Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

Решение Закрепления было представлено в моем докладе на семинаре TOOLS EUROPE 1994. Тогда я, однако, не усмотрел необходимости в anchor-объявлениях и связанных с этим ограничениях совместимости. Поль Дюбуа (Paul Dubois) и Амирам Йехудай (Amiram Yehudai) не преминули заметить, что в этих условиях проблема ковариантности остается. Они, а также Рейнхардт Будде (Reinhardt Budde), Карл-Хайнц Зилла (Karl-Heinz Sylla), Ким Вальден (Kim Walden) и Джеймс Мак-Ким (James McKim) высказали множество замечаний, имевших принципиальное значение в той работе, которая привела к написанию этой лекции.

Вопросам ковариантности посвящено большое количество литературы. В [Castagna 1995] и [Castagna 1996] вы найдете как обширную библиографию, так и обзор математических аспектов проблемы. Перечень ссылок на онлайновые материалы по теории типов в ООП и Web-страницы их авторов см. на странице Лорана Дами (Laurent Dami) [Dami-Web]. Понятия ковариантности и контравариантности заимствованы из теории категорий. Их появлением в контексте программной типизации мы обязаны Луке Карделли, который начал использовать их в своих выступлениях с начала 80-х гг., но до конца 80-х не прибегал к ним в печати.

Приемы на основе типовых переменных описаны в [Simons 1995], [Shang 1996], [Bruce 1997].

Контравариантность была реализована в языке Sather. Пояснения даны в [Szypersky 1993].

Лекция 18. Глобальные объекты и константы

Локальных знаний не достаточно - компонентам ПО необходима глобальная информация: разделяемые данные, общее окно для вывода ошибок, шлюз для подключения к базе данных или сети. В классическом подходе достаточно объявить такой объект глобальной переменной главной программы. В ОО-системах нет ни главной программы, ни глобальных переменных. Но разделяемые (shared) объекты по-прежнему нужны.

Константы базовых типов

Глобальные объекты - некий вызов ОО-методу, провозглашающему идеи децентрализации, модульности и автономности. Борьба шла за независимость модулей, за избавление от произвола центральной власти. Теперь этой власти нет. Как же построить систему, в которой компоненты совместно используют данные, не теряя своей автономности, гибкости, допускают повторное использование?

Передавать модулю разделяемые объекты как параметры не разумно, поскольку число их может быть достаточно велико. Да и сама передача параметров предполагает существование владельца, хотя при подлинном разделении владеть значениями не может ни один модуль.

Поиск более удачного решения мы начнем с хорошо известного понятия, необходимого как в объектной, так и в традиционной методологии проектирования. Речь пойдет о константах. Что такое константа Pi, как не простой, совместно используемый объект? Обобщив это понятие на более сложные объекты, мы сделаем первый шаг на пути к разделению объектов.

Начнем с формы записи констант.

Правило стиля - принцип символических констант - гласит, что обращение к конкретному значению (числу, символу или строке) почти всегда должно быть косвенным. Должно существовать определение константы, задающее имя, играющее роль символической константы (symbolic constant), и связанное с ним значение - константа, называемаю манифестной (manifest constant). Далее в алгоритме следует использовать символическую константу. Тому есть два объяснения.

[x]. Читабельность: читающему текст легче понять смысл US_states_count, чем числа 50;

[x]. Расширяемость: символическую константу легко обновить, исправив лишь ее определение.

Принцип допускает применение манифестных или, как часто говорят, неименованных констант в качестве "начальных" элементов разнообразных операций, как в случае с циклом from i = 1 until i > n (Но n, конечно, должно быть символической константой).

Итак, нам нужен простой и ясный способ определения символических констант.

Атрибуты-константы

Как и все сущности, символические константы должны быть определены внутри класса. Будем рассматривать константы как атрибуты с фиксированным значением, одинаковым для всех экземпляров класса.

Синтаксически вновь используем служебное слово is, применяемое при описании методов, только здесь за ним будет следовать не алгоритм, а значение нужного типа. Вот примеры определения констант базовых типов INTEGER, BOOLEAN, REAL и CHARACTER:

Zero: INTEGER is 0

Ok: BOOLEAN is True

Pi: REAL is 3.1415926524

Backslash: CHARACTER is ''

Как видно из этих примеров, имена атрибутов-констант рекомендуется начинать с заглавной буквы, за которой следуют только строчные символы.

Потомки не могут переопределять значения атрибутов-констант.

Как и другие атрибуты, класс может экспортировать константы или скрывать. Так, если C - класс, экспортирующий выше объявленные константы, а у клиента класса к сущности x присоединен объект типа C, то выражение x.Backslash обозначает символ ''.

В отличие от атрибутов-переменных, константы не занимают в памяти места. Их введение не связано с издержками в период выполнения, а потому не страшно, если их в классе достаточно много.

Использование констант

Вот пример, показывающий, как клиент может применять константы, определенные в классе:

class FILE feature

error_code: INTEGER; -- Атрибут-переменная

Ok: INTEGER is 0

Open_error: INTEGER is 1

...

open (file_name: STRING) is

-- Открыть файл с именем file_name

-- и связать его с текущим файловым объектом

do

error_code := Ok

...

if "Что-то не так" then

error_code := Open_error

end

end

... Прочие компоненты ...

end

Клиент может вызвать метод open и проверить успешность операции:

f: FILE; ...

f.open

if f.error_code = f.Open_error then

"Принять меры"

else

...

end

Нередко нужны и наборы констант, не связанных с конкретным объектом. Их, как и раньше, можно объединить в класс, выступающий в роли родителя всех классов, которым необходимы константы. В этом случае можно не создавать экземпляр класса:

class EDITOR_CONSTANTS

feature

Insert: CHARACTER is 'i'

Delete: CHARACTER is 'd'; -- и т.д.

...

end

class SOME_CLASS_FOR_THE_EDITOR

inherit

EDITOR_CONSTANTS

...Другие возможные родители ...

feature ...

... подпрограммы класса имеют доступ к константам, описанным в EDITOR_CONSTANTS ...

end

Класс, подобный EDITOR_CONSTANTS, служит лишь для размещения в нем группы констант, и его роль как "реализации АТД" (а это - наше рабочее определение класса) не столь очевидна, как в предыдущих примерах. Теоретическое обоснование введения таких классов мы обсудим позднее. Представленная схема работоспособна только при множественном наследовании, поскольку классу SOME_CLASS_FOR_THE_EDITOR могут потребоваться и другие родители.

Константы пользовательских классов

Символические константы полезны не только при работе с предопределенными типами, такими как INTEGER. Они нужны и тогда, когда их значениями являются объекты классов, созданных разработчиком. В этом случае решение не столь очевидно.

Константы с манифестом для этого непригодны

Первым примером служит класс, описывающий комплексное число:

class COMPLEX creation

make_cartesian, make_polar

feature

x, y: REAL

-- Действительная и мнимая часть

make_cartesian (a, b: REAL) is

-- Установить действительную часть a, мнимую - b.

do

x := a; y := b

end

... Прочие методы (помимо x и y, других атрибутов нет) ...

end

Пусть мы хотим определить константу - комплексное число i, действительная часть которого равна 0, а мнимая 1. Первое, что приходит в голову, - это буквальная константа вида

i: COMPLEX is "Выражение, определяющее комплексное число (0, 1)"

Как записать выражение после is? Для пользовательских типов данных никакой формы записи неименованных констант не существует.

Можно представить себе вариант нотации на основе атрибутов класса: