|
Виртуальные (virtual) методы (функции)Практический курс по ООП C++: https://stepik.org/a/205781 На этом занятии мы с вами познакомимся с одной из ключевых возможностей ООП языка C++ - виртуальными методами классов. Во многом именно виртуальные методы совместно с наследованием переводят нас на абстрактный уровень проектирования программного кода без необходимости сразу прописывать какую-либо конкретику. Также виртуальные методы – это яркий представитель настоящего динамического полиморфизма. В отличие от статического, с которым мы сталкивались при перегрузке функций и вызовов обычных методов базовых классов через объекты дочерних классов. Начнем с того, что у нас имеются два уже знакомых нам класса: базовый GeomBase для обобщенного представления геометрических фигур на плоскости; Line – класс для описания объектов прямых линий: class GeomBase { protected: int x0{0}, y0{0}, x1{0}, y1{0}; public: void set_coords(int x0, int y0, int x1, int y1) { this->x0 = x0; this->y0 = y0; this->x1 = x1; this->y1 = y1; } }; class Line : public GeomBase { private: double length{0.0}; public: void draw() const { printf("Line: %d, %d, %d, %d\n", x0, y0, x1, y1); } }; Я их записал в упрощенном виде, чтобы ничто нас не отвлекало от магии виртуальных методов. Давайте посмотрим, что будет, если в классе GeomBase тоже объявить публичный метод draw с той же сигнатурой: class GeomBase { protected: int x0{0}, y0{0}, x1{0}, y1{0}; public: ... void draw() const { printf("GeomBase: %d, %d, %d, %d\n", x0, y0, x1, y1); } }; Теперь, если в функции main создать объект дочернего класса Line и вызвать через него метод draw: int main() { Line* ptr_ln = new Line; ptr_ln->draw(); delete ptr_ln; return 0; } то будет вызван метод дочернего класса Line и в консоли отобразится строка: Line: 0, 0, 0, 0 Однако если привести указатель объекта Line к указателю типа GeomBase и через него вызвать метод draw: int main() { Line* ptr_ln = new Line; GeomBase* ptr_b = ptr_ln; ptr_ln->draw(); ptr_b->draw(); delete ptr_ln; return 0; } то вызовется уже метод базового класса: Line:
0, 0, 0, 0
Об этом мы с вами подробно уже говорили. Если же в базовом классе не будет метода draw, то команда: ptr_b->draw(); приведет к ошибке: метод не найден. Но, что если нам нужно сделать так, чтобы через указатель базового класса вызывался метод дочернего класса? Как раз для этого и предназначены виртуальные методы. Если в базовом классе метод draw обозначить, как виртуальный: class GeomBase { ... public: ... virtual void draw() const { printf("GeomBase: %d, %d, %d, %d\n", x0, y0, x1, y1); } }; то при выполнении программы в консоли увидим строчки: Line:
0, 0, 0, 0
Но, если в дочернем классе убрать метод draw и снова запустить программу, то увидим: GeomBase:
0, 0, 0, 0
Метод был взят из базового класса, так как в дочернем он отсутствует. Вернем метод draw в дочернем классе Line и вместо операции приведения типа указателя создадим объект базового класса: int main() { Line* ptr_ln = new Line; GeomBase* ptr_b = new GeomBase; ptr_ln->draw(); ptr_b->draw(); delete ptr_ln; delete ptr_b; return 0; } Теперь в консоли появляются строки: Line:
0, 0, 0, 0
То есть, самостоятельный объект базового класса ведет себя так, словно у него нет никаких дочерних классов. И это логично, мы же создаем именно объект класса GeomBase и именно с ним, как с единым целым собираемся работать, поэтому никаких переопределений виртуальных методов здесь быть не должно. Класс, который переопределяет или наследует виртуальный метод, еще называются полиморфным (polymorphic class). В нашем примере класс Line является полиморфным. Как работают виртуальные методыЭто была демонстрация объявления и работы виртуального метода. Давайте теперь детальнее изучим принцип, поднаготную их работы. Когда создается объект класса, в котором имеется хотя бы одна виртуальная функция (например, класса Line): Line* p = new Line; то компилятор автоматически в этом объекте размещает специальный указатель vptr на таблицу виртуальных функций, связанной с этим классом:
В нашем примере таблица для класса Line будет состоять из одной виртуальной функции (метода) draw. Обратите внимание, что, несмотря на то, что метод draw в дочернем классе Line не помечен как виртуальный, тем не менее, компилятором он рассматривается как виртуальный. Поэтому часто у таких методов при их переопределении прописывают ключевое слово virtual, чтобы подчеркнуть факт наличия виртуального метода. Итак, при создании объекта p вначале помещается указатель vptr на таблицу виртуальных функций класса Line. Зачем нужна эта таблица? Во-первых, теперь при вызове метода draw: p->draw(); компилятор читает значение указателя vptr, по нему переходит к таблице виртуальных методов (функций), находит там нужный виртуальный метод и формирует код его вызова. Во-вторых, если выполнить операцию приведения типа к указателю на базовый класс: GeomBase* b = p; А, затем, через него вызвать метод draw: b->draw(); то компилятор обратится все к тому же объекту p, прочитает значение его указателя vptr и вызовет метод draw для класса Line, а не базового класса GeomBase, как это было бы без наличия таблицы виртуальных функций. Если же мы создаем изначально объект базового класса GeomBase: GeomBase* b = GeomBase; то указатель vptr будет вести на таблицу виртуальных функций именно этого класса и вызов: b->draw(); будет связан с методом draw класса GeomBase. Вот так, через таблицу виртуальных методов реализуется механика их вызовов. Практический курс по ООП C++: https://stepik.org/a/205781 Видео по теме |
