Kurs języka C++ – wykład 6 (7.04.2014)

1. Kurs języka C++ – wykład 6 (7.04.2014) Polimorfizm

2. Spis treści • Metody wirtualne • Implementacja polimorfizmu • Wczesne i późne wiązanie metod wirtualnych • Klasy abstrakcyjne • Klasa pair<> • Klasa vector<>

3. Składowe funkcje wirtualne • Składowe funkcje wirtualne pozwalają na przedefiniowanie w każdej klasie pochodnej funkcji składowych zadeklarowanych w klasie bazowej. • Poprzez funkcje wirtualne w programie zapewnione jest wywołanie metody najlepiej odpowiadającej obiektowi. • Składowe funkcje wirtualne należy opatrzyć deklaratorem virtual (wewnątrz klasy). • W definicji metody wirtualnej poza klasą nie używa się deklaratora virtual.

4. Składowe funkcje wirtualne • Przykład deklaracji klas z metodami wirtualnymi i zwykłymi: class bazowa { public: voidopis_zwykly (); virtualvoidopis_wirtualny (); }; class pochodna: public bazowa { public: voidopis_zwykly (); virtualvoidopis_wirtualny (); };

5. Składowe funkcje wirtualne • Przykład definicji metod wirtualnych i zwykłych: void bazowa::opis_zwykly() { cout << "bazowa::opis_zwykly()" << endl; } void bazowa::opis_wirtualny() { cout << "bazowa::opis_wirtualny()" << endl; } void pochodna::opis_zwykly() { cout << "pochodna::opis_zwykly()" << endl; } void pochodna::opis_wirtualny() { cout << "pochodna::opis_wirtualny()" << endl; }

6. Składowe funkcje wirtualne • Przykład użycia metod wirtualnych i zwykłych: bazowa *a = new bazowa(); a->opis_zwykly(); a->opis_wirtualny(); // bazowa::opis_zwykly() // bazowa::opis_wirtualny() bazowa *b = new pochodna(); b->opis_zwykly(); b->opis_wirtualny(); // bazowa::opis_zwykly() // pochodna::opis_wirtualny()

7. Składowe funkcje wirtualne • Funkcja wirtualna musi być zdefiniowana dla klasy, w której po raz pierwszy została zadeklarowana. • Funkcji wirtualnej można używać nawet wtedy, gdy z jej klasy nie wyprowadzi się żadnej klasy pochodnej. • Klasa pochodna, która nie potrzebuje specjalnej wersji funkcji wirtualnej, nie musi jej dostarczać. • Funkcja w klasie pochodnej z tą samą nazwą i z tą samą listą argumentów co funkcja wirtualna w klasie podstawowej nadpisuje (ang. override) wersję funkcji wirtualnej z klasy bazowej.

8. Polimorfizm • Uzyskanie zachowania się funkcji adekwatnego do typu obiektu nazywa się polimorfizmem (ang. polymorphism). • Klasa z funkcjami wirtualnymi nazywa się klasą polimorficzną. • Aby zachowanie obiektu było polimorficzne należy się do niego odnosić za pomocą wskaźnika albo referencji. • Dzięki polimorfizmowi programy stają się rozszerzalne (ang. extensibility) – modyfikacja kodu polega na dodaniu nowej klasy bez potrzeby zmian w kodzie istniejącym.

9. Implementacja zachowań polimorficznych • Obiekty klas polimorficznych mają dodatkowe pole identyfikujące typ obiektu. • Decyzję o wyborze funkcji do wykonania podejmuje się w trakcie działania programu (jest to tak zwane późne wiązanie, w przeciwieństwie do zwykłych funkcji gdzie obowiązuje wczesne wiązanie). • Każda klasa polimorficzna posiada swoje miejsce w tablicy metod wirtualnych. • Polimorfizm jest więc kosztowny (miejsce i czas) – dlatego nie wszystkie metody są wirtualne.

10. Rezultat funkcji wirtualnej • Przy nadpisywaniu funkcji wirtualnej trzeba zachować odpowiedni typ rezultatu: • albo rezultat musi być identyczny, • albo rezultat musi być kowariantny (referencja lub wskaźnik do obiektu tej samej klasy lub do klasy, dla której jest ona jednoznaczną i dostępną klasą podstawową). • Przykład:owoc * bazowa::fun () {/*…*/}pomelo * pochodna::fun () {/*…*/}

11. Inne cechy funkcji wirtualnych • Funkcja wirtualna w klasie nie może być statyczna. • Dostęp do funkcji wirtualnej może być zmieniony w klasach pochodnych (co zależy od sposobu dziedziczenia) – dostęp ten zależy więc tylko od typu wskaźnika albo referencji. • Funkcje wirtualne mogą być przyjacielami w innych klasach.

12. Funkcja wirtualna wcześnie związana • Funkcja wirtualna będzie wcześnie związana gdy będzie wywołana na rzecz konkretnego obiektu znanego z nazwy:klasa ob;// …ob.funwirt(); • Funkcja wirtualna będzie wcześnie związana gdy użyjemy kwalifikatora zakresu:wsk->klasa::funwirt();ref.klasa::funwirt(); • Funkcja wirtualna będzie wcześnie związana gdy wywołamy ją w konstruktorze. • Funkcja wirtualna może być wbudowana.

13. Klasy abstrakcyjne • Klasy abstrakcyjne służą do definiowania interfejsów (pojęć abstrakcyjnych). • Klasa abstrakcyjna zawiera co najmniej jedną abstrakcyjną metodą wirtualną (funkcja czysto wirtualna). • Deklaracja metody czysto wirtualnej wygląda następująco:virtual typ funkcja (lista-argumentów) = 0; • Nie trzeba (ale można) podawać definicji metody czysto wirtualnej. • W klasach potomnych, które nie mają być klasami abstrakcyjnymi, należy zdefiniować wszystkie odziedziczone metody abstrakcyjne.

14. Klasy abstrakcyjne • Nie wszystkie metody w klasie abstrakcyjnej muszą być abstrakcyjne. • Żaden konstruktor ani destruktor nie może być abstrakcyjny. • Nie można utworzyć obiektu klasy abstrakcyjnej: • nie wolno zdefiniować funkcji, która odbierałaby argument takiej klasy przez wartość; • nie wolno zdefiniować funkcji, która zwracałaby wynik takiej klasy przez wartość; • klasa abstrakcyjna nie może być typem w jawnej konwersji.

15. Wirtualny destruktor • W klasach polimorficznych (zawierających metody wirtualne) destruktor definiujemy jako wirtualny.

16. Konstruktor nie może być wirtualny ale… • Czasami istnieje potrzeba wyprodukowania nowego obiektu tej samej klasy – w takiej sytuacji można zdefiniować funkcję wirtualną, która będzie przygotowywać taki obiekt (zastąpi konstruktor domyślny albo kopiujący).

17. Klasa pair<> • W pliku nagłówkowym <utility> zdefiniowano szablon klasy pair<F,S>, który służy do przechowywania pary wartości. • Para std::pair<> to struktura z dwoma polami first i second dowolnych typów podawanych jako parametry wzorca. • Przykład:pair<string,double> pi = new pair<string,double>(”pi”,3.141593); • W szablonie klasy std::pair<> zdefiniowano oprócz konstruktora z dwiema wartościami inicjalizującymi pola first i second także konstruktor kopiujący i domyślny.

18. Klasa pair<> • Typy występujące w parze mogą być wydedukowane, gdy para jest tworzona za pomocą funkcji szablonowej make_pair(). • Przykład:pair<string,double> e = make_pair(string(”e”),2.718282); • Dla szablonu klasy std::pair<> zdefiniowano nieskładowe operatory relacji porównujących == i < (porównywane są pierwsze pola, a gdy te są równe porównywane są drugie pola). • Funkcja składowa oraz zewnętrzna funkcja szablonowa swap<>() zamienia zawartości dwóch par.

19. Klasa vector<> • W pliku nagłówkowym <vector> zdefiniowano szablon klasy vector<T>, który służy do przechowywania dowolnej liczby wartości określonego typu. • Kolekcja std::vector<> przechowuje swoje elementy w tablicy dynamicznej – dodawanie (metoda push_back()) i usuwanie (metoda pop_back()) elementów na końcu tablicy działa bardzo szybko. • Przykład:vector<int> coll;for (int i=1; i<=10; ++i) coll.push_back(i*i);for (int i=0; i<coll.size(); ++i) cout << coll[i] << ’ ’;cout << endl;

20. Klasa vector<> • W kolekcji std::vector<> istnieją metody do wstawiania elementu na początku wektora push_front() i usuwania elementu z początku pop_front(). • Dostęp do elementów w wektorze jest realizowany za pomocą operatora indeksowania [] albo za pomocą metody at(); odczytanie wartości pierwszego elementu w wektorze można zrobić za pomocą metody front() a ostatniego za pomocą back(). • Metoda empty() mówi czy wektor jest pusty a metoda size() zwraca liczbę wszystkich elementów w wektorze. • Metoda clear() usuwa wszystkie elementy z wektora.