Lesson 10 - Inheritance - polymorphism.pdf
- 1. Inheritance - κληρονομικότητα Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 2. Βασικές έννοιες κληρονομικότητας Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 3. Ιεραρχία κλάσεων / Βασική – Παράγωγη κλάση • Η κληρονομικότητα είναι μια τεχνική από την οποία παράγουμε μια καινούργια κλάση (παράγωγη) από μία κλάση που υπάρχει ήδη (βασική) • Η παράγωγη κλάση a) κληρονομεί όλα τα μέλη της βασικής (εκτός από constructors/destructors) b) μπορεί δε να τροποποιήσει κάποια από αυτά c) μπορεί να προσθέσει κάποια καινούργια • Η βασική ονομάζεται και κλάση (γονέας - base) ενώ η παραγόμενη (παιδί – child - derived) Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 4. Παράδειγμα ιεραρχίας • Έστω ότι έχουμε μια κλάση που περιγράφει έναν κύκλο • Μπορούμε να δημιουργήσουμε μια καινούργια κλάση που περιγράφει έναν κύλινδρο • H κλάση κύλινδρος • Προσθέτει καινούργια μεταβλητή μέλος ipsos • Προσθέτει μια καινούργια μέθοδο ipol_ogko • Διαφοροποιεί την μέθοδο ipol_epifaneia Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ Circle Cylinder Μπορούμε να πούμε ότι η Cylinder isa Circle
- 5. Δήλωση βασικής κλάσης • Στην βασική κλάση μπορούμε να ορίσουμε μια member function σαν virtual • Αυτό σημαίνει ότι περιμένουμε από τις derived classes να τις ορίσουν ξανά για τον εαυτό τους Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 6. Παράδειγμα παράγωγης κλάσης Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ • Στην παράγωγη κλάση • Δηλώνουμε από ποια/ποιες κλάσεις κληρονομούμε στο derivation list • Δηλώνουμε τα καινούργια member variables / functions • Δηλώνουμε αυτά που αλλάζουμε από την πατρική (override)
- 7. Περιεχόμενα Cylinder Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ Όνομα Είδος Που ορίστηκε Access Spec Έχει πρόσβαση η Cylinder? aktina variable Circle Private ΌΧΙ Set_aktina method Circle Public NAI Ipsos Variable Cylinder Private NAI Ipol_epifaneia Method Cylinder Public NAI Ipol_ogo Method Cylinder Public NAI Set_Ipsos Method Cylinder Public NAI Constructors Cons Cylinder Public NAI
- 8. Redefining vs Overloading • Η μέθοδος ipol_epifaneia που βρίσκεται στην κλάση Cylinder στην ουσία «επανακαθορίζει» την μέθοδο ipol_epifaneia που έχει ήδη οριστεί στην πατρική κλάση Circle • Θα μπορούσε όμως να γίνει και υπερφόρτωση της αρχικής μεθόδου • Για να γίνει αυτό θα πρέπει η μέθοδος ipol_epifaneia που θα οριστεί στην κλάση απόγονο (Cylinder) να διαφέρει στον αριθμό ή τον τύπο των παραμέτρων της • Σε αυτή την περίπτωση η κλάση απόγονος (Cylinder) θα έχει δύο διαφορετικές μεθόδους ipol_epifaneia. Μία που κληρονομεί από τον γονέα και μία που ορίζει αυτή • Για να μας «προστατέψει» η C++ ορίζει το επίθεμα override Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 9. Protected access specifier Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 10. Private μέλη γονικής κλάσης • ΠΡΟΣΟΧΗ! Η πρόσβαση στα ιδιωτικά μέλη της γονικής κλάσης επιτρέπεται ΜΟΝΟ στα αντικείμενα της ίδιας κλάσης ΌΧΙ στα αντικείμενα της κλάσης παιδί!!! Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ private public Base Class private public Derived
- 11. Private μέλη γονικής κλάσης • Για παράδειγμα οι μέθοδοι της Cylinder ΔΕΝ έχουν πρόσβαση στα ιδιωτικά μέλη της Circle (aktina) Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 12. Το επίπεδο πρόσβασης Protected Επίπεδο πρόσβασης protected. • Επιτρέπει πρόσβαση στις derived κλάσεις • Δεν επιτρέπει σε άλλες κλάσεις / κώδικα Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ private public Base Class private public Derived protected private public Other class / code
- 13. Το επίπεδο πρόσβασης Protected • Επομένως αν χαρακτηρίσουμε protected την aktina στην Circle τότε η Cylinder που παράγετε από αυτή μπορεί να έχει πρόσβαση σε αυτή Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 14. Derived-to-Base Conversion • Κάθε αντικείμενο της derived κλάσης (cylinder) περιέχει μέσα του τόσο τα δικά του members όσο και αυτά της base • Μπορούμε να πούμε ότι ένα αντικείμενο της derived περιέχει μέσα του και ένα ένα υπο- αντικείμενο της base κλάσης (circle) Derived Base members Extra members of derived Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 15. Derived-to-Base Conversion • Το γεγονός ότι ένα derived αντικείμενο περιέχει μέσα του και ένα base υπο- αντικείμενο μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε derived αντικείμενα στην θέση των base • Συγκεκριμένα μπορούμε να αναθέσουμε pointer και reference του base σε derived objects Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 16. Χρήση base members από την παράγωγη • Η δημιουργία και η χρήση των αντικειμένων της παράγωγης κλάσης γίνεται όπως και κάθε άλλης. • Μια προσοχή στην μέθοδο ipol_epifaneia • Αν καλεστεί από αντικείμενο τύπου Cylinder τότε θα καλεστεί η καινούργια εκδοχή της. Υπάρχει ο scope resolution για να καθορίσουμε ποια θέλουμε να εκτελεστεί Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 17. Διαφορετική πρόσβαση κληρονομικότητας • Στο προηγούμενο παράδειγμα η κλάση Cylinder κληρονόμησε την κλάση Circle σαν public • Αυτό σημαίνει ότι όλα τα πεδία της Circle θα έχουν στην Cylinder το ίδιο επίπεδο πρόσβασης με αυτό που είχαν αρχικά • Μπορούμε όμως μια κλάση να την κληρονομήσουμε σαν private • Αυτό θα κάνει ΌΛΑ τα στοιχεία της κλάσης που κληρονομούμε private ακόμα και αυτά που δεν ήταν. • Αν δεν γραφεί θεωρείται private Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 18. Παράδειγμα private κληρονομιάς • Τα αντικείμενα της cylinder πλέον δεν μπορούν να χρησιμοποιούν ΟΥΤΕ τα public τμήματα της Circle • Αντίθετα τα αντικείμενα της Circle εξακολουθούν κανονικά Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 19. Constructors / destructors και παράγωγες κλάσεις Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 20. Default Constructor • Κάθε φορά που δημιουργείτε ένα αντικείμενο μιας κλάσης χωρίς αρχικοποίηση στην ουσία καλείται ο default constructor • Όταν δημιουργείται αντικείμενο παράγωγης κλάσης στην πραγματικότητα δημιουργείται πρώτα ένα αντικείμενο της βασικής κλάσης και μετά ένα της παράγωγης • Επομένως καλείται πρώτα ο constructor της βασικής κλάσης και στην συνέχεια ο constructor της παράγωγης • Το ίδιο ισχύει αν έχουμε και κληρονομικότητα σε παραπάνω από ένα επίπεδα • Το αντίστροφο ισχύει για τον destructor Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 21. Παράδειγμα δημιουργίας αντικειμένου παράγωγης κλάσης Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ • Παρατηρούμε ότι καλείται ο Circle() χωρίς να αναφέρεται από τον Cylinder
- 22. Δημιουργία αντικειμένου παράγωγης κλάσης • Η σωστή πρακτική είναι να καλούμε τον base constructor στην initialization list του derived constructor • Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται το υπο- αντικείμενο και ο derived constructor αρχικοποιεί μόνο τα καινούργια member variables Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 23. Μη Default constructor • Κατά την δημιουργία ενός αντικειμένου της παράγωγης κλάσης με την χρήση μη default constructor στην πραγματικότητα καλείται ο default constructor της πατρικής πρώτα • Αυτό μπορεί να παραληφθεί αν ο constructor της παράγωγης καλεί από μόνος του έναν άλλο constructor Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 24. Πολυμορφισμός Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 25. Χρήση παράγωγης στην θέση γονικής • Αυτό δίνει την δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ένα αντικείμενο της πατρικής • Σε αυτή την περίπτωση όμως θα έχει πρόσβαση μόνο στα στοιχεία της πατρικής. Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ Έχει πρόσβαση ΜΟΝΟ στα μέλη της Circle Παρόλο που είναι Cylinder
- 26. Virtual method • virtual μέθοδος: o compiler επιλέγει τον ορισμό που θα εκτελέσει ανάλογα με τον τύπο του αντικειμένου όχι την ώρα του compile (compile time) αλλά την ώρα της εκτέλεσης (run time) Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 27. Πολυμορφισμός • Πολυμορφισμός στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό είναι η τεχνική με την οποία αντικείμενα διαφορετικών τύπων χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο • Compile type: • Η υπερφόρτωση συναρτήσεων και τελεστών είναι ένα παράδειγμα πολυμορφισμού που συμβαίνει κατά την μεταγλώττιση του προγράμματος • Run time: • Η χρήση virtual μεθόδων είναι ένα παράδειγμα πολυμορφισμού που συμβαίνει κατά την διάρκεια της εκτέλεσης. Η πατρική κλάση μπορεί να ορίσει μία μέθοδο virtual που στην πραγματικότητα θα εκτελεί τον κώδικα της μεθόδου ανάλογα με τον τύπο της παράγωγης κλάσης από την οποία θα καλείται Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 28. Πολυμορφιμός • Κάθε αντικείμενο της παράγωγης κλάσης είναι ένα «επαυξημένο» αντικείμενο της παράγωγης κλάσης • Αυτό μας δίνει την δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε αντικείμενα της «παράγωγης» κλάσης αντί για αντικείμενα της βασικής • Αυτή η ιδιότητα μας δίνει την δυνατότητα να δημιουργήσουμε κώδικα που να «χειρίζεται» αντικείμενα είτε της βασικής είτε της «παράγωγης» κλάσης Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 29. Παράδειγμα πολυμορφισμού • Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να δημιουργήσουμε μια συνάρτηση που θα υπολογίζει πόσο θα κοστίσει να χρωματίσει ένα σχήμα • Τα σχήματα μας είναι τα Circle και Cylinder • Για να υπολογίσει θέλει το σχήμα και το κόστος του χρώματος ανά τμ • Λύσεις • Χωρίς πολυμορφισμό – μία συνάρτηση για κάθε σχήμα • Με πολυμορφισμό – μία συνάρτηση και virtual Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 30. Λύση χωρίς πολυμορφισμό Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ H ipol_epifaneia ΔΕΝ είναι virtual
- 31. Λύση με πολυμορφισμό Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++ H ipol_epifaneia είναι virtual επομένως εκτελεί την εκδοχή της ipol_epifaneia ανάλογα με τον τύπο του αντικειμένου at run time Συνάρτηση που να δέχεται παράμετρο μόνο Base (σαν reference ή pointer) Δίνουμε όρισμα είτε base είτε derived
- 32. Το προσδιοριστικό final • Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το προσδιοριστικό final για να καθορίσουμε ότι δεν θέλουμε • Να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν base μια κλάση • Να γίνει override μια virtual μέθοδος στις derived classes Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 33. Μερικά θέματα Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 34. Υπερφόρτωση τελεστή << • Ο τελεστής εκτύπωσης υλοποιείται με την χρήση friend function • Επομένως δεν μπορεί να γίνει virtual • Αυτό που μπορεί να γίνει είναι να χρησιμοποιηθεί μια βοηθητική virtual μέθοδος print Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 35. Υπερφόρτωση τελεστή << • Ο τελεστής δηλώνεται μόνο για την base κλάση • Αυτό που κάνει είναι να καλεί μία virtual member function που να πραγματοποιεί εκτύπωση των member variables • Στην κάθε derived κάνουμε override την virtual member function Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 36. Αποθήκευση σε δομή • Μπορούμε να αποθηκεύσουμε σε δομή (π.χ. Vector) τόσο base όσο και derived κλάσεις • Θα πρέπει όμως τα elements να είναι pointer σε base • Αλλιώς θα αποθηκεύει μόνο το υπο-αντικείμενο της base Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 37. Δυναμική ανίχνευση τύπου αντικειμένων • Μπορούμε να αναγνωρίζουμε at run time αν ο τύπος ενός αντικειμένου είναι base ή derived • Ένας τρόπος είναι να δημιουργήσουμε μια virtual που να επιστρέφει έναν ακέραιο διαφορετικό για την base και την derived Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++
- 38. Δυναμική ανίχνευση τύπου αντικειμένων • Το ίδιο μπορούμε να κάνουμε με την dynamic cast • Προσπαθεί να κάνει δυναμική μετατροπή σε derived με την χρήση της dynamic cast • Αν δεν το καταφέρει τότε είναι base Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός σε - Δρ Χρήστος Γρομπανόπουλος C++