C++

7.1 Введение

Представим себе процесс написания некоторого универсалного средства (например, тип связанный список, таблица имен или планировщик для системы моделирования), которое преднаначается для использования многими разными людьми в различных обстоятельствах. Очевидно, что в кандидатах на роль таких средств недостатка нет, и выгоды от их стандартизации огроны. Кажется, любой опытный программист написал (и отладил) дюжину вариантов типов множества, таблицы имен, сортирующей функции и т.п., но оказывается, что каждый программист и кадая программа используют свою версию этих понятий, из-за чего программы слишком трудно читать, тяжело отлаживать и сложно модифицировать. Более того, в большой программе вполне может быть несколько копий идентичных (почти) частей кода для рабты с такими фундаментальными понятиями.

Причина этого хаоса частично состоит в том, что предствить такие общие понятия в языке программирования сложно с концептуальной точки зрения, а частично в том, что средства, обладающие достаточной общностью, налагают дополнительные расходы по памяти и/или по времени, что делает их неудобными для самых простых и наиболее напряженно используемых средств (связанные списки, вектора и т.п.), где они были бы наиболее полезны. Понятие производного класса в С++, описываемое в #7.2, не обеспечивают общего решения всех этих проблем, но оно дает способ справляться с довольно небольшим числом ваных случаев. Будет, например, показано, как определить эффетивный класс обобщенного связанного списка таким образом, чтобы все его версии разделяли код.

Написание общецелевых средств – задача непростая, и чато основной акцент в их разработке другой, чем при разработке программ специального назначения. Конечно, нет четкой границы между средствами общего и специального назначения, и к метдам и языковым средствам, которые описываются в этой главе, можно относиться так, что они становятся все более полезны с ростом объема и сложности создаваемых программ.

7.2 Производные классы

Чтобы разделить задачи понимания аппарата языка и метдов его применения, знакомство с понятием производных классов делается в три этапа. Вначале с помощью небольших примеров, которые не надо воспринимать как реалистичные, будут описаны

сами средства языка (запись и семантика). После этого демонтрируются некоторые неочевидные применения производных класов, и, наконец, приводится законченная программа.

7.2.1 Построение производного класса

Рассмотрим построение программы, которая имеет дело с людьми, служащими в некоторой фирме. Структура данных в этой программе может быть например такой:

struct employee (* // служащий char* name; // имя short age; // возраст short department; // подразделение int salary; // жалование employee* next; // ... *);

Список аналогичных служащих будет связываться через поле next. Теперь давайте определим менеджера:

struct manager (* // менеджер employee emp; // запись о менеджере как о служащем employee* group; // подчиненные люди // ... *);

Менеджер также является служащим; относящиеся к служащму employee данные хранятся в члене emp объекта manager. Для читающего это человека это, может быть, очевидно, но нет нчего выделяющего член emp для компилятора. Указатель на мнеджера (manager*) не является указателем на служащего (employee*), поэтому просто использовать один там, где требется другой, нельзя. В частности, нельзя поместить менеджера в список служащих, не написав для этого специальный код. Моно либо применить к manager* явное преобразование типа, либо поместить в список служащих адрес члена emp, но и то и другое мало элегантно и довольно неясно. Корректный подход состоит в том, чтобы установить, что менеджер является служащим с некторой добавочной информацией:

struct manager : employee (* employee* group; // ... *);

manager является производным от employee и, обратно, employee есть базовый класс для manager. Класс manager допонительно к члену group имеет члены класса employee (name, age и т.д.).

Имея определения employee и manager мы можем теперь содать список служащих, некоторые из которых являются менеджрами. Например:

void f (* manager m1, m2; employee e1, e2; employee* elist; elist = amp;m1; // поместить m1, e1, m2 и e2 в elist m1.next = amp;e1; e1.next = amp;m2; m2.next = amp;e2; e2.next = 0; *)

Поскольку менеджер является служащим, manager* может ипользоваться как employee*. Однако служащий необязательно является менеджером, поэтому использовать employee* как manager* нельзя.

7.2.2 Функции члены

Просто структуры данных вроде employee и manager на смом деле не столь интересны и часто не особенно полезны, потому рассмотрим, как добавить в них функции. Например:

class employee (* char* name; // ... public: employee* next; void print; // ... *);

class manager : public employee (* // ... public: void print; // ... *);

Надо ответить на некоторые вопросы. Как может функция член производного класса manager использовать члены его базвого класса employee? Как члены базового класса employee мгут использовать функции члены производного класса manager? Какие члены базового класса employee может использовать фунция не член на объекте типа manager? Каким образом програмист может повлиять на ответы на эти вопросы, чтобы удовлеворить требованиям приложения?

Рассмотрим:

void manager::print (* cout «„ " имя " «« name «« «\n“; // ... *)

Член производного класса может использовать открытое имя из своего базового класса так же, как это могут делать другие члены последнего, то есть без указания объекта. Предполагаеся, что на объект указывает this, поэтому (корректной) ссыкой на имя name является this-»name. Однако функция manager:: print компилироваться не будет, член производного класса не имеет никакого особого права доступа к закрытым членам его базового класса, поэтому для нее name недоступно.

Это многим покажется удивительным, но представьте себе другой вариант: что функция член могла бы обращаться к закртым членам своего базового класса. Возможность, позволяющая программисту получать доступ к закрытой части класса просто с помощью вывода из него другого класса, лишила бы понятие зарытого члена всякого смысла. Более того, нельзя было бы унать все использования закрытого имени, посмотрев на функции, описанные как члены и друзья этого класса. Пришлось бы проврять каждый исходный файл во всей программе на наличие в нем производных классов, потом исследовать каждую функцию этих классов, потом искать все классы, производные от этих класов, и т.д. Это по меньшей мере утомительно и скорее всего нереально.

С другой стороны, можно ведь использовать механизм friend, чтобы предоставить такой доступ или отдельным функцям, или всем функциям отдельного класса (как описывается в #5.3). Например:

class employee (* friend void manager::print; // ... *);

решило бы проблему с manager::print, и

class employee (* friend class manager; // ... *);

сделало бы доступным каждый член employee для всех фунций класса manager. В частности, это сделает name доступным для manager::print.

Другое, иногда более прозрачное решение для производного класса – использовать только открытые члены его базового класса. Например: