Содержание:
1. Статические элементы класса
2. Виртуальные функции
3. Абстрактные классы
4. Виртуальные классы
5. Шаблоны
6. Обработка исключительных ситуаций в C++
1. Статические элементы класса
В классе можно определять элементы данных и функции со спецификатором static. В этом случае их можно рассматривать как глобальные переменные или функции в пределах класса, и доступны они не одному объекту, а разделяются между всем классом, не ассоциируются с отдельными представителями класса.
class Name
{ …
public:
…
static int count; }
Для элементов, которые объявлены в открытой секции класса, вызов, например, будет выглядеть следующим образом:
Name::count+=2;
Если элементы определены в закрытой секции, то такое обращение некорректно.
Если мы объявили такой элемент в закрытой секции класса, то мы должны определить функции для работы с этими элементами. Обращение к таким функциям выглядит так: Name::Add1();
ПРАВИЛО:
1) Статические функции и элементы класса не ассоциируются с отдельными представителями класса. Обращение к ним производится выражением вида:
имя класса:: имя элемента
2) Им не передается указатель this, т.к. он ассоциируется с отдельным представителем класса.
3) Статические функции могут вызываться независимо от того, существует ли хотя бы один представитель класса.
4) Статические функции не могут быть виртуальными.
Виртуальные функции – это функции-члены класса, вызов которых осуществляется во время выполнения программы (то есть динамически) по типу объекта, с которым она используется.
Например, базовый класс может описывать фигуру на экране без конкретизации ее вида, а производные классы (окружность, эллипс и т.п.) однозначно определяют ее формы и размеры. Если в базовом классе ввести функцию для изображения фигуры на экране, то выполнение этой функции будет возможно только для объектов каждого из производных классов, определяющих конкретные изображения.
Объявление виртуальной функции в классе:
virtualпрототип_функции;
Отметим, что классы, включающие такие функции, играют особую роль в объектно-ориентированном программировании. Именно поэтому они носят специальное название – полиморфные.
Вернемся к упомянутому выше примеру с фигурами. Рассмотрим класс Point(производный от Location).
Пусть в этом классе определена компонентная функция voidShow(). Так как внешний вид фигуры, для которой будет использоваться данная функция, в базовом классе еще не определен, то в каждый из производных классов нужно включить свою функцию voidShow() для формирования изображения на экране. Это не очень удобно, поэтому в таких случаях используют механизм виртуальных функций. Любая нестатическая функция базового класса может быть сделана виртуальной, если в ее объявлении использовать спецификатор virtual.
class Point: public Location{
protected:
Boolean vis;
public:
Point (int nx,int ny);
virtual void Show();
virtual void Hide();
virtual void Drag(int by);
Boolean Isvis() { return vis;}
void MoveTo (int nx ,int ny); };
Виртуальными могут быть не любые функции, а только нестатические компонентные функции какого-либо класса. После того как функция определена как виртуальная, ее повторное определение в производном классе (с тем же самым прототипом) создает в этом классе новую виртуальную функцию, причем спецификатор virtual может не использоваться.
В производном классе нельзя определять функцию с тем же именем и с той же сигнатурой параметров, но с другим типом возвращаемого значения, чем у виртуальной функции базового класса. Это приводит к ошибке на этапе компиляции.
Если в производном классе ввести функцию с тем же именем и типом возвращаемого значения, что и виртуальная функция базового класса, но с другой сигнатурой параметров, то эта функция производного класса не будет виртуальной. В этом случае с помощью указателя на базовый класс при любом значении этого указателя выполняется обращение к функции базового класса (несмотря на спецификатор virtual и присутствие в производном классе похожей функции).
Рассмотрим, как будет выглядеть вызов виртуальной функции voidShow() в производном классе:
class Circle : public Point {
protected:
int R;
public:
Circle (int nx,int ny, int nr);
void Show();
void Hide();
void Expand(int by);
voidContract(intby); };
Как мы видим, спецификатор virtual можно уже не указывать.
Механизм виртуального вызова может быть подавлен с помощью явного использования полного квалифицированного имени. Таким образом, при необходимости вызова из производного класса виртуального метода (компонентной функции) базового класса употребляется полное имя.
Все выше сказанное можно объединить в ПРАВИЛА:
1) не объявлять static;
2) Объявления виртуальных функций в производных классах должны иметь ту же сигнатуру, что и в базовом. Указывать спецификатор virtual в этом случае не обязательно.
3) Виртуальная функция должна быть обязательно определена или быть чистой виртуальной функцией.
Чистой виртуальной функцией называется компонентная функция, которая имеет следующее определение:
virtualтип имя_функции (список формальных параметров)=0;
В этой записи конструкция “=0” называется “чистый спецификатор”. Пример описания чистой виртуальной функции:
virtualvoidF()=0;
Чистая виртуальная функция в определении класса показывает, что ее определение откладывается до производных классов. Чистая виртуальная функция “ничего не делает” и недоступна для вызовов. Ее назначение – служить основой для подменяющих ее функций в производных классах и показывать, что данный класс абстрактный.
3. Абстрактные классы
Абстрактные классы могут использоваться только в качестве базовых для других классов. Предполагается, что абстрактный класс содержит одну или несколько чистых виртуальных функций.
Определять объекты абстрактного класса нельзя, но можно определять ссылку или указатель на абстрактный класс. Нельзя использовать абстрактный класс в качестве параметра функции. Производный от абстрактного класса также считается абстрактным, если в нем не определена хотя бы одна чистая виртуальная функция.
Как всякий класс, абстрактный класс может иметь явно определенный конструктор. Из конструктора возможен вызов методов класса, но любые прямые или опосредованные обращения из конструктора к чистым виртуальным функциям приведут к ошибкам во время выполнения программы.
Механизм абстрактных классов разработан для представления общих понятий, которые в дальнейшем предполагается конкретизировать. Эти общие понятия обычно невозможно использовать непосредственно, но на их основе можно, как на базе, построить частные производные классы, пригодные для описания конкретных объектов.
Таким образом, механизм абстрактных классов используется при создании сложных иерархий наследования.
В качестве иллюстрации выше сказанного рассмотрим пример для расчета площади треугольника и прямоугольника:
// Создание абстрактного класса
# include <iostream.h>
class area
{doubledim1, dim2; //размеры фигуры
public:
void setarea(double dim1,double dim2)
{dim1=d1;
dim2=d2;
}
void getdim(double &dim1,double &dim2)
{d1=dim1;
d2=dim2;
}
virtual double getarea()=0; //чистаявиртуальнаяфункция
};
class rectangle: public area
{ public:
double getarea()
{double d1,d2;
getdim(d1,d2);
return d1*d2;
}
};
class triangle: public area
{ public:
double getarea()
{double d1,d2;
getdim(d1,d2);
return 0.5*d1*d2;
}
};
int main()
{area *p;
rectangle r;
triangle t;
r.setarea(3.3,4.5);
t.setarea(4.0,5.0);
p=&r;
cout<< “Площадьпрямоугольника:”<<p->getarea()<<’\n’;
p=&t;
cout<< “Площадьтреугольника:”<<p->getarea()<<’\n’;
return 0;
}
Теперь то, что функция getarea() является чистой виртуальной, гарантирует ее обязательную подмену в каждом производном классе.
При таком наследовании может возникнуть проблема в наследовании двух экземпляров полей класса A в классе D через B и C (будет занята лишняя память и возникнет путаница). Чтобы это избежать, нужно при создании B и C объявить класс виртуальным.
class B : virtual public A
{…}
class C : virtual public A {…}
class D : public C, public B
В этом случае последовательность в создании объектов класса D будет следующей: сначала вызывается конструктор класса А (вызывается один раз), затем конструкторы В и С, последним вызывается конструктор класса D. Уничтожение объектов класса D производится в обратном порядке.
Шаблоны представляют собой обобщенные объявления, из которых компилятор может создавать функции или классы с заданными параметрами. Шаблоны позволяют пользователям оперировать параметризованными типами. Имея реализацию шаблона, пользователю нет необходимости переписывать функции для конкретных типов данных.
Шаблоны функций
Объявление шаблона функций выглядит следующим образом:
template <список аргументов>
заголовок функции
{тело функции}
Здесь угловые скобки являются неотъемлемым элементом определения. Список параметров шаблона должен быть заключен именно в угловые скобки.
Список аргументов состоит из выражений типа
<class идентификатор 1,…
class идентификатор n>
идентификатор 1, идентификатор n представляют собой обозначения параметризованных типов. Эти обозначения типов можно использовать вместо типов формальных параметров или локальных переменных.
Под классом в данном случае понимается самый обширный тип данных.
Например, шаблон функции обмена для массива будет выглядеть так:
template <class T>
void Obmen(T A[], int i, int j )
{T temp;
temp=A[i];
A[i]=A[j];
A[j]=temp;}
main()
{int Z[10];
…
Obmen (Z,5,7);
floatx[100];
Obmen (x,6,7);
…
}
Шаблоны функций можно специализировать, т.е. для типов данных, к которым не подходит шаблон, определить функцию с таким же именем. В этом случае алгоритм обращения компилятора к функции будет следующим:
1) Компилятор пытается найти функцию, параметры которой точно соответствуют параметрам вызова.
Если это не удалось, то
2) компилятор пытается найти шаблон, из которого можно сгенерировать функцию с указанными параметрами.