Страница 314 из 371
Перейдем к рассмотрению связывания. Напомним, что в рассматриваемом семействе классов метод M полиморфен: имея одно и то же имя и сигнатуру, он существует в разных формах — для каждого класса задана собственная реализация метода. С другой стороны, из-за возможностей, предоставляемых односторонним присваиванием, в точке вызова неясно, с объектом какого класса семейства в данный момент связана сущность x1 (вызову мог предшествовать такой оператор присваивания if (B) x1 = хk;).
Статическим связыванием называется связывание цели вызова и вызываемого метода на этапе компиляции, когда с сущностью связывается метод класса, заданного при объявлении сущности.
Динамическим связыванием называется связывание цели вызова и вызываемого метода на этапе выполнения, когда с сущностью связывается метод класса объекта, связанного с сущностью в момент выполнения.
При статическом связывании метод выбирается из класса сущности, при динамическом — из класса объекта, связанного с сущностью. Понятно, что на этапе компиляции возможно только статическое связывание, поскольку только в период выполнения можно определить, с объектом какого класса связана данная сущность. Это может быть класс любого из потомков класса сущности.
Какой же из видов связывания следует применять? Статическое связывание более эффективно в реализации, поскольку может быть сделано на этапе компиляции, так что при выполнении не потребуется никаких проверок. Динамическое связывание требует накладных расходов в период выполнения. Однако во многих случаях преимущества динамического связывания столь значительны, что о затратах не стоит и беспокоиться.
Уже достаточно давно разработан эффективный механизм реализации динамического связывания. Еще на этапе компиляции подготавливается так называемая таблица виртуальных методов, содержащая их адреса. Связывание объекта хk с принадлежащим ему методом Mk производится выбором соответствующего элемента из этой таблицы и выполняется ненамного сложнее, чем получение по индексу соответствующего элемента массива.
В языке C# принята следующая стратегия связывания. По умолчанию предполагается статическое связывание. Для того чтобы выполнялось динамическое связывание, метод родительского класса должен снабжаться модификатором virtual или abstract, а его потомки должны иметь модификатор override.
Три механизма, обеспечивающие полиморфизм
Под полиморфизмом в ООП понимают способность одного и того же программного текста х. M выполняться по-разному, в зависимости оттого, с каким объектом связана сущность х. Полиморфизм гарантирует, что вызываемый метод М будет принадлежать классу объекта, связанному с сущностью х.
В основе полиморфизма, характерного для семейства классов, лежат три механизма:
• одностороннее присваивание объектов внутри семейства классов; сущность, базовым классом которой является класс предка, можно связать с объектом любого из потомков. Другими словами, для введенной нами последовательности объектов хk присваивание xi = xj допустимо для всех j >=i;
• переопределение потомком метода, наследованного от родителя. Благодаря переопределению, в семействе классов существует совокупность полиморфных методов с одним именем и сигнатурой;
• динамическое связывание, позволяющее в момент выполнения вызывать метод, который принадлежит целевому объекту.
В совокупности это и называется полиморфизмом семейства классов. Целевую сущность часто называют полиморфной сущностью, вызываемый метод — полиморфным методом, сам вызов — полиморфным вызовом.
Вернемся к нашему примеру с классами Found, Derived, chiidDerived. Напомню, в родительском классе определен виртуальный метод VirtMethod и переопределен виртуальный метод Tostring родительского класса object. Потомок класса Found — класс Derived переопределяет эти методы:
public override void VirtMethod()
{
Console.WriteLine("Сын: " + this.ToString ());
public override string ToString ()
{
return(String.Format("поля: name = {0},
credit = {1},debet ={2}",name, credit, debet));
}
Потомок класса Derived — класс childDerived не создает новых полей. Поэтому он использует во многом методы родителя. Его конструктор состоит из вызова конструктора родителя:
public ChildDerived(string name, int cred, int deb):base (name,cred, deb)
{ }
Нет и переопределения метода Tostring, поскольку используется реализация родителя. А вот метод VirtMethod переопределяется:
public override void VirtMethod()
{
Console.WriteLine("внук: " + this.ToString ());
}
В классе Found определены два невиртуальных метода Nonvirtmethod и Work, наследуемые потомками Derived и ChildDerived без всяких переопределений. Вы ошибаетесь, если думаете, что работа этих методов полностью определяется базовым классом Found. Полиморфизм делает их работу куда более интересной. Давайте рассмотрим в деталях работу метода Work;
public void Work()
{
VirtMethod();
NonVirtMethod();
Analysis ();
}
При компиляции метода work будет обнаружено, что вызываемый метод VirtMethod является виртуальным, поэтому для него будет применяться динамическое связывание. Это означает, что вопрос о вызове метода откладывается до момента, когда метод Work будет вызван объектом, связанным с х. Объект может принадлежать как классу Found, так и классам Derived и ChildDerived, в зависимости от класса объекта и будет вызван метод этого класса.
Для не виртуальных методов NonvirtMethod и Analysis будет применено статическое связывание, так что work всегда будет вызывать методы, принадлежащие классу Found. Однако и здесь не все просто. Метод NonVirtMethod
public void NonVirtMethod()
{
Console.WriteLine ("Мать: "+ this.ToString ());
}
в процессе своей работы вызывает виртуальный метод ToString. Опять-таки, для метода ToString будет применяться динамическое связывание, и в момент выполнения будет вызываться метод класса объекта.
Что же касается метода Analysis, определенного в каждом классе, то всегда в процессе работы work будет вызываться только родительский метод анализа из-за стратегии статического связывания.
Хочу обратить внимание на важный принципиальный момент. Вполне понятно, когда потомки вызывают методы родительского класса. Потомкам все известно о своих предках. Но благодаря полиморфизму методы родительского класса, в свою очередь, могут вызывать методы своих потомков, которых они совсем не знают и которые обычно и не написаны в момент создания родительского класса. Достигается это за счет того, что между родителями и потомками заключается жесткий контракт. Потомок, переопределяющий виртуальный метод, сохраняет сигнатуру метода, сохраняет атрибуты доступа, изменяя реализацию метода, но не форму его вызова.
Класс Found, создающий метод Work, говорит примерно следующее: "Я предоставляю этот метод своим потомкам. Потомок, вызвавший этот метод, должен иметь VirtMethod, выполняющий специфическую для потомка часть работы; конечно, потомок может воспользоваться и моей реализацией, но допустима и его собственная реализация. Затем часть работы выполняю я сам, но выдача информации об объекте определяется самим объектом. Заключительную часть работы, связанную с анализом, я потомкам не доверяю и делаю ее сам".
Пример работы с полиморфным семейством классов
Классы семейства с полиморфными методами уже созданы. Давайте теперь в клиентском классе Testing напишем метод, создающий объекты наших классов и вызывающий методы классов для объектов семейства: