Основы программирования — второй семестр 08-09; Михалкович С.С.; VIII часть

Полиморфизм и виртуальные методы

Вводные понятия

Инкапсуляция — хранение в классе одновременно данных и методов (класс представляет собой «капсулу»).
Инкапсуляция тесно связана с защитой данных: лишь некоторые члены в этой «капсуле» являются открытыми.

Полиморфизм — это, дословно, многообразие форм.
Более точно, полиморфизм — это способность родственных классов выполнять одинаковые действия сходным образом.

Пример.
Есть класс

Студент
    Готовиться_к_экзамену()

И два его наследника:

Хороший_студент
    Готовиться_к_экзамену()

и

Плохой студент
    Готовиться_к_экзамену()

Действие Готовиться_к_экзамену() они выполняют по-разному.

Рассмотрим следующий код:

var p: Person;
p := new Student('Иванов', 17, 1, 11);
p.Print();

Вопрос: какой метод Print вызовется?
Ответ: В разных языках программирования вызовутся Print разных классов:

• в таких языках, как Java, Eiffel — Student.Print
• а в C++, C#, PasacalABC.NET — Person.Print

Т.о. в PascalABC.NET вызовется метод Person.Print, но, хотелось бы, чтобы вызывался метод Student.Print.

Если решение о том, какой метод вызывать, принимается на этапе компиляции (рано), то связывание имени метода с конкретным кодом называется ранним связыванием.

Если же решение о том, какой метод вызывать, принимается на этапе выполнения программы (поздно), то связывание имени метода с конкретным кодом называется поздним связыванием.
Позднее связывание осущесвляется с методом того класса, на который ссылается переменная в процессе выполнения программы.

Итак, в PascalABC.NET по умолчанию реализовано раннее связывание.

Позднее связывание и виртуальные методы

Чтобы обеспечить позднее связывание в языке Pascal, соответствующие методы надо сделать виртуальными в базовом классе.

type
  Person = class
  ...
  public
    ...
    procedure Print; virtual;
    begin
      WriteFormat('Имя: {0}  Возраст: {1}  ', 
        fName, fAge);
    end;
  end;
  
  Student = class(Person)
  ...
  public
    procedure Print; override;
    begin
      inherited Print;
      WriteFormat('Курс: {0}  Группа: {1}  ', 
        fCourse, fGroup);
    end;
  end;

При переопределении виртуального метода в классе-потомке используется ключевое слово override.

Примечание. Переопределяющий виртуальный метод должен иметь те же параметры и тот же тип возвращаемого значения.

Вернемся к рассмотренному ранее коду:

var p: Person;
p := new Student('Иванов', 17, 1, 11);
p.Print();

Теперь решение о том, какой метод вызывать, будет отложено до этапа выполнения, и будет вызвано Print того класса, на объект которого ссылается переменная в текущий момент (в данном случае — для Student).

Вызов виртуального метода осуществляется немного медленнее обычного метода.

Полиморфизм в объектно-ориентированных программирования реализуется через механизм виртуальных методов.

Переменная базового класса, содержащая виртуальные методы, называется полиморфной переменной.
Она имеет статический тип (заявленный при объявлении) и динамический (тип объекта, на который она ссылается в данный момент выполнения программы).

Замечание. Обычная подпрограмма также может быть полиморфной.
Пример.

procedure Print(p: Person);
begin
  p.Print(); // обращение полиморфизма
end;
...
Print(new Student(...));

Обычная подпрограмма называется полиморфной, если она содержит хотя бы один полиморфный параметр.

Виртуальные методы как блоки замены кода

Рассмотрим следующий полиморфный метод:

procedure polymorph(p: Base);
begin
  p.Method1;
  p.Method2;
  p.Method3;
end;

Напишем класс StudentInSession, унаследовав его от Base:

procedure polymorph(p: Base);
type
  Base = class
  public 
    procedure Method1; virtual;
    procedure Method2; virtual;
    procedure Method3; virtual;
  end;
  
  StudentInSession = class(Base)
  public
    procedure Method1; override;
    begin
      writeln('Sleep');
    end;
    procedure Method2; override;
    begin
      writeln('Eat');
    end;
    procedure Method3; override;
    begin
      writeln('Think');
    end;
  end;

...

polymorph(new StudentInSession);

Места вызовов виртуальных методов в некотором коде могут быть заменены все одновременно с использованием следующего приема:

• Определим от базового класса, объект которого вызывает эти методы, потомка, в котором переопределим данные виртуальные методы.
• При конструировании вместо объекта базового класса создадим объект потомка и присвоим его указанной полиморфной переменной. При этом все вызовы виртуальных методов будут вызывать код для потомка.