Пара слов о множественном наследовании, абстрактных типах данных и языке Java

 

Многие программисты знают, что в основу языка Java положен C++. Также известно, что создатели языка Java удалили из него возможность множественного наследования потому, что, по их мнению, это средство слишком усложняет программный код и идет в разрез с концепцией упрощения программных кодов, положенной в основу Java. С точки зрения создателей Java, 90% всех возможностей, предоставляемых множественным наследованием, можно получить с помощью интерфейса.

Интерфейс в терминологии Java представляет собой нечто подобное абстрактному типу данных, в том смысле, что в нем также определяются функции, которые могут быть реализованы только в производных классах. Но новые классы не производятся непосредственно от интерфейса. Классы производят от других классов и в них передаются функции интерфейса, что напоминает множественное наследование. Так, союз абстрактных классов и множественного наследования породил на свет аналог классов- мандатов, в результате чего удалось избежать чрезмерного усложнения программных кодов, как в случае с множественным наследованием. Кроме того, поскольку интерфейсы не содержат ни выполняемых функций, ни переменных-членов, отпадает необходимость в виртуальном наследовании.

Насколько удобны или целесообразны эти изменения, зависит от привычек конкретного программиста. Во всяком случае, если вы хорошо разберетесь в множественном наследовании и абстрактных типах данных языка C++, то это послужит хорошей базой при изучении и освоении последних достижений и тенденций программирования, реализованных в языке Java (если у вас возникнет интерес к нему).

Использование логических конструкций в языках C++ и Java подробно рассматривается в следующей статье: Robert Martin, C++ and Java: А Critical Comparison // C++ Report. — January, 1997.

 

 

Резюме

 

Сегодня вы познакомились с методами преодоления некоторых ограничений одиночного наследования. Вы узнали об опасности передачи вверх по иерархии классов интерфейса производных функций и об ограничениях приведения типа данных объектов базового класса к производным классам во время выполнения программы. Кроме того, вы узнали, когда и как используется множественное наследование классов, какие проблемы при этом могут возникнуть и как их преодолеть.

На этом занятии также было представлено объявление абстрактных типов данных и способы создания абстрактного класса с помощью чистых виртуальных функций. Особое внимание уделялось логике использования абстрактных данных для моделирования реальных ситуаций.

 

Вопросы и ответы

 

Что означает передача функциональности вверх по иерархии классов?

Речь идет о переносе описаний общих функций-членов в базовые классы более высокого уровня. Если одна и та же функция используется в производных классах, имеет смысл описать эту функцию в общем для них базовом классе.

Во всех ли случаях передача функциональности вверх целесообразна в программе?

Если передаются вверх по иерархии только функции общего использования, то это целесообразно, но смысл теряется, если в базовые классы передается специфичный интерфейс производных классов. Другими словами, если метод не может быть использован во всех производных классах, то нет смысла описывать его в базовом классе. В противном случае вам во время выполнения программы придется отслеживать тип текущего объекта, прежде чем вызвать функцию.

В чем проблема с контролем типа объекта при выполнении программы?

В больших программах для выполнения контроля за типом объекта придется использовать достаточно массивный и сложный программный блок. Идея использования виртуальных функций состоит в том, что тип объекта определяется программой автоматически с помощью виртуальной таблицы, вместо того чтобы использовать для этого специальные программные блоки.

Что плохого в приведении типа объектов?

Приведение типов объектов к определенному типу данных, используемому конкретной функцией, довольно часто и эффективно используется в программах на C++. Но если программист применяет приведение типов для того, чтобы обойти заложенный в C++ строгий контроль за соответствием типов данных, например в случае приведения типа указателя к установленному во время выполнения программы типу объекта, то это говорит о серьезных недостатках в структуре программы, противоречащих идеологии C++.

Почему бы не сделать все функции виртуальными?

Для поддержания работы виртуальных функций создается виртуальная таблица, что увеличивает потребление памяти программой и время выполнения программы. Если в программе используется небольшой класс, от которого не производятся подклассы, то в использовании виртуальных функций нет никакого смысла.

В каких случаях используются виртуальные деструкторы?

Виртуальные деструкторы следует описывать в том случае, если в программе планируется использование указателя базового класса для получения доступа к объектам подклассов. Существует одно простое правило: если в программе описываются виртуальные функции, то обязательно должны использоваться виртуальные деструкторы.

Для чего возиться с созданием абстрактных типов данных? Не проще ли создать обычный базовый класс, для которого просто не создавать объектов в программе?

При написании программы всегда следует использовать такие подходы, которые гарантировали бы обнаружение ошибок в программе не во время ее выполнения, а во время компиляции. Если класс явно будет описан как абстрактный, то любая попытка создать объект этого класса приведет к показу компилятором сообщения об ошибке.

 

Коллоквиум

 

В этом разделе предлагаются вопросы для самоконтроля и укрепления полученных знаний и приводится несколько упражнений, которые помогут закрепить ваши практические навыки. Попытайтесь самостоятельно ответить на вопросы теста и выполнить задания, а потом сверьте полученные результаты с ответами в приложении Г. Не приступайте к изучению материала следующей главы, если для вас остались неясными хотя бы некоторые из предложенных ниже вопросов.

Контрольные вопросы

 

1. Что такое приведение типа объекта вниз?

2. Что такое v-ptr?

3. Предположим, для создания прямоугольника с закругленными углами используется класс RoundRect, произведенный от двух базовых классов — Rectangle и Circle, которые, в свою очередь, производятся от общего класса Shape. Как много объектов класса Shape создается при создании одного объекта класса RoundRect?

4. Если классы Horse и Bird виртуально наследуются от класса Animal как открытые, будут ли конструкторы этих классов инициализировать конструктор класса Animal? Если класс Pegasus наследуется сразу от двух классов, Horse и Bird, как в нем будет инициализироваться конструктор класса Animal?

5. Объявите класс Vehicle (Машина) как абстрактный тип данных.

6. Если в программе объявлен класс ADT с тремя чистыми виртуальными функциями, сколько из них нужно заместить в производных классах, чтобы получить возможность создания объектов этих классов?

 

Упражнения

 

1. Объявите класс JetPlane (Реактивный самолет), наследуя его отдвух базовых классов — Rocket (Ракета) и Airplane (Самолет).

2. Произведите от класса JetPlane, объявленного в первом упражнении, новый класс 747.

3. Напишите программу, производящую классы Car (Легковой автомобиль) и Bus (Автобус) от класса Vehicle (Машина). Объявите класс Vehicle как абстрактный тип данных с двумя чистыми виртуальными функциями. Классы Car и Bus не должны быть абстрактными.

4. Измените программу из предыдущего упражнения таким образом, чтобы класс Car тоже стал ADT, и произведите от него три новых класса: SportsCar (Спортивный автомобиль), Wagon (Фургон) и Coupe (Двухместный автомобиль-купе). В классе Car должна замещаться одна из виртуальных функций, объявленных в классе Vehicle, с вызовом функции базового класса.