* законченный учебник и руководство по языку

Вид материала

Закон

Подобный материал:

• Евгений Гришковец, 4370.48kb.
• Домашнее задание по русскому языку на 2 сессию Учебник, 136.34kb.
• Домашнее задание по русскому языку на 4 сессию Учебник, 95.55kb.
• Домашнее задание по русскому языку на 4 сессию Учебник, 85.3kb.
• Домашнее задание по русскому языку на 2 сессию Учебник, 96.88kb.
• Домашнее задание по русскому языку на III сессию Учебник, 71.08kb.
• Тематическое планирование по английскому языку предмет Класс, 508.61kb.
• Московский государственный институт международных отношений (университет) мид, 1816.26kb.
• Авторы: В. П. Канакина, В. Г. Горецкий, 503.03kb.
• Домашняя работа по русскому языку за 5 класс к учебнику "Русский язык: учебник для, 9.85kb.

представлять и понятия реального мира. Например, программные и

аппаратные ресурсы системы являются хорошими кандидатами

на роль классов, представляющих область приложения. Это отражает

тот факт, что систему можно рассматривать с нескольких точек

зрения, и то, что с одной является деталью реализации, с

другой может быть понятием области приложения. Хорошо

спроектированная система должна содержать классы, которые

дают возможность рассматривать систему с логически

разных точек зрения. Приведем пример:

[1] классы, представляющие пользовательские понятия (например,

легковые машины и грузовики),

[2] классы, представляющие обобщения пользовательских понятий

(движущиеся средства),

[3] классы, представляющие аппаратные ресурсы (например, класс

управления памятью),

[4] классы, представляющие системные ресурсы (например,

выходные потоки),

[5] классы, используемые для реализации других классов (например,

списки, очереди, блокировщики) и

[6] встроенные типы данных и структуры управления.

В больших системах очень трудно сохранять логическое разделение

типов различных классов и поддерживать такое разделение между

различными уровнями абстракции. В приведенном выше перечислении

представлены три уровня абстракции:

[1+2] представляет пользовательское отражение системы,

[3+4] представляет машину, на которой будет работать система,

[5+6] представляет низкоуровневое (со стороны языка программирования)

отражение реализации.

Чем больше система, тем большее число уровней абстракции необходимо

для ее описания, и тем труднее определять и поддерживать эти уровни

абстракции. Отметим, что таким уровням абстракции есть прямое

соответствие в природе и в различных построениях человеческого

интеллекта. Например, можно рассматривать дом как объект,

состоящий из

[1] атомов,

[2] молекул,

[3] досок и кирпичей,

[4] полов, потолков и стен;

[5] комнат.

Пока удается хранить раздельно представления этих уровней абстракции,

можно поддерживать целостное представление о доме. Однако, если

смешать их, возникнет бессмыслица. Например, предложение

"Мой дом состоит из нескольких тысяч фунтов углерода, некоторых

сложных полимеров, из 5000 кирпичей, двух ванных комнат и 13

потолков" - явно абсурдно. Из-за абстрактной природы

программ подобное утверждение о какой-либо сложной программной

системе далеко не всегда воспринимают как бессмыслицу.

В процессе проектирования выделение понятий из области приложения

в класс вовсе не является простой механической операцией. Обычно

эта задача требует большой проницательности. Заметим, что сами

понятия области приложения являются абстракциями. Например, в

природе не существуют "налогоплательщики", "монахи" или "сотрудники".

Эти понятия не что иное, как метки, которыми обозначают бедную

личность, чтобы классифицировать ее по отношению к некоторой

системе. Часто реальный или воображаемый мир (например, литература,

особенно фантастика) служат источником понятий, которые кардинально

преобразуются при переводе их в классы. Так, экран моего компьютера

(Маккинтош) совсем не походит на поверхность моего стола, хотя

компьютер создавался с целью реализовать понятие "настольный" Ь,

а окна на моем дисплее имеют самое отдаленное отношение к

приспособлениям для презентации чертежей в моей комнате.

Ь Я бы не вынес такого беспорядка у себя на экране.


Суть моделирования реальности не в покорном следовании тому,

что мы видим, а в использовании реальности как начала для проектирования,

источника вдохновения и как якоря, который удерживает, когда

стихия программирования грозит лишить нас способности

понимания своей собственной программы.

Здесь полезно предостеречь: новичкам обычно трудно "находить"

классы, но вскоре это преодолевается без каких-либо

неприятностей. Далее обычно приходит этап, когда классы и отношения

наследования между ними бесконтрольно множатся. Здесь уже

возникают проблемы, связанные со сложностью, эффективностью и

ясностью полученной программы. Далеко не каждую отдельную деталь

следует представлять отдельным классом, и далеко не каждое

отношение между классами следует представлять как отношение

наследования. Старайтесь не забывать, что цель проекта - смоделировать

систему с подходящим уровнем детализации и подходящим уровнем

абстракции. Для больших систем найти компромисс между простотой и

общностью далеко не простая задача.


12.2.2 Иерархии классов


Рассмотрим моделирование транспортного потока в городе, цель которого

достаточно точно определить время, требующееся, чтобы аварийные движущиеся

средства достигли пункта назначения. Очевидно, нам надо иметь

представления легковых и грузовых машин, машин скорой помощи,

всевозможных пожарных и полицейских машин, автобусов и т.п.

Поскольку всякое понятие реального мира не существует изолированно,

а соединено многочисленными связями с другими понятиями,

возникает такое отношение как наследование. Не разобравшись в понятиях

и их взаимных связях, мы не в состоянии постичь никакое отдельное

понятие. Также и модель, если не отражает отношения между

понятиями, не может адекватно представлять сами понятия. Итак, в

нашей программе нужны классы для представления понятий, но этого

недостаточно. Нам нужны способы представления отношений между классами.

Наследование является мощным способом прямого представления

иерархических отношений. В нашем примере, мы, по всей видимости,

сочли бы аварийные средства специальными движущимися средствами

и, помимо этого, выделили бы средства, представленные легковыми и

грузовыми машинами. Тогда иерархия классов приобрела бы такой вид:

движущееся средство

легковая машина аварийное средство грузовая машина

полицейская машина машина скорой помощи пожарная машина

машина с выдвижной лестницей

Здесь класс Emergency представляет всю информацию, необходимую для

моделирования аварийных движущихся средств, например: аварийная

машина может нарушать некоторые правила движения, она имеет

приоритет на перекрестках, находится под контролем диспетчера

и т.д.

На С++ это можно задать так:


class Vehicle { /*...*/ };

class Emergency { /* */ };

class Car : public Vehicle { /*...*/ };

class Truck : public Vehicle { /*...*/ };

class Police_car : public Car , public Emergency {

//...

};

class Ambulance : public Car , public Emergency {

//...

};

class Fire_engine : public Truck , Emergency {

//...

};

class Hook_and_ladder : public Fire_engine {

//...

};


Наследование - это отношение самого высокого порядка, которое прямо

представляется в С++ и используется преимущественно на ранних

этапах проектирования. Часто возникает проблема выбора: использовать

наследование для представления отношения или предпочесть ему

принадлежность. Рассмотрим другое определение понятия аварийного

средства: движущееся средство считается аварийным, если оно

несет соответствующий световой сигнал. Это позволит упростить

иерархию классов, заменив класс Emergency на член класса

Vehicle:

движущееся средство (Vehicle {eptr})

легковая машина (Car) грузовая машина (Truck)

полицейская машина (Police_car) машина скорой помощи (Ambulance)

пожарная машина (Fire_engine)

машина с выдвижной лестницей (Hook_and_ladder)

Теперь класс Emergency используется просто как член в тех классах,

которые представляют аварийные движущиеся средства:


class Emergency { /*...*/ };

class Vehicle { public: Emergency* eptr; /*...*/ };

class Car : public Vehicle { /*...*/ };

class Truck : public Vehicle { /*...*/ };

class Police_car : public Car { /*...*/ };

class Ambulance : public Car { /*...*/ };

class Fire_engine : public Truck { /*...*/ };

class Hook_and_ladder : public Fire_engine { /*...*/ };


Здесь движущееся средство считается аварийным, если Vehicle::eptr

не равно нулю. "Простые" легковые и грузовые машины инициализируются

Vehicle::eptr равным нулю, а для других Vehicle::eptr должно быть

установлено в ненулевое значение, например:


Car::Car() // конструктор Car

{

eptr = 0;

}

Police_car::Police_car() // конструктор Police_car

{

eptr = new Emergency;

}


Такие определения упрощают преобразование аварийного средства в

обычное и наоборот:


void f(Vehicle* p)

{

delete p->eptr;

p->eptr = 0; // больше нет аварийного движущегося средства


//...


p->eptr = new Emergency; // оно появилось снова

}


Так какой же вариант иерархии классов лучше? В общем случае ответ такой:

"Лучшей является программа, которая наиболее непосредственно отражает

реальный мир". Иными словами, при выборе модели мы должны стремиться

к большей ее"реальности", но с учетом неизбежных ограничений,

накладываемых требованиями простоты и эффективности. Поэтому,

несмотря на простоту преобразования обычного движущегося средства в

аварийное, второе решение представляется непрактичным.

Пожарные машины и машины скорой помощи - это

движущиеся средства специального назначения со специально

подготовленным персоналом, они действуют под управлением команд

диспетчера, требующих специального оборудования для связи. Такое

положение означает, что принадлежность к аварийным движущимся средствам -

это базовое понятие, которое для улучшения контроля типов и

применения различных программных средств должно быть прямо

представлено в программе. Если бы мы моделировали ситуацию, в которой

назначение движущихся средств не столь определенно,

скажем, ситуацию, в которой частный транспорт периодически используется

для доставки специального персонала к месту происшествия, а связь

обеспечивается с помощью портативных приемников, тогда мог бы

оказаться подходящим и другой способ моделирования системы.

Для тех, кто считает пример моделирования движения транспорта

экзотичным, имеет смысл сказать, что в процессе проектирования

почти постоянно возникает подобный выбор между наследованием

и принадлежностью. Аналогичный пример есть в $$12.2.5, где

описывается свиток (scrollbar) - прокручивание информации в окне.


12.2.3 Зависимости в рамках иерархии классов.


Естественно, производный класс зависит от своих базовых классов.

Гораздо реже учитывают, что обратное также может быть

справедливоЬ.


Ь Эту мысль можно выразить таким способом: "Сумасшествие наследуется,

вы можете получить его от своих детей."


Если класс содержит виртуальную функцию, производные классы могут

по своему усмотрению решать, реализовывать ли часть операций этой

функции каждый раз, когда она переопределяется в производном

классе. Если член базового класса сам вызывает одну из виртуальных

функций производного класса, тогда реализация базового класса

зависит от реализаций его производных классов. Точно так же, если

класс использует защищенный член, его реализация будет зависеть от

производных классов. Рассмотрим определения:


class B {

//...

protected:

int a;

public:

virtual int f();

int g() { int x = f(); return x-a; }

};


Каков результат работы g()? Ответ существенно зависит от определения

f() в некотором производном классе. Ниже приводится вариант, при

котором g() будет возвращать 1:


class D1 : public B {

int f() { return a+1; }

};


а при нижеследующем определении g() напечатает "Hello, World" и вернет 0:


class D1 : public {

int f() { cout<<"Hello, World\n"; return a; }

};


Этот пример демонстрирует один из важнейших моментов, связанных

с виртуальными функциями. Хотя вы можете сказать, что это

глупость, и программист никогда не напишет ничего подобного.

Дело здесь в том, что виртуальная функция является частью

интерфейса с базовым классом, и что этот класс будет, по всей

видимости, использоваться без информации о его производных классах.

Следовательно, можно так описать поведение объекта базового класса,

чтобы в дальнейшем писать программы, ничего не зная о его производных

классах.

Всякий класс, который переопределяет производную функцию, должен

реализовать вариант этой функции. Например, виртуальная функция

rotate() из класса Shape вращает геометрическую фигуру, а функции

rotate() для производных классов, таких, как Circle и Triangle,

должны вращать объекты соответствующих типов, иначе будет нарушено

основное положение о классе Shape. Но о поведении класса B или его

производных классов D1 и D2 не сформулировано никаких положений,

поэтому приведенный пример и кажется неразумным. При построении

класса главное внимание следует уделять описанию ожидаемых

действий виртуальных функций.

Следует ли считать нормальной зависимость от неизвестных

(возможно еще неопределенных) производных классов? Ответ, естественно,

зависит от целей программиста. Если цель состоит в том, чтобы

изолировать класс от всяких внешних влияний и, тем самым, доказать,

что он ведет себя определенным образом, то лучше избегать

виртуальных функций и защищенных членов. Если цель состоит в том,

чтобы разработать структуру, в которую последующие программисты

(или вы сами через неделю) смогут встраивать свои программы, то именно

виртуальные функции и предлагают элегантный способ решения,

а защищенные члены могут быть полезны при его реализации.

В качестве примера рассмотрим простой шаблон типа, определяющий

буфер:


template class buffer {

// ...

void put(T);

T get();

};


Если реакция на переполнение и обращение к пустому буферу, "запаяна"

в сам класс, его применение будет ограничено. Но если функции put()

и get() обращаются к виртуальным функциям overflow() и underflow()

соответственно, то пользователь может, удовлетворяя своим

нуждам, создать буфера различных типов:


template class buffer {

//...

virtual int overflow(T);

virtual int underflow();

void put(T); // вызвать overflow(T), когда буфер полон

T get(); // вызвать underflow(T), когда буфер пуст

};


template class circular_buffer : public buffer {

//...

int overflow(T); // перейти на начало буфера, если он полон

int underflow();

};


template class expanding_buffer : public buffer {

//...

int overflow(T); // увеличить размер буфера, если он полон

int underflow();

};


Этот метод использовался в библиотеках потокового ввода-вывода

($$10.5.3).


12.2.4 Отношения принадлежности


Если используется отношение принадлежности, то существует два основных

способа представления объекта класса X:

[1] Описать член типа X.

[2] Описать член типа X* или X&.

Если значение указателя не будет меняться и вопросы

эффективности не волнуют, эти способы эквивалентны:


class X {

//...

public:

X(int);

//...

};


class C {

X a;

X* p;

public:

C(int i, int j) : a(i), p(new X(j)) { }

~C() { delete p; }

};


В таких ситуациях предпочтительнее непосредственное членство объекта,

как X::a в примере выше, потому что оно дает экономию

времени, памяти и количества вводимых символов. Обратитесь также

к $$12.4 и $$13.9.

Способ, использующий указатель, следует применять в тех

случаях, когда приходится перестраивать указатель на

"объект-элемент" в течении жизни "объекта-владельца". Например:


class C2 {

X* p;

public:

C(int i) : p(new X(i)) { }

~C() { delete p; }


X* change(X* q)

{

X* t = p;

p = q;

return t;

}

};


Член типа указатель может также использоваться, чтобы дать возможность

передавать "объект-элемент" в качестве параметра:


class C3 {

X* p;

public:

C(X* q) : p(q) { }

// ...

}


Разрешая объектам содержать указатели на другие объекты, мы создаем

то, что обычно называется "иерархия объектов". Это альтернативный

и вспомогательный способ структурирования по отношению к иерархии

классов. Как было показано на примере аварийного движущегося

средства в $$12.2.2, часто это довольно тонкий вопрос проектирования:

представлять ли свойство класса как еще один базовый класс

или как член класса. Потребность в переопределении следует считать

указанием, что первый вариант лучше. Но если надо иметь

возможность представлять некоторое свойство с помощью различных

типов, то лучше остановиться на втором варианте. Например:


class XX : public X { /*...*/ };


class XXX : public X { /*...*/ };


void f()

{

C3* p1 = new C3(new X); // C3 "содержит" X

C3* p2 = new C3(new XX); // C3 "содержит" XX

C3* p3 = new C3(new XXX); // C3 "содержит" XXX

//...

}


Приведенные определения нельзя смоделировать ни с помощью производного

класса C3 от X, ни с помощью C3, имеющего член типа X, поскольку

необходимо указывать точный тип члена. Это важно для классов с

виртуальными функциями, таких, например,как класс Shape ($$1.1.2.5), и

для класса абстрактного множества ($$13.3).

Заметим, что ссылки можно применять для упрощения классов,

использующих члены-указатели, если в течение жизни объекта-владельца

ссылка настроена только на один объект, например:


class C4 {

X& r;

public:

C(X& q) : r(q) { }

// ...

};


12.2.5 Принадлежность и наследование


Учитывая сложность важность отношений наследования, нет ничего

удивительного в том, что часто их неправильно понимают и используют

сверх меры. Если класс D описан как общий производный от

класса B, то часто говорят, что D есть B:


class B { /* ... */ ;

class D : public B /* ... */ }; // D сорта B


Иначе это можно сформулировать так: наследование - это

отношение "есть", или, более точно для классов D и B, наследование

- это отношение D сорта B. В отличие от этого, если класс D

содержит в качестве члена другой класс B, то говорят, что

D "имеет" B:


class D { // D имеет B

// ...

public:

B b;

// ...

};


Иными словами, принадлежность - это отношение "иметь" или

для классов D и B просто: D содержит B.

Имея два класса B и D, как выбирать между наследованием и

принадлежностью? Рассмотрим классы самолет и мотор.Новички обычно

спрашивают: будет ли хорошим решением сделать класс самолет

производным от класса мотор. Это плохое решение, поскольку

самолет не "есть" мотор, самолет "имеет" мотор. Следует подойти

к этому вопросу, рассмотрев, может ли самолет "иметь" два или

больше моторов. Поскольку это представляется вполне возможным

(даже если мы имеем дело с программой, в которой все самолеты