Основы объектно-ориентированного программирования

Расширяя базовое понятие класса, мы представляли наследование и универсальность (genericity) как своего рода "партнеров". Объединить их нам позволило знакомство с полиморфными структурами данных: в контейнер - объект, описанный сущностью типа SOME_CONTAINER_TYPE [T] с родовым параметром T - можно помещать объекты не только самого типа T, но и любого потомка T. Однако есть и другая интересная комбинация партнерства, в которой наследование используется для задания ограничения на возможный тип фактического родового параметра класса.

Вектора, допускающие сложение

Приведем простой, но характерный пример, демонстрирующий необходимость введения ограниченной универсальности. Он поможет в обосновании метода решения поставленной задачи и в выборе соответствующей конструкции языка.

Предположим, что мы хотим объявить класс VECTOR, над элементами которого определена операция сложения. Потребность в подобном базовом классе неоспорима. Вот первый вариант:

indexing

description: "Векторы со сложением"

class

VECTOR [G]

feature -- Доступ

count: INTEGER

-- Количество элементов

item, infix "@" (i: INTEGER): G is

-- Элемент вектора с индексом i (нумерация с 1)

require ... do

...

end

feature -- Основные операции

infix "+" (other: VECTOR [G]): VECTOR is

-- Поэлементное сложение текущего вектора с other

require ... do

...

end

... Прочие компоненты ...

invariant

non_negative_count: count >= 0

end

Применение инфиксной записи продиктовано соображениями удобства. Для удобства введены и синонимы в обозначении i-го компонента вектора: v.item (i) или просто v @ i.

Обратимся к функции "+". Сначала сложение двух векторов кажется очевидным и состоящим в суммировании элементов на соответствующих местах. Общая его схема такова:

infix "+" (other: VECTOR [G]): VECTOR is

-- Поэлементное сложение текущего вектора с other

require

count = other.count

local

i: INTEGER

do

"Создать Result как массив из count элементов"

from i := 1 until i > count loop

Result.put(item (i) + other.item (i), i)

i := i + 1

end

end

Выражение в прямоугольнике - результат сложения i-го элемента текущего вектора с i-м элементом other. Процедура put сохраняет это значение в i-м элементе Result, и хотя она не показана в классе VECTOR, данная процедура в нем, безусловно, присутствует.

Рис. 16.5.  Поэлементное сложение векторов

Но подобная схема не работает! Операция +, которую мы определили для сложения векторов (VECTOR), здесь применяется к объектам совсем другого типа (G), являющегося родовым параметром. По определению, родовой параметр представлен неизвестным типом - фактическим параметром, появляющимся только тогда, когда нам понадобится для каких либо целей родовой класс. Процесс порождения класса при задании фактического родового параметра называется родовым порождением (generic derivation). Если фактическим параметром служит INTEGER либо иной тип (класс), содержащий функцию infix "+" правильной сигнатуры, корректная работа обеспечена. Но что если параметром станет ELLIPSE, STACK, EMPLOYEE или другой тип без операции сложения?

С прежними родовыми классами: контейнерами STACK, LIST и ARRAY - этой проблемы не возникало, поскольку их действия над элементами (типа G как формального параметра) были универсальны - операции (присваивание, сравнение) могли выполняться над элементами любого класса. Но для абстракций, подобных векторам, допускающих сложение, нужно ограничить круг допустимых фактических родовых параметров, чтобы быть уверенными в допустимости проектируемых операций.

Этот случай отнюдь не является исключением. Вот еще два примера того же рода.

[x]. Предположим, вы проектируете класс, описывающий структуру данных с операцией sort, упорядочивающей элементы структуры в соответствии с некоторым критерием сортировки. Тогда элементы этой структуры должны принадлежать типу, для которого определена операция сравнения infix "<=", задающая порядок для любой пары соответствующих объектов.