Виртуальные функции c очень простое объяснение. Виртуальные функции

Очередная модификация базового класса приводит к неожиданным последствиям. Эта модификация состоит в изменении спецификатора функции-члена базового класса. Мы (впервые!) используем спецификатор virtual в объявлении функции. Функции, объявленные со спецификатором virtual, называются виртуальными функциями. Введение виртуальных функций в объявление базового класса (всего лишь один спецификатор) имеет столь значительные последствия для методологии объектно-ориентированного программирования, что мы лишний раз приведём модифицированное объявление класса A:

Class A { public: virtual int Fun1(int); };

Один дополнительный спецификатор в объявлении функции и больше никаких (пока никаких) изменений в объявлениях производных классов. Как всегда, очень простая функция main(). В ней мы определяем указатель на объект базового класса, настраиваем его на объект производного типа, после чего по указателю мы вызываем функцию Fun1():

Void main () { A *pObj; A MyA; AB MyAB; pObj = &MyA; pObj->Fun1(1); AC MyAC; pObj = &MyAC; pObj->Fun1(1); }

Если бы не спецификатор virtual, результат выполнения выражения вызова

PObj->Fun1(1);

был бы очевиден: как известно, выбор функции определяется типом указателя.

Однако спецификатор virtual меняет всё дело. Теперь выбор функции определяется типом объекта, на который настраивается указатель базового класса. Если в производном классе объявляется нестатическая функция, у которой имя, тип возвращаемого значения и список параметров совпадают с аналогичными характеристиками виртуальной функции базового класса, то в результате выполнения выражения вызова вызывается функция-член производного класса.

Сразу надо заметить, что возможность вызова функции-члена производного класса по указателю на базовый класс не означает, что появилась возможность наблюдения за объектом "сверху вниз" из указателя на объект базового класса. Невиртуальные функции-члены и данные по-прежнему недоступны. И в этом можно очень легко убедиться. Для этого достаточно попробовать сделать то, что мы уже однажды проделали - вызвать неизвестную в базовом классе функцию-член производного класса:

//pObj->Fun2(2); //pObj->AC::Fun1(2);

Результат отрицательный. Указатель, как и раньше, настроен лишь на базовый фрагмент объекта производного класса. И всё же вызов функций производного класса возможен. Когда-то, в разделах, посвящённых описанию конструкторов, нами был рассмотрен перечень регламентных действий, которые выполняются конструктором в ходе преобразования выделенного фрагмента памяти в объект класса. Среди этих мероприятий упоминалась инициализация таблиц виртуальных функций.

Наличие этих самых таблиц виртуальных функций можно попытаться обнаружить с помощью операции sizeof. Конечно, здесь всё зависит от конкретной реализации, но, по крайней мере, в версии Borland C++ объект-представитель класса, содержащего объявления виртуальных функций, занимает больше памяти, нежели объект аналогичного класса, в котором те же самые функции объявлены без спецификатора virtual.

Cout << "Размеры объекта: " << sizeof(MyAC) << "…" << endl;

Так что объект производного класса приобретает дополнительный элемент - указатель на таблицу виртуальных функций. Схему такого объекта можно представить следующим образом (указатель на таблицу мы обозначим идентификатором vptr, таблицу виртуальных функций - идентификатором vtbl):

MyAC::= vptr A AC vtbl::= &AC::Fun1

На нашей новой схеме объекта указатель на таблицу (массив из одного элемента) виртуальных функций не случайно отделён от фрагмента объекта, представляющего базовый класс лишь пунктирной линией. Он находится в поле зрения этого фрагмента объекта. Благодаря доступности этого указателя оператор вызова виртуальной функции Fun1

PObj->Fun1(1);

можно представить следующим образом:

(*(pObj->vptr)) (pObj,1);

Здесь только на первый взгляд всё запутано и непонятно. На самом деле, в этом операторе нет ни одного не известного нам выражения.

Здесь буквально сказано следующее:

ВЫЗВАТЬ ФУНКЦИЮ, РАСПОЛОЖЕННУЮ ПО НУЛЕВОМУ ИНДЕКСУ ТАБЛИЦЫ ВИРТУАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ vtbl (в этой таблице у нас всего один элемент), АДРЕС НАЧАЛА КОТОРОЙ МОЖНО НАЙТИ ПО УКАЗАТЕЛЮ vptr.

В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, ЭТОТ УКАЗАТЕЛЬ ДОСТУПЕН ПО УКАЗАТЕЛЮ pObj, НАСТРОЕННОМУ НА ОБЪЕКТ MyAC. ФУНКЦИИ ПЕРЕДАЁТСЯ ДВА (!) ПАРАМЕТРА, ПЕРВЫЙ ИЗ КОТОРЫХ ЯВЛЯЕТСЯ АДРЕСОМ ОБЪЕКТА MyAC (значение для this указателя!), ВТОРОЙ - ЦЕЛОЧИСЛЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ, РАВНЫМ 1.

Вызов функции-члена базового класса обеспечивается посредством квалифицированного имени.

PObj->A::Fun1(1);

В этом операторе мы отказываемся от услуг таблицы виртуальных функций. При этом мы сообщаем транслятору о намерении вызвать функцию-член базового класса. Механизм поддержки виртуальных функций строг и очень жёстко регламентирован. Указатель на таблицу виртуальных функций обязательно включается в самый "верхний" базовый фрагмент объекта производного класса. В таблицу указателей включаются адреса функций-членов фрагмента самого "нижнего" уровня, содержащего объявления этой функции.

Мы в очередной раз модифицируем объявление классов A, AB и объявляем новый класс ABC.

Модификация классов A и AB сводится к объявлению в них новых функций-членов:

Class A { public: virtual int Fun1(int key); virtual int Fun2(int key); }; ::::: int A::Fun2(int key) { cout << " Fun2(" << key << ") from A " << endl; return 0; } class AB: public A { public: int Fun1(int key); int Fun2(int key); }; ::::: int AB::Fun2(int key) { cout << " Fun2(" << key << ") from AB " << endl; return 0; } Класс ABC является производным от класса AB: class ABC: public AB { public: int Fun1(int key); }; int ABC::Fun1(int key) { cout << " Fun1(" << key << ") from ABC " << endl; return 0; }

В этот класс входит объявление функции-члена Fun1, которая объявляется в косвенном базовом классе A как виртуальная функция. Кроме того, этот класс наследует от непосредственной базы функцию-член Fun2. Эта функция также объявляется в базовом классе A как виртуальная. Мы объявляем объект-представитель класса ABC:

ABC MyABC;

Его схему можно представить следующим образом:

MyABC::= vptr A AB ABC vtbl::= &AB::Fun2 &ABC::Fun1

Таблица виртуальных функций сейчас содержит два элемента. Мы настраиваем указатель на объект базового класса на объект MyABC, затем вызываем функции-члены:

PObj = &MyABC; pObj->Fun1(1); pObj->Fun2(2);

В этом случае невозможно вызвать функцию-член AB::Fun1(), поскольку её адрес не содержится в списке виртуальных функций, а с верхнего уровня объекта MyABC, на который настроен указатель pObj, она просто не видна. Таблица виртуальных функций строится конструктором в момент создания объекта соответствующего объекта. Безусловно, транслятор обеспечивает соответствующее кодирование конструктора. Но транслятор не в состоянии определить содержание таблицы виртуальных функций для конкретного объекта. Это задача времени исполнения. Пока таблица виртуальных функций не будет построена для конкретного объекта, соответствующая функция-член производного класса не сможет быть вызвана. В этом легко убедиться, после очередной модификации объявления классов.

Программа невелика, поэтому имеет смысл привести её текст полностью. Не следует обольщаться по поводу операции доступа к компонентам класса::. Обсуждение связанных с этой операцией проблем ещё впереди.

#include class A { public: virtual int Fun1(int key); }; int A::Fun1(int key) { cout << " Fun1(" << key << ") from A." << endl; return 0; } class AB: public A { public: AB() {Fun1(125);}; int Fun2(int key); }; int AB::Fun2(int key) { Fun1(key * 5); cout << " Fun2(" << key << ") from AB." << endl; return 0; } class ABC: public AB { public: int Fun1(int key); }; int ABC::Fun1(int key) { cout << " Fun1(" << key << ") from ABC." << endl; return 0; } void main () { ABC MyABC; // Вызывается A::Fun1(). MyABC.Fun1(1); // Вызывается ABC::Fun1(). MyABC.Fun2(1); // Вызываются AB::Fun2() и ABC::Fun1(). MyABC.A::Fun1(1); // Вызывается A::Fun1(). A *pObj = &MyABC; // Определяем и настраиваем указатель. cout << "==========" << endl; pObj->Fun1(2); // Вызывается ABC::Fun1(). //pObj->Fun2(2); // Эта функция через указатель недоступна!!! pObj->A::Fun1(2); // Вызывается A::Fun1(). }

Теперь в момент создания объекта MyABC

ABC MyABC;

из конструктора класса AB (а он вызывается раньше конструктора класса ABC), будет вызвана функция A::Fun1(). Эта функция является членом класса A. Объект MyABC ещё до конца не сформирован, таблица виртуальных функций ещё не заполнена, о существовании функции ABC::Fun1() ещё ничего не известно. После того, как объект MyABC будет окончательно сформирован, таблица виртуальных функций заполнится, а указатель pObj будет настроен на объект MyABC, вызов функции A::Fun1() через указатель pObj будет возможен лишь с использованием полного квалифицированного имени этой функции:

PObj->Fun1(1); // Это вызов функции ABC::Fun1()! pObj->A::Fun1(1); // Очевидно, что это вызов функции A::Fun1()!

Заметим, что вызов функции-члена Fun1 непосредственно из объекта MyABC приводит к аналогичному результату:

MyABC.Fun1(1); // Вызов функции ABC::Fun1().

А попытка вызова невиртуальной функции AB::Fun2() через указатель на объект базового класса заканчивается неудачей. В таблице виртуальных функций адреса этой функции нет, а с верхнего уровня объекта "посмотреть вниз" невозможно.

//pObj->Fun2(2); // Так нельзя!

Результат выполнения этой программки наглядно демонстрирует специфику использования виртуальных функций. Всего несколько строк…

Fun1(125) from A. Fun1(1) from ABC. Fun1(5) from ABC. Fun2(1) from AB. Fun1(1) from A. ========== Fun1(2) from ABC. Fun1(2) from A.

Один и тот же указатель в ходе выполнения программы может настраиваться на объекты-представители различных производных классов. В результате в буквальном смысле одно и то выражение вызова функции-члена обеспечивает выполнение совершенно разных функций. Впервые мы сталкиваемся с так называемым ПОЗДНИМ или ОТЛОЖЕННЫМ СВЯЗЫВАНИЕМ.

Заметим, что спецификация virtual относится только к функциям. Виртуальных данных-членов не существует. Это означает, что не существует возможности обратиться к данным-членам объекта производного класса по указателю на объект базового класса, настроенному на объект производного класса.

С другой стороны, очевидно, что если можно вызвать замещающую функцию, то непосредственно "через" эту функцию открывается доступ ко всем функциям и данным-членам членам производного класса и далее "снизу-вверх" ко всем неприватным функциям и данным-членам непосредственных и косвенных базовых классов. При этом из функции становятся доступны все неприватные данные и функции базовых классов.

И ещё один маленький пример, демонстрирующий изменение поведение объекта-представителя производного класса после того, как одна из функция базового класса становится виртуальной.

#include class A { public: void funA () {xFun();}; /*virtual*/void xFun () {cout <<"this is void A::xFun();"<< endl;}; }; class B: public A { public: void xFun () {cout <<"this is void B::xFun ();"<

В начале спецификатор virtual а определении функции A::xFun() закомментирован. Процесс выполнения программы состоит в определении объекта-представителя objB производного класса B и вызова для этого объекта функции-члена funA(). Эта функция наследуется из базового класса, она одна и очевидно, что её идентификация не вызывает у транслятора никаких проблем. Эта функция принадлежит базовому классу, а это означает, что в момент её вызова, управление передаётся "на верхний уровень" объекта objB. На этом же уровне располагается одна из функций с именем xFun(), и именно этой функции передаётся управление в ходе выполнения выражения вызова в теле функции funA(). Мало того, из функции funA() просто невозможно вызвать другую одноименную функцию. В момент разбора структуры класса A транслятор вообще не имеет никакого представления о структуре класса B. Функция xFun() - член класса B оказывается недостижима из функции funA().

Но если раскомментировать спецификатор virtual в определении функции A::xFun(), между двумя одноименными функциями установится отношение замещения, а порождение объекта objB будет сопровождаться созданием таблицы виртуальных функций, в соответствии с которой будет вызываться замещающая функция член класса B. Теперь для вызова замещаемой функции необходимо использовать её квалифицированное имя:

Void A::funA () { xFun(); A::xFun(); }

В объектноориентированном программировании виртуальной функцией называется функциячлен класса которая может быть переопределена в классахнаследниках так что конкретная реализация функции для вызова будет определяться во время исполнения. Таким образом программисту необязательно знать точный тип объекта для работы с ним через виртуальные функции: достаточно лишь знать что объект принадлежит наследнику класса в котором функция объявлена. Они позволяют создавать общий код который может работать как с объектами базового класса так и с...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Виртуальные функции.

В объектно-ориентированном программировании виртуальной функцией называется функция-член класса, которая может быть переопределена в классах-наследниках так, что конкретная реализация функции для вызова будет определяться во время исполнения. Таким образом, программисту необязательно знать точный тип объекта для работы с ним через виртуальные функции: достаточно лишь знать, что объект принадлежит наследнику класса, в котором функция объявлена.

Виртуальные функции — один из важнейших приёмов реализации полиморфизма. Они позволяют создавать общий код, который может работать как с объектами базового класса, так и с объектами любого его класса-наследника. При этом базовый класс определяет способ работы с объектами и любые его наследники могут предоставлять конкретную реализацию этого способа.

Говоря иными словами - с помощью виртуальных функций объект сам определяет свое поведение (собственные действия). Объект в вашей программе в действительности может представлять не один класс, а множество различных классов, если они связаны механизмом наследования с общим базовым классом. Ну и поведение объектов этих классов в иерархии, конечно же будет разным.

А теперь, момент истины: согласно правилам С++, указатель на базовый класс может ссылаться на объект этого класса, а также на объект любого другого класса, производного от базового. Понимание этого правила очень важно. Давайте рассмотрим простую иерархию неких классов А, В и С. А будет у нас базовым классом, В - наследуется от класса А, ну а С - наследуется от В. В программе объекты этих классов могут быть объявлены, например, таким образом.

Согласно данному правилу указатель типа А может ссылаться на любой из этих трех объектов. То есть, возможна следующая форма записи:

Несмотря на то, что указатель point_to_Object имеет тип А*, а не С* (или В*), он может ссылаться на объекты типа С (или В). А теперь рассмотрим вариант неправильной записи:

Примечание: Может быть правило будет более понятным, если вы будете думать об объекте С, как особом виде объекта А. Ну, например, пингвин - это особая разновидность птиц, и он все-таки остается птицей, хоть и не летает. Конечно, эта взаимосвязь объектов и указателей работает только в одном направлении. Объект типа С - особый вид объекта А, но вот объект А не является особым видом объекта С. Возвращаясь к пингвинам смело можно сказать, что если бы все птицы были особым видом пингвинов - они бы просто не умели летать!

Этот принцип становится особенно важным, когда в классах, связанных наследованием определяются виртуальные функции. Виртуальные функции имеют точно такой же вид и программируются так же, как и самые обычные функции. Только их объявление производится с ключевым словом virtual . Например, наш базовый класс А может объявить виртуальную функцию v_function() .

Виртуальная функция может объявляться с параметрами, она может возвращать значение, как и любая другая функция. В классе может объявляться столько виртуальных функций, сколько вам потребуется. И находиться они могут в любой части класса - закрытой, открытой или защищенной. Если в классе В, порожденном от класса А нужно описать коке-то другое поведение, то можно объявить виртуальную функцию, названную опять-таки v_function().

Когда в классе, подобном В, определяется виртуальная функция, имеющая одинаковое имя с виртуальной функцией класса-предка, такая функция называется замещающей. Виртуальная функция v_function()в В замещает виртуальную функцию с тем же именем в классе А.

Вернемся к указателю point_to_Object типа А*, который ссылается на объект object_В типа В*. Давайте внимательно посмотрим на оператор, который вызывает виртуальную функцию v_function()для объекта, на который указывает point_to_Object.

Указатель point_to_Object может хранить адрес объекта типа А или В. Значит во время выполнения этот оператор point_to_Object-gt;v_function(); вызывает виртуальную функцию класса на объект которого он в данный момент ссылается. Если point_to_Object ссылается на объект типа А, вызывается функция, принадлежащая классу А. Если point_to_Object ссылается на объект типа В, вызывается функция, принадлежащая классу В. Итак, один и тот же оператор вызывает функцию класса адресуемого объекта. Это и есть действие, определяемое во время выполнения программы. Иначе говоря, реализация полиморфизма.

Применение.

Предположим на минуту, что мы собираемся написать компьютерную игру. И не просто в игру, а, например, шутер (стрелялки). Что понадобиться в первую очередь? Конечно же, оружие! Причем, в нашей игре будет огромное количество разновидностей оружия. Поэтому, вполне логичным решением будет - завести базовый класс. Скажем - так:

Не вдаваясь в подробности этого класса, можно сказать, что самыми важными, пожалуй, будут функции Use1() и Use2(), которые описывают поведение (или применение) этого оружия. От этого класса можно порождать любые виды вооружения. Будут добавляться новые данные-члены (типа количества патронов, скорострельности, уровня энергии, длинны лезвия и т.п.) и новые функции. А переопределяя функции Use1() и Use2(), мы будем описывать различие в применении оружия (для ножа это может быть удар и метание, для автомата - стрельба одиночными и очередями). Коллекцию вооружения надо где-то хранить. Видимо, проще всего организовать для этого массив указателей типа Weapon*. Для простоты предположим, что это глобальный массив Arms, на 10 видов оружия, и все указатели для начала инициализированы нулем.

Создавая в начале программы динамические объекты-виды оружия, будем добавлять указатели на них в массив. Для того чтобы указать, какое оружие находится в пользовании, заведем переменную-индекс массива, значение которой будем изменять в зависимости от выбранного вида оружия.

В результате этих усилий, код, описывающий применение оружия в игре может выглядеть, например, так:

Вот и всё. Мы создали код, который описывает оружие еще до того, как решили, какие его типы будут использоваться. Более того. У нас вообще еще нет ни одного реального типа вооружения! Дополнительная (иногда очень важная) выгода - этот код можно будет скомпилировать отдельно и хранить в библиотеке. В дальнейшем вы (или другой программист) можете вывести новые классы из Weapon, сохранить их в массиве Arms и использовать. При этом не потребуется перекомпиляции вашего кода. Особо заметьте, что этот код не требует от вас точного задания типов данных объектов на которые ссылаются указатели Arms, требуется только, чтобы они были производными от Weapon. Объекты определяют во время выполнения, какую функцию Use() им следует вызвать.

Некоторые особенности применения

А, теперь, давайте вернемся к началу - к классам А, В и С.

Класс С на данный момент стоит у нас в самом низу иерархии, в конце линии наследования. В классе С точно также можно определить замещающую виртуальную функцию. Причем применять ключевое слово virtual совсем необязательно, поскольку это конечный класс в линии наследования. Функция и так будет работать и выбираться как виртуальная. Но, если вам понадобится вывести некий класс D из класса С, да еще и изменить поведение функции v_function(), то тут как раз ничего и не выйдет. Для этого в классе С функция v_function() должна быть объявлена, как virtual. Отсюда правило:

Ключевое слово virtual лучше не отбрасывать - вдруг пригодится?

В производном классе нельзя определять функцию с тем же именем и с тем же набором параметров, но с другим типом возвращаемого значения, чем у виртуальной функции базового класса. В этом случае произойдет ошибка на этапе компиляции программы.

Если в производном классе ввести функцию с тем же именем и типом возвращаемого значения, что и виртуальная функция базового класса, но с другим набором параметров, то эта функция производного класса уже не будет виртуальной. Даже если вы сопроводите ее ключевым словом virtual, она таковой не будет. В этом случае с помощью указателя на базовый класс при любом значении этого указателя будет выполняться обращение к функции базового класса. Вспомните правило о перегрузке функций! Это просто разные функции. У вас получится совсем другая виртуальная функция. Отсюда еще одно правило.

При замещении виртуальных функций требуется полное совпадение типов параметров, имен функций и типов возвращаемых значений в базовом и производном классах.

виртуальной функцией может быть только нестатическая компонентная функция класса. Виртуальной не может быть глобальная функция. Виртуальная функция может быть объявлена дружественной (friend) в другом классе.

Таблица виртуальных функций.

Для каждого класса, имеющего хотя бы одну виртуальную функцию, создаётся таблица виртуальных функций. Каждый объект хранит указатель на таблицу своего класса. Для вызова виртуальной функции используется такой механизм: из объекта берётся указатель на соответствующую таблицу виртуальных функций, а из неё, по фиксированному смещению, — указатель на реализацию функции, используемую для данного класса. При использовании множественного наследования ситуация несколько усложняется за счёт того, что таблица виртуальных функций становится нелинейной.

Раннее и позднее связывание. Статический и динамический полиморфизм.

Сравним два подхода к покупке, к примеру, килограмма апельсинов. В первом случае мы заранее знаем, что нам надо купить 1 кг. апельсинов. Поэтому мы берем небольшой пакет, не много, но достаточно денег, чтобы хватило на этот килограмм. Во втором случае, мы, выходя из дома, не знаем что и как много нам надо купить. Поэтому мы берем машину (а вдруг будет много всего), запасаемся пакетами больших и малых размеров и берем как можно больше денег. Едем на рынок и выясняется, что надо купить только 1 кг. апельсинов.

Приведенный пример в определенной мере отражает смысл применения раннего и позднего связывания, соответственно. Очевидно, что для данного примера первый вариант оптимален. Во втором случае мы слишком много всего предусмотрели, но нам это не понадобилось. С другой стороны, если по дороге на рынок мы решим, что апельсины нам не нужны и решим купить 10 кг. яблок, то в первом случае мы уже не сможем этого сделать. Во втором же случае - легко.

А, теперь, рассмотрим этот пример с точки зрения программирования. При применении раннего связывания, мы как бы говорим компилятору: "Я точно знаю, чего я хочу. Поэтому статически связывай все вызовы функций". При применении механизма позднего связывания мы как бы говорим компилятору: "Я пока не знаю чего я хочу. Когда придет время, я сообщу что и как я хочу".

Таким образом, во время раннего связывания вызывающий и вызываемый методы связываются при первом удобном случае, обычно при компиляции.

При позднем связывании вызываемого метода и вызывающего метода они не могут быть связаны во время компиляции. Поэтому реализован специальный механизм, который определяет как будет происходить связывание вызываемого и вызывающего методов, когда вызов будет сделан фактически. Именно этот механизм и реализуют виртуальные функции.

Очевидно, что скорость и эффективность при раннем связывании выше, чем при использовании позднего связывания. В то же время, позднее связывание обеспечивает некоторую универсальность связывания.

И, напоследок, давайте чётко сформулируем определение того свойства ООП, реализацией которого является связывание:

Полиморфизм - переопределение наследником функций-членов базового класса. Полиморфизм бывает динамическим, когда вызываемая функция определяется во время выполнения (позднее связывание) и статическим (раннее связывание).

Абстрактные классы.

Давайте продолжим рассмотрение использования виртуальных функций. На этот раз мы с вами разберем простой пример. Но, для начала, еще немного теории.

Чисто виртуальные функции

Слово "чисто" – в данном случае используется в контексте "пусто". Иными словами, чисто виртуальная функция - функция пустая. Синтаксис создания её таков:

class A { public: // чисто виртуальная функция virtual void v_function()=0; };

Как видите, все отличие только в том, что появилась конструкция «=0», которая называется «чистый спецификатор». Чисто виртуальная функция абсолютно ничего не делает и недоступна для вызовов. Ее назначение – служить основой (если хотите, шаблоном) для замещающих функций в производных классах.

Класс, который содержит хотя бы одну чисто виртуальную функцию, называется абстрактным классом. Это связано с тем, что создавать самостоятельные объекты такого класса нельзя. Это всего лишь заготовка для других классов. Механизм абстрактных классов разработан для представления общих понятий, которые в дальнейшем предполагается конкретизировать. Эти общие понятия обычно невозможно использовать непосредственно, но на их основе можно, как на базе, построить производные частные классы, пригодные для описания конкретных объектов.

Примечание: Приведем пример. Все животные в своем поведении имеют такие функции, как «есть», «пить», «спать», «издавать звук». Имеет смысл определить базовый класс, в котором сразу объявить все эти функции и сделать их чисто виртуальными. А потом из этого класса выводить классы, описывающие конкретных животных (или виды), со своим специфичным поведением. А базовый класс при этом действительно получается абстрактным. Ведь он не описывает никакое более-менее конкретное животное (даже вид животных). Это может быть и рыба и птица....

По сравнению с обычными классами, абстрактные классы пользуются «ограниченными правами».

• Как и всякий класс, абстрактный класс может иметь явно определенный конструктор. Из конструктора можно вызывать методы класса. Но обращение из конструктора к чистым виртуальным функциям приведут к ошибкам во время выполнения программы.
• Как уже говорилось, невозможно создать объект абстрактного класса.
• Абстрактный класс нельзя применять для задания типа параметра функции, или в качестве типа возвращаемого значения.
• Его нельзя использовать при явном приведении типов. Зато можно определять ссылки и указатели на абстрактные классы.

Пример.

Рассмотрим пример иерархии классов, описывающих неких животных. Для упрощения примера ограничимся в описании каждого животного его кличкой и издаваемым животным звуком. Ну, а основной возможностью программы будет вывод на экран списка кличек животных и представления издаваемых ими звуков.

В качестве базового класса создан абстрактный класс Animal. Он имеет единственный член Title, описывающий кличку животного. В нем есть явно определенный конструктор, который присваивает животному его «имя». И, единственная чисто виртуальная функция speak(), которая описывает, какие звуки издает животное.

От этого класса отнаследованны все остальные. Кроме одного. Класс «лев» порожден от класса «кошка» (львы это тоже кошки). Это сделано для демонстрации тонкостей применения виртуальных функций. Но об этом классе немного позже.

Во всех производных классах также описана собственная замещающая виртуальная функция speak(), которая печатает на экран, звуки, которые издает конкретное животное.

В основном теле программы объявлен массив animals указателей типа Animal*. И сразу же созданы динамические объекты классов и заполнен массив указателей. А в цикле for() по указателю просто вызывается виртуальная функция speak().

Результат работы программы таков:

Теперь обратимся к описанию класса Lion (лев). В нем вместо одной виртуальной функции speak() содержится сразу три. Две из них закомментированы.

Если вы закомментируете первую функцию, а раскомментируете вторую, то сможете проверить вариант, когда производится попытка соорудить виртуальную замещающую функцию с другим типом возвращаемого значения. В данном случае вторая (неправильная) функция возвращает тип int вместо типа void, который был у функции speak()в базовом классе. Попробуйте скомпилировать программу и произойдет ошибка на этапе компиляции.

Теперь, попробуйте раскомментировать третью функцию, а первые две закомментируйте. Компилятор на сей раз просто выдаст только предупреждение. Это тот самый случай, когда объявляется замещающая виртуальная функция с тем же самым типом возвращаемого значения, но с другим набором параметров. Посмотрим, что получилось:

Лев у нас уже не рычит, а мяукает. Это потому, что работает уже совсем другая функция! То есть, раз в данном классе нет правильно определенной виртуальной функции, то по указателю вызывается виртуальная функция speak() из базового класса. А в нашем случае базовым для класса Lion является класс Cat. Вот лев и замяукал.

Виртуальный базовый класс.

Иногда при множественном наследовании возникают ситуации, когда нужен определенный контроль над тем, как наследуются базовые классы. Рассмотрим пример.

В вышеописанном примере доступ к члену val неоднозначен. Компилятор не поймет на какую копию val ссылаться и поэтому просигнализирует ошибку. Для разрешения неоднозначности следует либо использовать оператор разрешения видимости, например, так:

Либо использовать виртуальный базовый класс . Разберем на примере, как это можно сделать. Определим дерево иерархии следующим образом:

Объявление базового класса виртуальным заставляет компилятор принимать только одну копию базового класса в объявлении производного. Поэтому только одна копия члена val присутствует в классе D и оператора разрешения области видимости, для уточнения, не требуется. Виртуальные базовые классы используются только при множественном наследовании.

Вывод

Итак, виртуальный базовый класс нужен тогда, когда производный класс наследует два (или более) класса, каждый из которых сам унаследовал один и тот же базовый класс. Без виртуального базового класса в последнем производном классе существовало бы две (или более) копии общего базового класса. Однако, благодаря тому, что исходный базовый класс делается виртуальным, в последнем производном классе представлена только одна копия базового.

Виртуальный деструктор.

Этой примечательной темой мы продолжим рассмотрение использования виртуальных функций. Мы надеемся, что вы помните, как создаются и уничтожаются объекты классов и что такое конструкторы и деструкторы). Поэтому, давайте начнем изучение вопроса с рассмотрения простого примера.

Создадим некий класс, который может запоминать строковое значение. И пусть он у нас будет базовым классом (правда не абстрактным, так как это не важно в данном случае), из него мы будем выводить другие.

Итак. Конструктор класса выделяет память для строки путем обращения к конструкции new и сохраняет адрес новой строки в указателе sp1. Деструктор класса освобождает эту память, когда объект класса Base выходит из области видимости. Далее, из базового класса выведем новый класс. Вот такой:

Этот класс сохраняет вторую строку, на которую ссылается его указатель sp2. Новый конструктор вызывает конструктор базового класса, передавая строку в базовый класс, а также выделяет память под вторую строку и сохраняет адрес новой строки в указателе sp2. Деструктор этого класса освобождает эту память.

Теперь где-то в программе мы можем создать объект такого класса:

Когда этот объект выйдет из области видимости, сначала вызовется деструктор класса Derived, а затем деструктор базового класса Base. Вся память будет аккуратно освобождена. Все по теории, все красиво.

Рассмотрим другой вариант. Предположим, что мы объявили указатель на базовый класс Base, но присвоили ему адрес объекта класса Derived. Это вполне допустимо, мы уже обсуждали этот вопрос ранее. То есть, это будет выглядеть в программе так:

Что же произойдет, когда в программе будет удален объект, на который ссылается указатель pBase?

Компилятор "видит", что указатель pBase должен ссылаться на объекты класса Base (откуда бы ему узнать, что именно присвоено этому указателю?). И вполне естественно программа вызовет только деструктор базового класса, и он удалит одну строку, но оставит в памяти другую. Ведь деструктор класса Derived не вызывался. Получается классическая утечка памяти). И, вот здесь, появляется виртуальный деструктор.

Все, что нужно сделать для исправления этой ситуации – это объявить в классах деструкторы с ключевым словом virtual. Таким образом, деструкторы будут выглядеть так:

Смысл таков. Поскольку деструкторы объявлены виртуальными, то их вызовы будут компоноваться уже во время выполнения программы. То есть, объекты сами будут определять, какой деструктор нужно вызвать. Поскольку наш указатель pBase на самом деле ссылается на объект класса Derived, то деструктор этого класса будет вызван, так же как и деструктор базового класса. Деструктор базового класса автоматически выполняется после деструктора производного класса.

Чисто виртуальный деструктор.

Ну и, наконец, последняя порция информации о виртуальных функциях. Может так случиться, что в некоторых случаях будет очень удобно определить в классе чисто виртуальный деструктор.

Мы уже обсуждали сегодня чисто виртуальные функции. Они дают нам абстрактные классы, объект которых невозможно создать. Это основа для построения иерархии классов. Однако, иногда встречаются классы, которые имело бы смысл сделать абстрактными, но для этого в вашем распоряжении может не оказаться чисто виртуальных функций. Как быть? Решение не сложное. Объединим понятие чисто виртуальной функции и виртуального деструктора. Надо просто объявить в классе, который должен быть абстрактным, чисто виртуальный деструктор.

Приведем пример.

Этот класс абстрактный, потому что включает в себя чисто виртуальную функцию (деструктор). Поскольку деструктор виртуальный, то проблемы с вызовом деструктора в будущем возникнуть не должны. Все, что осталось сделать – это дать определение этого деструктора.

Это необходимо сделать, поскольку виртуальный деструктор работает таким образом, что вначале вызывается деструктор производного класса, а затем последовательно деструкторы классов, находящихся выше в цепи наследования, вплоть до базового абстрактного. Это означает, что компилятор будет генерировать вызов ~Something(), даже когда класс является абстрактным, поэтому тело функции надо определять обязательно. Если этого не сделать, компоновщик просто выдаст ошибку отсутствия символа. И сделать это все равно придется.

Несколько советов.

Если у класса имеются виртуальные функции, имеет прямой смысл создать для него виртуальный деструктор. Даже если он и не требуется этому классу. Классы, которые будут потом произведены от него, может быть будут содержать деструкторы, которые должны вызываться соответствующим образом.

Если же класс не содержит виртуальных функций, то скорее всего он не предполагается к использованию в качестве базового. В таком случае определение в нем виртуального деструктора обычно неоправданно.

Примечание: Кстати! Конструкторы не могут быть виртуальными. Будьте бдительны!

Полиморфизм времени исполнения обеспечивается за счет использования производных классов и виртуальных функций. Виртуальная функция - это функция, объявленная с ключевым словом virtual в базовом классе и переопределенная в одном или в нескольких производных классах. Виртуальные функции являются особыми функциями, потому что при вызове объекта производ­ного класса с помощью указателя или ссылки на него С++ определяет во время исполнения про­граммы, какую функцию вызвать, основываясь на типе объекта. Для разных объектов вызываются разные версии одной и той же виртуальной функции. Класс, содержащий одну или более вир­туальных функций, называется полиморфным классом (polymorphic class).

Виртуальная функция объявляется в базовом классе с использованием ключевого слова virtual. Когда же она переопределяется в производном классе, повторять ключевое слово virtual нет не­обходимости, хотя и в случае его повторного использования ошибки не возникнет.

В качестве первого примера виртуальной функции рассмотрим следующую короткую программу:

// небольшой пример использования виртуальных функций
#include
class Base {
public:

cout << *Base\n";
}
};

public:
void who() { // определение who() применительно к first_d
cout << "First derivation\n";
}
};
class seconded: public Base {
public:

cout << "Second derivation\n*";
}
};
int main()
{
Base base_obj;
Base *p;
first_d first_obj;
second_d second_obj;
p = &base_obj;
p->
p = &first_obj;
p->
p = &second_ob;
p->who(); // доступ к who класса second_d
return 0;
}

Программа выдаст следующий результат:

Base
First derivation
Second derivation

Проанализируем подробно эту программу, чтобы понять, как она работает.

Как можно видеть, в объекте Base функция who() объявлена как виртуальная. Это означает, что эта функция может быть переопределена в производных классах. В каждом из классов first_d и second_d функция who() переопределена. В функции main() определены три переменные. Первой является объект base_obj, имеющий тип Base. После этого объявлен указатель р на класс Base, затем объекты first_obj и second_obj, относящиеся к двум производным классам. Далее указателю р при­своен адрес объекта base_objи вызвана функция who(). Поскольку эта функция объявлена как виртуальная, то С++ определяет на этапе исполнения, какую из версий функции who() употребить, в зависимости от того, на какой объект указывает указатель р. В данном случае им является объект типа Base, поэтому исполняется версия функции who(), объявленная в классе Base. Затем указате­лю р присвоен адрес объекта first_obj. (Как известно, указатель на базовый класс может быть ис­пользован для любого производного класса.) После того, как функция who() была вызвана, С++ снова анализирует тип объекта, на который указывает р, для того, чтобы определить версию фун­кции who(), которую необходимо вызвать. Поскольку р указывает на объект типа first_d, то ис­пользуется соответствующая версия функции who(). Аналогично, когда указателю р присвоен адрес объекта second_obj, то используется версия функции who(), объявленная в классе second_d.

Наиболее распространенным способом вызова виртуальной функции служит использование параметра функции. Например, рассмотрим следующую модификацию предыдущей программы:

/* Здесь ссылка на базовый класс используется для доступа к виртуальной функции */
#include
class Base {
public:
virtual void who() { // определение виртуальной функции
cout << "Base\n";
}
};
class first_d: public Base {
public:
void who () { // определение who() применительно к first_d
cout << "First derivation\n";
}
};

public:
void who() { // определение who() применительно к second_d
cout << "Second derivation\n*";
}
};
// использование в качестве параметра ссылки на базовый класс
void show_who (Base &r) {
r.who();
}
int main()
{
Base base_obj;
first_d first_obj;
second_d second_obj;
show_who (base_ob j) ; // доступ к who класса Base
show_who(first_obj); // доступ к who класса first_d
show_who(second_obj); // доступ к who класса second_d
return 0;
}

Эта программа выводит на экран те же самые данные, что и предыдущая версия. В данном при­мере функция show_who() имеет параметр типа ссылки на класс Base. В функции main() вызов виртуальной функции осуществляется с использованием объектов типа Base, first_d и second_d. Вызываемая версия функции who() в функции show_who() определяется типом объекта, на кото­рый ссылается параметр при вызове функции.

Ключевым моментом в использовании виртуальной функции для обеспечения полиморфизма времени исполнения служит то, что используется указатель именно на базовый класс. Полимор­физм времени исполнения достигается только при вызове виртуальной функции с использовани­ем указателя или ссылки на базовый класс. Однако ничто не мешает вызывать виртуальные функ­ции, как и любые другие «нормальные» функции, однако достичь полиморфизма времени исполнения на этом пути не удается.

На первый взгляд переопределение виртуальной функции в производном классе выглядит как специальная форма перегрузки функции. Но это не так, и термин перегрузка функции не приме­ним к переопределению виртуальной функции, поскольку между ними имеются существенные раз­личия. Во-первых, функция должна соответствовать прототипу. Как известно, при перегрузке обычной функции число и тип параметров должны быть различными. Однако при переопределе­нии виртуальной функции интерфейс функции должен в точности соответствовать прототипу. Если же такого соответствия нет, то такая функция просто рассматривается как перегруженная и она утрачивает свои виртуальные свойства. Кроме того, если отличается только тип возвращаемо­го значения, то выдается сообщение об ошибке. (Функции, отличающиеся только типом возвра­щаемого значения, порождают неопределенность.) Другим ограничением является то, что вирту­альная функция должна быть членом, а не другом класса, для которого она определена. Тем не менее виртуальная функция может быть другом другого класса. Хотя деструктор может быть виртуальным, но конструктор виртуальным быть не может.

В силу различий между перегрузкой обычных функций и переопределением виртуальных фун­кций будем использовать для последних термин переопределение (overriding).

Если функция была объявлена как виртуальная, то она и остается таковой вне зависимости от количества уровней в иерархии классов, через которые она прошла. Например, если класс second_d получен из класса first_d, а не из класса Base, то функция who() останется виртуальной и будет вызываться корректная ее версия, как показано в следующем примере:

// порождение от first_d, а не от Base
class second_d: public first_d {
public:
void who() { // определение who() применительно к second_d
cout << "Second derivation\n*";
}
};

Если в производном классе виртуальная функция не переопределяется, то тогда используется ее версия из базового класса. Например, запустим следующую версию предыдущей программы:

#include
class Base {
public:
virtual void who() {
cout << "Base\n";
}
};
class first_d: public Base {
public:
void who() {
cout << "First derivation\n";
}
};
class second_d: public Base {
// who() не определяется
};
int main()
{
Base base_obj;
Base *p;
first_d first_obj; ,
second_d second_obj;
p = &base_obj;
p->who(); // доступ к who класса Base
p = &first obj;
p->who(); // доступ к who класса first_d
p = &sepond_ob;
p->who(); /* доступ к who() класса Base, поскольку second_d не переопределяет */
return 0;
}

Эта программа выдаст следующий результат:

Base
First derivation
Base

Надо иметь в виду, что характеристики наследования носят иерархический характер. Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что в предыдущем примере класс second_d порожден от класса first_d вместо класса Base. Когда функцию who() вызывают, используя указатель на объект типа second_d (в котором функция who() не определялась), то будет вызвана версия функции who(), объявленная в классе first_d, поскольку этот класс - ближайший к классу second_d. В общем случае, когда класс не переопределяет виртуальную функцию, С++ использует первое из определений, которое он находит, идя от потомков к предкам.

Сергей Малышев (aka Михалыч)

Часть 1. Общая теория виртуальных функций

Посмотрев на название этой статьи, вы можете подумать: "Хм! Кто же не знает, что такое виртуальные функции! Это же..." Если это так, можете смело бросить чтение прямо на этом месте.

А для тех, кто только начинает разбираться в тонкостях С++, но уже имеет, скажем, начальные познания о такой вещи, как наследование, и что-то слышал о полиморфизме, имеет прямой смысл почитать этот материал. Если вы поймете виртуальные функции, то получите ключ к разгадке секретов успешного объектно-ориентированного проектирования.

Вообще говоря - материал не очень сложный. И все о чем тут будет говориться, несомненно, можно найти в книгах. Проблема только в том, что вы, пожалуй, не найдете полного изложения всей проблемы в одной, или двух книгах. Для того чтобы написать о виртуальных функциях, мне пришлось "проштудировать" 6 разных изданий. И даже в этом случае я совсем не претендую на полноту изложения. В списке литературы я указываю только основные, те, что натолкнули меня на стиль изложения и содержание.

Весь материал я решил разделить на 3 части.
Давайте в первой части попытаемся разобраться в общей теории виртуальных функций. Посмотрим во второй части их применение (и их мощь и силу!) на каком-либо более-менее жизненном примере. Ну, и в третей части еще поговорим о такой вещи, как виртуальные деструкторы.

Так что же это такое?

Давайте для начала вспомним, как в классическом программировании на С вы можете передать объект данных в функцию. Ничего сложного в этом нет, надо только задать тип передаваемого объекта в то время, когда вы пишете код функции. То есть, чтобы описать поведение объектов, необходимо заранее знать и описать их тип. Сила ООП в этом случае проявляется в том, что вы можете писать виртуальные функции так, чтобы объект сам определял, какую функцию ему необходимо вызвать, во время выполнения программы.

Говоря иными словами - с помощью виртуальных функций объект сам определяет свое поведение (собственные действия). Технику использования виртуальных функций как раз и называют полиморфизмом. Буквально полиморфизм означает обладание многими формами. Объект в вашей программе в действительности может представлять не один класс, а множество различных классов, если они связаны механизмом наследования с общим базовым классом. Ну и поведение объектов этих классов в иерархии, конечно же будет разным.

Ну вот, а теперь к делу!

Как известно, согласно правилам С++, указатель на базовый класс может ссылаться на объект этого класса, а также на объект любого другого класса, производного от базового. Понимание этого правила очень важно. Давайте рассмотрим простую иерархию неких классов А, В и С. А будет у нас базовым классом, В - выводится (порождается) из класса А, ну а С - выводится из В. Пояснения смотрите на рисунке.

В программе объекты этих классов могут быть объявлены, например, таким образом.

A object_A; //объявление объекта типа А
B object_B; //объявление объекта типа В
C object_C; //объявление объекта типа С

Согласно данному правилу указатель типа А может ссылаться на любой из этих трех объектов. То есть вот это будет верным:

point_to_Object=&object_C; //присвоим указателю адрес объекта С

А вот это уже не правильно:

В *point_to_Object; // объявим указатель на производный класс
point_to_Object=&object_А; //нельзя присвоить указателю адрес базового объекта

Несмотря на то, что указатель point_to_Object имеет тип А*, а не С* (или В*), он может ссылаться на объекты типа С (или В). Может быть правило будет более понятным, если вы будете думать об объекте С, как особом виде объекта А. Ну, например, пингвин - это особая разновидность птиц, но он все таки остается птицей, хоть и не летает. Конечно, эта взаимосвязь объектов и указателей работает только в одном направлении. Объект типа С - особый вид объекта А, но вот объект А не является особым видом объекта С. Возвращаясь к пингвинам смело можно сказать, что если бы все птицы были особым видом пингвинов - они бы просто не умели летать!

Этот принцип становится особенно важным, когда в классах, связанных наследованием определяются виртуальные функции. Виртуальные функции имеют точно такой же вид и программируются так же, как и самые обычные функции. Только их объявление производится с ключевым словом virtual . Например, наш базовый класс А может объявить виртуальную функцию v_function() .

class A
{
public:
virtual void v_function(void);//функция описывает некое поведение класса А
};

Виртуальная функция может объявляться с параметрами, она может возвращать значение, как и любая другая функция. В классе может объявляться столько виртуальных функций, сколько вам потребуется. И находится они могут в любой части класса - закрытой, открытой или защищенной.

Если в классе В, порожденном от класса А нужно описать коке-то другое поведение, то можно объявить виртуальную функцию, названную опять-таки v_function() .

class B: public A
{
public:
virtual void v_function(void);//замещающая функция описывает некое
//новое поведение класса В
};

Когда в классе, подобном В, определяется виртуальная функция, имеющая одинаковое имя с виртуальной функцией класса-предка, такая функция называется замещающей. Виртуальная функция v_function()в В замещает виртуальную функцию с тем же именем в классе А. На самом деле все несколько сложнее и не сводится к простому совпадению имен. Но об этом чуть позже, в разделе "Некоторые тонкости применения".
Ну, а теперь самое важное!

Вернемся к указателю point_to_Object типа А*, который ссылается на объект object_В типа В*. Давайте внимательно посмотрим на оператор, который вызывает виртуальную функцию v_function()для объекта, на который указывает point_to_Object .

A *point_to_Object; // объявим указатель на базовый класс
point_to_Object=&object_B; //присвоим указателю адрес объекта В
point_to_Object->;v_function(); //вызовем функцию

Указатель point_to_Object может хранить адрес объекта типа А или В. Значит во время выполнения этот оператор point_to_Object-gt;v_function(); вызывает виртуальную функцию класса на объект которого он в данный момент ссылается. Если point_to_Object ссылается на объект типа А, вызывается функция, принадлежащая классу А. Если point_to_Object ссылается на объект типа В, вызывается функция, принадлежащая классу В. Итак, один и тот же оператор вызывает функцию класса адресуемого объекта. Это и есть действие, определяемое во время выполнения программы.

Ну и что нам это дает?

Самое время посмотреть - а что же нам дают виртуальные функции? На теорию виртуальных функций в общих чертах мы взглянули. Пора рассмотреть какую-нибудь реальную ситуацию, где можно уяснить практическое значение рассматриваемого предмета в реальном мире программирования.

Классический пример (по моему опыту - в 90% всей литературы по С++), который приводят в этих целях - написание графической программы. Строится иерархия классов, что-то типа "точка -gt; линия -gt; плоская фигура -gt; объемная фигура". И рассматривается виртуальная функция, скажем, Draw(), которая рисует все это... Скучно!

Давайте рассмотрим менее академичный, но все же графический пример. (Классика! Куда от нее деться?). Попробуем рассмотреть гипотетически принцип, который может быть заложен в компьютерную игру. И не просто в игру, а в основу любого (не важно 3D или 2D, крутого или так себе) шутера. Стрелялки, проще говоря. Я не кровожаден по жизни, но, грешен, люблю иногда постреляться!

Итак, мы задумали сделать крутой шутер. Что понадобиться в первую очередь? Конечно же оружие! (Ну, пусть не в первую. Не важно.) В зависимости от того, на какую тему будем сочинять, такое оружие и понадобится. Может это будет набор от простой дубины до арбалета. Может от аркебуза до гранатомета. А может и вовсе от бластера до дезинтегратора. Скоро мы увидим, что это-то как раз и не важно.

Что же, раз есть такая масса возможностей, надо завести базовый класс.

class Weapon
{
public:
... //тут будут данные-члены, которыми может описываться, например, как
//толщина дубины, так и количество гранат в гранатомете
//эта часть для нас не важна

virtual void Use1(void);//обычно - левая кнопка мыши
virtual void Use2(void);//обычно - правая кнопка мыши

... //тут будут еще какие-то данные-члены и методы
};

Не вдаваясь в подробности этого класса, можно сказать, что самыми важными, пожалуй, будут функции Use1() и Use2(), которые описывают поведение (или применение) этого оружия. От этого класса можно порождать любые виды вооружения. Будут добавляться новые данные-члены (типа количества патронов, скорострельности, уровня энергии, длинны лезвия и т.п.) и новые функции. А переопределяя функции Use1() и Use2(), мы будем описывать различие в применении оружия (для ножа это может быть удар и метание, для автомата - стрельба одиночными и очередями).

Коллекцию вооружения надо где-то хранить. Видимо, проще всего организовать для этого массив указателей типа Weapon*. Для простоты предположим, что это глобальный массив Arms, на 10 видов оружия, и все указатели для начала инициализированы нулем.

Weapon *Arms; //массив указателей на объекты типа Weapon

Создавая в начале программы динамические объекты-виды оружия, будем добавлять указатели на них в массив.

Для того чтобы указать, какое оружие находится в пользовании, заведем переменную-индекс массива, значение которой будем изменять в зависимости от выбранного вида оружия.

int TypeOfWeapon;

В результате этих усилий, код, описывающий применение оружия в игре может выглядеть, например, так:

if(LeftMouseClick) Arms-gt;Use1();
else Arms->Use2();

Все! Мы создали код, который описывает стрельбу-пальбу-войну еще до того, как решили, какие типы оружия будут использоваться. Более того. У нас вообще еще нет ни одного реального типа вооружения! Дополнительная (иногда очень важная) выгода - этот код можно будет скомпилировать отдельно и хранить в библиотеке. В дальнейшем вы (или другой программист) можете вывести новые классы из Weapon, сохранить их в массиве Arms и использовать. При этом не потребуется перекомпиляции вашего кода.

Особо заметьте, что этот код не требует от вас точного задания типов данных объектов на которые ссылаются указатели Arms, требуется только, чтобы они были производными от Weapon. Объекты определяют во время выполнения, какую функцию Use() им следует вызвать.

Некоторые тонкости применения

Давайте немного времени уделим проблеме замещения виртуальных функций.

Вернемся к началу - к скучным классам А, В и С. Класс С на данный момент стоит у нас в самом низу иерархии, в конце линии наследования. В классе С точно также можно определить замещающую виртуальную функцию. Причем применять ключевое слово virtual совсем необязательно, поскольку это конечный класс в линии наследования. Функция и так будет работать и выбираться как виртуальная. Но! А вот если вам приспичит вывести некий класс D из класса С, да еще и изменить поведение функции v_function(), то тут как раз ничего и не выйдет. Для этого в классе С функция v_function() должна быть объявлена, как virtual. Отсюда правило, которое можно сформулировать так: "единожды виртуальный - всегда виртуальный!". То есть, ключевое слово virtual лучше не отбрасывать - вдруг пригодится?

Еще одна тонкость. В производном классе нельзя определять функцию с тем же именем и с тем же набором параметров, но с другим типом возвращаемого значения, чем у виртуальной функции базового класса. В этом случае компилятор выругается на этапе компиляции программы.

Далее. Если в производном классе ввести функцию с тем же именем и типом возвращаемого значения, что и виртуальная функция базового класса, но с другим набором параметров, то эта функция производного класса уже не будет виртуальной. Даже если вы сопроводите ее ключевым словом virtual, она не будет тем, что вы ожидали. В этом случае с помощью указателя на базовый класс при любом значении этого указателя будет выполняться обращение к функции базового класса. Вспомните правило о перегрузке функций! Это просто разные функции. У вас получится совсем другая виртуальная функция. Вообще говоря подобные ошибки весьма трудноуловимы, поскольку обе формы записи вполне допустимы и надеяться на диагностику компилятора в этом случае не приходится.

Отсюда еще одно правило. При замещении виртуальных функций требуется полное совпадение типов параметров, имен функций и типов возвращаемых значений в базовом и производном классах.

И еще. Виртуальной функцией может быть только нестатическая компонентная функция класса. Виртуальной не может быть глобальная функция. Виртуальная функция может быть объявлена дружественной (friend) в другом классе. Но о дружественных функциях мы поговорим как-нибудь в другой статье.

Вот, собственно, и все на этот раз.

В следующей части вы увидите полностью функциональный пример простейшей программы, которая демонстрирует все те моменты, о которых мы говорили.

Если у вас есть вопросы - пишите, будем разбираться.

Чисто виртуальные функции

К механизму виртуальных функций обращаются в тех случаях, когда в базовый класс необходимо поместить функцию, которая должна по-разному выполняться в производных классах. Точнее, по-разному должна выполняться не единственная функция из базового класса, а в каждом производственном классе требуется свой вариант этой функции.

До объяснения возможностей виртуальных функций отметим, что классы, включающие такие функции, играют особую роль в объектно-ориентированном программировании. Именно поэтому они носят специальное название - полиморфные. .

Виртуальными могут быть не любые функции, а только нестатические компонентные функции какого-либо класса. После того как функция определена как виртуальная, ее повторное определение в производном классе (с тем же самым прототипом) создает в этом классе новую виртуальную функцию, причем спецификатор virtual может не использоваться.

В производном классе нельзя определять функцию с тем же именем и с тем же набором параметров, но с другим типом возвращаемого значения, чем у виртуальной функции базового класса. Это приводит к ошибке на этапе компиляции.

Если в производном классе ввести функцию с тем же именем и типом возвращаемого значения, что и виртуальная функция базового класса, но с другим набором параметров, то эта функция производного класса не будет виртуальной. В этом случае с помощью указателя на базовый класс при любом значении этого указателя выполняется обращение к функции базового класса (несмотря на спецификатор virtual и присутствие в производном классе похожей функции).

Методы(функции)

Виртуальные методы объявляются в базовом классе с ключевым словом virtual, а в производном классе могут быть переопределены. Прототипы виртуальных методов как в базовом, так и в производном классе должны быть одинаковы.

Применение виртуальных методов позволяет реализовывать механизм позднего связывания, при котором определение вызываемого метода происходит на этапе выполнения, а не на этапе компиляции. При этом вызываемый виртуальный метод зависит от типа объекта, для которого он вызывается. При раннем связывании, используемом для не виртуальных методов, определение вызываемого метода происходит на этапе компиляции.

На этапе компиляции строится таблица виртуальных методов, а конкретный адрес проставляется уже на этапе выполнения.

При вызове метода с использованием указателя на класс действуют следующие правила:

• для виртуального метода вызывается метод, соответствующий типу объекта, на который указывает указатель.
• для не виртуального метода вызывается метод, соответствующий типу самого указателя.

В следующем примере иллюстрируется вызов виртуальных методов:

Class A // Объявление базового класса{ public: virtual void VirtMetod1(); // Виртуальный метод void Metod2(); // Не виртуальный метод};void A::VirtMetod() { cout << "Вызван A::VirtMetod1\n";} void A::Metod2() { cout << "Вызван A::Metod2\n"; } class B: public A // Объявление производного класса{public: void VirtMetod1(); // Виртуальный метод void Metod2(); // Не виртуальный метод};void B::VirtMetod1() { cout << "B::VirtMetod1\n";}void B::Metod2() { cout << "B::Metod2\n"; }void main() { B aB; // Объект класса B B *pB = &aB; // Указатель на объект класса B A *pA = &aB; // Указатель на объект класса A pA->VirtMetod1(); // Вызов метода VirtMetod класса B pB->VirtMetod1(); // Вызов метода VirtMetod класса B pA->Metod2(); // Вызов метода Metod2 класса A pB->Metod2(); // Вызов метода Metod2 класса B}

Результатом выполнения этой программы будут следующие строки:

Чисто виртуальной функцией называется виртуальная функция, указанная с инициализатором

Например:

Virtual void F1(int) =0;

Объявление класса может содержать виртуальный деструктор, используемый для удаления объекта определенного типа. Однако виртуального конструктора в языке С++ не существует. Некоторой альтернативой, позволяющей создавать объекты заданного типа, могут служить виртуальные методы, в которых выполняется вызов конструктора для создания объекта данного класса.