Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

1 Слева от оператора присваивания x := y, где выражение y также имеет тип G.

2 Справа от оператора присваивания y := x, где сущность y также типа G.

3 В логических выражениях вида x = y или x /= y, где y также типа G.

4 Как фактический аргумент в вызове подпрограммы на месте формальных параметров типа G, или типа ANY.

5 Как цель вызова компонента класса ANY.

В частности, инструкция создания вида create x неприменима, так как нам ничего неизвестно о процедурах создания, если таковые есть, для класса, определенного возможным фактическим родовым параметром, соответствующим G.

Случаи (4) и (5) ссылаются на класс ANY. Упомянутый уже несколько раз, этот класс содержит компоненты, наследуемые всеми классами. Поэтому можно быть уверенным, что независимо от фактического типа G при родовом порождении компоненты будут доступны. Компонентами класса ANY являются все основные операции копирования и сравнения объектов: clone, copy, equal, deep_clone, deep_equal и др. Поэтому для x и y формального родового типа G корректно использовать следующие инструкции:

x.copy (y)

x := clone (y)

if equal (x, y) then ...

Случай (4) разрешает вызов a.f(x) в родовом классе C [G], если f имеет формальный аргумент типа G. В частности, возможна ситуация, когда a может быть типа D [G], где D другой родовой класс. В классе D [G] объявлен компонент f, требующий аргумент типа G, обозначающий в этом случае формальный родовой параметр класса D, а не класса С. (Если предыдущая фраза не совсем понятна, перечитайте ее еще раз, и, надеюсь, она покажется столь же прозрачной10.2), как горный ручей.)

Типы и классы

Мы уже научились смотреть на класс - центральное понятие объектной технологии, - как на продукт слияния двух концепций: модуля и типа. До введения универсализации можно было говорить, что класс - это модуль, но это и тип данных.

С появлением универсализации второе утверждение перестало быть буквально истинным, хотя нюанс невелик. Родовой класс, объявленный как C [G], является не типом, а шаблоном типа, задающим бесконечное множество возможных типов. Любой тип из этого множества можно получить, предоставив фактический родовой параметр, который, в свою очередь, является типом.

Это приводит к более общему и гибкому понятию. Но за выигрыш в мощности приходится немного пожертвовать простотой: только при небольшом насилии над языком можно продолжать говорить о "компонентах класса T" или о "клиентах T", если x объявлен, как имеющий тип T. Теперь T может быть параметрически порожденным типом C [U] из некоторого родового класса C и некоторого типа U. Конечно, основой типа остается родовой класс C, поэтому насилие над языком приемлемо.

Если требовать буквальной строгости, то терминология следующая. Любой тип T ассоциируется с базовым классом T, поэтому всегда можно говорить о компонентах и клиентах базового класса T. Если T неродовой класс, то он же является и базовым классом. Если T родовое порождение C [U, ...], то C является базовым классом T.

Базовые классы будут использоваться при введении еще одного вида типов, основанного также (как и все остальное в ОО-подходе) на классе, но косвенно: закрепленного типа (см. гл. 16.7).

Массивы

В заключение этой дискуссии полезно рассмотреть пример контейнерного класса ARRAY, представляющего одномерный массив.

Массивы как объекты

Понятие массив обычно является частью определения языка программирования. В объектной технологии нет необходимости нагружать нотацию специальными заранее определенными конструкциями: массив - контейнерный объект, экземпляр класса, который можно назвать ARRAY.

ARRAY хороший пример родового класса. Рассмотрим первый набросок этого класса:10.3)

indexing

description: "Последовательность значений одного типа или согласуемых типов,%

%доступных через целые индексы в заданном диапазоне"

class ARRAY [G] creation

make

feature

make (minindex, maxindex: INTEGER) is

-- Размещение массива с границами minindex и maxindex

-- (пустой, если minindex > maxindex)

do ... end

lower, upper, count: INTEGER

-- Минимальный и максимальный допустимый индекс; размер массива.

put (v: G; i: INTEGER) is

-- Присвоить v элементу массива с индексом i

do ... end

infix "@", item (i: INTEGER): G is

-- Элемент с индексом i

do ... end

end -- класса ARRAY

Для создания массива a с границами m и n, тип объявления которого ARRAY [T] с заданным типом T, нужно выполнить инструкцию создания

create a.make (m, n)

Для задания значений элементов массива используется процедура put: вызов a.put(x, i) присваивает значение x i-ому элементу. Для доступа к элементам можно использовать функцию item (синоним инфиксной операции @, поясняемой позже), например:

x := a.item (i)

Вот схема того, как этот класс может быть использован клиентом:

pa: ARRAY [POINT]; p1: POINT; i, j: INTEGER

...

create pa.make (-32, 101) -- Разместить массив с указанными границами.

pa.put (p1, i) -- Присвоить значение p1 элементу с индексом i.

...

p1 := pa.item (j) -- Присвоить сущности p1 значение элемента с индексом j.

В обычной нотации (скажем, в Pascal) нужно писать:

pa [i] := p1 вместо pa.put (p1, i)

p1 := pa [i] вместо p1 := pa.item (i)

Свойства массива

Некоторые замечания о классе.

[x]. Подобные классы существуют для массивов большей размерности: ARRAY2 и т. д.

[x]. Компонент Count может быть реализован и как атрибут и как функция, поскольку count = upper - lower+1. В реальном классе это выражается инвариантом, как объясняется в следующей лекции.

[x]. Техника утверждений позволяет связывать точные условия согласования с put и item, отражая тот факт, что вызовы допустимы, только если индекс i лежит между lower и upper.

[x]. Идея описания массивов как объектов (и ARRAY как класс) - хороший пример мощности унификации и упрощения объектной технологии, позволяющей сократить нотацию до минимума и уменьшить количество узкоспециализированных конструкций. Здесь массив рассматривается как обычный пример контейнерной структуры с собственными методами доступа, представленными компонентами put и item.

[x]. Так как ARRAY - обычный класс, он может участвовать во всем, что в предыдущих лекциях называлось ОО-играми; в частности, другие классы могут быть его наследниками. Класс ARRAYED_LIST, описывающий реализацию абстрактного понятия - списка массивов может быть наследником классов LIST и ARRAY. Подобные конструкции будут рассматриваться далее.

Как только мы изучим механизм утверждений, этот унифицированный подход даст возможность развития нашего класса. Предусловия позволят управлять проверкой корректного задания индексов, что обычно требует узко специализированных механизмов.

Размышления об эффективности

[x]. Может ли элегантность и простота нанести удар по эффективности выполнения? Одна из причин широкого использования массивов состоит в том, что основные операции - доступ и изменение элемента - проходят быстро. Надо ли платить за каждый вызов подпрограммы при использовании item или put? Нет. То, что ARRAY для ничего не подозревающего разработчика выглядит как нормальный класс, не запрещает компилятору опираться на скрытую информацию. Она позволяет компилятору находить вызовы item и put и переопределять их так, чтобы сгенерировать такой же код, как сделает компилятор Fortran, Pascal или C для эквивалентных инструкций (p1 := pa [i] и pa [i] := p1 в синтаксисе Pascal). Поэтому разработчик получит лучшее: универсальность, общность, упрощенность, простоту использования ОО-решения, сочетаемую с сохранением производительности традиционного решения.