Dziedziczenie

(1)

Dziedziczenie

Część trzecia

Roman Simiński

roman.siminski@us.edu.pl

www.us.edu.pl/~siminski

Autor Kontakt

Wprowadzenie do programowanie

obiektowego w języku C++

(2)

Co było przyczyną powstania koncepcji dzedziczenia?

Ponowne wykorzystanie elementów oprogramowania

W trakcie projektowania i realizacji systemów informatycznych wielokrotnie

powtarzają się jednakowe lub podobne elementy oprogramowania.

Powtarzalność taką można obserwować zarówno etapie analizy, projektowania i

programowania.

Na etapie analizy są to zwykle obiekty dziedziny problemu, na etapie projektowania

i programowania zarówno obiekty dziedziny problemu jak i obiekty

implementacyjne.

Ponowne wykorzystanie (ang. reuse) pozwala:

na zwiększenie wydajności procesu programowania,

poprawia jakość i niezawodność kodu,

(3)

Co było przyczyną powstania koncepcji dzedziczenia?

Ponowne wykorzystanie kodu w programowaniu obiektowym

Podejście obiektowe eksponuje rolę obiektu – jest on abstrakcją pewnego

konkretnego bytu ze świata rzeczywistego, reprezentujący rzecz (obiekt fizyczny)

lub pojęcie (obiekt konceptualny).

W programowaniu obiektowym ponowne wykorzystanie kodu polega na

wykorzystaniu obiektów tej samej, raz zdefiniowanej klasy w różnych projektach.

Marka

Model

Rok produkcji

Nr rejestracyjny

Kolor nadwozia

Nr silnika

. . .

C

ec

h

y

Podaj średnie spalanie

Podaj przebieg

. . .

A

kc

je

Klasa: Auto

(4)

Co było przyczyną powstania koncepcji dzedziczenia?

Niestety

W obrębie obiektów dziedziny problemu powtarzają się obiekty podobne lecz

bardzo rzadko identyczne.

Autokomis

Auto

Stacja diagnostyczna

Auto

Serwis

Auto

Autosalon

Auto

Sprzedaż

Faktura

Biuro rachunkowe

Faktura

Windykacja

Faktura

Finanse-Księgowość

Faktura

(5)

Co było przyczyną powstania koncepcji dzedziczenia?

Niestety

W obrębie obiektów implementacyjnych powtarzalność obiektów identycznych jest

znacznie częstsza, co jednak nie jest regułą.

Okno aplikacji

Belka narzedziowa

Okno dialogowe

(6)

Co było przyczyną powstania koncepcji dzedziczenia?

Ponowne wykorzystanie kodu – problemy

Powtarzalność nieidentycznych obiektów powoduje to, że musimy modyfikować

istniejący kod, dostosowując go do specyfiki projektu.

Modyfikacje potrzebne z punktu widzenia jednego systemu mogą być nieużyteczne

lub nieakceptowalne z punktu widzenia innego systemu.

Modyfikacje dostosowujące kod do specyfiki systemu zmuszają do utrzymywania

różnych wersji tego samego kodu.

Autokomis

Auto

Stacja diagnostyczna

Auto

Serwis

Auto

Modyfikacje Modyfikacje Modyfikacje Autosalon

Auto

Konieczność wprowadzenia w kodzie zmian o charakterze podstawowym, może

spowodować konieczność zmodyfikowania wielu różnych jego wersji. Jest to

uciążliwe, nieproduktywne i może być przyczyną błędów.

(7)

Koncepcja dziedziczenia

Ponowne wykorzystanie kodu z wykorzystaniem dziedziczenia

Dziedziczenie polega na budowaniu nowych klas,

zwanych klasami potomnymi, na podstawie klas już

istniejących, zwanych klasami bazowymi.

Każda klasa pochodna dziedziczy wszystkie

właściwości klasy bazowej, rozszerzając ją o nowe

atrybuty (pola) i usługi (metody).

W wyniku dziedziczenia klasa pochodna otrzymuje wszystkie pola i metody klasy

bazowej. 100% składowych klasy bazowej występuje w klasie pochodnej.

AutoWKomisie

cena

dataPrzyjecia

wlasciciel

. . .

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

Do są nowe elementy, dodane w klasie AutoWKomisie

To już mamy, przejmujemy z klasy Auto

(8)

Koncepcja dziedziczenia

Klasa Auto jako klasa bazowa klasy AutoWKomisie

Klasa bazowa

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWKomisie

cena

dataPrzyjecia

wlasciciel

. . .

Klasa potomna

Dziedziczenie

(9)

Koncepcja dziedziczenia

Klasa Auto jako klasa bazowa klasy AutoWStacjiDiagn

Klasa bazowa

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWStacjiDiagn

dataPrzegladu

nastepnyPrzeglad

diagnosta

. . .

Klasa potomna

Dziedziczenie

(10)

Koncepcja dziedziczenia

Klasa Auto jako klasa bazowa klasy AutoWSerwisie

Klasa bazowa

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWSerwisie

przebieg

numerKomputerowy

. . .

Klasa potomna

Dziedziczenie

(11)

Koncepcja dziedziczenia

Klasa bazowa i klasy potomne tworzą hierarchię klas

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWSerwisie

przebieg

numerKomputerowy

. . .

AutoWStacjiDiagn

dataPrzegladu

nastepnyPrzeglad

diagnosta

. . .

AutoWKomisie

cena

dataPrzyjecia

wlasciciel

. . .

(12)

Koncepcja dziedziczenia

Klasa bazowa jako klasa ogólna

Klasa bazowa (nadklasa) reprezentuje pojęcie bardziej ogólne, znajdujące się na

wyższym poziomie abstrakcji.

Auto marka model rokProd nrRej . . . AutoWSerwisie przebieg numerKomputerowy . . . AutoWStacjiDiagn dataPrzegladu nastepnyPrzeglad diagnosta . . . AutoWKomisie cena dataPrzyjecia wlasciciel . . .

(13)

Koncepcja dziedziczenia

Klasy pochodne jako klasy specjalizowane

Auto marka model rokProd nrRej . . . AutoWSerwisie przebieg numerKomputerowy . . . AutoWStacjiDiagn dataPrzegladu nastepnyPrzeglad diagnosta . . . AutoWKomisie cena dataPrzyjecia wlasciciel . . .

Klasy pochodne (podklasay) reprezentuje pojęcie bardziej szczegółowe,

(14)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Dziedziczenie jako środek realizacji modeli generalizacja-specjalizacja

Pojęcie specjalizacja-generalizacja umożliwia organizowanie klas w struktury

hierarchiczne, w których nadklasa reprezentuje pojęcia bardziej ogólne, a podklasa

pojęcia specjalizowane.

Klasa ogólna

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWKomisie

cena

dataPrzyjecia

wlasciciel

. . .

Klasa specjalizowana

Generalizacja-specjalizacja

Ogólno ć i poziom abstrakcji

ś

(15)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Jak zweryfikować poprawność wykorzystania dziedziczenia?

Reguła is-a (ang. is a kind of) pozwala na sprawdzenie czy zachodzi związek dziedziczenia

(specjalizacji–generalizacji) pomiędzy klasami.

Realizowane jest to poprzez sprawdzenie poprawności zdania:

Czy klasa pochodna jest pewnego rodzaju (is-a) klasą bazową?

precyzyjniej

Czy obiekt klasy pochodnej jest pewnego rodzaju (is-a) obiektem klasy bazowej?

Auto

marka

model

rokProd

nrRej

. . .

AutoWKomisie

cena

dataPrzyjecia

wlasciciel

. . .

Czy AutoWKomisie jest pewnego

(16)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Przykład weryfikacji poprawności dziedziczenia

Zadajemy dwa pytania:

czy obiekt klasy A jest obiektem klasy B? (A is-a B?)

czy obiekt klasy B jest obiektem klasy A? (B is-a A?)

Możliwe odpowiedzi:

zawsze,

nigdy

czasami.

Interpretacja:

dwie odpowiedzi nigdy: brak związku specjalizacja-generalizacja,

dwie odpowiedzi zawsze: obiekty A i B są synonimiczne (np. dwie różne nazwy dla

tej samej klasy)

jeżeli: A is-a B = zawsze oraz B is_a A = czasami wtedy A jest specjalizacją B (A

is-a B).

(17)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Przykład weryfikacji poprawności dziedziczenia

Czy klasa

AutoWKomisie

jest klasą pochodną klasy

Auto

:

czy obiekt klasy

AutoWKomisie

jest obiektem klasy

Auto

?

←

Zawsze

czy obiekt klasy

Auto

jest obiektem klasy

AutoWKomisie

?

←

Czasami

A jak ten test przejdą standardowe przykłady dziedziczenia z

popularnych książek o programowaniu obiektowym?

(18)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Przykład weryfikacji poprawności dziedziczenia

(x, y)

r

(x, y)

w

h

?

Point

x

y

. . .

Circle

r

. . .

Rectangle

w

h

. . .

?

Punkt

Okr g

ą

Prostok t

ą

(19)

Koncepcja dziedziczenia a generalizacja-specjalizacja

Przykład weryfikacji poprawności dziedziczenia

Czy klasa

Circle

jest klasą pochodną klasy

Point

:

czy obiekt klasy

Circle

jest pewnego rodzaju obiektem klasy

Point

?

←

?

czy obiekt klasy

Point

jest pewnego rodzaju obiektem klasy

Circle

?

←

?

(x, y)

r

(x, y)

w

h

Punkt

Okr g

ą

Prostok t

ą

Czy klasa

Rectangle

jest klasą pochodną klasy

Point

:

czy obiekt klasy

Prostokat

jest pewnego rodzaju obiektem klasy

Point

?

←

?

(20)

Koncepcja dziedziczenia a związki całość-część

Jeżeli nie dziedziczenie to co?

Często obiekty łączy relacja is_part czyli jest częścią (ang. is a part of). Relacja ta

określana jest pojęciem całość-część.

Przy związkach całość-część zadajemy pytania:

czy obiekt klasy

A

jest częścią obiektu klasy

B

?

czy obiekt klasy

B

zawiera w sobie obiekt klasy

A

?

Point

x

y

. . .

Circle

r

. . .

Rectangle

w

h

. . .

Klasa obiektu-całości

Klasa obiektu składowego

(21)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

Punkt

(x, y, z)

x

y

z

(x, y)

x

y

Punkt3D

Point

x

y

. . .

Point3D

z

. . .

Czy Punkt3D jest pewnego

(22)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

#include <iostream> using namespace std; // . . . int main() { Point p1( 10, 12 ); Point3D p2( 2, 5, 4 );

cout << endl << "Punkt 2D ma wspolrzedne" << endl; cout << "x = " << p1.getX() << endl;

cout << "y = " << p1.getY() << endl;

cout << endl << "Punkt 3D ma wspolrzedne" << endl; cout << "x = " << p2.getX() << endl;

cout << "y = " << p2.getY() << endl; cout << "z = " << p2.getZ() << endl; return EXIT_SUCCESS;

}

(23)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

class Point {

public :

// Konstruktory

Point() : x( 0 ), y( 0 ) { }

Point( int x, int y ) : x( x ), y( y ) { }

// Modyfikator i akcesor dla pola x

void setX( int x ) { Point::x = x; } int getX() const { return x; }

// Modyfikator i akcesor dla pola y void setY( int y ) { Point::y = y; } int getY() const { return y; }

private: int x, y; };

(24)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

class Point3D : public Point

{

public :

// Konstruktory

Point3D() : Point(), z( 0 ) { }

Point3D( int x, int y, int z ) : Point( x, y ), z( z ) { }

// Modyfikator i akcesor dla pola z

void setZ( int z ) { Point3D::z = z; } int getZ() const { return z; }

private: int z; };

(25)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

{

public :

// Konstruktory

Point3D() : Point(), z( 0 ) { }

private: int z; };

Dziedziczenie w trybie publicznym zachowuje

widoczność pól określoną w klasie bazowej.

Konstruktor klasy pochodnej aktywuje konstruktor klasy bazowej

umieszczony na liście inicjalizacyjnej, odbywa się to

(26)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

{

public :

// Konstruktory

Point3D() : Point(), z( 0 ) { }

private: int z; };

W klasie pochodnej definiujemy metody do

obsługi nowych pól, obsługę pól odziedziczonych

realizujemy z wykorzystaniem metod odziedziczonych.

Używamy konstruktorów klasy bazowej do zainicjowania

pól odziedziczonych, nowe pola inicjują własne konstruktory.

(27)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

Punkt

(x, y)

x

y

Piksel

Point

x

y

. . .

Pixel

color

. . .

Czy Piksel jest pewnego

rodzaju Punktem?

x

(28)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

class Pixel : public Point

{

public :

// Konstruktory

Pixel() : Point(), color( 0 ) { }

Pixel( int x, int y, int color ) : Point( x, y ), color( color ) { }

// Modyfikator i akcesor dla pola color

void setColor( int color ) { Pixel::color = color; } int getColor() const { return color; }

// Realizator

void put() const {

// Funkcja wy wietl. piksela z odpowiedniej bibl. graficznej, np.:ś putpixel( getX(), getY(), color );

}

private:

int color; };

(29)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

Piksel

x

y

PikselEkranowy

x

y

Ograniczenia

minx, miny,

maxx, maxy.

ScrPixel

minx, miny

maxx, maxy

. . .

Czy PikselEkranowy jest pewnego

rodzaju Pikselem?

Pixel

color

(30)

Definiowanie klas pochodnych

Anatomia dziedziczenia w C++ na przykładzie

class ScrPixel : public Pixel

{

public :

ScrPixel() : Pixel() { }

ScrPixel( int x, int y, int color ) : Pixel( x, y, color ) { } void setX( int x )

{

Point::setX( ( x >= minx && x <= maxx ) ? x : 0 ); }

void setY( int y ) {

Point::setY( ( y >= miny && y <= maxy ) ? y : 0 ); }

static int minx, miny, maxx, maxy;

};

int ScrPixel::minx = 0; int ScrPixel::miny = 0; int ScrPixel::maxx = 799; int ScrPixel::maxy = 599;

(31)

Definiowanie klas pochodnych

Ma marginesie — pola statyczne

Pola statyczne dla danej klasy występują tylko raz, są współdzielone przez wszystkie

obiekty tej klasy. Istnieją nawet wtedy, gdy nie został utworzony żaden obiekt klasy.

Pola statyczne muszą być zdefiniowane poza klasą, nadaje się im tedy wartość

początkową.

int ScrPixel::minx = 0; int ScrPixel::miny = 0; int ScrPixel::maxx = 799; int ScrPixel::maxy = 599;

Do pól statycznych klasy można odwoływać się bez obiektu:

ScrPixel::maxx = screen.getMaxX();

ScrPixel::maxy = screen.getMaxY();

Pola statyczne stanowią wspólną, współdzieloną pamięć wszystkich obiektów danej

klasy.

(32)

Definiowanie klas pochodnych

Redefinicja metody (funkcji składowej) w klasie pochodnej

class Point {

. . .

void setX( int x ) { Point::x = x; }

};

class ScrPixel : public Pixel {

. . .

void setX( int x )

{

Point::setX( ( x >= minx && x <= maxx ) ? x : 0 ); }

};

W klasie pochodnej można zmienić sposób działania metody odziedziczonej poprzez

jej redefinicję.

Do metody odziedziczonej można dalej odwoływać się stosując prefiks w postaci

nazwa_klasy_bazowej::

.

Redefinicję metody w klasie pochodnej stosujemy wtedy, gdy nie odpowiada nam

działanie metody odziedziczonej. Można napisać własną implementację metody,

opcjonalnie posługując się również metodą odziedziczoną.

(33)

Definiowanie klas pochodnych

Składowe chronione

class Pixel : public Point {

public : . . .

void put() const {

putpixel( getX(), getY(), color ); }

. . . };

Składowe zadeklarowane jako protected są dostępne dla obiektów wszystkich klas

pochodnych (tak jak składowe public).

Składowe zadeklarowane jako protected są niedostępne dla obiektów innych,

niezaprzyjaźnionych klas (tak jak składowe private).

Specyfikator protected działa jak private, z tym wyjątkiem, że obiekty klas

W klasie pochodnej nie ma bezpośredniego dostępu do pól prywatnych klasy bazowej.

Przewidując, że pewna klasa będzie wykorzystywana jako klasa bazowa, można

zadeklarować jej składowe (pola i metody) jako chronione — protected:

(34)

Definiowanie klas pochodnych

Składowe chronione

class Point { public : . . . protected: int x, y; };

Deklaracja pól x i y jako chronionych:

public : . . .

void put() const {

putpixel( x, y, color ); // Dozwolone bezpo rednie odwołanie do x i yś }

. . . };

. . . Point p;

(35)

Definiowanie klas pochodnych

Na marginesie — destruktory

Destruktor to funkcja wywoływana automatycznie przez kompilator bezpośrednio

przed momentem, w którym obiekt przestaje „żyć”.

Moment „śmierci” obiektu zależy od tego, w jaki sposób został on utworzony.

Obiekty statyczne giną po zakończeniu wykonania funkcji

main

, obiekty

automatyczne po wyjściu sterowania z bloku w którym zostały zdefiniowane, obiekty

dynamicze w momencie usunięcia ich z pamięci operatorem

delete

.

Destruktor to bezparametrowa funkcja, bez określonego rezultatu, o nazwie takiej, jak

nazwa klasy poprzedzona znakiem tyldy „~”.

class Point { public: . . . // Destruktor ~Point(); . . . class ScrPixel { public: . . . // Destruktor ~ScrPixel(); . . .

(36)

Definiowanie klas pochodnych

Na marginesie — destruktory

class Point { public : // Konstruktory Point() : x( 0 ), y( 0 ) {

cout << endl << "Point()" << endl; }

Point( int x, int y ) : x( x ), y( y ) {

cout << endl << "Point( " << x << ", " << y << " )" << endl; }

// Destruktor ~Point()

{

cout << endl << "~Point()" << endl; }

. . . };

Klasa

Point

ze zmodyfikowanymi konstruktorami i destruktorem

class Point { public : // Konstruktory Point() : x( 0 ), y( 0 ) {

cout << endl << "Point()" << endl; }

Point( int x, int y ) : x( x ), y( y ) {

cout << endl << "Point( " << x << ", " << y << " )" << endl; }

// Destruktor ~Point()

{

cout << endl << "~Point()" << endl; }

. . . };

(37)

Definiowanie klas pochodnych

Na marginesie — destruktory

. . .

cout << endl << "Przed utworzeniem obiektu p klasy Point" << endl; {

Point p( 1, 10 );

cout << endl << "Punkt ma wspolrzedne" << endl; cout << "x = " << p.getX() << endl;

cout << "y = " << p.getY() << endl; }

cout << endl << "Po usunieciu obiektu p klasy Point" << endl; . . .

Aktywowanie konstruktora i destruktora dla obiektu klasy

Point

:

Obiekt zaczyna żyć, aktywowanie

konstruktora

Obiekt umiera, aktywowanie

destruktora

(38)

Definiowanie klas pochodnych

class Point3D : public Point {

public :

// Konstruktory

Point3D() : Point(), z( 0 ) {

cout << endl << "Point3D()" << endl; }

Point3D( int x, int y, int z ) : Point( x, y ), z( z ) {

cout<< endl << "Point3D( " << x << ", " << y << ", " << z << " )" << endl; }

// Destruktor ~Point3D() {

cout << endl << "~Point3D()" << endl; }

. . . };

Klasa

Point3D

ze zmodyfikowanymi konstruktorami i destruktorem

(39)

Definiowanie klas pochodnych

Kolejność aktywowania konstruktorów i destruktorów a dziedziczenie

public :

// Konstruktory

Pixel() : Point(), color( 0 ) {

cout << endl << "Pixel()" << endl; }

Pixel( int x, int y, int color ) : Point( x, y ), color( color ) {

cout<< endl<< "Pixel( "<< x << ", " << y << ", " << color << " )" << endl; }

// Destruktor ~Pixel()

{

cout << endl << "~Pixel()" << endl; }

. . . };

(40)

Definiowanie klas pochodnych

Kolejność aktywowania konstruktorów i destruktorów a dziedziczenie

class ScrPixel : public Pixel {

public :

// Konstruktory

ScrPixel() : Pixel() {

cout << endl << "ScrPixel()" << endl; }

ScrPixel( int x, int y, int color ) : Pixel( x, y, color ) {

cout<< endl<< "ScrPixel( "<< x << ", "<< y << ", "<< color << " )"<< endl; }

// Destruktor ~ScrPixel() {

cout << endl << "~ScrPixel()" << endl; }

. . . };

(41)

Definiowanie klas pochodnych

Kolejność aktywowania konstruktorów i destruktorów a dziedziczenie

. . .

cout << endl << "Przed utworzeniem obiektu p klasy Point3D" << endl; {

Point3D p( 2, 5, 4 );

cout << endl << "Punkt 3D ma wspolrzedne" << endl; cout << "x = " << p.getX() << endl;

cout << "y = " << p.getY() << endl; cout << "z = " << p.getZ() << endl; }

cout << endl << "Po usunieciu obiektu p klasy Point3d" << endl; . . .

Aktywowanie konstruktora i destruktora dla obiektu klasy

Point3D

:

Aktywowanie konstruktora klasy bazowej

Aktywowanie konstruktora własnego klasy

Aktywowanie destruktora własnego klasy

Aktywowanie destruktora klasy bazowej

(42)

Definiowanie klas pochodnych

Kolejność aktywowania konstruktorów i destruktorów a dziedziczenie

. . .

cout << endl << "Przed utworzeniem obiektu p klasy ScrPixel" << endl; {

ScrPixel p( 10, 5, 0 );

cout << endl << "Piksel ma wspolrzedne" << endl; cout << "x = " << p.getX() << endl;