Текст книги "Информатика и информационные технологии: конспект лекций"

Автор книги: А. Цветкова

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

2. Наследование

Процесс, с помощью которого один тип наследует характеристики другого типа, называется наследованием. Наследник называется порожденным (дочерним) типом, а тип, которому наследует дочерний тип, называется порождающим (родительским) типом.

Ранее известные типы записей Pascal не могут наследовать. Однако Borland Pascal расширяет язык Pascal для поддержки наследования. Одним из этих расширений является новая категория структуры данных, связанная с записями, но значительно более мощная. Типы данных в этой новой категории определяются с помощью нового зарезервированного слова «object». Тип объекта может быть определен как полный, самостоятельный тип в манере описания записей Pascal, но он может определяться и как потомок существующего типа объекта путем помещения порождающего (родительского) типа в скобки после зарезервированного слова «object».

3. Создание экземпляров объектов

Экземпляр объекта создается посредством описания переменной или константы объектного типа или путем применения стандартной процедуры New к переменной типа «указатель на объектный тип». Результирующий объект называется экземпляром объектного типа;

var

F: TField;

Z: TZipField;

FP: PField;

ZP: PZipField;

С учетом этих описаний переменных, F является экземпляром TField, a Z – экземпляром TZipField. Аналогично, после применения New к FP и ZP FP будет указывать на экземпляр TField, a ZP – на экземпляр TZipField.

Если объектный тип содержит виртуальные методы, то экземпляры этого объектного типа должны инициализироваться посредством вызова конструктора перед вызовом любого виртуального метода.

Ниже приведен пример:

var

S: StrField;

egin

S.Init (1, 1, 25, 'Первое имя');

S.Put ('Владимир');

S.Display;

...

S.Done;

end.

Если S.Init не вызывался, то вызов S.Display приведет к неудачному завершению данного примера.

Присваивание экземпляра объектного типа не подразумевает инициализации экземпляра. Объект инициализируется кодом, генерируемым компилятором, который выполняется между вызовом конструктора и моментом когда выполнение фактически достигает первого оператора в блоке кода конструктора.

Если экземпляр объекта не инициализируется и проверка диапазона включена (директивой {SR+}), то первый вызов виртуального метода экземпляра объекта дает ошибку этапа выполнения. Если проверка диапазона выключена (директивой {SR—}), то первый вызов виртуального метода неинициализированного объекта может привести к непредсказуемому поведению.

Правило обязательной инициализации применимо также к экземплярам, которые являются компонентами структурных типов. Например:

var

Comment: array [1..5] of TStrField;

I: integer;

begin

for I := 1 to 5 do

Comment [I].Init (1, I + 10, 40, 'первое_имя');

.

.

.

for I := 1 to 5 do Comment [I].Done;

end;

Для динамических экземпляров инициализация, как правило, связана с размещением, а очистка – с удалением, что достигается благодаря расширенному синтаксису стандартных процедур New и Dispose. Например:

var

SP: StrFieldPtr;

begin

New (SP, Init (1, 1, 25, 'первое_имя');

SP^.Put ('Владимир');

SP^.Display;

.

.

.

Dispose (SP, Done);

end.

Указатель на объектный тип является совместимым по присваиванию с указателем на любой родительский объектный тип, поэтому во время выполнения программы указатель на объектный тип может указывать на экземпляр этого типа или на экземпляр любого дочернего типа.

Например, указатель типа ZipFieldPtr может присваиваться указателям типа PZipField, PNumField и PField, а во время выполнения программы указатель типа PField может либо иметь значение nil, либо указывать на экземпляр TField, TNumField, или TZipField, или на любой экземпляр дочернего по отношению к TField типа.

Эти правила совместимости указателей по присваиванию применимы также к параметрам – переменным объектного типа. Например, методу TField.Сору могут быть переданы экземпляры типов TField, TStrField, TNumField, TZipField или любые другие экземпляры дочернего от TField типа.

4. Компоненты и область действия

Область действия идентификатора компоненты простирается за пределы объектного типа. Более того, область действия идентификатора компонента простирается сквозь блоки процедур, функций, конструкторов и деструкторов, которые реализуют методы объектного типа и его наследников. Исходя из этих соображений написание идентификатора компоненты должно быть уникальным внутри объектного типа и внутри всех его наследников, а также внутри всех его методов.

Область действия идентификатора компонента, описанного в части private описания типа, ограничивается модулем (программой), которая содержит описание объектного типа. Другими словами, частные (private) компоненты-идентификаторы действуют как обычные общедоступные идентификаторы в рамках модуля, который содержит описание объектного типа, а вне модуля любые частные компоненты и идентификаторы неизвестны и недоступны. Поместив в один модуль связанные типы объектов, можно сделать так, что эти объекты смогут обращаться к частным компонентам друг друга, и эти частные компоненты будут неизвестны другим модулям.

В описании объектного типа заголовок метода может задавать параметры описываемого объектного типа, даже если описание еще неполное.

ЛЕКЦИЯ № 12. Методы

1. Методы

Описание метода внутри объектного типа соответствует опережающему описанию метода (forward). Таким образом, где-нибудь после описания объектного типа, но внутри той же самой области действия, что и область действия описания объектного типа, метод должен реализоваться путем определения его описания.

Для процедурных и функциональных методов определяющее описание имеет форму обычного описания процедуры или функции с тем исключением, что в этом случае идентификатор процедуры или функции рассматривается как идентификатор метода.

Для методов конструкторов и деструкторов определяющее описание принимает форму описания процедурного метода с тем исключением, что зарезервированное слово procedure заменяется зарезервированным словом constructor или destructor.

Определяющее описание метода может повторять (но не обязательно) список формальных параметров заголовка метода в объектном типе. В этом случае заголовок метода должен в точности повторять заголовок в объектном типе в порядке, типах и именах параметров и в типе возвращаемого функцией результата, если метод является функцией.

В определяющем описании метода всегда присутствует неявный параметр с идентификатором Self, соответствующий формальному параметру-переменной, обладающему объектным типом. Внутри блока метода Self представляет экземпляр, компонент метода которого был указан для активизации метода. Таким образом, любые изменения значений полей Self отражаются на экземпляре.

Область действия идентификатора компонента объектного типа распространяется на блоки процедур, функций, конструкторов и деструктора, которые реализуют методы данного объектного типа. Эффект получается тот же, как если бы в начало блока метода был вставлен оператор with в следующей форме:

with Self do

begin

...

end;

Исходя из этих соображений написание идентификаторов компонентов, формальных параметров метода, Self и любого идентификатора, введенного в исполняемую часть метода, должно быть уникальным.

Если требуется уникальный идентификатор метода, то используется уточненный идентификатор метода. Он состоит из идентификатора типа объекта, за которым следуют точка и идентификатор метода. Как и любому другому идентификатору, идентификатору уточненного метода, если требуется, могут предшествовать идентификатор пакета и точка.

Виртуальные методы

По умолчанию методы являются статическими, однако они могут, за исключением конструкторов, быть виртуальными (посредством включения директивы virtual в описание метода). Компилятор разрешает ссылки на вызовы статических методов во время процесса компиляции, тогда как вызовы виртуальных методов разрешаются во время выполнения. Это иногда называют поздним связыванием.

Если объектный тип объявляет или наследует какой-либо виртуальный метод, то переменные этого типа должны быть инициализированы посредством вызова конструктора перед вызовом любого виртуального метода. Таким образом, объектный тип, который описывает или наследует виртуальный метод, должен также описывать или наследовать, по крайней мере, один метод-конструктор.

Объектный тип может переопределять любой из методов, которые он наследует от своих родителей. Если описание метода в потомке указывает тот же идентификатор метода, что и описание метода в родителе, то описание в потомке переопределяет описание в родителе. Область действия переопределяющего метода расширяется до сферы действия потомка, в котором этот метод был введен, и будет оставаться таковой, пока идентификатор метода не будет переопределен снова.

Переопределение статического метода не зависит от изменения заголовка метода. В противоположность этому, переопределение виртуального метода должно сохранять порядок, типы и имена параметров, а также типы результатов функций, если таковые имеются. Более того, переопределение опять же должно включать директиву virtual.

Динамические методы

Borland Pascal поддерживает дополнительные методы с поздним связыванием, которые называются динамическими методами. Динамические методы отличаются от виртуальных только характером их диспетчеризации на этапе выполнения. Во всех других отношениях динамические методы считаются эквивалентными виртуальным.

Описание динамического метода эквивалентно описанию виртуального метода, но описание динамического метода должно включать в себя индекс динамического метода, который указывается непосредственно за ключевым словом virtual. Индекс динамического метода должен быть целочисленной константой в диапазоне от 1 до 656535 и должен быть уникальным среди индексов других динамических методов, содержащихся в объектном типе или его предках. Например:

procedure FileOpen(var Msg: TMessage); virtual 100;

Переопределение динамического метода должно соответствовать порядку, типам и именам параметров и точно соответствовать типу результата функции порождающего метода. Переопределение также должно включать в себя директиву virtual, за которой следует тот же индекс динамического метода, который был задан в объектном типе предка.

2. Конструкторы и деструкторы

Конструкторы и деструкторы являются специализированными формами методов. Используемые в связи с расширенным синтаксисом стандартных процедур New и Dispose конструкторы и деструкторы обладают способностью размещения и удаления динамических объектов. Кроме того, конструкторы имеют возможность выполнить требуемую инициализацию объектов, содержащих виртуальные методы. Как и все другие методы, конструкторы и деструкторы могут наследоваться, а объекты могут содержать любое число конструкторов и деструкторов.

Конструкторы используются для инициализации вновь созданных объектов. Обычно инициализация основывается на значениях, передаваемых конструктору в качестве параметров. Конструктор не может быть виртуальным, так как механизм диспетчеризации виртуального метода зависит от конструктора, который первым совершил инициализацию объекта.

Приведем несколько примеров конструкторов:

constructor Field.Copy(var F: Field);

begin

Self := F;

end;

constructor Field.Init(FX, FY, FLen: integer; FName: string);

begin

X := FX;

Y := FY;

GetMem(Name, Length (FName) + 1);

Name^ := FName;

end;

constructor TStrField.Init(FX, FY, FLen: integer; FName: string);

begin

inherited Init(FX, FY, FLen, FName);

Field.Init(FX, FY, FLen, FName);

GetMem(Value, Len);

Value^ := '';

end;

Главным действием конструктора порожденного (дочернего) типа, такого как указанный выше TStr Field. Init, почти всегда является вызов соответствующего конструктора его непосредственного родителя для инициализации наследуемых полей объекта. После выполнения этой процедуры конструктор инициализирует поля объекта, которые принадлежат только порожденному типу.

Деструкторы являются противоположностями конструкторов и используются для очистки объектов после их использования. Обычно очистка состоит в удалении всех полей указателей в объекте.

Примечание

Деструктор может быть виртуальным и часто является таковым. Деструктор редко имеет параметры.

Приведем несколько примеров деструкторов:

destructor Field.Done;

begin

FreeMem(Name, Length (Name^) + 1);

end;

destructor StrField.Done;

begin

FreeMem(Value, Len);

Field.Done;

end;

Деструктор дочернего типа, такой как указанный выше TStrField. Done, обычно сначала удаляет введенные в порожденном типе поля указателей, а затем в качестве последнего действия вызывает соответствующий сборщик-деструктор непосредственного родителя для удаления унаследованных полей указателей объекта.

3. Деструкторы

Borland Pascal предоставляет специальный тип метода, называемый сборщиком мусора (или деструктором) для очистки и удаления динамически размещенного объекта. Деструктор объединяет шаг удаления объекта с какими-либо другими действиями или задачами, необходимыми для данного типа объекта. Для единственного типа объекта можно определить несколько деструкторов.

Деструктор определяется совместно со всеми другими методами объекта в определении типа объекта:

tyрe

TEmployee = object

Name: string[25];

Title: string[25];

Rate: Real;

constructor Init(AName, ATitle: String; ARate: Real);

destructor Done; virtual;

function GetName: String;

function GetTitle: String;

function GetRate: Rate; virtual;

function GetPayAmount: Real; virtual;

end;

Деструкторы можно наследовать, и они могут быть либо статическими, либо виртуальными. Поскольку различные программы завершения, как правило, требуют различные типы объектов, обычно рекомендуется, чтобы деструкторы всегда были виртуальными, благодаря чему для каждого типа объекта будет выполнен правильный деструктор.

Зарезервированное слово destructor не требуется указывать для каждого метода очистки, даже если определение типа объекта содержит виртуальные методы. Деструкторы в действительности работают только с динамически размещенными объектами.

При очистке динамически размещенного объекта деструктор осуществляет специальные функции: он гарантирует, что в динамически распределяемой области памяти всегда будет освобождаться правильное число байтов. Не может быть никаких опасений по поводу использования деструктора применительно к статически размещенным объектам; фактически, не передавая типа объекта деструктору, программист лишает объект данного типа полных преимуществ управления динамической памятью в Borland Pascal.

Деструкторы в действительности становятся самими собой тогда, когда должны очищаться полиморфические объекты и когда должна освобождаться занимаемая ими память.

Полиморфические объекты – это те объекты, которые были присвоены родительскому типу благодаря правилам совместимости расширенных типов Borland Pascal. Экземпляр объекта типа THourly присвоенный переменной типа TEmployee, является примером полиморфического объекта. Эти правила также могут быть применены к объектам; указатель на THourly может свободно быть присвоен указателю на TEmployee, а указуемый этим указателем объект опять же будет полиморфическим объектом. Термин «полиморфический» является подходящим, так как код, обрабатывающий объект, «не знает» точно во время компиляции, какой тип объекта ему придется в конце концов обработать. Единственное, что он знает, – это то, что этот объект принадлежит иерархии объектов, являющихся потомками указанного типа объекта.

Очевидно, что размеры типов объектов отличаются. Поэтому, когда наступает время очистки размещенного в динамической памяти полиморфического объекта, то как же Dispose узнает, сколько байт динамического пространства нужно освобождать? Во время компиляции из полиморфического объекта нельзя извлечь никакой информации относительно размера объекта.

Деструктор разрешает эту головоломку путем обращения к тому месту, где эта информация записана, – в ТВМ переменных реализаций. В каждой ТВМ типа объекта содержится размер в байтах данного типа объекта. Таблица виртуальных методов любого объекта доступна посредством скрытого параметра Self, посылаемого методу при вызове метода. Деструктор является всего лишь разновидностью метода, и поэтому, когда объект вызывает его, деструктор получает копию Self через стек. Таким образом, если объект является полиморфическим во время компиляции, он никогда не будет полиморфическим во время выполнения благодаря позднему связыванию.

Для выполнения этого освобождения памяти при позднем связывании деструктор нужно вызывать как часть расширенного синтаксиса процедуры Dispose:

Dispose(P, Done);

(Вызов деструктора вне процедуры Dispose вообще не выполняет никакого освобождения памяти.) Здесь происходит на самом деле то, что сборщик мусора объекта, на который указывает Р, выполняется как обычный метод. Однако, как только последнее действие выполнено, деструктор ищет размер реализации своего типа в ТВМ и пересылает размер процедуре Dispose. Процедура Dispose завершает процесс путем удаления правильного числа байт пространства динамической памяти, которое (пространство) до этого относилось к Р^. Число освобождаемых байт будет правильным независимо от того, указывал ли Р на экземпляр типа TSalaried, или он указывал на один из дочерних типов типа TSalaried, например на TCommissioned.

Заметьте, что сам по себе метод деструктора может быть пуст и выполнять только эту функцию:

destructor AnObject.Done;

begin

end;

To, что делается полезного в этом деструкторе, не является достоянием его тела, однако при этом компилятором генерируется код эпилога в ответ на зарезервированное слово destructor. Это напоминает модуль, который ничего не экспортирует, но который осуществляет некоторые невидимые действия за счет выполнения своей секции инициализации перед стартом программы. Все действия происходят «за кулисами».

4. Виртуальные методы

Метод становится виртуальным, если за его объявлением в типе объекта стоит новое зарезервированное слово virtual. Если объявляется метод в родительском типе как virtual, то все методы с аналогичными именами в дочерних типах также должны объявляться виртуальными во избежание ошибки компилятора.

Ниже приведены объекты из примера платежной ведомости, должным образом виртуализированные:

tyрe

PEmрloyee = ^TEmployee;

TEmployee = object

Name, Title: string[25];

Rate: Real;

constructor Init (AName, ATitle: String; ARate: Real);

function GetPayAmount : Real; virtual;

function GetName : String;

function GetTitle : String;

function GetRate : Real;

рrocedure Show; virtual;

end;

PHourly = ^THourly;

THourly = object(TEmployee);

Time: Integer;

constructor Init (AName, ATitle: String; ARate: Real; Time: Integer);

function GetPayAmount : Real; virtual;

function GetTime : Integer;

end;

PSalaried = ^TSalaried;

TSalaried = object(TEmployee);

function GetPayAmount : Real; virtual;

end;

PCommissioned = ^TCommissioned;

TCommissioned = object(Salaried);

Commission : Real;

SalesAmount : Real;

constructor Init (AName, ATitle: String; ARate,

ACommission, ASalesAmount: Real);

function GetPayAmount : Real; virtual;

end;

Конструктор является специальным типом процедуры, которая выполняет некоторую установочную работу для механизма виртуальных методов. Более того, конструктор должен вызываться перед вызовом любого виртуального метода. Вызов виртуального метода без предварительного вызова конструктора может привести к блокированию системы, а у компилятора нет способа проверить порядок вызова методов.

Каждый тип объекта, имеющий виртуальные методы, обязан иметь конструктор.

Предупреждение

Конструктор должен вызываться перед вызовом любого другого виртуального метода. Вызов виртуального метода без предыдущего обращения к конструктору может вызвать блокировку системы, и компилятор не сможет проверить порядок, в котором вызываются методы.

Примечание

Для конструкторов объекта предлагается использовать идентификатор Init.

Каждый отдельный экземпляр объекта должен инициализироваться отдельным вызовом конструктора. Недостаточно инициализировать один экземпляр объекта и затем присваивать этот экземпляр другим. Другие экземпляры, даже если они могут содержать правильные данные, не будут инициализированы оператором присваивания и заблокируют систему при любых вызовах их виртуальных методов. Например:

var

FBee, GBee: Bee; { создать два экземпляра Bee }

begin

FBee.Init(5, 9) { вызов конструктора для FBee }

GBee := FBee; { Gbee недопустим! }

end;

Что же именно создает конструктор? Каждый тип объекта содержит нечто, называемое таблицей виртуального метода (ТВМ) в сегменте данных. ТВМ содержит размер типа объекта и для каждого виртуального метода указатель на код, выполняющий данный метод. Конструктор устанавливает связь между вызывающей его реализацией объекта и ТВМ типа объекта.

Важно помнить, что имеется только одна ТВМ для каждого типа объекта. Отдельные экземпляры типа объекта (т. е. переменные этого типа) содержат только соединение с ТВМ, но не саму ТВМ. Конструктор устанавливает значение этого соединения в ТВМ. Именно благодаря этому нигде нельзя запустить выполнение перед вызовом конструктора.