10.3.1. Динамический полиморфизм и наследование интерфейсов

 

Предложенный выше подход к использованию наследования решает задачу повторного использования кода, но не решает задачи унификации работы с объектами. Классы из созданной иерархии могут использоваться только самостоятельно и не могут использовать главного преимущества иерархии – знания того, что все они являются объектами типа Shape.

Частично это знание используется при вызове метода MoveTo, однако хотелось бы получить возможность полностью абстрагироваться от типа реального объекта при выполнении такой операции.

 

Для этого необходимо определить интерфейс, посредством которого пользователь будет работать с объектами типа Shape. То есть набор методов, с помощью которого можно работать с любой фигурой.

 

Интерфейс фигуры

class Shape { public:

  void Draw() const;

  void Erase() const;

  void MoveTo(const vec2d& newPos);

};

 

Пользуясь этим интерфейсом, любую фигуру можно нарисовать, стереть и передвинуть. Однако, как было указано выше, реализация методов рисования и стирания для абстрактной фигуры бессмысленна, поскольку неизвестно, что должно быть нарисовано.

На первом этапе достаточно оставить эти методы пустыми для класса Shape– пусть они будут, но не будут ничего делать. Это будет соответствовать абстрактной фигуре.

 

Каждая фигура, которая наследует классу Shape, должна переопределить методыDrawиEraseс тем, чтобы указать, как данные операции должны выполняться в её случае.

 

Теперь достаточно рассматривать создаваемые фигуры (любые) как объекты типа Shapeи с ними можно будет выполнять указанные выше действия без точного знания типа фигуры. Как этого добиться?

 

В первую очередь необходимо научиться обращаться к объекту производного типа как к объекту базового типа. Для этого в С++ введено правило: указатель (ссылка) на объект производного класса может быть приведён к указателю (ссылке) на объект базового класса.

 

Рассмотрим код:

 

Использование интерфейса фигуры

Shape *sh;

sh = new Circle(10.0);

sh->Draw();

 

В первой строке создаётся указатель на объект типа Shape(т.е. объект базового класса). Во второй строке в динамической памяти создаётся объект конкретного (производного) типаCircle. Но указатель на него (типаCircle*)  присваивается указателю на базовый класс (типаShape*).

 

Теперь указатель shрассматривает созданную окружность как фигуру. То есть пользователь уже не владеет типом конкретного созданного объекта.

 

В третьей строке вызывается метод Draw. Однако, в текущей реализации будет вызван методDrawклассаShape(который мы определили как пустой), поскольку указатель имеет типShape* и компилятор считает, что он указывает на объект типаShape, а не на созданный объект классаCircle. В реальности указатель, действительно, указывает на ту часть объектаCircle, которая унаследована отShape.

 

Необходимо указать компилятору, чтобы при указании на объект посредством указателя на объект базового класса, он учитывал при вызове метода тип реального объекта, который скрывается за указателем. Для этого служит механизм виртуальных функций.

 

Виртуальная функция (виртуальный метод) – это функция-член класса, которая вызывается с учётом типа объекта, для которого она была вызвана вне зависимости от типа указателя, через который она была вызвана.

 

Если переписать определение класса Shapeследующим образом:

 

Интерфейс фигуры с виртуальными методами

class Shape { public:

  virtual void Draw() const;

  virtual void Erase() const;

  virtual void MoveTo(const vec2d& newPos);

};

 

То при вызове указанных методов они будут учитывать тип объекта, для которого вызывались, и в

Использование интерфейса фигуры

Shape *sh;

sh = new Circle(10.0);

sh->Draw();

будет вызван метод DrawклассаCircle.

 

Виртуальные функции реализуют динамический полиморфизм в С++. В данном случае полиморфизм заключается в том, что в зависимости от типа объекта будет вызван свой метод (т.е. продемонстрировано различное поведение для различных объектов). А динамическим он является потому, что решение о том, какой метод должен быть вызван принимается в ходе выполнения программы, а не во время компиляции, как это происходит в случае перегруженных функций.

 

Наследование интерфейсов позволяет оградить клиентский код от знания подробностей реализации иерархии наследования и составляющих её реальных объектов.

 

Например, при реализации метода ClearScreen, стирающего все объекты с экрана, клиентскому коду достаточно знать о существовании интерфейсного классаShapeи о том, что объекты, которые ему передаются, наследуют этом классу:

 

Использование интерфейса фигуры

extern int nShapes;

extern Shape *shapes[MaxShapes];

 

void ClearScreen() {

  for (int i=0; i < nShapes; ++i)

    shapes[i]->Erase();

}

 

При этом реальные объекты могут быть созданы произвольных типов:

 

Создание объектов

int nShapes;

Shape *shapes[MaxShapes];

 

void CreateObjects() {

  nShapes=0;

  shapes[nShapes++] = new Circle(0.0); 

  shapes[nShapes++] = new Rectangle(10.0,20.0);

}

 

Таким образом, достигается сокрытие (инкапсуляция) информации о существовании конкретных классов за интерфейсом базового класса.