7.2.8 Виртуальные функции
Виртуальные функции преодолевают сложности решения с пмощью полей типа, позволяя программисту описывать в базовом классе функции, которые можно переопределять в любом проиводном классе. Компилятор и загрузчик обеспечивают правильное соответствие между объектами и применяемыми к ним функциями. Например:
struct employee (* employee* next; char* name; short department; // ... virtual void print(); *);
Ключевое слово virtual указывает, что могут быть разлиные варианты функции print() для разных производных классов, и что поиск среди них подходящей для каждого вызова print() является задачей компилятора. Тип функции описывается в базвом классе и не может переописываться в производном классе. Виртуальная функция должна быть определена для класса, в ктором она описана впервые. Например:
void employee::print() (* cout «„ e-“name „„ „\t“ «« e-“department «« «\n“; // ... *)
Виртуальная функция может, таким образом, использоваться даже в том случае, когда нет производных классов от ее класа, и в производном классе, в котором не нужен специальный вариант виртуальной функции, ее задавать не обязательно. Просто при выводе класса соответствующая функция задается в том случае, если она нужна. Например:
struct manager : employee (* employee* group; short level; // ... void print(); *);
void manager::print() (* employee::print(); cout «„ „\tуровень“ «« level «« «\n“; // ... *)
Функция print_employee() теперь не нужна, поскольку ее место заняли функции члены print(), и теперь со списком слжащих можно работать так:
void f(employee* ll) (* for (; ll; ll=ll-»next) ll-»print(); *)
Каждый служащий будет печататься в соответствии с его типом. Например:
main() (* employee e; e.name = «Дж.Браун»; e.department = 1234; e.next = 0; manager m; m.name = «Дж.Смит»; e.department = 1234; m.level = 2; m.next = amp;e; f( amp;m); *)
выдаст
Дж.Смит 1234 уровень 2 Дж.Браун 1234
Заметьте, что это будет работать даже в том случае, если f() была написана и откомпилирована еще до того, как проиводный класс manager был задуман! Очевидно, при реализации этого в каждом объекте класса employee сохраняется некоторая информация о типе. Занимаемого для этого пространства (в ткущей реализации) как раз хватает для хранения указателя. Это пространство занимается только в объектах классов с виртуалными функциями, а не во всех объектах классов и даже не во
всех объектах производных классов. Вы платите эту пошлину только за те классы, для которых описали виртуальные функции.
Вызов функции с помощью операции разрешения области вдимости ::, как это делается в manager::print(), гарантирует, что механизм виртуальных функций применяться не будет. Иначе manager::print() подвергалось бы бесконечной рекурсии. Примнение уточненного имени имеет еще один эффект, который может оказаться полезным: если описанная как virtual функция описна еще и как inline (в чем ничего необычного нет), то там, где в вызове применяется ::, может применяться inline-подстновка. Это дает программисту эффективный способ справляться с теми важными специальными случаями, когда одна виртуальная функция вызывает другую для того же объекта. Поскольку тип объекта был определен при вызове первой виртуальной функции, обычно его не надо снова динамически определять другом вызове для того же объекта.
7.3 Альтернативные интерфейсы
После того, как описаны средства языка, которые относяся к производным классам, обсуждение снова может вернуться к стоящим задачам. В классах, которые описываются в этом раздле, основополагающая идея состоит в том, что они однажды нписаны, а потом их используют программисты, которые не могут изменить их определение. Физически классы состоят из одного или более заголовочных файлов, определяющих интерфейс, и оного или более файлов, определяющих реализацию. Заголовочные файлы будут помещены куда-то туда, откуда пользователь может взять их копии с помощью директивы #include. Файлы, определющие реализацию, обычно компилируют и помещают в библиотеку.
7.3.1 Интерфейс
Рассмотрим такое написание класса slist для однократно связанного списка, с помощью которого можно создавать как онородные, так и неоднородные списки объектов тех типов, котрые еще должны быть определены. Сначала мы определим тип ent:
typedef void* ent;
Точная сущность типа ent несущественна, но нужно, чтобы в нем мог храниться указатель. Тогда мы определим тип slink:
class slink (* friend class slist; friend class slist_iterator; slink* next; ent e; slink(ent a, slink* p) (* e=a; next=p;*) *);
В одном звене может храниться один ent, и с помощью него реализуется класс slist:
class slist (* friend class slist_iterator; slink* last; // last-»next – голова списка public: int insert(ent a); // добавить в голову списка int append(ent a); // добавить в хвост списка ent get(); // вернуться и убрать голову списка void clear(); // убрать все звенья
slist() (* last=0; *) slist(ent a) (* last=new slink(a,0); last-»next=last; *) ~slist() (* clear(); *)
*);
Хотя список очевидным образом реализуется как связанный список, реализацию можно изменить так, чтобы использовался вектор из ent'ов, не повлияв при этом на пользователей. То есть, применение slink'ов никак не видно в описаниях открытых функций slist'ов, а видно только в закрытой части и определниях функций.
7.3.2 Реализация
Реализующие slist функции в основном просты. Единственая настоящая сложность – что делать в случае ошибки, если, например, пользователь попытается get() что-нибудь из пустого списка. Мы обсудим это в #7.3.4. Здесь приводятся определения членов slist. Обратите внимание, как хранение указателя на последний элемент кругового списка дает возможность просто реализовать оба действия append() и insert():
int slist::insert(ent a) (* if (last) last-»next = new slink(a,last-»next); else (* last = new slink(a,0); last-»next = last; *) return 0; *)
int slist::append(ent a) (* if (last) last = last-»next = new slink(a,last-»next); else (* last = new slink(a,0); last-»next = last; *) return 0; *)
ent slist::get() (* if (last == 0) slist_handler(«get fromempty list»); // взять из пустого списка slink* f = last-»next; ent r f-»e; if (f == last) last = 0; else last-»next = f-»next; delete f; return f; *)
Обратите внимание, как вызывается slist_handler (его описание можно найти в #7.3.4). Этот указатель на имя функции используется точно так же, как если бы он был именем функции. Это является краткой формой более явной записи вызова:
(*slist_handler)(«get fromempty list»);
И slist::clear(), наконец, удаляет из списка все элементы:
void slist::clear() (* slink* l = last;
if (l == 0) return; do (* slink* ll = l; l = l-»next; delete ll; *) while (l!=last); *)
Класс slist не обеспечивает способа заглянуть в список, но только средства для вставления и удаления элементов. Однко оба класса, и slist, и slink, описывают класс slist_iterator как друга, поэтому мы можем описать подходящий итератор. Вот один, написанный в духе #6.8:
class slist_iterator (* slink* ce; slist* cs; public: slist_iterator(slist amp; s) (* cs = amp;s; ce = cs-»last; *)
ent operator()() (* // для индикации конца итерации возвращает 0 // для всех типов не идеален, хорош для указателей ent ret = ce ? (ce=ce-»next)-»e : 0; if (ce == cs-»last) ce= 0; return ret; *) *);
7.3.3 Как этим пользоваться
Фактически класс slist в написанном виде бесполезен. В конечном счете, зачем можно использовать список указателей void*? Штука в том, чтобы вывести класс из slist и получить список тех объектов, которые представляют интерес в конкреной программе. Представим компилятор языка вроде С++. В нем широко будут использоваться списки имен; имя name – это нечто вроде