ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
НАСЛЕДОВАНИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ
Класс, который наследуется другим классом, называется базовым или родительским. Класс, выполняющий наследование, называется производным или дочерним. При этом как у одного базового класса может быть несколько родительских (множественное наследование), так и у одного родительского несколько базовых.
Спецификаторы доступа при наследовании
В С++ члены класса классифицируются в соответствии с правами доступа на следующие три категории: открытые (public), закрытые (private) и защищенные (protected).
От того, с каким спецификатором доступа объявляется наследование базового класса, зависит статус доступа к членам производного класса. Общая форма наследования классов имеет следующий вид:
class имя_производного_класса: доступ имя_базового_класса
{
// код
};
Здесь доступ определяет, каким способом наследуется базовый класс. Спецификатор доступа может принимать одно из трех значений: private, protected, public. Если он не указан, то: подразумевается public для производных классов объявленных через struct, и private – для объявленных через class.
Если спецификатор принимает значение public, то все открытые и защищенные члены базового класса становятся соответственно открытыми и защищенными членами производного класса.
Если указан protected, то все открытые и защищенные члены базового класса становятся защищенными членами производного класса.
Если указан private, то все открытые и защищенные члены базового класса становятся закрытыми членами производного класса.
Деструкторы производных классов
В деструкторе производного класса компилятор автоматически генерирует вызовы деструкторов его базовых классов.
Для удаления объекта производного класса следует сделать деструктор в базовых классах виртуальным с целью корректного вызова деструкторов при использовании оператора delete.
Передача параметров в базовый класс
Когда базовый класс имеет конструктор с аргументами, производные классы должны передавать базовому классу необходимые аргументы. Для этого используется расширенная форма конструкторов:
порожденный_конструктор(список_аргументов):
базовый1(список_аргументов1),
…,
базовыйN(список_аргументовN)
{
// код
}
Здесь под базовый1, …, базовыйN обозначены имена базовых классов. С помощью двоеточия конструктор производного класса отделяется от списка конструкторов базового класса. Списки аргументов, передаваемых в конструкторы базовых классов, могут состоять из констант, глобальных переменных или параметров конструктора производного класса.
Если конструкторы производных классов не вызываются в явном виде (как в примере выше), вместо них из базовых классов автоматически вызываются конструкторы без параметров. Кроме того, конструкторы без параметров автоматически вызываются при инициализации вместо указанных конструкторов с параметрами в случае, если имеет место виртуальное наследование (см. ниже).
Указатели и ссылки на производные классы
В общем случае указатель одного типа не может указывать на объект другого типа, однако в С++ указатель на базовый класс может указывать на объект производного класса. Ссылки на базовый класс могут быть использованы для ссылок на объект производного типа.
Виртуальные функции
Виртуальная функция – это функция, объявленная с ключевым словом virtual в базовом классе и переопределенная в производных классах.
Это означает, что при использовании объекта производного класса с помощью указателя или ссылки на него как на объект базового класса, виртуальная функция вызывается из того класса, посредством которого этот объект был создан. То есть, в одном и том же участке кода для разных объектов могут вызываться разные версии одной и той же виртуальной функции. Класс, содержащий хотя бы одну виртуальную функцию, называется полиморфным классом.
Для виртуальных функций существуют следующие правила:
– виртуальную функцию нельзя объявлять как static;
– спецификатор virtual необязателен (но желателен) при переопределении функции в производном классе.
#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;
class creature
{
private:
string title;
double mass;
public:
creature() :mass(0.0) {} // конструктор без параметров
// конструктор копирования
creature(const creature& obj):title(obj.title), mass(obj.mass){}
// конструктор с параметрами
creature(const string& _title, double _mass) : title(_title), mass(_mass) {}
// деструктор (объявлен как виртуальный)
virtual ~creature() { cout << "creature deleted" << endl << endl; }
protected:
// защищенная виртуальная функция для вывода информации
// об объекте
// не должна использоваться вне данного класса и его
//производных
virtual void _print() const
{
cout << "title: " << title << endl;
cout << ", mass: " << mass << endl;
}
public:
// открытая функция для вывода информации об объекте
void print() const
{
// выводит название класса, к которому принадлежит
// объект, для которого она вызвана,
cout << typeid(*this).name() << ": (";
// и вызывает виртуальную функцию
// т.к. функция _print виртуальная, вызываться она
// будет не только из текущего класса, но и из производных,
// в зависимости от того, для какого объекта
// осуществляется вызов
_print();
cout << ")" << endl;
}
};
// класс animal наследуется от класса creature
class animal : public creature
{
private:
double speed; // m/s
public:
// конструкторы класса animal осуществляют вызовы
// конструкторов
// базового класса (creature)
animal(): creature(), speed(0.0) {}
animal(const animal& obj): creature(obj), speed(obj.speed) {}
animal(const string& _title, double _mass, double _speed): creature(_title, _mass), speed(_speed){}
~animal() { cout << "animal deleted" << endl; }
protected:
// виртуальная функция _print переопределяется в
// производном классе
void _print() const
{
creature::_print();
cout << ", speed: " << speed;
}
};
// класс bird наследуется от класса animal
class bird : public animal
{
private:
double topfly; // km
public:
bird(): animal(), topfly(0.0) {}
bird(const bird& obj): animal(obj), topfly(obj.topfly){}
bird(const string& _title, double _mass, double _speed, double _topfly):
animal (_title, _mass, _speed), topfly(_topfly) {}
~bird() { cout << "bird deleted" << endl; }
protected:
// виртуальная функция _print переопределяется
// теперь уже в классе bird
void _print() const
{
animal::_print();
cout << ", topfly: " << topfly;
}
};
// класс fish наследуется от класса animal
class fish : public animal
{
private:
double maxdeep; //km
public:
fish(): animal(), maxdeep(0.0) {}
fish(const fish& obj): animal(obj), maxdeep(obj.maxdeep) {}
fish(const string& _title, double _mass, double _speed, double _maxdeep):
animal(_title, _mass, _speed), maxdeep(_maxdeep) {}
~fish() { cout << "fish deleted" << endl; }
protected:
// виртуальная функция _print переопределяется
// в классе fish
void _print() const
{
animal::_print();
cout << ", maxdeep: " << maxdeep;
}
};
int main()
{
setlocale(0, "Rus");
// создание объектов и вывод информации о них
animal("Паук", 0.003, 0.05).print();
bird("Ворона", 0.3, 10, 0.1).print();
fish("Рыба-молот", 150, 5, 0.5).print();
cout << endl;
system("pause");
return 0;
}
Заметим, что не в любом случае для базового класса можно определить поведение той или иной функции. Примеры этого можно найти в реальном мире, в частности, все животные в том или ином виде могут перемещаться: рыбы плавают, звери бегает, змеи ползают, птицы летают (упрощено для примера). Однако как именно перемещается некое абстрактное животное, сказать нельзя.
В подобных случаях С++ дает возможность не определять в базовом классе код виртуальной функции, такие функции определяются нулевым значением и называются чисто виртуальными, например:
virtual void fun() = 0;
Класс, в котором определена хотя бы одна чисто виртуальная функция, называется абстрактным. Следует отметить, что создать нельзя объект от абстрактного класса непосредственно. Объекты можно создавать только от тех его производных классов, в которых все чисто виртуальные функции переопределены.
Дополним приведенный выше пример:
#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;
class creature
{
private:
string title;
double mass; //kg
protected:
// конструкторы вынесены в protected, т.к. нет необходимости
// создавать
// объекты непосредственно этого класса нет, однако, эти
// конструкторы должны быть доступны из производных
// классов
// аналогично вынесен деструктор
creature() :mass(0.0) {} // конструктор без параметров
// конструктор копирования
creature(const creature& obj) :title(obj.title), mass(obj.mass) {}
// конструктор с параметрами
creature(const string& _title, double _mass) : title(_title), mass(_mass) {}
// деструктор (объявлен как виртуальный)
virtual ~creature() { cout << "creature deleted" << endl << endl; }
// защищенная виртуальная функция для вывода информации
// об объекте
// не должна использоваться вне данного класса и его
// производных
virtual void _print() const
{
cout << "title: " << title << endl;
cout << ", mass: " << mass << endl;
}
public:
// открытая функция для вывода информации об объекте
void print() const
{
// выводит название класса, к которому принадлежит
// объект, для которого она вызвана,
cout << typeid(*this).name() << ": (";
// и вызывает виртуальную функцию
// т.к. функция _print виртуальная, вызываться она
// будет не только из текущего класса, но и из производных,
// в зависимости от того, для какого объекта
// осуществляется вызов
_print();
cout << ")" << endl;
}
double get_mass() const { return mass; }
void set_mass(double new_mass) { mass = new_mass; }
};
// класс animal наследуется от класса creature
class animal : public creature
{
private:
double speed; // m/s
protected:
// конструкторы класса animal осуществляют вызовы
// конструкторов
// базового класса (creature)
animal() : creature(), speed(0.0) {}
animal(const animal& obj) : creature(obj), speed(obj.speed) {}
animal(const string& _title, double _mass, double _speed) : creature(_title, _mass), speed(_speed) {}
~animal() { cout << "animal deleted" << endl; }
// виртуальная функция _print переопределяется в
// производном классе
void _print() const
{
creature::_print();
cout << ", speed: " << speed;
}
public:
double get_speed() const { return speed; }
};
// класс bird наследуется от класса animal
class bird : public animal
{
private:
double topfly; // km