Производные Классы

В этой главе описывается понятие производного класса в C++. Производные классы дают простой, гибкий и эффективный аппарат задания для класса альтернативного интерфейса и определения класса посредством добавления возможностей к уже имеющемуся классу без перепрограммирования или перекомпиляции. С помощью производных классов можно также обеспечить общий интерфейс для нескольких различных классов так, чтобы другие части программы могли работать с объектами этих классов одинаковым образом. При этом обычно в каждый объект помещается информация о типе, чтобы эти объекты могли обрабатываться соответствующим образом в ситуациях, когда их тип нельзя узнать во время компиляции. Для элегантной и надежной обработки таких динамических зависимостей типов имеется понятие виртуальной функции. По своей сути производные классы существуют для того, чтобы облегчить программисту формулировку общности.

7.1 Введение

Представим себе процесс написания некоторого средства общего назначения (например, тип связанный список, таблица имен или планировщик для системы моделирования), которое предназначается для использования многими разными людьми в различных обстоятельствах. Очевидно, что в кандидатах на роль таких средств недостатка нет, и выгоды от их стандартизации огромны. Кажется, любой опытный программист написал (и отладил) дюжину вариантов типов множества, таблицы имен, сортирующей функции и т.п., но оказывается, что таблиц имен каждый программист и каждая программа используют свою версию этих понятий, из-за чего программы слишком трудно читать, тяжело отлаживать и сложно модифицировать. Более того, в большой программе вполне может быть несколько копий идентичных (почти) частей кода для работы с такими фундаментальными понятиями.
Причина этого хаоса частично состоит в том, что представить такие общие понятия в языке программирования сложно с концептуальной точки зрения, а частично в том, что средства, обладающие достаточной общностью, налагают дополнительные расходы по памяти и/или по времени, что делает их неудобными для самых простых и наиболее напряженно используемых средств (связанные списки, вектора и т.п.), где они были бы наиболее полезны. Понятие производного класса в C++, описываемое в #7.2, не обеспечивают общего решения всех этих проблем, но оно дает способ справляться с довольно небольшим числом важных случаев. Будет, например, показано, как определить эффективный класс общего связанного списка таким образом, чтобы все его версии использовали код совместно.
Написание общецелевых средств - задача непростая, и часто основной акцент в их разработке другой, чем при разработке программ специального назначения. Конечно, нет четкой границы между средствами общего и специального назначения, и к методам и языковым средствам, которые описываются в этой главе, можно относиться так, что они становятся все более полезны с ростом объема и сложности создаваемых программ.

7.2 Производные Классы

Чтобы разделить задачи понимания аппарата языка и методов его применения, знакомство с понятием производных классов делается в три этапа. Вначале с помощью небольших примеров, которые не надо воспринимать как реалистичные, будут описаны сами средства языка (запись и семантика). После этого демонстрируются некоторые неочевидные применения производных классов, и, наконец, приводится законченная программа.

7.2.1 Построение Производного Класса

Рассмотрим построение программы, которая имеет дело с людьми, служащими в некоторой фирме. Структура данных в этой программе может быть например такой:

  struct employee {          // служащий
      char*    name;        // имя
      short    age;         // возраст
      short    department;  // подразделение
      int      salary;      //
      employee* next;
      // ...
  };

  struct manager {           // менеджер
      employee emp;          // запись о менеджере как о служащем
      employee* group;       // подчиненные люди
      // ...
  };

  struct manager : employee {
      employee* group;
      // ...
  };

  void f()
  {
      manager m1, m2;
      employee e1, e2;
      employee* elist;
      elist = &m1;     // поместить m1, e1, m2 и e2 в elist
      m1.next = &e1;
      e1.next = &m2;
      m2.next = &e2;
      e2.next = 0;
  }

7.2.2 Функции Члены

Просто структуры данных вроде employee и manager на самом деле не столь интересны и часто не особенно полезны, поэтому рассмотрим, как добавить к ним функции. Например:

  class employee {
      char* name;
      // ...
  public:
      employee* next;
      void print();
      // ...
  };
  class manager : public employee {
      // ...
  public:
      void print();
      // ...
  };

  void manager::print()
  {
      cout << " имя " << name << "\n";
      // ...
  }

  class employee {
      friend void manager::print();
      // ...
  };

  class employee {
  friend class manager;
      // ...
  };

  void manager::print()
  {
      employee::print();    // печатает информацию о служащем
      // ...                // печатает информацию о  менеджере
  }

  void manager::print()
  {
      print();              // печатает информацию о служащем
      // ...                // печатает информацию о  менеджере
  }

7.2.3 Видимость

Класс employee стал открытым (public) базовым классом класса manager в результате описания:

  class manager : public employee {
      // ...
  };

  void clear(manager* p)
  {
      p->next = 0;
  }

  class manager : employee {
      // ...
  };

  struct D : B { ...

  class D : public B { public: ...

  class manager : employee {
      // ...
  public:
      // ...
      employee::name;
      employee::department;
  };

  имя_класса :: имя_члена ;

7.2.4 Указатели

Если производный класс derived имеет открытый базовый класс base, то указатель на derived можно присваивать переменной типа указатель на base не используя явное преобразование типа. Обратное преобразование, указателя на base в указатель на derived, должно быть явным. Например:

  class base { /* ... */ };
  class derived : public base { /* ... */ };
  derived m;
  base* pb = &m;     // неявное преобразование
  derived* pd = pb;  // ошибка: base* не является derived*
  pd = (derived*)pb; // явное преобразование

  class base {
      int m1;
  public:
      int m2;     // m2 - открытый член base
  };
  class derived : base {
      // m2 НЕ открытый член derived
  };
  derived d;
  d.m2 = 2;       // ошибка: m2 из закрытой части класса
  base* pb = &d;  // ошибка: (закрытый base)
  pb->m2 = 2;     // ok
  pb = (base*)&d; // ok: явное преобразование
  pb->m2 = 2;     // ok

7.2.5 Иерархия Типов

Производный класс сам может быть базовым классом. Например:

  class employee { ... };
  class secretary : employee { ... };
  class manager : employee { ... };
  class temporary : employee { ... };
  class consultant : temporary { ... };
  class director : manager { ... };
  class vice_president : manager { ... };
  class president : vice_president { ... };

  class temporary { ... };
  class employee { ... };
  class secretary : employee { ... };
  // не C++:
  class temporary_secretary : temporary : secretary { ... };
  class consultant : temporary : employee { ... };

  class temporary { ... };
  class employee { ... };
  class secretary : employee { ... };
  // Альтернатива:
  class temporary_secretary : secretary
  { temporary temp; ... };
  class consultant : employee
  { temporary temp; ... };

7.2.6 Конструкторы и Деструкторы

Для некоторых производных классов нужны конструкторы. Если у базового класса есть конструктор, он должен вызываться, и если для этого конструктора нужны параметры, их надо предоставить. Например:

  class base {
      // ...
  public:
      base(char* n, short t);
      ~base();
  };
  class derived : public base {
      base m;
  public:
      derived(char* n);
      ~derived();
  };

  derived::derived(char* n) : (n,10), m("member",123)
  {
      // ...
  }

7.2.7 Поля Типа

Чтобы использовать производные классы не просто как удобную сокращенную запись в описаниях, надо разрешить следующую проблему: Если задан указатель типа base*, какому производному типу в действительности принадлежит указываемый объект? Есть три основных способа решения этой проблемы:
[1] Обеспечить, чтобы всегда указывались только объекты одного типа (#7.3.3);
[2] Поместить в базовый класс поле типа, которое смогут просматривать функции; и
[3] Использовать виртуальные функции (#7.2.8). Обыкновенно указатели на базовые классы используются при разработке контейнерных (или вмещающих) классов: множество, вектор, список и т.п. В этом случае решение 1 дает однородные списки, то есть списки объектов одного типа. Решения 2 и 3 можно использовать для построения неоднородных списков, то есть списков объектов (указателей на объекты) нескольких различных типов. Решение 3 - это специальный вариант решения 2, безопасный относительно типа.
Давайте сначала исследуем простое решение с помощью поля типа, то есть решение 2. Пример со служащими и менеджерами можно было бы переопределить так:

  enum empl_type { M, E };
  struct employee {
      empl_type type;
      employee* next;
      char*     name;
      short     department;
      // ...
  };
  struct manager : employee {
      employee* group;
      short     level;        // уровень
  };

  void print_employee(employee* e)
  {
      switch (e->type) {
      case E:
          cout << e->name << "\t" << e->department << "\n";
          // ...
          break;
      case M:
          cout << e->name << "\t" << e->department << "\n";
          // ...
          manager* p = (manager*)e;
          cout << " уровень " << p->level << "\n";
          // ...
          break;
      }
  }

  void f()
  {
      for (; ll; ll=ll->next) print_employee(ll);
  }

  void print_employee(employee* e)
  {
      cout << e->name << "\t" << e->department << "\n";
      // ...
      if (e->type == M)  {
          manager* p = (manager*)e;
          cout << " уровень " << p->level << "\n";
          // ...
      }
  }

7.2.8 Виртуальные Функции

Виртуальные функции преодолевают сложности решения с помощью полей типа, позволяя программисту описывать в базовом классе функции, которые можно переопределять в любом производном классе. Компилятор и загрузчик обеспечивают правильное соответствие между объектами и применяемыми к ним функциями. Например:

  struct employee {
      employee* next;
      char*     name;
      short     department;
      // ...
      virtual void print();
  };

  void employee::print()
  {
      cout << e->name << "\t" << e->department << "\n";
      // ...
  }

  struct manager : employee {
      employee* group;
      short     level;
      // ...
      void print();
  };
  void manager::print()
  {
      employee::print();
      cout << "\tуровень" << level << "\n";
      // ...
  }

  void f(employee* ll)
  {
      for (; ll; ll=ll->next) ll->print();
  }

  main()
  {
      employee e;
          e.name = "Дж.Браун";
          e.department = 1234;
          e.next = 0;
      manager m;
          m.name = "Дж.Смит";
          e.department = 1234;
          m.level = 2;
          m.next = &e;
      f(&m);
  }

  Дж.Смит 1234
          уровень 2
  Дж.Браун 1234

7.3 Альтернативные Интерфейсы

После того, как описаны средства языка, которые относятся к производным классам, обсуждение снова может вернуться к стоящим задачам. В классах, которые описываются в этом разделе, основополагающая идея состоит в том, что они однажды написаны, а потом их используют программисты, которые не могут изменить их определение. Физически классы состоят из одного или более заголовочных файлов, определяющих интерфейс, и одного или более файлов, определяющих реализацию. Заголовочные файлы будут помещены куда-то туда, откуда пользователь может взять их копии с помощью директивы #include. Файлы, определяющие реализацию, обычно компилируют и помещают в библиотеку.

7.3.1 Интерфейс

Рассмотрим такое написание класса slist для однократно связанного списка, с помощью которого можно создавать как однородные, так и неоднородные списки объектов тех типов, которые еще должны быть определены. Сначала мы определим тип ent:

  typedef void* ent;

  class slink {
  friend class slist;
  friend class slist_iterator;
      slink* next;
      ent e;
      slink(ent a, slink* p) { e=a; next=p;}
  };

  class slist {
  friend class slist_iterator;
      slink* last;        // last->next - голова списка
  public:
      int insert(ent a);  // добавить в голову списка
      int append(ent a);  // добавить в хвост списка
      ent get();          // вернуться и убрать голову списка
      void clear();       // убрать все звенья
      slist()      { last=0; }
      slist(ent a) { last=new slink(a,0); last->next=last; }
      ~slist()     { clear(); }
  };

7.3.2 Реализация

Реализующие slist функции в основном просты. Единственная настоящая сложность - что делать в случае ошибки, если, например, пользователь попытается get() что-нибудь из пустого списка. Мы обсудим это в #7.3.4. Здесь приводятся определения членов slist. Обратите внимание, как хранение указателя на последний элемент кругового списка дает возможность просто реализовать оба действия append() и insert():

  int slist::insert(ent a)
  {
      if (last)
          last->next = new slink(a,last->next);
      else {
          last = new slink(a,0);
          last->next = last;
      }
      return 0;
  }
  int slist::append(ent a)
  {
      if (last)
          last = last->next = new slink(a,last->next);
      else {
          last = new slink(a,0);
          last->next = last;
      }
      return 0;
  }
  ent slist::get()
  {
      if (last == 0) slist_handler("get fromempty list");
                                 // взять из пустого списка
      slink* f = last->next;
      ent r  f->e;
      if (f == last)
          last = 0;
      else
          last->next = f->next;
      delete  f;
      return f;
  }

  (*slist_handler)("get fromempty list");
И slist::clear(), наконец, удаляет из списка все элементы:
  void slist::clear()
  {
      slink* l = last;
      if (l == 0) return;
      do {
          slink* ll = l;
          l = l->next;
          delete ll;
      } while (l!=last);
  }

  class slist_iterator {
      slink* ce;
      slist* cs;
  public:
      slist_iterator(slist& s) { cs = &s; ce = cs->last; }
      ent operator()() {
          // для индикации конца итерации возвращает 0
          // для всех типов не идеален, хорош для указателей
          ent ret = ce ? (ce=ce->next)->e : 0;
          if (ce == cs->last) ce= 0;
          return ret;
      }
  };

7.3.3 Как Этим Пользоваться

Фактически класс slist в написанном виде бесполезен. В конечном счете, зачем можно использовать список указателей void*? Штука в том, чтобы вывести класс из slist и получить список тех объектов, которые представляют интерес в конкретной программе. Представим компилятор языка вроде C++. В нем широко будут использоваться списки имен; имя - это нечто вроде

  struct name {
      char* string;
      // ...
  };

  #include "slist.h"
  #include "name.h"
  struct nlist : slist {
      void insert(name* a) { slist::insert(a); }
      void append(name* a) { slist::append(a); }
      name* get()          {}
      nlist(name* a) : (a) {}
  };

  struct classdef {
      nlist friends;
      nlist constructors;
      nlist destructors;
      nlist members;
      nlist operators;
      nlist virtuals;
      // ...
      void add_name(name*);
      classdef();
      ~classdef();
  };

  void classdef::add_name(name* n)
  {
      if (n->is_friend()) {
          if (find(&friends,n))
              error("friend redeclared");
          else if (find(&members,n))
              error("friend redeclared as member");
          else
              friends.append(n);
      }
      if (n->is_operator()) operators.append(n);
      // ...
  }

  int find(nlist* ll, name* n)
  {
      slist_iterator ff(*(slist*)ll);
      ent p;
      while ( p=ff() ) if (p==n) return 1;
      return 0;
  }

  void print_list(nlist* ll, char* list_name)
  {
      slist_iterator count(*(slist*)ll);
      name* p;
      int n = 0;
      while ( count() ) n++;
      cout << list_name << "\n" << n << "members\n";
      slist_iterator print(*(slist*)ll);
      while ( p=(name*)print() ) cout << p->string << "\n";
  }

7.3.4 Обработка Ошибок

Есть четыре подхода к проблеме, что же делать, когда во время выполнения общецелевое средство вроде slist сталкивается с ошибкой (в C++ нет никаких специальных средств языка для обработке ошибок):
[1] Возвращать недопустимое значение и позволить пользователю его проверять;
[2] Возвращать дополнительное значение состояния и разрешить пользователю проверять его;
[3] Вызывать функцию ошибок, заданную как часть класса slist; или
[4] Вызывать функцию ошибок, которую предположительно предоставляет пользователь.
Для небольшой программы, написанной ее единственным пользователем, нет фактически никаких особенных причин предпочесть одно из этих решений другим. Для средства общего назначения ситуация совершенно иная.
Первый подход, возвращать недопустимое значение, неосуществим. Нет совершенно никакого способа узнать, что некоторое конкретное значение будет недопустимым во всех применениях slist.
Второй подход, возвращать значение состояния, можно использовать в некоторых классах (один из вариантов этого плана применяется в стандартных потоках ввода/вывода istream и ostream; как - объясняется в #8.4.2). Здесь, однако, имеется серьезная проблема, вдруг пользователь не позаботится проверить значение состояния, если средство не слишком часто подводит. Кроме того, средство может использоваться в сотнях или даже тысячах мест программы. Проверка значения в каждом месте сильно затруднит чтение программы.
Третьему подходу, предоставлять функцию ошибок, недостает гибкости. Тот, кто реализует общецелевое средство, не может узнать, как пользователи захотят, чтобы обрабатывались ошибки. Например, пользователь может предпочитать сообщения на датском или венгерском.
Четвертый подход, позволить пользователю задавать функцию ошибок, имеет некоторую привлекательность при условии, что разработчик предоставляет класс в виде библиотеки (#4.5), в которой содержатся стандартные функции обработки ошибок. Решения 3 и 4 можно сделать более гибкими (и по сути эквивалентными), задав указатель на функцию, а не саму функцию. Это позволит разработчику такого средства, как slist, предоставить функцию ошибок, действующую по умолчанию, и при этом программистам, которые будут использовать списки, будет легко задать свои собственные функции ошибок, если нужно, и там, где нужно. Например:

  typedef void (*PFC)(char*); // указатель на тип функция
  extern PFC slist_handler;
  extern PFC set_slist_handler(PFC);

  #include "slist.h"
  #include
  void default_error(char* s)
  {
      cerr << s << "\n";
      exit(1);
  }

  PFC slist_handler = default_error;
  PFC set_slist_handler(PFC handler);
  {
      PFC rr = slist_handler;
      slist_handler = handler;
      return rr;
  }

  {
  PFC old = set_slist_handler(my_handler);
      // код, в котором в случае ошибок в slist
      // будет использоваться мой обработчик my_handler
      set_slist_handler(old); // восстановление
  }

7.3.5 Обобщенные Классы

Очевидно, можно было бы определить списки других типов (classdef*, int, char* и т.д.) точно так же, как был определен класс nlist: простым выводом из класса slist. Процесс определения таких новых типов утомителен (и потому чреват ошибками), но с помощью макросов его можно "механизировать". К сожалению, если пользоваться стандартным C препроцессором (#4.7 и #с.11.1), это тоже может оказаться тягостным. Однако полученными в результате макросами пользоваться довольно просто.
Вот пример того, как обобщенный (generic) класс slist, названный gslist, может быть задан как макрос. Сначала для написания такого рода макросов включаются некоторые инструменты из :

  #include "slist.h"
  #ifndef GENERICH
  #include
  #endif

  #define gslist(type) name2(type,gslist)
  #define gslist_iterator(type) name2(type,gslist_iterator)

  #define gslistdeclare(type)                              \
  struct gslist(type) : slist {                            \
      int insert(type a)                                   \
          { return slist::insert( ent(a) ); }              \
      int append(type a)                                   \
          { return slist::append( ent(a) ); }              \
      type get() { return type( slist::get() ); }          \
      gslist(type)() { }                                   \
      gslist(type)(type a) : (ent(a)) { }                  \
      ~gslist(type)() { clear(); }                         \
  };                                                       \
                                                           \
  struct gslist_iterator(type) : slist_iterator {          \
      gslist_iterator(type)(gslist(type)& a)               \
          : ( (slist&)s ) {}                               \
      type operator()()                                    \
          { return type( slist_iterator::operator()() ); } \
  }

  #include "name.h"
  typedef name* Pname;
  declare(gslist,Pname); // описать класс gslist(Pname)
  gslist(Pname) nl;      // описать один gslist(Pname)

7.3.6 Ограниченные Интерфейсы

Класс slist - довольно общего характера. Иногда подобная общность не требуется или даже нежелательна. Ограниченные виды списков, такие как стеки и очереди, даже более обычны, чем сам обобщенный список. Такие структуры данных можно задать, не описав базовый класс как открытый. Например, очередь целых можно определить так:

  #include "slist.h"
  class iqueue : slist {
                 //предполагается sizeof(int)<=sizeof(void*)
  public:
      void put(int a) { slist::append((void*)a); }
      int det()       { return int(slist::get()); }
      iqueue()        {}
  };

  #include "slist.h"
  class stack : slist {
  public:
      slist::insert;
      slist::get;
      stack() {}
      stack(ent a) : (a) {}
  };

  #include "stack.h"
  class cp : stack {
  public:
      void push(char* a) { slist::insert(a); }
      char* pop() { return (char*)slist::get(); }
      nlist() {}
  };

7.4 Добавление к Классу

В предыдущих примерах производный класс ничего не добавлял к базовому классу. Для производного класса функции определялись только чтобы обеспечить преобразование типа. Каждый производный класс просто задавал альтернативный интерфейс к общему множеству программ. Этот специальный случай важен, но наиболее обычная причина определения новых классов как производных классов в том, что кто-то хочет иметь то, что предоставляет базовый класс, плюс еще чуть-чуть.
Для производного класса можно определить данные и функции дополнительно к тем, которые наследуются из его базового класса. Это дает альтернативную стратегию обеспечить средства связанного списка. Заметьте, когда в тот slist, который определялся выше, помещается элемент, то создается slink, содержащий два указателя. На их создание тратится время, а ведь без одного из указателей можно обойтись, при условии, что нужно только чтобы объект мог находиться в одном списке. Так что указатель next на следующий можно поместить в сам объект, вместо того, чтобы помещать его в отдельный объект slink. Идея состоит в том, чтобы создать класс olink с единственным полем next, и класс olist, который может обрабатывать указателями на такие звенья olink. Тогда olist сможет манипулировать объектами любого класса, производного от olink. Буква "o" в названиях стоит для того, чтобы напоминать вам, что объект может находиться одновременно только в одном списке olist:

  struct olink {
      olink* next;
  };

  class olist {
      olink* last;
  public:
      void insert(olink* p);
      void append(olink* p);
      olink* get();
      // ...
  };

  class name : public olink {
      // ...
  };

  void f()
  {
      olist ll;
      name nn;
      ll.insert(&nn);              // тип &nn потерян
      name* pn = (name*)ll.get();  // и восстановлен
  }

  class olist : public olist {
      // ...
      name* get() { return (name*)olist::get(); }
  };

7.5 Неоднородные Списки

Предыдущие списки были однородными. То есть, в список помещались только объекты одного типа. Это обеспечивалось аппаратом производных классов. Списки не обязательно должны быть однородными. Список, заданный в виде указателей на класс, может содержать объекты любого класса, производного от этого класса. То есть, список может быть неоднородным. Вероятно, это единственный наиболее важный и полезный аспект производных классов, и он весьма существенно используется в стиле программирования, который демонстрируется приведенным выше примером. Этот стиль программирования часто называют объектно-основанным или объектно-ориентированным. Он опирается на то, что действия над объектами неоднородных списков выполняются одинаковым образом. Смысл этих действий зависит от фактического типа объектов, находящихся в списке (что становится известно только на стадии выполнения), а не просто от типа элементов списка (который компилятору известен).

7.6 Законченная Программа

Разберем процесс написания программы для рисования на экране геометрических фигур. Она естественным образом разделяется на три части:
[1] Администратор экрана: подпрограммы низкого уровня и структуры данных, определяющие экран; он ведает только точками и прямыми линиями;
[2] Библиотека фигур: набор определений основных фигур вроде прямоугольника и круга и стандартные программы для работы с ними; и
[3] Прикладная программа: множество определений, специализированных для данного приложения, и код, в котором они используются.
Эти три части скорее всего будут писать разные люди (в разных организациях и в разное время). При этом части будут скорее всего писать именно в указанном порядке с тем осложняющим обстоятельством, что у разработчиков нижнего уровня не будет точного представления, для чего их код в конечном счете будет использоваться. Это отражено в приводимом примере. Чтобы пример был короче, графическая библиотека предоставляет только весьма ограниченный сервис, а сама прикладная программа очень проста. Чтобы читатель смог испытать программу, даже если у него нет совсем никаких графических средств, используется чрезвычайно простая концепция экрана. Не должно составить труда заменить эту экранную часть программы чем-нибудь подходящим, не изменяя код библиотеки фигур и прикладной программы.

7.6.1 Администратор Экрана

Вначале было намерение написать администратор экрана на C (а не на C++), чтобы подчеркнуть разделение уровней реализации. Это оказалось слишком утомительным, поэтому пришлось пойти на компромисс: используется стиль C (нет функций членов, виртуальных функций, определяемых пользователем операций и т.п.), однако применяются конструкторы, надлежащим образом описываются и проверяются параметры функций и т.д. Оглядываясь назад, можно сказать, что администратор экрана очень похож на C программу, которую потом модифицировали, чтобы воспользоваться средствами C++ не переписывая все полностью.
Экран представляется как двумерный массив символов, работу с которым осуществляют функции put_point() и put_line(), использующие при ссылке на экран структуру point:

  // файл screen.h
  const XMAX=40, YMAX=24;
  struct point {
      int x,y;
      point() {}
      point(int a, int b) { x=a; y=b; }
  };
  overload put_point;
  extern void put_point(int a, int b);
  inline void put_point(point p) { put_point(p.x,p.y); }
  overload put_line;
  extern void put_line(int, int, int, int);
  inline void put_line(point a, point b)
      { put_line(a.x,a.y,b.x,b.y); }
  extern void screen_init();
  extern void screen_refresh();
  extern void screen_clear();
  #include

  #include "screen.h"
  #include
  enum color { black='*', white=' ' };
  char screen[XMAX][YNAX];
  void screen_init()
  {
      for (int y=0; y=a || a<=b) y0 += dy, eps -= two_a;
      }
  }

  void screen_clear() { screen_init(); }  // очистка
  void screen_refresh()                   // обновление
  {
      for (int y=YMAX-1; 0<=y; y--) {     // сверху вниз
          for (int x=0; x

7.6.2 Библиотека Фигур

Нам нужно определить общее понятие фигуры (shape). Это надо сделать таким образом, чтобы оно использовалось (как базовый класс) всеми конкретными фигурами (например, кругами и квадратами), и так, чтобы любой фигурой можно было манипулировать исключительно через интерфейс, предоставляемый классом shape:

  struct shape {
      shape() { shape_list.append(this); }
      virtual point north() { return point(0,0); } // север
      virtual point south() { return point(0,0); } // юг
      virtual point east() { return point(0,0); }  // восток
      virtual point neast() { return point(0,0); } // северо-восток
      virtual point seast() { return point(0,0); } // юго-восток
      virtual void draw() {};                      // нарисовать
      virtual void move(int, int) {};              // переместить
  };

  typedef shape* sp;
  declare(gslist,sp);
  typedef gslist(sp) shape_lst;
  typedef gslist_iterator(sp) sp_iterator;

  shape_lst shape_list;

  class line : public shape {
  /*
      линия из 'w' в 'e'
      north() определяется как ``выше центра
      и на север как до самой северной точки''
  */
      point w,e;
  public:
      point north()
          { return point((w.x+e.x)/2,e.ydraw();
      screen_refresh();
  }

  void stack(shape* q, shape* p)   // ставит p на верх q
  {
      point n = p->north();
      point s = q->south();
      q->move(n.x-s.x,n.y-s.y+1);
  }

7.6.3 Прикладная Программа

Прикладная программа чрезвычайно проста. Определяется новая фигура my_shape (на печати она немного похожа на рожицу), а потом пишется главная программа, которая надевает на нее шляпу. Вначале описание my_shape:

  #include "shape.h"
  class myshape : public rectangle {
      line* l_eye;                   // левый глаз
      line* r_eye;                   // правый глаз
      line* mouth;                   // рот
  public:
      myshape(point, point);
      void draw();
      void move(int, int);
  };

  myshape::myshape(point a, point b) : (a,b)
  {
      int ll = neast().x-swest().x+1;
      int hh = neast().y-swest().y+1;
      l_eye = new line(
          point(swest().x+2,swest().y+hh*3/4),2);
      r_eye = new line(
          point(swest().x+ll-4,swest().y+hh*3/4),2);
      mouth = new line(
          point(swest().x+2,swest().y+hh/4),ll-4);
  }

  void myshape::draw()
  {
      rectangle::draw();
      put_point(point(
          (swest().x+neast().x)/2,(swest().y+neast().y)/2));
  }

  void myshape::move()
  {
      rectangle::move();
      l_eye->move(a,b);
      r_eye->move(a,b);
      mouth->move(a,b);
  }

  main()
  {
      shape* p1 = new rectangle(point(0,0),point(10,10));
      shape* p2 = new line(point(0,15),17);
      shape* p3 = new myshape(point(15,10),point(27,18));
      shape_refresh();
      p3->move(-10,-10);
      stack(p2,p3);
      stack(p1,p2);
      shape_refresh();
      return 0;
  }

*********** * * * * * * * * * * * * * * * * * * *********** ***************** ************* * * * ** ** * * * * * * * * * ********* * * * *************

7.7 Свободная Память

Если вы пользовались классом slist, вы могли обнаружить, что ваша программа тратит на заметное время на размещение и освобождение объектов класса slink. Класс slink - это превосходный пример класса, который может значительно выиграть от того, что программист возьмет под контроль управление свободной памятью. Для этого вида объектов идеально подходит оптимизирующий метод, который описан в #5.5.6. Поскольку каждый slink создается с помощью new и уничтожается с помощью delete членами класса slist, другой способ выделения памяти не представляет никаких проблем.
Если производный класс осуществляет присваивание указателю this, то конструктор его базового класса будет вызываться только после этого присваивания, и значение указателя this в конструкторе базового класса будет тем, которое присвоено конструктором производного класса. Если базовый класс присваивает указателю this, то будет присвоено то значение, которое использует конструктор производного класса. Например:

  #include
  struct base { base(); };
  struct derived : base { derived(); }
  base::base()
  {
      cout << "\tbase 1: this=" << int(this) << "\n";
      if (this == 0) this = (base*)27;
      cout << "\tbase 2: this=" << int(this) << "\n";
  }
  derived::derived()
  {
      cout << "\tderived 1: this=" << int(this) << "\n";
      this = (this == 0) ? (derived*)43 : this;
      cout << "\tderived 2: this=" << int(this) << "\n";
  }
  main()
  {
  cout << "base b;\n";
  base b;
  cout << "new base b;\n";
  new base;
  cout << "derived d;\n";
  derived d;
  cout << "new derived d;\n";
  new derived;
  cout << "at the end\n";
  }

  base b;
          base 1: this=2147478307
          base 2: this=2147478307
  new base;
          base 1: this=0
          base 2: this=27
  derived d;
          derived 1: this=2147478306
          base 1: this=2147478306
          base 2: this=2147478306
          derived 1: this=2147478306
  new derived;
          derived 1: this=0
          base 1: this=43
          base 2: this=43
          derived 1: this=43
  at the end

7.8 Упражнения

1. (*1) Определите

          class base {
          public:
             virtual void iam() { cout << "base\n"; }
          };
   

   
   Выведите из base два класса и для каждого определите iam() ("я есть"), которая выводит имя класса на печать. Создайте объекты этих классов и вызовите для них iam(). Присвойте адреса объектов производных классов указателям base* и вызовите iam() через эти указатели.
2. (*2) Реализуйте примитивы экрана (#7.6.1) подходящим для вашей системы образом.
3. (*2) Определите класс triangle (треугольник) и класс circle (круг).
4. (*2) Определите функцию, которая рисует линию, соединяющую две фигуры, отыскивая две ближайшие "точки соприкосновения" и соединяя их.
5. (*2) Модифицируйте пример с фигурами так, чтобы line была rectangle и наоборот.
6. (*2) Придумайте и реализуйте дважды связанный список, который можно использовать без итератора.
7. (*2) Придумайте и реализуйте дважды связанный список, которым можно пользоваться только посредством итератора. Итератор должен иметь действия для движения вперед и назад, действия для вставления и удаления элементов списка, и способ доступа к текущему элементу.
8. (*2) Постройте обобщенный вариант дважды связанного списка.
9. (*4) Сделайте список, в котором вставляются и удаляются сами объекты (а не просто указатели на объекты). Проделайте это для класса X, для которого определены X::X(X&), X::~X() X::operator=(X&).
10. (*5) Придумайте и реализуйте библиотеку для написания моделей, управляемых прерываниями. Подсказка: . Только это - старая программа, а вы могли бы написать лучше. Должен быть класс task (- задача). Объект класса task должен мочь сохранять свое состояние и восстанавливаться в это состояние (вы можете определить task::save() и task::restore()), чтобы он мог действовать как сопрограмма. Отдельные задачи можно определять как объекты классов, производных от класса task. Программа, которую должна исполнять задача, модет задаваться как виртуальная функция. Должна быть возможность передавать новой задаче ее параметры как параметры ее конструктора(ов). Там должен быть планировщик, реализующий концепцию виртуального времени. Обеспечьте функцию задержки task::delay(), которая "тратит" виртуальное время. Будет ли планировщик отдельным или частью класса task - это один из основных вопросов, которые надо решить при проектировании. Задача должна передавать данные. Для этого разработайте класс queue (очередь). Придумайте способ, чтобы задача ожидала ввода из нескольких очередей. Ошибки в ходе выполнения обрабатывайте единообразно. Как бы вы отлаживали программы, написанные с помощью такой библиотеки?

*¹ К сожалению, об этом присваивании легко забыть. Например, в первом издании этой книги (английском - перев.) вторая строка конструктор derived::derived() читалась так:

  if (this == 0) this = (derived*)43;

[Назад] [Содержание] [Вперед]

к оглавлению   к C-Builder

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.