экономия кода программ при наследовании

ООП с примерами (часть 2)

Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.

Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).

Первая часть посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть, представленная ниже, иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование

Инкапсуляция

Представим на минутку, что мы оказались в конце позапрошлого века, когда Генри Форд ещё не придумал конвейер, а первые попытки создать автомобиль сталкивались с критикой властей по поводу того, что эти коптящие монстры загрязняют воздух и пугают лошадей. Представим, что для управления первым паровым автомобилем необходимо было знать, как устроен паровой котёл, постоянно подбрасывать уголь, следить за температурой, уровнем воды. При этом для поворота колёс использовать два рычага, каждый из которых поворачивает одно колесо в отдельности. Думаю, можно согласиться с тем, что вождение автомобиля того времени было весьма неудобным и трудным занятием.

Теперь вернёмся в сегодняшний день к современным чудесам автопрома с коробкой-автоматом. На самом деле, по сути, ничего не изменилось. Бензонасос всё так же поставляет бензин в двигатель, дифференциалы обеспечивают поворот колёс на различающиеся углы, коленвал превращает поступательное движение поршня во вращательное движение колёс. Прогресс в другом. Сейчас все эти действия скрыты от пользователя и позволяют ему крутить руль и нажимать на педаль газа, не задумываясь, что в это время происходит с инжектором, дроссельной заслонкой и распредвалом. Именно сокрытие внутренних процессов, происходящих в автомобиле, позволяет эффективно его использовать даже тем, кто не является профессионалом-автомехаником с двадцатилетним стажем. Это сокрытие в ООП носит название инкапсуляции.

Инкапсуляция – это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали
реализации от пользователя.

Инкапсуляция неразрывно связана с понятием интерфейса класса. По сути, всё то, что не входит в интерфейс, инкапсулируется в классе.

Абстракция

Представьте, что водитель едет в автомобиле по оживлённому участку движения. Понятно, что в этот момент он не будет задумываться о химическом составе краски автомобиля, особенностях взаимодействия шестерён в коробке передач или влияния формы кузова на скорость (разве что, автомобиль стоит в глухой пробке и водителю абсолютно нечем заняться). Однако, руль, педали, указатель поворота (ну и, возможно, пепельницу) он будет использовать регулярно.

Абстрагирование – это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция – это набор всех таких характеристик.

Если бы для моделирования поведения автомобиля приходилось учитывать химический состав краски кузова и удельную теплоёмкость лампочки подсветки номеров, мы никогда бы не узнали, что такое NFS.

Полиморфизм

Любое обучение вождению не имело бы смысла, если бы человек, научившийся водить, скажем, ВАЗ 2106 не мог потом водить ВАЗ 2110 или BMW X3. С другой стороны, трудно представить человека, который смог бы нормально управлять автомобилем, в котором педаль газа находится левее педали тормоза, а вместо руля – джойстик.

Всё дело в том, что основные элементы управления автомобиля имеют одну и ту же конструкцию и принцип действия. Водитель точно знает, что для того, чтобы повернуть налево, он должен повернуть руль, независимо от того, есть там гидроусилитель или нет.
Если человеку надо доехать с работы до дома, то он сядет за руль автомобиля и будет выполнять одни и те же действия, независимо от того, какой именно тип автомобиля он использует. По сути, можно сказать, что все автомобили имеют один и тот же интерфейс, а водитель, абстрагируясь от сущности автомобиля, работает именно с этим интерфейсом. Если водителю предстоит ехать по немецкому автобану, он, вероятно выберет быстрый автомобиль с низкой посадкой, а если предстоит возвращаться из отдалённого маральника в Горном Алтае после дождя, скорее всего, будет выбран УАЗ с армейскими мостами. Но, независимо от того, каким образом будет реализовываться движение и внутреннее функционирование машины, интерфейс останется прежним.

Полиморфизм – это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Например, если вы читаете данные из файла, то, очевидно, в классе, реализующем файловый поток, будет присутствовать метод похожий на следующий: byte[] readBytes( int n );
Предположим теперь, что вам необходимо считывать те же данные из сокета. В классе, реализующем сокет, также будет присутствовать метод readBytes. Достаточно заменить в вашей системе объект одного класса на объект другого класса, и результат будет достигнут.

При этом логика системы может быть реализована независимо от того, будут ли данные прочитаны из файла или получены по сети. Таким образом, мы абстрагируемся от конкретной специализации получения данных и работаем на уровне интерфейса. Единственное требование при этом – чтобы каждый используемый объект имел метод readBytes.

Наследование

Представим себя, на минуту, инженерами автомобильного завода. Нашей задачей является разработка современного автомобиля. У нас уже есть предыдущая модель, которая отлично зарекомендовала себя в течение многолетнего использования. Всё бы хорошо, но времена и технологии меняются, а наш современный завод должен стремиться повышать удобство и комфорт выпускаемой продукции и соответствовать современным стандартам.

Нам необходимо выпустить целый модельный ряд автомобилей: седан, универсал и малолитражный хэтч-бэк. Очевидно, что мы не собираемся проектировать новый автомобиль с нуля, а, взяв за основу предыдущее поколение, внесём ряд конструктивных изменений. Например, добавим гидроусилитель руля и уменьшим зазоры между крыльями и крышкой капота, поставим противотуманные фонари. Кроме того, в каждой модели будет изменена форма кузова.

Очевидно, что все три модификации будут иметь большинство свойств прежней модели (старый добрый двигатель 1970 года, непробиваемая ходовая часть, зарекомендовавшая себя отличным образом на отечественных дорогах, коробку передач и т.д.). При этом каждая из моделей будет реализовать некоторую новую функциональность или конструктивную особенность. В данном случае, мы имеем дело с наследованием.
Наследование – это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым или родительским. Новый класс – потомком, наследником или производным классом.

Необходимо отметить, что производный класс полностью удовлетворяет спецификации родительского, однако может иметь дополнительную функциональность. С точки зрения интерфейсов, каждый производный класс полностью реализует интерфейс родительского класса. Обратное не верно.

Действительно, в нашем примере мы могли бы произвести с новыми автомобилями все те же действия, что и со старым: увеличить или уменьшить скорость, повернуть, включить сигнал поворота. Однако, дополнительно у нас бы появилась возможность, например, включить противотуманные фонари.

Отсутствие обратной совместимости означает, что мы не должны ожидать от старой модели корректной реакции на такие действия, как включения противотуманок (которых просто нет в данной модели).

Источник

Наследование реализаций: закопайте стюардессу

Как известно, классическое ООП покоится на трех китах:

Классическая же реализация по умолчанию:

Наследование ломает инкапсуляцию

В теории мы уже имеем былинный отказ, но как насчет практики?

Все, кто используют фреймворки, требующие наследования от своих классов (WinForms, WPF, WebForms, ASP.NET), легко найдут подтверждения всем трем пунктам в своем опыте.
Неужели все так плохо?

Теоретическое решение

Влияние проблемы можно ослабить принятием некоторых конвенций:

1. Защищенные члены не нужны
Это соглашение ликвидирует пабликов морозовых как класс.

2. Виртуальные методы предка ничего не делают
Это соглашение позволяет сочетать знание о реализации предка с независимостью от нее реализации уже в потомке.

3. Виртуальные методы предка никогда не вызываются в его коде
Это соглашение позволяет потомкам не зависеть от внутренней реализации предка, а также требует публичности всех виртуальных методов.

4. Экземпляры предка никогда не создаются
Это соглашение позволяет избавиться от несоответствия требований к виртуальными методам (публичный контракт класса) с одной стороны и обязанностью ничего не делать (защищенный контракт класса) с другой. Теперь принцип подстановки Лисков можно соблюсти, не вступая в порочную связь с закрытым содержимым предка.

5. Невиртуальных членов у предка нет
С учетом предыдущих соглашений невиртуальные члены предка становятся бесполезными и подлежат ликвидации.

Результат: если класс-предок состоит из публичных виртуальных пустых методов и требований к ним для потомков, то наследование уже не ломает инкапсуляцию. Что и требовалось доказать.

Попутно получаем возможность решение проблемы ромба для случая множественного наследования от конвенционных предков. Но это все теория, а нам нужны.

Практические решения

Итоги

PS: Дополнения и критика традиционно приветствуются.

Источник

BestProg

Наследование. Базовые понятия. Преимущества и недостатки. Общая форма. Простейшие примеры. Модификатор доступа protected

Содержание

Поиск на других ресурсах:

1. Что собой представляет наследование в программировании?

Наследование – это один из принципов объектно-ориентированного программирования, который дает возможность классу использовать программный код другого (базового) класса, дополняя его своими собственными деталями реализации. Иными словами, при наследовании происходит получение нового (производного) класса, который содержит программный код базового класса с указанием собственных особенностей использования. Наследование принадлежит к типу is-a отношений между классами. При наследовании создается специализированная версия уже существующего класса.

2. Преимущества использования наследования в программах

Правильное использование механизма наследования дает следующие взаимосвязанные преимущества:

3. Недостатки наследования

При использовании наследования в программах были замечены следующие недостатки:

4. Что такое базовый класс? Что такое производный класс?

Базовый класс (base class) – это класс, программный код которого используется в унаследованных (производных) классах. Производный класс (derived class) – это класс, который использует программный код базового класса и изменяет (расширяет) его под свои потребности.

В других языках программирования (например, Java) базовый класс еще называется суперкласс (superclass), а производный класс называется подкласс (subclass).

5. Синтаксис наследования в случае двух классов. Общая форма

Если один класс наследует другой базовый класс, то общая форма объявления такого класса следующая:

Например.

Все элементы базового класса, которые объявлены с модификатором private недоступны в производном классе.

Пример. В примере демонстрируется влияние модификаторов доступа на доступ к элементам базового и производного классов.

7. Сколько классов одновременно может быть унаследовано от базового класса?

Модификатор доступа protected internal объединяет ограничение модификатора protected и модификатора internal (см. пример ниже). Здесь возможны два случая:

Источник

ООП. Часть 5. Наследование и ещё немного полиморфизма

Вы всё время пользуетесь результатами наследования, даже если не знаете этого. Рассказываем, как меньше дублировать код и что общего у всех классов.

Вот мы и подобрались к последнему столпу объектно-ориентированного программирования — наследованию. С его помощью можно создавать классы с общим функционалом, не копируя каждый раз одни и те же поля и методы.

Все статьи про ООП

Пишет о программировании, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.

Как наследовать класс

Для начала создадим класс, от которого будем наследовать. Обычно его называют базовым или родительским:

Этот класс (Vehicle) представляет собой транспортное средство, но пока у него есть только слишком общие свойства (название, координаты и скорость) и поведение (перемещение). Нам может понадобиться реализовать класс, который тоже относится к транспортным средствам, но более конкретным. Например, это будет автомобиль (Car).

Если мы хотим, чтобы класс Car наследовал поля и методы класса Vehicle, то при его объявлении после названия нужно поставить двоеточие и имя родительского класса:

Теперь объекты класса Car обладают всеми полями и методами класса Vehicle:

Внимание! Наследовать можно только от одного класса.

Добавление новых полей и методов

Чтобы добавить в дочерний класс новое поле или метод, нужно просто объявить их:

Теперь объекты этого класса могут использовать как метод Move (), так и метод Beep (). То же самое касается и полей.

Наследование конструкторов

Допустим, у родительского класса есть конструктор, который принимает один аргумент:

Все дочерние классы должны вызывать его в своих конструкторах, передавая аргумент того же типа. Для этого используется ключевое слово base:

В скобках после base указывается аргумент, который нужно передать в родительский класс. При этом повторно описывать логику присваивания name не нужно.

Если вы не хотите ничего вызывать, то просто создайте в наследуемом классе пустой конструктор.

Переопределение методов

Часто бывает нужно, чтобы какой-то метод в дочернем классе работал немного иначе, чем в родительском. Например, в методе Move () для класса Car можно прописать условие, которое будет проверять, не кончилось ли топливо. Точно так же может появиться необходимость переопределить свойство.

Методы и свойства, которые можно переопределить, называются виртуальными. В родительском классе для них указывается модификатор virtual:

А в дочернем для переопределения используется модификатор override:

Таким образом можно определить разную логику для разных классов. Это тоже можно считать полиморфизмом.

Наследование от класса Object

Несмотря на то что наследовать можно только от одного класса, существует также и класс Object, который является родительским для всех остальных. У него есть четыре метода:

Хеш — результат преобразования данных, который используется в криптографии.

Любой из них также может быть переопределён или перегружен. Например, метод Equals () можно использовать, чтобы он проверял, равны ли поля объектов:

В данном случае это именно перегрузка, потому что ни один из вариантов метода Equals () не принимал объект класса Car. Отсюда следует, что переопределить можно только метод с такими же принимаемыми аргументами.

Особенности наследования

Есть несколько особенностей, которые нужно знать при работе с наследованием:

Чтобы лучше это усвоить, стоит попробовать поработать с каждой особенностью на практике и немного поэкспериментировать.

Домашнее задание

Создайте несколько классов персонажей: например, воин, лучник и маг.

Каждый из них должен быть родительским для нескольких других классов допустим, воин будет базовым классом для рыцаря и берсеркера.

У всех персонажей должен быть метод Attack (), при вызове которого у разных персонажей будут выводиться различные сообщения. Например, если атаковать будет маг, то мы должны увидеть сообщение, что он запустил огненный шар.

Заключение

С помощью наследования можно создавать множество полезных классов с общим поведением и свойствами, при этом не дублируя код. Однако это ещё не всё, что можно использовать, — в следующей статье вы узнаете про интерфейсы и абстрактные классы.

А чтобы на практике узнать, как используется ООП со всеми его особенностями, записывайтесь на курс «C#-разработчик с 0 до PRO». Вы попробуете разрабатывать на C# сайты и десктопные приложения, выжимая максимум из объектно-ориентированного программирования.

Источник

Наследование в C++: beginner, intermediate, advanced

В этой статье наследование описано на трех уровнях: beginner, intermediate и advanced. Expert нет. И ни слова про SOLID. Честно.

Beginner

Что такое наследование?

Наследование является одним из основополагающих принципов ООП. В соответствии с ним, класс может использовать переменные и методы другого класса как свои собственные.

Класс, который наследует данные, называется подклассом (subclass), производным классом (derived class) или дочерним классом (child). Класс, от которого наследуются данные или методы, называется суперклассом (super class), базовым классом (base class) или родительским классом (parent). Термины “родительский” и “дочерний” чрезвычайно полезны для понимания наследования. Как ребенок получает характеристики своих родителей, производный класс получает методы и переменные базового класса.

Наследование полезно, поскольку оно позволяет структурировать и повторно использовать код, что, в свою очередь, может значительно ускорить процесс разработки. Несмотря на это, наследование следует использовать с осторожностью, поскольку большинство изменений в суперклассе затронут все подклассы, что может привести к непредвиденным последствиям.

Важное примечание: приватные переменные и методы не могут быть унаследованы.

Типы наследования

В C ++ есть несколько типов наследования:

Конструкторы и деструкторы

В C ++ конструкторы и деструкторы не наследуются. Однако они вызываются, когда дочерний класс инициализирует свой объект. Конструкторы вызываются один за другим иерархически, начиная с базового класса и заканчивая последним производным классом. Деструкторы вызываются в обратном порядке.

Важное примечание: в этой статье не освещены виртуальные десктрукторы. Дополнительный материал на эту тему можно найти к примеру в этой статье на хабре.

Множественное наследование

Множественное наследование происходит, когда подкласс имеет два или более суперкласса. В этом примере, класс Laptop наследует и Monitor и Computer одновременно.

Проблематика множественного наследования

Множественное наследование требует тщательного проектирования, так как может привести к непредвиденным последствиям. Большинство таких последствий вызваны неоднозначностью в наследовании. В данном примере Laptop наследует метод turn_on() от обоих родителей и неясно какой метод должен быть вызван.

Несмотря на то, что приватные данные не наследуются, разрешить неоднозначное наследование изменением уровня доступа к данным на приватный невозможно. При компиляции, сначала происходит поиск метода или переменной, а уже после — проверка уровня доступа к ним.

Intermediate

Проблема ромба

Ромбовидная проблема — прежде всего проблема дизайна, и она должна быть предусмотрена на этапе проектирования. На этапе разработки ее можно разрешить следующим образом:

Проблема ромба: Конструкторы и деструкторы

Поскольку в С++ при инициализации объекта дочернего класса вызываются конструкторы всех родительских классов, возникает и другая проблема: конструктор базового класса Device будет вызван дважды.

Виртуальное наследование

Виртуальное наследование (virtual inheritance) предотвращает появление множественных объектов базового класса в иерархии наследования. Таким образом, конструктор базового класса Device будет вызван только единожды, а обращение к методу turn_on() без его переопределения в дочернем классе не будет вызывать ошибку при компиляции.

Примечание: виртуальное наследование в классах Computer и Monitor не разрешит ромбовидное наследование если дочерний класс Laptop будет наследовать класс Device не виртуально ( class Laptop: public Computer, public Monitor, public Device <>; ).

Абстрактный класс

В С++, класс в котором существует хотя бы один чистый виртуальный метод (pure virtual) принято считать абстрактным. Если виртуальный метод не переопределен в дочернем классе, код не скомпилируется. Также, в С++ создать объект абстрактного класса невозможно — попытка тоже вызовет ошибку при компиляции.

Интерфейс

С++, в отличии от некоторых ООП языков, не предоставляет отдельного ключевого слова для обозначения интерфейса (interface). Тем не менее, реализация интерфейса возможна путем создания чистого абстрактного класса (pure abstract class) — класса в котором присутствуют только декларации методов. Такие классы также часто называют абстрактными базовыми классами (Abstract Base Class — ABC).

Advanced

Несмотря на то, что наследование — фундаментальный принцип ООП, его стоит использовать с осторожностью. Важно думать о том, что любой код который будет использоваться скорее всего будет изменен и может быть использован неочевидным для разработчика путем.

Наследование от реализованного или частично реализованного класса

Если наследование происходит не от интерфейса (чистого абстрактного класса в контексте С++), а от класса в котором присутствуют какие-либо реализации, стоит учитывать то, что класс наследник связан с родительским классом наиболее тесной из возможных связью. Большинство изменений в классе родителя могут затронуть наследника что может привести к непредвиденному поведению. Такие изменения в поведении наследника не всегда очевидны — ошибка может возникнуть в уже оттестированом и рабочем коде. Данная ситуация усугубляется наличием сложной иерархии классов. Всегда стоит помнить о том, что код может изменяться не только человеком который его написал, и пути наследования очевидные для автора могут быть не учтены его коллегами.

В противовес этому стоит заметить что наследование от частично реализованных классов имеет неоспоримое преимущество. Библиотеки и фреймворки зачастую работают следующим образом: они предоставляют пользователю абстрактный класс с несколькими виртуальными и множеством реализованных методов. Таким образом, наибольшее количество работы уже проделано — сложная логика уже написана, а пользователю остается только кастомизировать готовое решение под свои нужды.

Интерфейс

Наследование от интерфейса (чистого абстрактного класса) преподносит наследование как возможность структурирования кода и защиту пользователя. Так как интерфейс описывает какую работу будет выполнять класс-реализация, но не описывает как именно, любой пользователь интерфейса огражден от изменений в классе который реализует этот интерфейс.

Интерфейс: Пример использования

Прежде всего стоит заметить, что пример тесно связан с понятием полиморфизма, но будет рассмотрен в контексте наследования от чистого абстрактного класса.

Приложение выполняющее абстрактную бизнес логику должно настраиваться из отдельного конфигурационного файла. На раннем этапе разработки, форматирование данного конфигурационного файла до конца сформировано не было. Вынесение парсинга файла за интерфейс предоставляет несколько преимуществ.

Отсутствие однозначности касательно форматирования конфигурационного файла не тормозит процесс разработки основной программы. Два разработчика могут работать параллельно — один над бизнес логикой, а другой над парсером. Поскольку они взаимодействуют через этот интерфейс, каждый из них может работать независимо. Данный подход облегчает покрытие кода юнит тестами, так как необходимые тесты могут быть написаны с использованием мока (mock) для этого интерфейса.

Также, при изменении формата конфигурационного файла, бизнес логика приложения не затрагивается. Единственное чего требует полный переход от одного форматирования к другому — написания новой реализации уже существующего абстрактного класса (класса-парсера). В дальнейшем, возврат к изначальному формату файла требует минимальной работы — подмены одного уже существующего парсера другим.

Заключение

Наследование предоставляет множество преимуществ, но должно быть тщательно спроектировано во избежание проблем, возможность для которых оно открывает. В контексте наследования, С++ предоставляет широкий спектр инструментов который открывает массу возможностей для программиста.

Источник