Бертран Мейер - Основы объектно-ориентированного программирования

• Название: Основы объектно-ориентированного программирования
• Автор: Бертран Мейер
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

Фундаментальный учебник по основам объектно-ориентированного программирования и инженерии программ. В книге подробно излагаются основные понятия объектной технологии – классы, объекты, управление памятью, типизация, наследование, универсализация. Большое внимание уделяется проектированию по контракту и обработке исключений, как механизмам, обеспечивающим корректность и устойчивость программных систем.

В книге Бертрана Мейера рассматриваются основы объектно-ориентированного программирования. Изложение начинается с рассмотрения критериев качества программных систем и обоснования того, как объектная технология разработки может обеспечить требуемое качество. Основные понятия объектной технологии и соответствующая нотация появляются как результат тщательного анализа и обсуждений. Подробно рассматривается понятие класса - центральное понятие объектной технологии. Рассматривается абстрактный тип данных, лежащий в основе класса, совмещение классом роли типа данных и модуля и другие аспекты построения класса. Столь же подробно рассматриваются объекты и проблемы управления памятью. Большая часть книги уделена отношениям между классами – наследованию, универсализации и их роли в построении программных систем. Важную часть книги составляет введение понятия контракта, описание технологии проектирования по контракту, как механизма, обеспечивающего корректность создаваемых программ. Не обойдены вниманием и другие важные темы объектного программирования – скрытие информации, статическая типизация, динамическое связывание и обработка исключений. Глубина охвата рассматриваемых тем делает книгу Бертрана Мейера незаменимой для понимания основ объектного программирования.

---

Благодаря использованию утверждений, можно сделать отложенные классы достаточно информативными и семантически богатыми, несмотря на отсутствие у них реализаций.

В конце этой лекции мы вновь обратимся к отложенным классам и исследуем глубже их роль в процессе ОО-анализа, проектирования и реализации.

Способы изменения объявлений

Возможность изменить объявление компонента - переопределить или дать его реализацию - обеспечивает гибкость и последовательное проведение разработки. Имеется еще два метода, усиливающих эти качества:

[x]. Возможность изменить объявление функции на атрибут.

[x]. Простой способ сослаться на первоначальную версию в теле нового определения.

Повторное объявление функции как атрибута

Повторные объявления позволяют активно применять один из центральных принципов модульности - принцип Унифицированного Доступа (Uniform Access).

Напомним (см. лекцию 3), что этот принцип утверждает (первоначально в менее технических терминах, но сейчас мы можем позволить себе быть более точными), что с точки зрения клиента не должно быть никакой существенной разницы между атрибутом и функцией без аргументов. В обоих случаях компонент является запросом и все, что их отличает, - это их внутреннее представление.

Первым примером этого был класс, описывающий банковские счета, в котором компонент balance мог быть реализован как функция, которая добавляет вклады и вычитает снимаемые суммы, или как атрибут, изменяемый по мере необходимости так, чтобы отражать текущий баланс. Для клиента это было все равно (за исключением, возможно, эффективности).

С появлением наследования можно пойти дальше и позволить, чтобы в классе наследуемая функция была переопределена как атрибут.

Наш прежний пример хорошо подходит для иллюстрации. Пусть имеется класс ACCOUNT1:

class ACCOUNT1 feature

balance: INTEGER is

-- Текущий баланс

do

Result := list_of_deposits.total - list_of_withdrawals.total

end

...

End

Тогда в потомке может быть выбрана вторая реализация из нашего первоначального примера, переопределяющая balance как атрибут:

class ACCOUNT2 inherit

ACCOUNT1

redefine balance end

feature

balance: INTEGER

-- Текущий баланс

...

end

По-видимому, в классе ACCOUNT2 нужно будет переопределить некоторые процедуры, такие как withdraw и deposit, чтобы, кроме других своих обязанностей они еще модифицировали нужным образом balance, сохраняя в качестве инварианта свойство: balance = list_of_deposits.total - list_of_withdrawals.total.

В этом примере новое объявление является переопределением. Его результатом может также оказаться превращение отложенного компонента в атрибут. Например, пусть в отложенном классе LIST имеется компонент

count: INTEGER is

-- Число вставленных элементов

deferred

end

Тогда в реализации списка этот компонент может быть реализован как атрибут:

count: INTEGER

Если нас попросят применить эту классификацию, чтобы разбить компоненты на атрибуты и подпрограммы, то мы условимся рассматривать отложенный компонент как подпрограмму, несмотря на то, что для отложенного компонента с результатом и без аргументов само понятие отложенности означает, что мы еще не сделали выбор, как его реализовать - функцией или атрибутом. Фраза "отложенный компонент" передает эту неопределенность и предпочтительней фразы "отложенная подпрограмма".

Переобъявление функции как атрибута, объединенное с полиморфизмом и динамическим связыванием, приводят к полной реализации принципа Унифицированного Доступа. Сейчас можно не только реализовать запрос клиента вида a.service либо через память, либо посредством вычисления, но один и тот же запрос в процессе одного вычисления может в одних случаях запустить доступ к некоторому полю, а в других - вызвать некоторую функцию. Это может, в частности, случиться при выполнении одного и того же вызова a.balance, если по ходу вычисления a будет полиморфно присоединяться к объектам разных классов.

Обратного пути нет

Можно было бы ожидать, что допустимо и обратное переопределение атрибута в функцию без аргументов. Но нет. Присваивание - операция применимая к атрибутам, - становится бессмысленной для функций. Предположим, что a - это атрибут класса C, и некоторая подпрограмма содержит команду

a := some_expression

Если потомок C переопределит a как функцию, то эта функция будет не применима, поскольку нельзя использовать функцию в левой части присваивания.

Отсутствие симметрии (допустимо изменять объявление функции на объявление атрибута, но не наоборот) неприятно, но неизбежно и не является на практике серьезным препятствием. Оно означает, что объявление некоторого компонента атрибутом является окончательным и необратимым выбором, в то время как объявление его функцией все еще оставляет место для последующих реализаций через память, а не через вычисление.

Использование исходной версии при переопределении

Рассмотрим некоторый класс, который переопределяет подпрограмму, унаследованную от родителя. Обычная схема переопределения состоит в том, чтобы выполнить все, что делает исходная версия, предпослав ей или поместив за ней некоторые специальные действия.

Например, класс BUTTON, наследник класса WINDOW, может переопределить компонент display, рисующий кнопку, так чтобы вначале рисовалось окно, а затем появлялась рамка:

class BUTTON inherit

WINDOW

redefine display end

feature -- Вывод

display is

-- Изобразить как кнопку.

do

"Изобразить как нормальное окно"; -- См. ниже

draw_border

end

... Другие компоненты ...

end

где draw_border - это процедура нового класса. Для того чтобы "Изобразить как нормальное окно", нужно вызвать исходную версию display, технически известную как precursor (предшественник) процедуры draw_border.

Это достаточно общий случай, и желательно ввести для него специальное обозначение. Конструкцию

Precursor

можно использовать в качестве имени компонента, но только в теле переопределяемой подпрограммы. Вызов этого компонента, если нужно с аргументами, является вызовом родительской версии этой процедуры (предшественника).

Поэтому в последнем примере часть "Изобразить как нормальное окно" можно записать просто как

Precursor

Это будет означать вызов исходной версии этой процедуры из класса WINDOW, допустимый при переопределении процедуры классом-наследником WINDOW. Precursor - это зарезервированное имя сущности такое же, как Result или Current, и оно так же пишется курсивом с заглавной первой буквой.

В данном примере переопределяемый компонент является процедурой и поэтому вызов конструкции Precursor - это команда. Этот же вызов может участвовать при переопределении функции в выражении:

some_query (n: INTEGER): INTEGER is

-- Значение, возвращаемое версией родителя, если оно

-- положительно, иначе ноль

do

Result := (Precursor (n)).max (0)

end

В случае множественного наследования, рассматриваемого в следующей лекции, у процедуры может быть несколько предшественников, что позволяет объединить несколько наследуемых процедур в одну. Тогда для устранения неоднозначности нужно будет указывать родителя, например, Precursor {WINDOW}.

Заметим, что использование конструкции Precursor не делает компонент-предшественник компонентом данного класса, компонентом является только его переопределенная версия. (В частности, предшествующая версия может не удовлетворять новому инварианту.) Целью конструкции является облегчение переопределения в случае, когда новая версия включает старую.

В более сложном случае, когда, в частности, требуется использовать и предшествующую и новую версии в качестве компонентов класса, можно воспользоваться дублируемым наследованием, при котором родительский компонент, фактически, дублируется, и у наследника создаются два законченных компонента. Это будет подробно обсуждаться при рассмотрении дублируемого наследования.