68971

Віртуальні функції. Абстрактні класи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Кожне перевизначення віртуальної функції в похідному класі реалізує операції властиві лише даному класу. Покажчики на об’єкти базового класу можна використовувати для посилання на об’єкти похідних класів. Якщо покажчик на об’єкт базового класу встановлюється на об’єкт...

Украинкский

2014-09-28

54 KB

4 чел.

Лекція № 16

Тема: Віртуальні функції. Абстрактні класи.

План

  1.  Віртуальні функції
  2.  Виклик віртуальної функції з допомогою посилання на об’єкт базового класу
  3.  Атрибут virtual успадковується
  4.  Віртуальні функції є ієрархічними
  5.  Чисто віртуальні функції
  6.  Абстрактні класи

Мова C++ забезпечує як статичний, так і динамічний поліморфізм. Як указувалося в попередніх розділах, статичний поліморфізм досягається за допомогою перевантаження функцій і операторів. Динамічний поліморфізм реалізується на основі спадкоємства і віртуальних функцій. Саме ця тема знаходиться в центрі уваги даного розділу.

Віртуальні функції

Віртуальна функція (virtual function) — це функція-член, оголошена в базовому класі і перевизначена в похідному. Щоб створити віртуальну функцію, слід вказати ключове слово virtual перед її оголошенням в базовому класі. Похідний клас перевизначає цю функцію, пристосовувавши її для своїх потреб. По суті, віртуальна функція реалізує принцип "один інтерфейс, декілька методів", лежачий в основі поліморфізму. Віртуальна функція в базовому класі визначає вид інтерфейсу, тобто спосіб виклику цієї функції. Кожне перевизначення віртуальної функції в похідному класі реалізує операції, властиві лише даному класу. Інакше кажучи, перевизначення віртуальної функції створює конкретний метод (specific method).

При звичайному виклику віртуальні функції нічим не відрізняються від решти функцій-членів. Особливі властивості віртуальних функцій виявляються при їх виклику за допомогою покажчиків. Покажчики на об'єкти базового класу можна використовувати для посилання на об'єкти похідних класів. Якщо покажчик на об'єкт базового класу встановлюється на об'єкт похідного класу, що містить віртуальну функцію, вибір необхідної функції ґрунтується на типі об'єкту, на який посилається покажчик, причому цей вибір здійснюється в ході виконання програми. Таким чином, якщо покажчик посилається на об'єкт різних типів, то будуть викликані різні віртуальні функції. Це відносите і до посилань на об'єкти базового класу.

Розглянемо спершу наступний приклад.

#include <iostream>

using namespace std;

class base {

public:

virtual void vfunc() {

cout << "Функція vfunc() з класу base.\n";

}

};

class derived1 : public base {

public:

void vfunc() {

cout « "Функція vfunc() з класу derived1.\n";

}

};

class derived2 : public base {

public:

void vfunc() {

cout « " Функція vfuncO з класу derived2.\n" ;

}

};

int main() (

base *p, b;

derived1 d1;

derived2 d2 ;

// Покажчик на об'єкт базового класу.

Р = &Ь;

p->vfunc(); // Виклик функції vfunc() з класу base.

// Покажчик на об'єкт класу derived1.

р = &d1;

p->vfunc(); // Виклик функції vfunc(j з класу derived1.

// Покажчик на об'єкт класу derived2.

р = &d2;

p->vfunc(); // Виклик функції vfunc() з класу derived2.

return 0;

}

Ця програма виводить на екран наступні рядки.

Функція vf unc () з класу base.

Функція vfunc() з класу derived1.

Функція vfunc () з класу derived.2 .

Як показує ця програма, усередині класу base оголошена віртуальна функція vfunc (). Зверніть увагу на ключове слово virtual в оголошенні функції. При перевизначенні функції vfunc () у класах derived1 і derived2 ключове слово virtual не потрібне. (Проте його використання не є помилкою, просто воно не обов'язкове.)

У даній програмі класи derived1 і derived2 є похідними від класу base. Усередині кожного з цих класів функція vfunc () перевизначається наново відповідно до нового призначення. У програмі main() оголошені чотири змінні.

p - Покажчик на базовий клас

b - Об'єкт базового класу

d1 - Об'єкт класу derived1

d2 - Об'єкт класу derived2

Крім того, покажчику р привласнюється адреса об'єкту b, а функція vfunc() викликається за допомогою покажчика р. Оскільки покажчик р посилається на об'єкт класу base, виконується варіант функції vfunc () з базового класу. Потім покажчику р привласнюється адреса об'єкту d1, і функція vfunc () знову викликається з його допомогою. Цього разу покажчик р посилається на об'єкт класу derived1. Отже, викликається функція derived1:: vfunc (). В результаті покажчику р привласнюється адреса об'єкту d2, тому вираз p->vfunc() приводить до виклику функції vfunc Про з класу de-rived2. Принципово важливо, що варіант функції, що викликається, визначається типом об'єкту, на який посилається покажчик р. Крім того, вибір відбувається в ході виконання програми, що забезпечує основу динамічного поліморфізму.

Віртуальну функцію можна викликати звичайним способом, використовуючи ім'я об'єкту і оператора ".", проте поліморфізм досягається тільки при зверненні до неї через покажчик. Наприклад, наступний фрагмент програми є абсолютно правильним.

d2.vfunc(); // Викликається функція vfunc() з класу derived2

Не дивлячись на те що такий виклик віртуальної функції помилкою не є, ніяких переваг він не надає.

На перший погляд, перевизначення віртуальної функції в похідному класі мало відрізняється від звичайного перевантаження функцій. Проте це не так, і термін перевантаження непридатний до перевизначення віртуальних функцій з кількох причин. Найбільш важлива відмінність полягає в тому, що прототип віртуальної функції, що перевизначається, повинен точно співпадати з прототипом, визначеним в базовому класі. віртуальні функції відрізняються від переобтяжених, які відрізняються типами і кількістю параметрів. (Фактично при перевантаженні функцій типи і кількість i параметрів повинні відрізнятися! Саме ці відмінності дозволяють компілятору вибрати правильний варіант переобтяженої функції.) При перевизначенні віртуальної функції всі аспекти їх прототипів повинні бути однаковими. Якщо не дотримував правило, компілятор вважатиме ці функції просто переобтяженими, а їх віртуальна природа буде втрачена. Друге важливе обмеження полягає в тому, що віртуальні функції не можуть бути статичними членами класів. Крім того, ой можуть бути дружніми функціями. І, нарешті, конструктори не можуть бути віртуальними, хоча на деструкції це обмеження не розповсюджується.

Із-за перерахованих обмежень для перевизначення віртуальної функції в похідному класі використовується термін заміщення (overriding).

Виклик віртуальної функції з допомогою

посилання на об'єкт базового класу

У попередньому прикладі віртуальна функція викликалася за допомогою покажчика об'єкт базового класу, проте поліморфна природа віртуальних функцій збережи і при їх виклику за допомогою посилання на об'єкт базового класу. Посилання є неявним покажчиком. Таким чином, посилання на об'єкт базового Л можна використовувати для звернення до об'єкту базового або будь-якого похідного класу. Якщо віртуальна функція викликається за допомогою посилання на об'єкт базового класу, її варіант залежить від типу об'єкту, на який встановлено посилання у момент виклику.

В більшості випадків віртуальна функція за допомогою посилання викликається передачі параметрів. Розглянемо ще один варіант попередньої програми

/* У цій програмі для виклику віртуальної функції застосовується посилання на об'єкт базового класу. */

// Використовується параметр, що є посиланням на об'єкт базового класу.

void f (base &r)

{

r.vfuncO ;

}

int main() {

base b;

derived1 d1;

derived2 d2 ;

f(b); // Функції f() передається об'єкт класу base.

f(d1); // Функції f() передається об'єкт класу derived1.

f(d2); // Функції f() передається об'єкт класу derived2.

return 0;

}

Програма виводить на екран ті ж повідомлення, що і раніше. У даному прикладі функція f() отримує як параметр посилання на об'єкт класу base. У функції main() ця функція викликається за допомогою об'єктів класів base, derived1 і derived2. Конкретний варіант функції vfunc() вибирається усередині функції f() залежно від типу її параметра, простоти в решті прикладів цього розділу віртуальні функції викликаються з покажчиків, причому результат нічим не відрізняється від виклику за допомогою посилань.

Атрибут virtual успадковується

При наслідуванні віртуальної функції її віртуальна природа також успадковується. Це означає, що якщо похідний клас, що успадкував віртуальну функцію від базового класу, стає базовим по відношенню до іншого похідного класу, віртуальна функція може як і раніше заміщатися. Інакше кажучи, не має значення, скільки разів успадковувалася віртуальна функція, вона все одно залишається віртуальною. Розглянемо наступну програму.

#include <iostream>

using namespace std;

class base {

public:

virtual void vfunc () {

cout << "Функція vfunc() з класу base.\n";

)

class derived1 : public base {

public: roid vfunc () {

cout << " Функція vfunc() з класу derived1.\n";

}

};

/* Клас derived2 успадковує віртуальну функцію vfunc()

від класу derived1. */

class derived2 : public derived1 {

public:

// Функція vfunc() залишається віртуальною,

void vfunc() {cout « " Функція vfunc() з класу derived2.\n"; }

};

Виклик функції vfunc() з класу base.

Виклик функції vfunc() з класу derived1.

Виклик функції vfunc() з класу derived2.

В даному випадку клас derived2 є спадкоємцем класу derived1, а класу base, але функція vfunc() залишається віртуальною.

Віртуальні функції є ієрархічними

Як відомо, якщо функція оголошена віртуальною в базовому класі, її можна замістити в похідному класі. Проте віртуальну функцію не обов'язково заміщати. В цьому випадку викликається функція, визначена в базовому класі.. Спадкоємство в мові C++ організоване за ієрархічним принципом, тому віртуальні функції також повинні бути ієрархічними. Це означає, що якщо віртуальна функція не заміщається, викликається її попередня перевизначена версія. Наприклад, в наступній програмі клас derived2 є спадкоємцем класу derived1, який, у свою чергу, є похідним від класу base. Все функція vfunc () у класі derived2 не заміщається. Отже, найближча до класу derived2 версія функції vfunc Про визначена в класі derived1. Taким чином, виклик функції vfunc () за допомогою об'єкту класу derived2 відносить до функції derived1:: vfunc ().

Чисто віртуальні функції

Якщо віртуальна функція не заміщається в похідному класі, викликається її версія з базового класу. Проте у багатьох випадках неможливо створити розумну версію віртуальної функції в базовому класі. Крім того, в деяких ситуаціях необхідно гарантувати, що віртуальна функція буде заміщена у всіх похідних класах. Для цих ситуацій в мові С++ передбачені чисто віртуальні функції.

Чисто віртуальна функція (pure virtual function) – це функція, що не має визначення в базовому класі. Для оголошення чисто віртуальної функції використовується наступна синтаксична конструкція.

virtual тип імя_функції (список_параметрів) = 0;

Чисто віртуальні функції повинні перевизначатися в кожному похідному класі, інакше виникне помилка компіляції.

Слід мати на увазі, що всі похідні класи зобов'язані перевизначати чисто віртуальну функцію. Якщо цього не зробити, виникне помилка компіляції.

Абстрактні класи

Клас, що містить хоч би одну чисто віртуальну функцію, називається абстрактним (abstract class). Оскільки абстрактний клас містить одну або декілька функцій, що не мають визначення (т.е. чисто віртуальні функції), його об'єкт створити неможливо. Отже, абстрактні класи можна чи використовувати як основу для похідних класів.

Не дивлячись на те що об'єкти абстрактного класу не існують, можна створювати покажчики і посилання на абстрактний клас. Це дозволяє застосовувати абстракту класи для підтримки динамічного поліморфізму і вибирати відповідаю віртуальну функцію залежно від типу покажчика або посилання.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22844. Визначення коефіцієнта в’язкості газу 1.32 MB
  При ламінарній течії газу по капілярній трубці різні шари газу набувають різної швидкості направленого руху. Розглянемо більш детально течію вязкого газу по трубці радіуса . Припустимо що потік ламінарний що газ при невеликих тисках нестисливий що течія всановилась і що газ повністю змочує стінки трубки тобто швидкість газу біля стінок трубки дорівнює нулеві.
22845. Визначення вологості повітря 1.2 MB
  Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари що обумовлює вологість повітря. Абсолютною вологістю називається кількість водяної пари що знаходиться в одиниці об'єму повітря. З рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так: пов= 1 позначення загально прийняті.
22846. Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини 545 KB
  Залежність обєму рідини від температури виражається рівнянням: а при невеликій точності можна обмежитися виразом: де обєм рідини при температурі 0C температурний коефіцієнт обємного розширення рідини. Прямим способом вимірювати обєм рідини при різних температурах для визначення важко бо при цьому змінюється і обєм посудини в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта обємного розширення рідини при якому відпадає необхідність вимірювання обєму рідини.
22847. ОДЕРЖАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ВИСОКОГО ВАКУУМУ 5.3 MB
  Різного роду вакуумні насоси з застосуванням деяких додаткових прийомів дозволяють одержувати тиски домм. Області тисків в яких найбільш раціонально застосовуються вакуумні насоси прийнятих в даний час типів показані на рис. Вакуумні насоси що застосовуються для відкачки газу поділяють на два класи: а форвакуумні насоси які починають працювати з атмосферного тиску і викидають відкачуваний газ прямо в атмосферу. Форвакуумні насоси створюють розрідження порядку мм.
22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...
22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де внутрішній радiус трубки температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а радiус дротини температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.