2013 11 05_cpp_lecture_08

23
Лекция 8. Динамический полиморфизм. Часть 1 Valery Lesin. C++ Basics, 2013 1

description

 

Transcript of 2013 11 05_cpp_lecture_08

Page 1: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Лекция 8. Динамический

полиморфизм. Часть 1

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 1

Page 2: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Аркадная игра «MiniMachines»

• Описание: по игровому полю проложена трасса. По ней едут машинки. Могут сталкиваться между собой и препятствиями (бочки, деревья). Могут собирать призы. Задача – приехать первым.

• Игровые объекты:

– машинки,

– препятствия,

– призы (монетки).

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 2

Page 3: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Реализация объектов. Композиция

• Машина – есть игровой объект. Но компилятор-то этого не знает. Например, сделать список игровых объектов, в который входят одновременно машины, призы и препятствия затруднительно.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 3

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

struct game_object

{

point pos;

};

struct car

{

game_object obj;

point vel;

double orien;

double omega;

};

struct prize

{

game_object obj;

int value;

};

Page 4: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Наследование

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 4

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

struct car

: game_object

{

point vel;

double orien;

double omega;

};

struct prize

: game_object

{

int value;

};

void foo()

{

game_object* obj = new car; // ok, implicit upcast

vector<game_object*> objects;

objects.push_back(obj);

car* c = obj; // error, implicit downcast is forbidden

car* c = static_cast<car*>(obj); // ok, but be careful

}

Page 5: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Расположение полей

• Небольшая путаница в терминологии: car –

подкласс (подтип) game_object, но с точки

зрения множества – надмножество.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 5

1.

2.

3.

4.

5.

game_object obj;

obj.pos = point(10, 20); //ok

car c;

c.pos = point(20, 10); //ok

Page 6: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Особенности наследование

• Базовый класс должен быть объявлен до наследование (нужен как минимум его размер).

• Из наследника нет доступа к private полям базового класса, но есть к public и protected.

• Наследоваться можно с модификаторами доступа (struct по умолчанию наследует public, class -private). В результирующем объекте используется минимальный модификатор доступа исходного поля и наследования.

• В наследнике можно перекрыть (и в результате скрыть) функцию базового класса.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 6

Page 7: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Наследование. Пример 1

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 7

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

struct Base

{

void foo(){}

private:

void bar(){}

};

struct Derived

: public Base

{

void foo()

{

Base::foo(); //ok

bar(); // error, private

//...

}

};

void foo()

{

Derived d;

d.foo(); // Derived::foo

d.Base::foo();

}

Page 8: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Наследование. Пример 2

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 8

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

struct Base

{

void foo (){}

void foobar(){}

private:

void bar(){}

};

struct Derived

: private Base

{

using Base::foo;

};

void foo()

{

Derived d;

d.foo (); // ok

d.foobar(); // error

}

Page 9: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Конструкторы

• Конструкторы не наследуются и не бывают виртуальными.

• Вызов конструктора базового класса обязателен, если только у базового класса нет дефолтного конструктора.

• Нельзя непосредственно определять поля базового класса в списке инициализации.

• Сперва вызываются конструкторы базовых классов (в порядке объявления наследования), затем полей. Удаление – в обратном порядке.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 9

Page 10: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Конструкторы. Пример

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 10

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

struct game_object

{

game_object(point pos) : pos(pos){}

point pos;

};

struct car

: game_object

{

car(point pos, point vel, /*...*/)

: game_object(pos)

, vel (vel)

, /*...*/

{}

car(point p)

: pos(p) // error

, /*...*/

{}

point vel;

/*...*/

};

Page 11: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Полиморфное поведение

• Как узнать на какой реальный объект ссылается указатель Base*? Например, чтобы нарисовать игровые объекты, имея лишь список указателей game_object*.

• Есть 4 варианта действия:

– Запрет определения. Все объекты однотипные.

– Хранить поле типа в базовом классе.

– Делать динамическое преобразование типов (dynamic_cast).

– Использовать виртуальные функции.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 11

Page 12: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Поле типа

• При добавлении нового типа, найти все

вхождения крайне сложно (не говоря про

перекомпиляцию).Valery Lesin. C++ Basics, 2013 12

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

enum object_type { ot_car, ot_prize, ot_obstacle };

struct game_object { object_type type; /*...*/};

struct car : game_object { point vel; /*...*/ };

struct prize: game_object { int value; /*...*/ };

void render_car (car const&);

void render_prize(prize const&);

void render(game_object const& obj)

{

if (obj.type == ot_car)

render_car(static_cast<car const&>(obj));

else if (obj.type == ot_prize)

render_prize(static_cast<prize const&>(obj));

else // ...

}

Page 13: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Виртуальные функции

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 13

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

struct game_object

{

virtual void render(engine&, scope const&){}

};

struct car : game_object

{ void render(engine&, scope const&){/*...*/} };

struct prize: game_object

{ void render(engine&, scope const&){/*...*/} };

void render_objects(std::vector<game_object*> const& objs/*, ...*/)

{

for (auto it = objs.begin(), end = objs.end(); it != end; ++it)

(*it)->render(/*...*/);

}

Page 14: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Определение виртуальных функций

• Определение в базовом классе начинаются со слова virtual.

• В наследниках должен полностью совпадать прототип (есть послабления для возвращаемого типа).

• Виртуальная функция должна быть определена в классе, для которого объявлена.

• Если не нужна другая реализация у наследника, можно ее и не определять.

• Можно вызвать функцию базового типа.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 14

1.

2.

3.

4.

5.

struct Base

{ virtual void foo(){} };

struct Derived : Base

{ void foo(){ Base::foo(); /*...*/ }};

Page 15: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Та ли функция переопределена?

• Ключевое слово override (С++11) заставит компилятор проверить, действительно ли была такая виртуальная функция в базовом классе

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 15

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

struct Base

{

virtual void do_smth() const {}

};

struct Derived : Base

{

void do_smth() {} // oops, new function

void do_smth() const override {}// compilation check

};

Page 16: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Таблица виртуальных функций

• Требуется память под дополнительный указатель на таблицу (сравнимо с полем типа).

• Обращение – всего один косвенный вызов (как и с библиотечной функцией из dll). Нет дополнительных оптимизаций компилятора.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 16

Page 17: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Срезка

• Выход:

– закрыть копирование у rigid_body ;

– сделать его абстрактным (если у него нет своей реализации)

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 17

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

struct rigid_body

{

virtual void apply_impulse(/*...*/) {}

};

struct car : game_object, rigid_body {/*...*/};

struct obstacle: game_object, rigid_body {/*...*/};

void hit(rigid_body body, /*...*/) //oops, mistake

{

body->apply_impulse(/*...*/); // does nothing

}

Page 18: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Чисто-виртуальные функции

• Пока какой-нибудь из наследников не определит функцию, она остается чисто виртуальной (pure).

• Класс с чисто виртуальной функцией –абстрактный. Создать его экземпляр нельзя.

• Идеально подходят для описания интерфейсов

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 18

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

struct game_object

{

virtual ~game_object(){}

virtual void update(double time) = 0;

virtual void render(engine&, scope const&) = 0;

virtual void save (std::ostream& os) = 0;

};

Page 19: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Открытое наследование

• Открытое наследование моделирует отношение «является». Закрытое -«реализовано с помощью».

• Принцип подстановки Лисков:

– Все контракты базового класса должны быть выполнены, для чего перекрытие виртуальных функций не должно требовать большего или обещать меньшего, чем их базовая версия.

– Функции, которые используют базовый тип, должны иметь возможность использовать подтипы базового типа, не зная об этом.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 19

Page 20: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Закрытое наследование

• Почти всегда лучше использовать вместо него делегирование.

• Callbacks можно реализовать через анонимные функции или boost::function/bind

• Исключения: гарантия вызова функции до конструктора/после деструктора; boost::noncopyable

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 20

Page 21: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Деструктор

• При открытом наследовании обязательно(!) необходимо объявлять открытый виртуальный деструктор, в противном случае, удаляя объект через указатель на его базовый класс, Вы рискуете получить утечку памяти.

• Если Вы предполагаете закрытое наследование, у базового класса должен быть защищенный невиртуальныйдеструктор.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 21

Page 22: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Вызов виртуальных функций

• Не вызывайте виртуальные функции из

конструкторов или деструкторов.

• Пока не завершился конструктор

полностью, таблица виртуальных функций

может быть некорректна (в случае, если

Ваш класс не последний в иерархии).

• С деструктором аналогично.

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 22

Page 23: 2013 11 05_cpp_lecture_08

Вопросы?

Valery Lesin. C++ Basics, 2013 23