Множественное наследование. Простое наследование

Простое наследование

Класс, от которого произошло наследование, называется базовым или родительским (англ. base class). Классы, которые произошли от базового, называютсяпотомками, наследниками или производными классами (англ. derived class).

В некоторых языках используются абстрактные классы. Абстрактный класс — это класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод, он описан в программе, имеетполя, методы и не может использоваться для непосредственного создания объекта. То есть от абстрактного класса можно только наследовать. Объекты создаются только на основе производных классов, наследованных от абстрактного. Например, абстрактным классом может быть базовый класс «сотрудник вуза», от которого наследуются классы «аспирант», «профессор» и т. д. Так как производные классы имеют общие поля и функции (например, поле «год рождения»), то эти члены класса могут быть описаны в базовом классе. В программе создаются объекты на основе классов «аспирант», «профессор», но нет смысла создавать объект на основе класса «сотрудник вуза».

3.Віртуальні методи

Виртуальный метод (виртуальная функция) — в объектно-ориентированном программировании метод (функция) класса, который может быть переопределён вклассах-наследниках так, что конкретная реализация метода для вызова будет определяться во время исполнения. Таким образом, программисту необязательно знать точный тип объекта для работы с ним через виртуальные методы: достаточно лишь знать, что объект принадлежит классу или наследнику класса, в котором метод объявлен.

Виртуальные методы — один из важнейших приёмов реализации полиморфизма. Они позволяют создавать общий код, который может работать как с объектами базового класса, так и с объектами любого его класса-наследника. При этом базовый класс определяет способ работы с объектами и любые его наследники могут предоставлять конкретную реализацию этого способа. В некоторых языках программирования, например в Java, нет понятия виртуального метода, данное понятие следует применять лишь для языков, в которых методы родительского класса не могут быть переопределены по умолчанию, а только с помощью некоторых вспомогательных ключевых слов. В некоторых же (как, например, в Python), все методы — виртуальные.

Базовый класс может и не предоставлять реализации виртуального метода, а только декларировать его существование. Такие методы без реализации называются «чистыми виртуальными» (перевод англ. pure virtual) или абстрактными. Класс, содержащий хотя бы один такой метод, тоже будет абстрактным. Объект такого класса создать нельзя (в некоторых языках допускается, но вызов абстрактного метода приведёт к ошибке). Наследники абстрактного класса должны предоставить реализацию для всех его абстрактных методов, иначе они, в свою очередь, будут абстрактными классами.

Для каждого класса, имеющего хотя бы один виртуальный метод, создаётся таблица виртуальных методов. Каждый объект хранит указатель на таблицу своего класса. Для вызова виртуального метода используется такой механизм: из объекта берётся указатель на соответствующую таблицу виртуальных методов, а из неё, по фиксированному смещению, — указатель на реализацию метода, используемого для данного класса. При использовании множественного наследования или интерфейсовситуация несколько усложняется за счёт того, что таблица виртуальных методов становится нелинейной.

4. Механізм пізнього зв'язування

Коли різні класи в ієрархії перевизначають деякий метод, дуже корисна можливість посилатися на загальний об'єкт цих класів (завдяки сумісності підкласів) і викликати цей метод, результатом чого буде виклик методу належного класу. Для цього компілятор повинен підтримувати пізніше зв'язування, тобто не генерувати виклик специфічну функцію, а чекати, поки під час виконання не визначаться фактичний тип об'єкта і функція, яку потрібно викликати.

C + +: У C + + пізніше зв'язування є тільки для віртуальних методів (виклик яких стає трохи повільніше). Метод, оголошений в базовому класі як віртуальний (virtual), підтримує це властивість (але тільки якщо опису методів збігаються). Звичайні, не віртуальні методи не дозволяють пізніше зв'язування, як і OP.

OP: У Object Pascal пізніше зв'язування вводиться за допомогою ключових слів virtual і dynamic (різниця між ними тільки в оптимізації). У похідних класах перевизначення методи повинні бути відзначені словом override (це змушує компілятор перевіряти опис методу). Раціональне пояснення цій особливості OP полягає в тому, що дозволяється більше змін в базовому класі і надає деякий додатковий контроль під час компіляції.

Java: У Java всі методи використовують пізніше зв'язування, якщо ви не відзначите їх явно як final. Фінальні методи не можуть бути перевизначено і викликаються швидше. У Java написання методів з потрібною сигнатурою життєво важливо для забезпечення поліморфізму. Той факт, що в Java за замовчуванням використовується пізніше зв'язування, тоді як в C + + стандартом є раннє зв'язування, - явна ознака різного підходу цих двох мов: C + + часом жертвує ГО моделлю на користь ефективності, тоді як Java - навпаки

Примітка: Пізніше зв'язування для конструкторів та деструкторів. Object Pascal, на відміну від інших двох мов, дозволяє визначати віртуальні конструктори. Всі три мови підтримують віртуальні деструктори.

5.Абстрактні класи

Абстрактный класс в объектно-ориентированном программировании — базовый класс, который не предполагает создания экземпляров. Абстрактные классы реализуют на практике один из принципов ООП - полиморфизм. Абстрактный класс может содержать (и не содержать^[1]) абстрактные методы и свойства. Абстрактный метод не реализуется для класса, в котором описан, однако должен быть реализован для его неабстрактных потомков. Абстрактные классы представляют собой наиболее общиеабстракции, то есть имеющие наибольший объем и наименьшее содержание.

В одних языках создавать экземпляры абстрактных классов запрещено, в других это допускается (например, Delphi), но обращение к абстрактному методу объекта этого класса в процессе выполнения программы приведёт к ошибке. Во многих языках допустимо объявить любой класс абстрактным, даже если в нём нет абстрактных методов (например, Java), именно для запрещения создания экземпляров. Абстрактный класс можно рассматривать в качестве интерфейса к семейству классов, порождённому им, но, в отличие от классического интерфейса, абстрактный класс может иметь определённые методы, а также свойства.

Абстрактные методы часто являются и виртуальными, в связи с чем понятия «абстрактный» и «виртуальный» иногда путают.

 

 

Множественное наследование

Основная статья: Множественное наследование

При множественном наследовании у класса может быть более одного предка. В этом случае класс наследует методы всех предков. Достоинства такого подхода в большей гибкости. Множественное наследование реализовано в C++. Из других языков, предоставляющих эту возможность, можно отметить Python и Эйфель. Множественное наследование поддерживается в языке UML.

Множественное наследование — потенциальный источник ошибок, которые могут возникнуть из-за наличия одинаковых имен методов в предках. В языках, которые позиционируются как наследники C++ (Java, C# и др.), от множественного наследования было решено отказаться в пользу интерфейсов. Практически всегда можно обойтись без использования данного механизма. Однако, если такая необходимость все-таки возникла, то, для разрешения конфликтов использования наследованных методов с одинаковыми именами, возможно, например, применить операцию расширения видимости — «::» — для вызова конкретного метода конкретного родителя.

Попытка решения проблемы наличия одинаковых имен методов в предках была предпринята в языке Эйфель, в котором при описании нового класса необходимо явно указывать импортируемые члены каждого из наследуемых классов и их именование в дочернем классе.

Большинство современных объектно-ориентированных языков программирования (C#, Java, Delphi и др.) поддерживают возможность одновременно наследоваться от класса-предка и реализовать методы нескольких интерфейсов одним и тем же классом. Этот механизм позволяет во многом заменить множественное наследование — методы интерфейсов необходимо переопределять явно, что исключает ошибки при наследовании функциональности одинаковых методов различных классов-предков.

 

7. Обробка виключень. Загальний механізм обробки виключень. Синтаксис виключень.

Обрабо́тка исключи́тельных ситуа́ций (англ. exception handling) — механизм языков программирования, предназначенный для описания реакции программы на ошибки времени выполнения и другие возможные проблемы (исключения), которые могут возникнуть при выполнении программы и приводят к невозможности (бессмысленности) дальнейшей отработки программой её базового алгоритма. В русском языке также применяется более короткая форма термина: «обработка исключений».

Структурная обработка исключений

Основная статья: Структурная обработка исключений

Структурная обработка исключений требует обязательной поддержки со стороны языка программирования — наличия специальных синтаксических конструкций. Такая конструкция содержит блок контролируемого кода и обработчик (обработчики) исключений. Наиболее общий вид такой конструкции (условный):

НачалоБлока

... // Контролируемый код

...

если (условие) то СоздатьИсключение Исключение2

...

Обработчик Исключение1

... // Код обработчика для Исключения1

Обработчик Исключение2

... // Код обработчика для Исключения2

ОбработчикНеобработанных

... // Код обработки ранее не обработанных исключений

КонецБлока

void func(){ try { throw 1; } catch(int a) { cout << "Caught exception number: " << a << endl; return; } cout << "No exception detected!" << endl; return;}

 

Здесь «НачалоБлока» и «КонецБлока» — ключевые слова, которые ограничивают блок контролируемого кода, а «Обработчик» — начало блока обработки соответствующего исключения. Если внутри блока, от начала до первого обработчика, произойдёт исключение, то произойдёт переход на обработчик, написанный для него, после чего весь блок завершится и исполнение будет продолжено со следующей за ним команды. «ОбработчикНеобработанных» — это обработчик исключений, которые не соответствуют ни одному из описанных выше в данном блоке. Обработчики исключений в реальности могут описываться по-разному (один обработчик на все исключения, по одному обработчику на каждый тип исключение), но принципиально они работают одинаково: при возникновении исключения находится первый соответствующий ему обработчик в данном блоке, его код выполняется, после чего выполнение блока завершается. Исключения могут возникать как в результате программных ошибок, так и путём явной их генерации с помощью соответствующей команды (в примере — команда «СоздатьИсключение»). С точки зрения обработчиков такие искусственно созданные исключения ничем не отличаются от любых других.

Блоки обработки исключений могут многократно входить друг в друга, как явно (текстуально), так и неявно (например, в блоке вызывается процедура, которая сама имеет блок обработки исключений). Если ни один из обработчиков в текущем блоке не может обработать исключение, то выполнение данного блока немедленно завершается, и управление передаётся на ближайший подходящий обработчик более высокого уровня иерархии. Это продолжается до тех пор, пока обработчик не найдётся и не обработает исключение или пока не выйдет из обработчиков заданных программистом и не будет переданно системному обработчику по умолчанию, аварийно закроющему программу.

Иногда бывает неудобно завершать обработку исключения в текущем блоке, то есть желательно, чтобы при возникновении исключения в текущем блоке обработчик выполнил какие-то действия, но исключение продолжило бы обрабатываться на более высоком уровне (обычно так бывает, когда обработчик данного блока не полностью обрабатывает исключение, а лишь частично). В таких случаях в обработчике исключений генерируется новое исключение или возобновляется с помощью специальной команды ранее появившееся. Код обработчиков не является защищённым в данном блоке, поэтому созданное в нём исключение будет обрабатываться в блоках более высокого уровня.

8. Перехоплення виключень. Список виключень функції.

В языке C++ исключения обрабатываются в предложениях catch. Когда какая-то инструкция внутри try-блока возбуждает исключение, то просматривается список последующих предложений catch в поисках такого, который может его обработать.
Catch-обработчик состоит из трех частей: ключевого слова catch, объявления одного типа или одного объекта, заключенного в круглые скобки (оно называется объявлением исключения), и составной инструкции. Если для обработки исключения выбрано некоторое catch-предложение, то выполняется эта составная инструкция. Рассмотрим catch-обработчики исключений pushOnFull и popOnEmpty в функции main() более подробно:

catch (pushOnFull) { cerr << "trying to push value on a full stack\n"; return errorCode88;}catch (popOnEmpty) { cerr << "trying to pop a value on an empty stack\n"; return errorCode89;}

В обоих catch-обработчиках есть объявление типа класса; в первом это pushOnFull, а во втором – popOnEmpty. Для обработки исключения выбирается тот обработчик, для которого типы в объявлении исключения и в возбужденном исключении совпадают. (В главе 19 мы увидим, что типы не обязаны совпадать точно: обработчик для базового класса подходит и для исключений с производными классами.) Например, когда функция-член pop() класса iStack возбуждает исключение popOnEmpty, то управление попадает во второй обработчик. После вывода сообщения об ошибке в cerr, функция main() возвращает код errorCode89.
А если catch-обработчики не содержат инструкции return, с какого места будет продолжено выполнение программы? После завершения обработчика выполнение возобновляется с инструкции, идущей за последним catch-обработчиком в списке. В нашем примере оно продолжается с инструкции return в функции main(). После того как catch-обработчик popOnEmpty выведет сообщение об ошибке, main() вернет 0.

int main() { iStack stack(32); try { stack.display(); for (int x = 1; ix < 51; ++ix) { // то же, что и раньше } } catch (pushOnFull) { cerr << "trying to push value on a full stack\n"; } catch (popOnEmpty) { cerr << "trying to pop a value on an empty stack\n"; } // исполнение продолжается отсюда return 0;}

Говорят, что механизм обработки исключений в C++ невозвратный: после того как исключение обработано, управление не возобновляется с того места, где оно было возбуждено. В нашем примере управление не возвращается в функцию-член pop(), возбудившую исключение.

Виды исключительных ситуаций

Исключительные ситуации, возникающие при работе программы, можно разделить на два основных типа: синхронные и асинхронные, принципы реакции на которые существенно различаются.

§ Синхронные исключения могут возникнуть только в определённых, заранее известных точках программы. Так, ошибка чтения файла или коммуникационного канала, нехватка памяти — типичные синхронные исключения, так как возникают они только в операции чтения из файла или из канала или в операции выделения памяти соответственно.

§ Асинхронные исключения могут возникать в любой момент времени и не зависят от того, какую конкретно инструкцию программы выполняет система. Типичные примеры таких исключений: аварийный отказ питания или поступление новых данных.

Некоторые типы ошибок могут быть отнесены как к синхронным, так и к асинхронным. Например, инструкция деления на нуль на многих программно-аппаратных платформах приводит к синхронному исключению, но на некоторых платформах за счёт глубокой конвейеризации исключение может оказаться асинхронным.

9. Несподівані виключення та їх обробка.

Все неожиданные исключения обрабатываются одним и тем же единственным обработчиком unexpected.

Стандартная библиотека определяет обработчик, который вызывается по умолчанию, при возникновении любого неожиданного исключения. Вы можете переопределить этот обработчик взамен на ваш собственный, но также как и для обработчика, используемого по умолчанию, библиотека будет вызвать ваш обработчик для всех неожиданных исключений.

В отличие от нормальных обработчиков исключений, таких как

catch (int) { }

Обработчик unexpected не «перехватывает» исключение. Начав выполняться, обработчик знает только то, что произошло некоторое неожиданное исключение. Обработчик игнорирует тип исключения и место его происхождения и даже не может обратиться к библиотеке за помощью: никакая из функций библиотеки и никакой объект библиотеки не сохраняет информацию об исключении. В лучшем случае обработчик unexpected может перебросить управление другому участнику, который может дать больше ответов. Рассмотрим код

 

#include <exception>

using namespace std;void my_unexpected_handler() { throw 1; }void f() throw(int) { throw 1L; // ой! -- *плохая* функция }int main() { set_unexpected(my_unexpected_handler); try { f(); } catch (...) { } return 0; }

f возбуждает исключение, которое функция обещала не возбуждать. В результате будет вызван my_unexpected_handler. Этот обработчик не имеет никакого понятия почему он был вызван на выполнение. Его единственное полезное назначение — кроме завершения программы — состоит в том, чтобы возбудить другое исключение, в надежде на то, что новое исключение совместимо с нарушенной спецификацией, и что некоторые другие части программы перехватывают новое исключение.

В этом примере исключение типа int в обработчике my_unexpected_handler полностью соответствует нарушенной спецификации и main успешно перехватит его.