Полиморфизм

1. Модуль 3: Основные понятия объектно-ориентированного
программирования.
Темы лекции: Полиморфизм.
Практическое задание: Полиморфизм.
Тренер: Игорь Шкулипа, к.т.н.
C++ Базовый. Занятие 11

2. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 2
Преобразование типов
В С++ существуют операторы преобразования типов:
⚫ const_cast < > ( )
⚫ static_cast < > ( )
⚫ reinterpret_cast < > ( )
⚫ dynamic_cast < > ( )

3. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 3
const_cast
Оператор const_cast позволяет убрать или добавить
константность
const ClassA * constA = {/*инициализатор*/};
ClassA * A = const_cast<ClassA *>(constA);
const_cast не применим для тех объектов, которые объявлены
как const. В таком случае нельзя отменять константность, так
как будет undefined behaviour.

4. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 4
reinterpret_cast
Оператор reinterpret_cast приводит друг к другу указатели,
которые друг от друга не зависят, не меняя константности
ClassA * p = new ClassA();
double * d = reinterpret_cast<double*>(p);
Оператор reinterpret_cast является машинно-зависимым. Чтобы
безопасно использовать оператор reinterpret_cast, следует
хорошо понимать, как именно реализованы используемые
типы, а также то, как компилятор осуществляет приведение

5. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 5
static_cast
Оператор static_cast выполняет преобразование между
связанными значениями. Связанность проверяется на этапе
компиляции, поэтому и называется static.
//Класс Derived является наследником Base
Derived * der = ...;
Base * bas = static_cast<Base *>(der);
der = static_cast<Derived *>(bas);
Типы, к котрым применим static_cast:
⚫ числовые типы
⚫ классы, связанные наследованием
⚫ приведение к void*

6. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 6
dynamic_cast
Безопасное приведение по иерархии наследования.
dynamic_cast<Derived *>(base_pointer)
Используется RTTI (Runtime Type Information), чтобы привести
один указатель на объект класса к другому указателю на
объект класса.
Классы должны быть полиморфными, то есть в базовом классе
должна быть хотя бы одна виртуальная функция. Если это
условие не соблюдено, ошибка возникнет на этапе
компиляции. Если приведение невозможно, то об этом станет
ясно только на этапе выполнения программы и будет
возвращен NULL.

7. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 7
Полиморфизм
Полиморфизм - это свойство, которое позволяет одно и то же
имя использовать для решения нескольких схожих, но
технически разных задач. Целью полиморфизма является
использование одного имени для задания общих для класса
действий.
Использование полиморфизма достигается при присвоении
указателю на базовый класс адреса производного класса с
переопределенными методами.
Типы-наследники неявно приводимы к базовому классу.

8. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 8
Пример
class Point
{
private: double _x, _y;
...
}
class Figure
{
protected: Point _center;
public: double GetArea(){return 0;};
}
class Circle: public Figure
{
private: double _radius;
...
public: double GetArea(){return 3.14*_radius*_radius;};
}
class Rectangle: public Figure
{
private: double _width, _height;
...
public: double GetArea(){return _width*_height;};
}
Figure
Circle Rectangle

9. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 9
Результат 1
void main()
{
Circle circle(10);
Rectangle rectangle(10, 20);
cout << circle.GetArea() << "n";
cout << rectangle.GetArea() <<
"n";
return 0;
}
Результат:
>314
>200

10. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 10
Результат 2
void PrintArea(const Figure& figure)
{
cout << figure.GetArea() <<
"n";
}
void main()
{
Circle circle(10);
Rectangle rectangle(10, 20);
PrintShapeArea(circle);
PrintShapeArea(rectangle);
return 0;
}
Результат:
>0
>0
В данной ситуации при выборе вызываемых
методов компилятор руководствуется типом
ссылки.
В этом случае происходит вызов методов
класса Shape, так как функция PrintArea
принимает ссылку данного типа.

11. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 11
Виртуальные методы
Метод класса может быть объявлен виртуальным, если
допускается его альтернативная реализация в порожденном
классе.
При вызове виртуальной функции через указатель или ссылку на
объект базового класса будет вызвана реализация данной
функции, специфичная для фактического типа объекта.
Виртуальные функции обозначаются в объявлении класса при
помощи ключевого слова virtual.
Виртуальные функции позволяют использовать полиморфизм.
Полиморфизм позволяет осуществлять работу с разными
реализациями через один и тот же интерфейс.

12. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 12
Пример
class Figure
{
protected: Point _center;
public:
virtual double GetArea(){return 0;};
}
class Circle: public Figure
{
private: double _radius;
...
public:
virtual double GetArea(){return 3.14*_radius*_radius;};
}
class Rectangle: public Figure
{
private: double _width, _height;
...
public:
virtual double GetArea(){return _width*_height;};
}

13. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 13
Результат
void PrintArea(const Figure& figure)
{
cout << figure.GetArea() <<
"n";
}
void main()
{
Circle circle(10);
Rectangle rectangle(10, 20);
PrintShapeArea(circle);
PrintShapeArea(rectangle);
return 0;
}
Результат:
>314
>200
В данной ситуации при выборе вызываемых
методов компилятор руководствуется
таблицей виртуальных методов (VMT).
В этом случае происходит вызов методов
классов Circle и Rectangle, так как они
объявлены виртуальными.

14. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 14
Особенности виртуальных методов
В C++ методы, объявленные в базовом классе виртуальными,
остаются виртуальными в классах-потомках.
Использовать слово virtual в классах наследниках не
обязательно (хотя и желательно для лучшего понимания кода).
В C++ виртуальные функции не являются виртуальными, если
они вызваны в конструкторе или деструкторе данного класса.

15. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 15
Виртуальный деструктор
Деструктор класса, имеющего наследников, всегда должен явно
объявляться виртуальным.
Это обеспечивает корректный вызов деструктора нужного класса
при вызове оператора delete с указателем на базовый класс.
Деструктор, не объявленный явно виртуальным, а также
автоматически сгенерированный деструктор является не
виртуальным.
Классы без виртуальных деструкторов не предназначены для
расширения.
Классы стандартных коллекций STL (строки, векторы) не имеют
виртуальных деструкторов, поэтому наследоваться от них нельзя.

16. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 16
Абстрактные классы
Возможны ситуации, когда базовый класс представляет собой
абстрактное понятие, и выступает лишь как базовый класс
(интерфейс) для производных классов.
Какова площадь объекта «Figure» и как его нарисовать?
Такие виртуальные функции следует объявлять чисто
виртуальными (pure virtual), добавив инициализатор =0,
опустив тело функции.
Класс является абстрактным, если в нем содержится хотя бы
одна чисто виртуальная функция, либо он не реализует хотя
бы одну чисто виртуальную функцию своего родителя.
Экземпляр абстрактного класса создать невозможно

17. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 17
Пример
class Figure
{
public:
virtual double GetArea()=0;
virtual void Draw()=0;
};

18. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 18
Интерфейс
Интерфейс - абстрактный класс, содержащий только чисто
виртуальные методы.
Невозможно создать экземпляр интерфейса.
Все методы интерфейса должны быть реализованы в
производных классах.
Деструктор такого класса обязательно должен быть
виртуальным.

19. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 19
Пример
class IFigure
{
public:
virtual double GetArea()=0;
virtual void Draw()=0;
virtual void Transform()=0;
virtual void Move()=0;
};

20. http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 20
Лабораторная работа №11. Полиморфизм
Написать программу с использованием наследования классов,
реализующую классы:
⚫ графический объект (интерфейс)
⚫ правильный треугольник
⚫ квадрат
⚫ правильный пятиугольник
⚫ правильный N-угольник
Реализовать полиморфный метод подсчета площади.