книги / Объектно-ориентированное программирование

1.7. Дополнительные средства и приемы разработки классов

В а р и а н т 2. Возможен другой вариант: класс Фигура содержит метод, который меняет используемую процедуру рисования.

Класс Фигура2: реализация

поля х, у, г, Color

поле Адрес_метода_рисования

интерфейс

конструктор Создать (ах, ay, ar, aColor, аАдрес_метода_рисования)

метод Изменить_цвет (aColor) метод Изменить_размер (aR)

метод Изменить_местоположение (аХ, aY)

метод И зм енитьтипФ игуры (аАдрес_метода_рисования)

Конец описания.

Выполнив указанный метод для объектов данного класса, можно изменить процедуру рисования в процессе выполнения программы - динамическое делегирование.

Сами методы рисования могут быть определены как в том же, так и в другом классе, например:

Класс Методы_рисования: интерфейс

метод Рисование_окружности(аХ, aY, aR, aColor) метод Рисование_квадрата(аХ, aY, aR, aColor)

Конец_описания.

При определении метода в другом классе, к сожалению, приходится в явном виде передавать все необходимые параметры рисования, так как в противном случае последние будут недоступны . При определении делегируемых методов в своем классе этой проблемы не возникает.

В а р и а н т 3.

Класс ФигураЗ: реализация

поля X, Y, R, Color

поле Адрес_метода_рисования метод Рисование_окружности метод Рисованиеквадрата

интерфейс

конструктор Создать(аХ, aY, aR, aColor, aFigura type) метод Изменитьцвет (aColor)

51

1. Теоретические основы ООП

метод Изменить_размер (aR)

метод Изменитъ_местоположение (аХ, aY) метод Изменить_тип_фигуры (аТип_фигуры)

Конец описания.

Параметр a F ig u ra ty p e будет получать значение, определяющ ее подключаемый к объекту метод рисования.

При использовании делегирования необходимо следить, чтобы заголовок метода соответствовал типу указателя, используемого для хранения адреса метода.

Контейнерные классы. Контейнеры - это специальным образом организованные объекты, используемые для хранения объектов других классов. Для реализации контейнеров разрабатываются специальные контейнерные классы. Контейнерный класс обычно включает набор методов, позволяющих выполнять некоторые операции, как с отдельным объектом, так и с группой объектов. В виде контейнеров, как правило, реализуются сложные структуры данных (различные виды списков, динамических массивов и т.п.). Разработчик наследует от класса-элемента класс, в который добавляются нужные ему информационные поля, и получает требуемую структуру. При необходимости он может наследовать класс и от контейнерного класса, добавляя к нему свои методы (рис. 1.32).

Контейнерный класс обычно включает методы создания, добавления и удаления элементов. Кроме того, он должен обеспечивать поэлементную обработку (например, поиск, сортировку). Все методы программируются через указатели на класс-элемент. Методы добавления и удаления элементов при выполнении операций обычно обращаются к специальным полям классаэлемента, используемым для создания структуры (например, для односвязного списка - к полю, хранящему адрес следующего элемента).

Методы, реализующие поэлементную обработку, должны работать с полями данных, определенными в классах-потомках класса-элемента.

Поэлементную обработку реализуемой структуры можно реализовать двумя способами. Первый способ - универсальный - заклю чается в использовании итераторов, второй - в определении специального метода, который содержит в списке параметров адрес процедуры обработки.

Рис. 1.32. Построение классов на базе контейнерного класса и класса элемента

52

1.7. Дополнительные средства и приемы разработки классов

Теоретически итератор должен обеспечивать возможность реализации циклических действий следующего вида:

<очередной элемент>:=<первый элемент> цикл-пока <очередной элемент> определен

<выполнить обработку> <очередной элемент>:=<следующий элемент>

все-цикл.

Поэтому обычно он состоит из трех частей: метод, позволяющий организовать обработку данных с начала (получение первого элемента структуры); метод, организующий переход к следующему элементу, и метод, позволяющий проверить окончание данных. Доступ к очередной порции данных при этом осуществляется через специальный указатель текущей порции данных (указатель на объект класса-элемента).

Пример 1.14. Контейнерный класс с итератором (класс Список).

Разработаем контейнерны й класс Список, реализую щ ий линейны й односвязный список из объектов класса Элемент.

Класс Элемент:

поле Указатель_на_следующий

Конец описания.

Класс Список включает три метода, составляющих итератор: метод Определить_первый, который должен возвращать указатель на первый элемент, метод Определить_следующий, который должен возвращать указатель на следующий элемент, и метод Конец списка, который должен возвращать «да», если список исчерпан.

Класс Список реализация

поля Указатель на первый, Указатель_на_текущий

интерфейс метод Добавить_перед_первым (аЭлемент)

метод Удалить_последний метод Определить первый метод Определить_следующий метод Конец_списка

Конец описания.

Тогда поэлементная обработка списка будет программироваться следующим образом:

Элемент— Определигь_первый цикл-пока не Конец_списка

Обработать элемент, переопределив его тип

53

1. Теоретические основы ООП

Элемент:= Определитьследующий все-цикл

При использовании второго способа поэлем ентной обработки реализуемой структуры процедура обработки элемента передается в списке параметров. Такую процедуру можно определить, если известен тип обработки, например, процедура вывода значений информационных полей объекта. Процедура должна вызываться из метода для каждого элемента данных. В языках с жесткой типизацией данных тип процедуры должен описываться заранее, при этом часто невозможно предусмотреть, какие дополнительные параметры должны передаваться в процедуру. В таких случаях первый способ может оказаться предпочтительнее.

П ример 1.15. Контейнерный класс с процедурой обработки всех объектов (класс Список). В этом случае класс Список будет описываться следующим образом:

Класс Список реализация

поля Указатель_на_первый, Указатель на текущий интерфейс

метод Добавитьпередпервым(аЭлемент) метод Удалить_последний

метод Выполнить_для_всех(аПроцедура_обработки) Конец описания.

Соответственно, тип процедуры обработки должен быть описан заранее, с учетом того, что она должна получать через параметр адрес обрабатываемого элемента, например:

Процедура_обработки (аЭлемент)

Использование полиморфных объектов при создании контейнеров позволяет создавать достаточно универсальные классы.

Параметризованные классы . Параметризованный класс (или шаблон)

представляет собой определение класса, в котором часть используемых типов компонент класса определяется через параметры. Таким образом, каждый шаблон определяет группу классов, которые, несмотря на различие типов, характеризуются одинаковым поведением. Переопределить тип в процессе выполнения программы нельзя: все операции конкретизации типа выполняются компилятором (точнее - препроцессором) C++.

Параметризованные классы реализованы в C++. Они часто используются для реализации контейнерных классов, причем обычно в качестве элемента выступает полиморфный объект, указатель на базовый класс которого и

54

1.7. Дополнительные средства и приемы разработки классов

передается через параметр. Классы, полученные из такого шаблона, могут оперировать как с объектами базового класса, так и с объектами производных классов.

Пример 1.16. Шаблон классов (шаблон классов Список), Шаблон практически полностью повторяет описание класса, но везде, где должен указываться тип элемента, вместо него следует указать параметр (в нашем случае Тип_элемента):

Шаблон классов Список (Типэлемента) реализация

поле Указатель_на_первый: Указатель на Типэлемента поле Указатель_на_текущий: Указатель на Тип элемента

интерфейс метод Добавить_перед_первым

(аЭлемент: Указатель на Тип_элемента) метод Удалить_последний: Указатель на Тип_элемента

метод Определить_первый: Указатель на Тип элемента метод Определить_следующий: Указатель на Тип элемента метод Конец списка

Конец описания.

При использовании шаблона указывается его имя и соответствующее значение параметра, например:

Список (Запись1)

или

Список (Запись2)

Реализация контейнеров в виде параметризованных классов по сравнению с обычной реализацией может оказаться более наглядной и, следовательно, предпочтительной.

Исключения. При выполнении любой сложной программы возможно возникновение ситуаций, нарушающих нормальный процесс обработки (например, отсутствует файл данных, делитель выражения равен нулю и т.п.). Такие ситуации принято называть исключительными.

П равильно написанная програм м а долж на предусм атривать корректирующ ие действия в подобных случаях, например, выдавать соответствующую информацию пользователю и предлагать ему варианты выхода из аварийной ситуации.

В небольших программах такие действия предусмотреть несложно. В больш их же программ ах, в том числе и программ ах, написанны х с

55

1. Теоретические основы ООП

использованием ООП, обработка аварийных ситуаций превращается в достаточно сложную задачу, так как нарушения обнаруживаются в одном месте программы (объектом, выполняющим обработку), а возможная коррекция должна быть предусмотрена в другом (в объекте, инициирующем данную обработку).

Для программирования корректирующих действий в таких случаях используют механизм исключений. Этот механизм базируется на том, что обработка некорректных ситуаций выполняется в два этапа:

генерация информации о возникновении исключительной ситуации -

генерация исключения; обработка этой информации - перехват исключения.

При перехвате исключений используется стек вызовов, в котором в момент передачи управления очередной подпрограмме фиксируется адрес возврата. Например, если подпрограмма (или метод) А вызывает подпрограмму (или метод) В, а та в свою очередь вызывает подпрограмму (или метод) С, то в стеке последовательно записываются: адрес возврата в А и адрес возврата в В (рис. 1.33).

Ошибка, обнаруженная в подпрограмме С, может быть обработана в самой подпрограмме С, а может быть передана для обработки подпрограммой В или подпрограммой А, или даже подпрограммами, вызвавшими А. Для этого в одной из этих подпрограмм необходимо предусмотреть обработчик исключительных ситуаций, соответствующий по типу обнаруженной ошибке.

Поиск нужного обработчика осуществляется следующим образом. Вначале проверяется, не описан ли требуемый обработчик в подпрограмме С. Если обработчик отсутствует, то по стеку вызовов определяется подпрограмма, вызвавшая подпрограмму С, и проверяется наличие обработчика в ней. Не обнаружив обработчика в подпрограмме В, система по стеку определит подпрограмму, вызвавшую В, и продолжит поиск обработчика в ней. Обратный просмотр стека будет продолжаться до тех пор, пока не обнаружится обработчик требуемого типа или не выяснится, что такой обработчик в программе не определен. В последнем случае программа завершается аварийно.

Адрес возврата в В Адрес возврата в А Адрес возврата в ...

Рис. 1.33. Организация стека вызовов

56

1.7. Дополнительные средства и приемы разработки классов

Механизм исключений предполагает использование двух конструкций. Первая - обеспечивает описанный выше алгоритм поиска обработчика исключения. Она может быть названа обрабатывающей конструкцией

(try...except - в Delphi Pascal, try... catch - в стандарте C ++,__try . . . __ex­ cept - в стандарте С). Операторы обработки исключения выполняются только, если при выполнении заданного фрагмента программы обнаруживается исключение указанного типа.

Вторая - используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить правильное освобож дение ресурсов метода даже при обнаруж ении исключительных ситуаций. Она называется завершающей конструкцией обработки исключения (try... finally - в Delphi Pascal,__try...__finally - в стандарте C, try...__finally - в стандарте C++Builder). Завершающая обработка исключения отличается от обычной тем, что блок операторов завершающей обработки выполняется в любом случае: как при обнаружении исключения, так и при его отсутствии. Эта конструкция обычно используется для обеспечения освобождения памяти, закрытия файлов и т.д.

В обоих случаях в месте обнаружения исключительной ситуации программист организует генерацию исключения (raise - в Delphi Pascal, throw - в C++, вызывает функцию RaiseException - в С). При генерации исключения создается некоторый объект, содержащий информацию об обнаруженной ситуации. В простейшем случае таким объектом может служить скалярная переменная одного из стандартных типов, а в более сложных - объект описанного ранее класса. В качестве информации может использоваться номер исключения, строка сообщения, значения операндов невыполненной операции, адрес некорректных данных и т.д.

Затем осуществляется обратный просмотр стека вызовов подпрограмм вплоть до основной программы и поиск ближайш его ф рагм ента, предусматривающего действия по обработке исключений. При этом возможны три варианта:

фрагмент, предусматривающий обработку исключений требуемого типа не обнаружен - выполняется аварийное завершение программы с выдачей предусмотренной по умолчанию информации;

обнаружен фрагмент, включающий обрабатывающую конструкцию - исключение корректируется, и выполнение программы продолжается;

обнаружен фрагмент, включающий завершающую конструкцию - выполняются операторы завершающей обработки и программа продолжается с операторов, следующих за блоком завершения.

Большое внимание при программировании обработки исключений уделяется работе с типами исключений. Наибольший интерес представляет объявление иерархии классов исключений, что позволяет перехватывать сразу все исключения типов иерархии обработчиком типа указатель (ссылка) на базовый класс. В процессе обработки таких иерархий исключений обычно

57

2. СРЕДСТВА ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ В BORLAND PASCAL 7.0

При разработке языка Borland Pascal 7.0 использована логически завершенная, но самая простая объектнаямодель. В этоймодели отсутствуют специальные средства сокрытия реализации классов и поддержки дополнительных средств и приемов разработки классов (абстракций метаклассов, делегирования и т. д.).

Задача данной главы показать преимущества даже такой упрощенной модели ООП по сравнению с ранее известными подходами в программировании.

2.1. Определение класса

Итак, класс в ООП - это структурный тип данных, который включает описание полей данных, процедур и функций, работающих с этими полями данных.

Определение класса в Borland Pascal 7.0 осуществляется в два этапа. На первом этапе описывается структура класса, где указываются: имя класса, поля данных и прототипы (заголовки) методов:

Туре

<имя класса> = object

<имя поля данных 1> : <тип данных 1>;

<имя поля данных N> : < тип данных N>; Procedure <имя метода 1>(<список параметров>);

Function <имя метода 2>(<список параметров>):<тип функции>;

Procedure <имя метода Ь>(<список параметров>);

Function <имя метода М>(<список параметров>):<тип функции>;

E nd;

59

2. Средства ООП в Borland Pascal 7.0

Поля данных класса могут быть следующих типов: числового (byte, shortint, word, integer, longlnt, real, single, double, extended, comp); логического (boolean)-, символьного (char); строкового (string); адресного (pointer); типа диапазон; множество; массив; файл (text, file, file of...); класс; указатель на класс и др.

Методами являются процедуры и функции языка Borland Pascal 7.0. При описании структуры класса указываются только заголовки методов (имя процедуры или функции, список передаваемых параметров, тип функции).

На втором этапе описываются тела методов, причем перед именем метода через точку указывается имя класса, а список параметров и тип функции можно опустить.

Procedure <имя класса>.<имя метода>;

<описание локальных переменных, процедур и функций>

Function <имя класса>.<имя метода>;

<описание локальных переменных, процедур и функций> Begin <операторы> End;

Данные и методы описываются в одном классе. Такое объявление о б ъ ­ е д и н я е т д а н н ы е с п р о ц е д у р а м и и ф у н к ц и я м и , м а н и ­ п у л и р у ю щ и м и э т и м и д а н н ы м и . При этом все данные, описанные внутри класса, автоматически становятся глобальными по отношению к его методам, т.е. общедоступными как для процедур, так и для функций класса.

Описав новый тип - класс, мы получаем возможность объявлять переменные этого класса. Переменную типа класса принято называть экземпляром класса или объектом. Объекты можно создавать как в статической, так и в динамической памяти. При необходимости можно создавать массивы объектов, строить из них списки, включать их или указатели на них в качестве полей в записи или другие классы.

Обращение к полям и методам класса осуществляется с указанием имени переменной (объекта), по аналогии с обращением к полям записи с использованием:

- составных имен: <имя объекта>.<имя поля>

или

<имя объекта>.<имя метода>(<список фактических параметров>); - оператора присоединения with:

with <имя объекта> do

begin

... <имя поля> ...

... <имя метода> (<список фактических параметров>)...

end;

60