Высокоуровневые методы информатики и программирования Лекция 11-12

Высокоуровневые методы
информатики и
программирования
Лекция 11-12
Наследование классов
План лекции
•
•
•
•
•
Связи между классами
Агрегация классов
Наследование классов
Скрытие методов
Переопределение методов
Связи между классами
Связь классов программы
• Часто классы программы связаны
между собой
• Два типа связи
– агрегирование (ассоциация, has-a) - класс
содержит объекты другого класса;
– наследование (is-a) - один класс может быть
производным от другого класса – наследовать его поля,
свойство, методы
• Множество классов описывающих
решаемую задачу называются - модель
предметной области
Взаимозависимости классов в
UML
Типы взаимозависимостей (relationship)
• зависимость (dependency) – один класс временно
использует (или знает) о другом классе, самая
слабая, временная связь;
• ассоциация (association) – один класс использует
объекты другого класса (has a)
• агрегирование (aggregation) – более сильная
ассоциация между классами (owns a)
• композиция (composition) – очень сильная
взаимосвязь между классами, отношение «частьцелое» (part-of)
• обобщение (generalization) отношение
наследования (“являться”, “is a”)
UML обозначения
1. зависимость (dependency)
2. ассоциация (association)
3. агрегирование
(aggregation)
4. композиция (composition)
5. наследование, обобщение
(generalization)
Наследование
• Один класс может быть производным от другого
класса (базового).
• Класс может быть наследником только одного
базового класса
• Производный класс может использовать поля,
свойства и методы базового класса (и классов для
которых он является производным).
• Все классы наследуются от базового класса
System.Object, который содержит
–
–
–
–
–
конструктор по умолчанию new()
ToString();
GetType();
GetHashCode();
Equals().
Universal Modeling Language
диаграмма
• Universal Modeling Language (UML) язык для моделирования программ
(программных систем).
• UML включает набор диаграмм для описания проектируемых программ.
• В UML есть диаграмма классов.
Базовый класс
(Родительский класс)
Производный класс
(дочерний класс)
Наследование
Human
Manager "IS A"
Human
Programmer "IS A"
Human
Manager
SeniorManager
Programmer
ManagerTrainee
Наследование типов в CLR
Object
String
Array
Встроенные типы
Boolean
Char
Byte
Single
Int16
Double
Int32
Decimal
Int64
DateTime
ValueType
Enum
Enum1
Exception
Structure1
Delegate
Class1
Multicast
Delegate
Class2
Class3
- Типы, описанные в системе
- Типы, описанные разработчиками
Иерархия классов элементов
управления
Control
ButtonBase
Button
CheckBox RadioButton
Label
LinkLabel
TreeView
Происхождение класса форм Form
Object
...
Control
ScrollableControl
ContainerControl
Form
Правило наследования
Два класса, которые могут быть связаны с
помощью отношения наследования должны
пройти тест “является видом …” ("is a" test.)
Например:
• Треугольник является видом фигуры
• Руководитель является видом служащего
• Легковой автомобиль является видом
транспортного средства
Например нельзя наследовать:
велосипед не является видом колеса
Методы класса System.Object
• Equals() - виртуальный метод, возвращающий true
если значения объектов совпадают (по умолчанию,
если два объекта расположены в одном месте
памяти).
• GetHashCode() - виртуальный метод, возвращает
некоторое целое число (хэш-код), однозначно
идентифицирующее экземпляр класса.
• GetType() - возвращает объект типа Type,
описывающий соответствующий тип.
• ToString() - виртуальный метод, возвращающий
символьное представление значения переменной (по
умолчанию возвращает строку, представляющую
полное имя типа объекта).
•
•
•
•
Equals() – по умолчанию этот метод возвращает true только в том случае, если
сравниваемые элементы ссылаются на один и тот же объект в оперативной памяти.
Таким образом, Equals() используется для сравнения ссылок на объект, а не
состояния объекта. Обычно этот метод переопределяется (overridden) для возврата
true в том случае, если сравниваемые объекты имеют одинаковые значения полей
(internal state values). При переопределении Equals() также нужно переопределить
метод GetHashCode(), так как он используется типом Hashtable для поиска объектов
в коллекциях.
GetHashCode() – этот метод возвращает целое число, которое идентифицирует
конкретный экземпляр объекта класса.
GetType() – этот метод возвращает объект типа Type, который полностью описывает
объект, на который выполняется ссылка. Это метод динамической идентификации
типа объекта (Runtime Type Identification, RTTI), который доступен для всех объектов.
ToString() – этот метод возвращает текстовое описание объекта, используя формат
<namespace>.<type name> (называемое fully qualified name). Данный метод может
быть переопределен в производном классе для возвращения строки с парами
им/значения для описания внутреннего состояния объекта.
Хэш-код
• Хэш-функция (функция свёртки) ― это функция,
отображающая аргумент произвольной конечной длины в образ
фиксированной длины.
• Результат работы данной функции называют хэш-кодом, хэшем
или дайджестом сообщения (англ. message digest).
• Если хэш-функция зависит от секретного ключа, то она
называется ключевой, в противном случае бесключевой.
• Простым примером хеширования может служить нахождение
контрольной суммы сообщения: сумма кодов всех входящих в
него символов, от которой берётся несколько последних цифр.
Полученное число является примером хэш-кода исходного
сообщения.
Описание производного класса
public class <new class> : <base class>
{
…
}
• Наследование может быть только от одного класса
• Пример
public class ColorPoint : Point
{
…
}
Объект производного класса
имеет доступ ко всем
• Открытым (public) свойствам и методам базового
класса
• Защищенным (protected) свойствам и методам
базового класса
• Методам переопределенным (override) в
производном классе
• Свойствам и методам скрытым (new) в
производном классе
• Любым свойствам и методам производного класса
Изолированные классы
•
•
•
Можно создать класс, у которого не должны быть производные классы.
Для этого используется ключевое слово sealed, которое сообщает
компилятору, что для описываемого класса нельзя создавать
наследников.
Например, вы решили, что нет смысла делать наследников от класса
MiniVan:
// Данный класс нельзя наследовать!
sealed class MiniVan : Car
{
}
•
Если вы попытаетесь сделать класс производный от MiniVan то
получите сообщение об ошибке:
// Error! Cannot extend a class marked with the sealed keyword!
class DeluxeMiniVan
: MiniVan
{…}
• В библиотеке FCL описано большое количество закрытых классов:
Диаграммы классов
• Добавление диаграммы классов к
проекту:
Наследование
public Manager(string fullName, int age, int empID,
float currPay, string ssn, int numbOfOpts)
: base(fullName, age, empID, currPay, ssn)
{
// This field is defined by the Manager class.
numberOfOptions = numbOfOpts;
}
Сохранение семейных секретов:
режим доступа protected
• Режим доступа: protected
• К элементам класса с режимом доступа
protected имеется доступ в методах
самого класса и методах производных
классов.
Диаграмма наследования
class ClassA
ClassA
class ClassB : ClassA
Методы Свойства Поля
class ClassC : ClassB
Все методы,
свойства и поля public и protected
ClassB
Новые
Наследуемые от А
Методы Свойства Поля Методы Свойства Поля
ClassC
Новые
Наследуемые от B
Методы Свойства Поля Методы Свойства Поля
Элементы класса С
Наследуемые от А
Методы Свойства Поля
Конструктор производного класса
• Конструктор производного класса может вызывать на
выполнение требуемый конструктор базового класса.
рublic Circle (int a, int b, int r) : base(a, b)
{
base._x = 0; // обращение в переменной
// базового класса
}
Операция присвоения
T1 e = new T1(); T2 x;
x=e
• Присваивание допустимо, если и только
если имеет место согласование типов.
• Определение: тип T1(для e) согласован по
присваиванию с базовым типом T (для x),
если они совпадают или если класс T1
является потомком класса T.
Правило присвоения ссылочных
переменных
• Нельзя присвоить переменную одного класса
переменной другого класса
Car a = new Car;
Book b = new Book;
a = b;
//Value of type ‘Book' cannot be converted to ‘Car'
• Можно присвоить переменной базового класса
значение переменной производного класса
MyBaseClass a = new MyBaseClass;
MyNewClass b = new MyNewClass; // производный от MyBaseClass
a = b; //Value of type ' MyNewClass' can be converted to ' MyBaseClass‘
b = a; //Value of type ' MyBaseClass ' cannot be converted to ' MyNewClass‘
Debug сообщения:
–
–
An unhandled exception of type 'System.InvalidCastException' occurred in Xxxxx.exe
Additional information: Specified cast is not valid.
Тип объекта и тип ссылки
• Следует всегда различать
– тип объекта (type of object) который используется
– тип ссылки (type of reference) с помощью которой
взаимодействуют с объектом.
ссылочная
переменная
Объект
ClassA a; // тип ссылки ClassA(базовый)
a = new ClassB; // тип объекта ClassB (производный)
• Статическое и динамическое связывание
Изменение методов в производном
классе
Если в производном классе есть метод с именем
и сигнатурой идентичной методу базового класса, то он
может:
• скрывать (shadowing) метод базового класса, т.е.
работать только с использованием ссылки
производного типа
• заменять (переопределять, overriding) метод базового
класса, т.е. работать с ссылками и производного и
базового типа
Скрытие метода базового класса
public class A
{
public void Print ( ) // может быть и virtual
{
Console.WriteLine("Class A");
}
}
….
A a;
B b = new B( );
public class B : A
{
public new void Print ( )
{
Console.WriteLine("Class B");
}
}
b.Print( ); // "Class B"
a = b;
a. Print( ); // "Class A"
….
Замена метода базового класса
public class A
{
public virtual void Print ( )
{
Console.WriteLine("Class A");
}
}
public class B : A
{
public override void Print ( )
{
Console.WriteLine("Class B");
}
}
….
A a;
B b = new B( );
b.Print( ); // "Class B"
a = b;
a.Print( ); // "Class B"
…
Изолированные методы
public override sealed void TraceSelf( )
{
...
}
Пример
•
•
•
•
Figure
Rectangle
Triangle
Point
Базовый класс
class MyBaseClass {
private int v;
public int Val {…}
...
public int fn(…) {…}
...
}
24386
...
MyBaseClass a = new MyBaseClass;
n = a.fn();
MyBaseClass b;
Nothing
24386
b=a
MyClass
Val
fn
24386
v
Производный класс –
скрытие функции
class MyNewClass : MyBaseClass {
private int v1;
рublic int Val1 {…}
...
public new int fn(…) { … }
...
}
24386
...
MyNewClass a = new MyNewClass;
n = a.fn(); // функция нового класса
...
MyBaseClass b; b = a;
n = b.fn(); // функция базового класса
MyNewClass
24386
Val1
fn
Val
fn
v
v1
v
Ссылка на
производный
класс
Вызываемая функция определяется типом ссылки
MyBaseClass
Ссылка на
базовый класс
Производный класс –
переопределение функции
class MyBaseClass {
MyNewClass
...
public virtual int fn(…) {…}
...
}
class MyNewClass : MyBaseClass {
...
public override int fn(…) { … }
...
24386
}
24386
MyBaseClass
Val1
fn
Val
fn
vtb
v
v1
vtb
v
MyNewClass a = new MyNewClass;
n = a.fn(); // функция нового класса
MyBaseClass b; b = a;
n = b.fn(); // функция базового класса
Ссылка на
производный
класс
Вызываемая функция определяется типом объекта
Ссылка на
базовый класс
Полиморфизм (Polymorphism )
• Множество объектов может внешне
выглядеть одинаково, но выполнять
методы они могут по разному
• С объектами производных классов можно
работать, как с объектами базового класса
• Используя полиморфизм можно создавать
общие алгоритмы для любых объектов
производных от базового класса
Наследование
• Базовый
класс (Base
Class)
Person
-Name
-Address
-Phone
Salary()
– Person
• Производные
классы
(Subclasses)
– Employee
– Customer
– Student
Seller
Engineer
Worker
Salary()
Salary()
Salary()
Полиморфизм
• Массив Persons
Person[] Company = new Person[200];
Seller Ivan = new Seller();
Engineer Petr = new Engineer();
Company[0] = Ivan;
Company[1] = Petr;
decimal s = 0;
foreach (Person p in Company)
s += p.Salary();