rocket (Ракета) и Airplane (Самолет).

2. Произведите от класса JetPlane, объявленного в первом упражнении, новый класс 747.

3. Напишите программу, производящую классы Car (Легковой автомобиль) и Bus (Автобус) от класса Vehicle (Машина). Объявите класс Vehicle как абстрактный тип данных с двумя чистыми виртуальными функциями. Классы Car и Bus не должны быть абстрактными.

4. Измените программу из предыдущего упражнения таким образом, чтобы класс Car тоже стал ADT, и произведите от него три новых класса: SportsCar (Спортивный автомобиль), Wagon (Фургон) и Coupe (Двухместный автомобиль-купе). В классе Car должна замещаться одна из виртуальных функций, объявленных в классе Vehicle, с вызовом функции базового класса.

⇐ Предыдущая 46 47 48 49 505152 53 54 55 Следующая ⇒