9.2. Абстрактные классы

Очень часто в базовом классе определяется виртуальная функция, которая не выполняет каких-либо значимых действий. Как уже упоминалось ранее, чем ниже находится класс в лестнице иерархии, тем он более конкретен. Т.е. базовый класс обычно не определяет законченный тип. Очень часто получается, что базовый класс не имеет какой-либо практической ценности для его непосредственного применения в программе. Однако он имеет ценность для формирования производных классов. Рассмотрим наш пример. Мы использовали в программе создание объекта класса vehicleтолько для придания примеру большей наглядности. В реальной же программе (также как и мире) нам вряд ли пригодится объект классаvehicle(транспортное средство). Нас больше интересует конкретная реализация возможностей этого класса, которую нам дают производные из него классыcar, truck, boat.Рассматривая работу функцииmessageклассаvehicle, мы заметим, что при выполнении нашей программы только один раз (если не принимать в расчет первый вызов процедурыmessage, когда был определен объект классаvehicle) из трех вызывалась функцияmessageклассаvehicle. Если же в классtruck добавить свою функциюmessage, то реализация функцииmessageв классеvehicleне будет представлять никакой ценности.

Таким образом, мы можем сделать два очень важных на данном этапе вывода:

1. класс vehicle нам ценен только как базовый класс

2. функция message класса vehicle стала нужна только для того, чтобы ее переопределили в производных классах.

Чисто виртуальным методом называют такой метод, который не определяется в базовом классе. У него нет тела, а есть только декларация о его существовании.

К примеру, если мы хотим представить класс vehicleв виде абстрактного класса, нам необходимо сделать две вещи: добавить методmessageв классtruckи убрать тело функции в базовом классеvehicle. Тогда описание класса vehicleбудет выглядеть следующим образом:

class vehicle

{

int wheels;

float weight;

public:

virtual void message(void) = 0;

};

Класс, содержащий хотя бы один чистый виртуальный метод, называется абстрактным классом.

Абстрактные классы не бывают изолированными, т.е. всегда абстрактный класс должен быть наследуемым. Поскольку у чисто виртуального метода нет тела, тосоздать объект абстрактного класса невозможно. Кроме того, во избежание появления ошибки при вызове чистого виртуального метода, производный класс должен содержать и декларирование, и тело чистого виртуального метода.

Абстрактным классом можно назвать класс, специально определенный для обеспечения наследования характеристик порожденными классами.

9.3. Таблицы виртуальных методов (функций)

Таблица виртуальных методов (ТВМ)(англ.virtual method table, VMT) -координирующая таблицаилиvtable- механизм, используемый вязыках программированиядля поддержки динамического соответствия (или метода позднего связывания).

Координирующая таблица объекта содержит адреса динамически связанных методов объекта. Метод вызывается при выборке адреса метода из таблицы. Координирующая таблица будет той же самой для всех объектов, принадлежащих тому же классу, поэтому допускается ее совместное использование. Объекты, принадлежащие классам, совместимым по типу (например, стоящие на одной ступени в иерархии наследования), будут иметь схожие координирующие таблицы: адрес данного метода зафиксируется с одним и тем же самым смещением для всех классов, совместимых по типу.

В стандартах C++ нет четкого определения, как должна реализовываться динамическая координация, но компиляторы зачастую используют некоторые вариации одной и той же базовой модели.

Обычно компилятор создает отдельную ТВМдля каждого класса. После создания объекта генерируется виртуальный табличный указатель (илиvpointer) на этуvtable, он добавляется как скрытый член данного объекта (а зачастую как первый член). Компилятор также генерирует "скрытый" код в конструкторе каждого класса для инициализации vpointer'ов его объектов адресами соответствующейvtable.

Пример

Рассмотрим следующие объявления класса в синтаксисе C++:

class B1

{

public:

void f0() {}

virtual void f1() {}

int int_in_b1;

};

class B2

{

public:

virtual void f2() {}

int int_in_b2;

};

используем для создания следующего класса мноественное наследование:

class D : public B1, public B2

{

public:

void d() {}

void f2() {} // переопределяем B2::f2()

int int_in_d;

};

в следующем фрагменте C++ кода:

B2 *b2 = new B2();

D *d = new D();

создается 32-битная схема памяти для объекта b2:

b2:

+0: указатель на таблицу виртуальных методов B2

+4: значение int_in_b2

таблица виртуальных методов B2:

+0: B2::f2()

а для объекта d схема памяти будет такой:

d:

+0: указатель на ТВМ D (для B1)

+4: значение int_in_b1

+8: указатель на ТВМ D (для B2)

+12: значение int_in_b2

+16: значение int_in_d

Всего: 20 Bytes.

ТВМ D (для B1):

+0: B1::f1() // B1::f1() не переопределена

ТВМ D (для B2):

+0: D::f2() // B2::f2() переопределена D::f2()

Таблица – это просто массив, каждый элемент которого содержит указатель на функцию.

Необходимо отметить, что невиртуальные функции (такие как f0) в общем случае не могут появляться в vtable, но в некоторых случаях есть исключения (как, например, конструктор по умолчанию).

Переопределение метода f2() в классеDреализуется дублированием ТВМB2и заменой указателя наB2::f2()указателем наD::f2().