Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Понимание того, как происходит преобразование типов между базовыми и производными классами, очень важно для освоения принципов объектно-ориентированного программирования на языке С++.

Обычно ссылку или указатель можно связать только с тем объектом, тип которого либо совпадает с типом ссылки или указателя (см. раздел 2.3.1 и раздел 2.3.2), либо допускает константное преобразование в него (см. раздел 4.11.2). Классы, связанные наследованием, являются важным исключением: с объектом производного типа можно связать указатель или ссылку на тип базового класса. Например, ссылку Quote& можно использовать для обращения к объекту Bulk_quote, а адрес объекта Bulk_quote можно сохранить в указателе Quote*.

У факта возможности привязки ссылки (или указателя) на тип базового класса к объекту производного есть очень важное следствие: при использовании ссылки (или указателя) на тип базового класса неизвестен фактический тип объекта, с которым он связан. Этот объект может быть как объектом базового класса, так и производного.

Подобно встроенным указателям, классы интеллектуальных указателей (см. раздел 12.1) обеспечивают преобразование производного в базовый, позволяя хранить указатель на объект производного типа в интеллектуальном указателе на базовый.

Статический и динамический типы

При использовании связанных наследованием типов нередко приходится отличать статический тип (static type) переменной или выражения от динамического типа (dynamic type) объекта, который представляет выражение. Статический тип выражения всегда известен на момент компиляции — это тип, с которым переменная объявляется или возвращает выражение. Динамический тип — это тип объекта в области памяти, которую представляет переменная или выражение. Динамический тип не может быть известен во время выполнения.

Рассмотрим пример, когда функция print_total() вызывает функцию net_price() (см. раздел 15.1):

double ret = item.net_price(n);

Известно, что статическим типом параметра item является Quote&. Динамический тип зависит от типа аргумента, с которым связан параметр item. Этот тип не может быть известен, пока не произойдет вызов во время выполнения. Если функции print_total() передать объект класса Bulk_quote, то статический тип параметра item будет отличаться от его динамического типа. Как уже упоминалось, статический тип параметра item — это Quote&, но в данном случае динамическим типом будет Bulk_quote.

Динамический тип выражения, которое не является ни ссылкой, ни указателем, всегда будет совпадать со статическим типом этого выражения. Например, переменная типа Quote всегда будет объектом класса Quote; нельзя сделать ничего, что изменит тип объекта, которому соответствует эта переменная.

Крайне важно понять, что статический тип указателя или ссылки на базовый класс может отличаться от его динамического типа.

Не существует неявного преобразования из базового типа в производный…

Преобразование из производного в базовый существует благодаря тому, что каждый объект производного класса содержит часть базового класса, с которой и могут быть связаны указатели или ссылки на тип базового класса. Для объектов базового класса подобной гарантии нет. Объект базового класса может существовать либо как независимый объект, либо как часть объекта производного класса. У объекта базового класса, не являющегося частью объекта производного, есть только те члены, которые определены базовым классом; в нем не определены члены производного класса.

Поскольку объект базового класса может быть, а может и не быть частью производного объекта, нет никаких автоматических преобразований из базового класса в класс (классы), производный от него:

Quote base;

Bulk_quote* bulkP = &base;  // ошибка: нельзя преобразовать базовый в

                            // производный

Bulk_quote& bulkRef = base; // ошибка: нельзя преобразовать базовый в

                            // производный

Если бы эти присвоения были допустимы, то можно было бы попытаться использовать указатель bulkP или ссылку bulkRef для доступа к членам, которые не существуют в объекте base.

Немного удивительно то, что невозможно преобразование из базового в производный, даже когда с объектом производного класса связан указатель или ссылка на базовый класс:

Bulk_quote bulk;

Quote * itemP = &bulk;     // ok: динамический тип Bulk quote

Bulk_quote *bulkP = itemP; // ошибка: нельзя преобразовать базовый в

                           // производный

У компилятора нет никакого способа узнать (во время компиляции), что некое преобразование окажется безопасно во время выполнения. Компилятор рассматривает только статические типы указателей или ссылок, определяя допустимость преобразования. Если у базового класса есть одна или несколько виртуальных функций, для запроса преобразования, проверяемого во время выполнения, можно использовать оператор dynamic_cast (рассматриваемый в разделе 19.2.1). В качестве альтернативы, когда известно, что преобразование из базового в производный безопасно, для обхода запрета компилятора можно использовать оператор static_cast (см. раздел 4.11.3).

…и нет преобразований между объектами

Автоматическое преобразование производного класса в базовый применимо только для ссылок и указателей. Нет способа преобразования типа производного класса в тип базового класса. Однако нередко вполне возможно преобразовать объект производного класса в тип базового класса. Но такие преобразования не всегда ведут себя так, как хотелось бы.

Помните, что при инициализации или присвоении объекта типа класса фактически происходит вызов функции. При инициализации происходит вызов конструктора (см. раздел 13.1.1 и раздел 13.6.2), а при присвоении — вызов оператора присвоения (см. раздел 13.1.2 и раздел 13.6.2). У этих функций-членов обычно есть параметр, являющийся ссылкой на константную версию типа класса.

Поскольку эти функции-члены получают ссылки, преобразование производного класса в базовый позволяет передавать функциям копирования и перемещения базового класса объект производного класса. Эти функции не являются виртуальными. При передаче объекта производного класса конструктору базового выполняется конструктор, определенный в базовом классе. Этому конструктору известно только о членах самого базового класса. Точно так же, если объект производного класса присваивается объекту базового, выполняется оператор присвоения, определенный в базовом классе. Этот оператор также знает только о членах самого базового класса.

Например, классы приложения книжного магазина используют синтезируемые версии операторов копирования и присвоения (см. раздел 13.1.1 и раздел 13.1.2). Более подробная информация об управлении копированием и наследовании приведена в разделе 15.7.2, а пока достаточно знать, что синтезируемые версии осуществляют почленное копирование или присвоение переменных-членов класса тем же способом, что и у любого другого класса:

Bulk_quote bulk;  // объект производного типа

Quote item(bulk); // используется конструктор

                  // Quote::Quote(const Quote&)

item = bulk;      // вызов Quote::operator=(const Quote&)

При создании объекта item выполняется конструктор копий класса Quote. Этот конструктор знает только о переменных-членах bookNo и price. Он копирует эти члены из части Quote объекта bulk и игнорирует члены, являющиеся частью Bulk_quote объекта bulk. Аналогично при присвоении объекта bulk объекту item ему присваивается только часть Quote объекта bulk.

Поскольку часть Bulk_quote игнорируется, говорят, что она была отсечена (sliced down).

При инициализации объекта базового типа (или присвоении) объектом производного типа копируется, перемещается или присваивается только часть базового класса производного объекта. Производная часть объекта игнорируется.

Ключевая концепция. Преобразования между типами, связанными наследованием

Есть три правила преобразования связанных наследованием классов, о которых следует помнить.

• Преобразование из производного класса в базовый применимо только к указателю или ссылке.

• Нет неявного преобразования из типа базового класса в тип производного.