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.

---

Иногда удобнее, чтобы "лунка" была одновременно и кнопкой, что позволяет не только "загонять" в нее объект, но независимо от этого щелкать по ней левой кнопкой. Таковой является наша "лунка" класса, точка внутри которой указывает на присутствие в ней объекта (сначала ARRAY, а затем INTEGER). Щелчок по ней левой кнопкой перенастроит инструмент на работу с текущим объектом, что полезно, когда дисплей отражает другую информацию. Такая лунка с кнопкой реализуется специальным классом BUTTONHOLE.

Нетрудно догадаться, что класс BUTTONHOLE возникает в результате наследования от классов BUTTON и HOLE. Новый класс сочетает в себе компоненты и свойства обоих родителей, реагирует как кнопка, и допускает операции как над лункой.

Оценка

Приведенные примеры наглядно проиллюстрировали мощь и силу механизма множественного наследования. Необходимость его применения подтверждена опытом построения универсальных библиотек [M 1994a].

Как объединить две абстракции, если множественное наследование недоступно? Видимо, вы должны выбрать одну из них как "официальный" родительский класс, а все компоненты второй просто скопировать, превратив новый класс в ее "нелегального" потомка. В результате на нелегальной части класса теряется полиморфизм, все преимущества повторного использования и многое другое, что неприемлемо.

Переименование компонентов

Иногда при множественном наследовании возникает проблема конфликта имен (name clash). Ее решение - переименование компонентов (feature renaming) - не только снимает саму проблему, но и способствует лучшему пониманию природы классов.

Конфликт имен

Каждый класс обладает доступом ко всем компонентам своих родителей. Он может использовать их, не указывая тот класс, в котором они были описаны. После обработки inherit в классе class C inherit A ... метод f класса C становится известен как f. То же справедливо и для клиентов: при объявлении сущности x типа C вызов компонента записывается как x.f без каких-либо ссылок на A. Все метафоры "хромают", иначе можно было бы говорить, что наследование - форма усыновления: C усыновляет все компоненты A.

Усыновление не меняет присвоенных имен, и набор имен компонентов данного класса содержит наборы имен компонентов каждого его родителя.

А если родители класса разные компоненты назвали одним именем? Возникает противоречие, поскольку согласно установленному ранее правилу запрещена перегрузка имен: в классе имя компонента обозначает только один компонент. Это правило не должно нарушаться при наличии родителей класса. Рассмотрим пример:

class SANTA_BARBARA inherit

LONDON

NEW_YORK

feature

...

end-- class SANTA_BARBARA

Что предпринять, если LONDON и NEW_YORK имеют в своем составе компонент с именем, например, foo (нечто)?

Ни при каких обстоятельствах нельзя нарушить запрет перегрузки имен компонентов. Как следствие, класс SANTA_ BARBARA окажется некорректным, что обнаружится при трансляции.

Вспомним класс TREE, порожденный от классов CELL и LIST, каждый из которых имеет компонент с именем item. Кроме того, оба класса имеют метод, названный put. Выбор каждого имени не случаен, и мы не хотим менять их в исходных классах лишь потому, что кому-то пришла идея объединить эти классы в дерево.

Что делать? Исходный код классов LONDON и NEW_YORK может быть недоступен; или на его исправления может быть наложен запрет; а при отсутствии такого запрета, возможно, вам не захочется ничего менять, поскольку LONDON написан не вами, и выход новой версии класса заставит все начинать с нуля. Наконец, самое главное, принцип Открыт-Закрыт не разрешает исправлять модули при их повторном использовании.

Всегда ошибочно обвинять в грехах своих родителей. Проблема конфликта имен возникла в самом классе. В нем должно найтись и решение.

Класс, наследующий от разных родителей разные компоненты с идентичным именем, не будет корректен, пока мы не включим в его декларацию наследования одно или несколько предложений переименования rename. Каждое из них назначает новое локальное имя одному или нескольким унаследованным компонентам. Например:

class SANTA_BARBARA inherit

LONDON

rename foo as fog end

NEW_YORK

feature

...

end

Как внутри SANTA_BARBARA, так и во всех клиентах этого класса компонент LONDON с именем foo будет именоваться fog, а одноименный компонент NEW_YORK - просто foo. Клиенты LONDON, как и прежде, будут знать этот компонент под именем foo.

Этого достаточно для устранения конфликта (если других совпадений нет, а класс LONDON и класс NEW_YORK не содержат компонента с именем fog). В противном случае можно переименовать компонент класса NEW_YORK:

class SANTA_BARBARA inherit

LONDON

rename foo as fog end

NEW_YORK

rename foo as zoo end

feature

...

end

Предложение rename следует за указанием имени родителя и предшествует любым выражениям redefine, если таковые имеются. Можно переименовать и несколько компонентов, как в случае:

class TREE [G] inherit

CELL [G]

rename item as node_item, put as put_right end

где устраняется конфликт между одноименными компонентами CELL и LIST. Компоненту CELL с именем item дается идентификатор node_item, аналогично и put переименовывается в put_right.

Результат переименования

Убедимся, что нам понятен результат этого действия. Пусть класс SANTA_BARBARA имеет вид (оба унаследованных компонента foo в нем переименованы):

Рис. 15.13.  Устранение конфликта имен

(Обратите внимание на графическое обозначение операции смены имен.) Пусть также имеются сущности трех видов:

l: LONDON; n: NEW_YORK; s: SANTA_BARBARA

Вызовы l.foo и s.fog будут являться корректными. После полиморфного присваивания l := s все останется корректным, поскольку имена обозначают один и тот же компонент. Аналогично, корректны вызовы n.foo, s.zoo, которые после n := s также будут давать одинаковый результат.

В то же время, следующие вызовы некорректны:

[x]. l.zoo, l.fog, n.zoo, n.fog, так как ни LONDON, ни NEW_YORK не содержат компонентов с именем fog или zoo;

[x]. s.foo, поскольку после смены имен класс SANTA_BARBARA уже не имеет компонента с именем foo.

При всей искусственности имен пример хорошо иллюстрирует природу конфликта имен. Хотите верьте, хотите нет, но приходилось слышать, что конфликт порождает "глубокую семантическую проблему". Это неправда. Конфликт имен - простая синтаксическая проблема. Если бы автор первого класса сменил имя компонента на fog, или автор второго - на zoo, конфликта бы не было, и в каждом случае - это всего лишь замена буквы. Конфликт имен - это обычная неудача, он не вскрывает никаких глубоких проблем, связанных с классами, и не свидетельствует об их неспособности работать совместно. Возвращаясь к метафоре брака, можно сказать, что конфликт имен - это не драма (обнаруженная несовместимость групп крови), а забавный факт (матери обоих супругов носят имя Татьяна, и это вызовет трудности для будущих внуков, которые можно преодолеть, договорившись, как называть обеих бабушек).

Смена имен и переопределение

В предыдущей лекции мы обсудили переопределение компонентов, полученных по наследству. (Помните, что переопределение эффективного компонента задает его новое определение, а для отложенного компонента задает его реализацию.) Сравнение переименования и переопределения компонентов поможет многое прояснить.

[x]. Переопределение меняет компонент, но сохраняет его имя.

[x]. Переименование меняет имя, но сохраняет компонент.