1.5. Виртуальные методы и полиморфизм

Все методы, которые мы рассматривали до этого, были статическими, т.е. компилятор размещает их и разрешает все ссылки во время компиляции. В Турбо Паскале существует возможность связывания данных с методами на этапе выполнения программы, такое связывание называется поздним. При позднем связывании используются так называемые виртуальные методы. Виртуальные методы реализуют чрезвычайно мощное средство для обобщения, которое называется полиморфизмом.

Полиморфизм - свойство, позволяющее называть разные алгоритмические действия одним именем. Такое действие совместно используется в иерархии объектов, причем каждый объект в этой иерархии реализует это действие своими собственными, пригодными для него способами.

Метод делается виртуальным, когда за его определением в типе объекта ставится служебное (зарезервированное) слово Virtual. Надо запомнить, что, если вы определяете метод в родительском типе как Virtual, все методы с тем же именем в любом из потомков также должны быть описаны как Virtual.

Вот как может произойти виртуализация рассмотренных выше графических объектов:

Unit obj3_OOP;

Interface

Uses Graph;

Type Location = Object

X,y : Integer;

Procedure Init(X1,Y1 : Integer);

Function GetX : Integer;

Function GetУ : Integer;

End;

Point = Object(Location)

Visible : Boolean;

Constructor Init(X1,Y1 : integer);

Procedure Show; Virtual;

Procedure Hide; Virtual;

Procedure Shift(X1,Y1 : integer); Virtual;

Destructor LastStep; Virtual;

End;

Square = Object(Point)

Side : integer;

Constructor Init(X1,Y1,Side1 : Integer);

Procedure Show; Virtual;

Procedure Hide; Virtual;

Destructor LastStep; Virtual;

End;

PaintSquare = Object(Square)

SquareColor : Word;

Constructor Init(X1,Y1,Side1,Color : Integer);

Procedure Show; Virtual;

Procedure Hide; Virtual;

Destructor LastStep; Virtual;

End;

Implementation

Procedure Location.Init(X1,Y1 : integer);

Begin

X:=X1;

Y:=Y1;

End;

Function Location.GetX : Integer;

Begin

GetX:=X;

End;

Function Location.GetY : Integer;

Begin

GetY:=Y;

End;

Constructor Point.Init(X1,Y1 : Integer);

Begin

Location.Init(X1,Y1);

End;

Procedure Point.Show;

Begin

Visible:=True;

PutPixel(X,Y,GetColor);

End;

Procedure Point.Hide;

Begin

Visible:=False;

PutPixel(X,Y,GetBkColor);

End;

Procedure Point.Shift(X1,Y1: Integer);

Begin

Hide;

X:=X1;Y:=Y1;

Show;

End;

Destructor Point.LastStep;

Begin

End;

Constructor Square.Init(X1,Y1,Side1 : integer);

Begin

Side:=Side1;

Point.Init(X1,Y1);

end;

Procedure Square.Show;

Begin

Visible:=True;

Rectangle(X-Side div 2, Y-Side div 2,

X+Side div 2, Y+Side div 2);

End; {Show}

Procedure Square.Hide;

Var Temp : Word;

Begin

Temp:=GetColor;

SetColor(GetBkColor);

Show;

Visible:=False;

Setcolor(Temp);

End; {hide}

Destructor Square.LastStep;

Begin

End;

{-------------------------------------------}

Constructor PaintSquare.Init(X1,Y1,Side1,Color:Integer);

Begin

Square.Init(X1,Y1,Side1);

SquareColor:=Color;

End;

Procedure PaintSquare.Show;

Var Temp : Word;

Begin

Square.Show;

Temp:=GetColor;

SetFillStyle(SolidFill, SquareColor);

FloodFill(X,Y,Temp);

SetColor(Temp);

End;

Procedure PaintSquare.Hide;

Begin

SetFillStyle(SolidFill,GetBkColor);

FloodFill(X,Y,GetBkColor);

Square.Hide;

End;

Destructor PaintSquare.LastStep;

Begin

End;

End.

Прежде всего, отметим, что метод Shift уходит из определения типов объекта Square и объекта PainSquare . Он наследуется от Point, и все вложенные вызовы методов переходят к Square и PaintSquare.

Отметим также использование нового служебного слова Constructor (конструктор), которое заменило зарезервированное слово Procedure для Point.Init, Square.Init и PainSquare.Init. Все типы объектов, которые имеют виртуальные правила, должны иметь конструктор. Конструктор - это особый вид процедуры, который выполняет некоторую установочную работу для механизма виртуальных методов. Каждый отдельный экземпляр объекта должен быть инициализирован отдельным вызовом конструктора.

Что же делает конструктор? Для каждого типа объекта компилятор создает так называемую таблицу виртуальных методов (ТВМ), в которой содержится размер типа объекта и адреса точек входа всех виртуальных методов. Каждый экземпляр объекта пользуется единственной для объектов данного типа таблицей. Конструктор же устанавливает связь между экземпляром, вызывающим этот конструктор, и ТВМ данного типа объекта. В момент обращения к конструктору в специальное поле объекта заносится адрес нужной ТВМ, в результате чего все виртуальные методы получают доступ к нужным полям. Конструктор может быть пустым (не иметь исполняемых операторов), но объект будет инициализирован правильно.

Destructor предназначен для выполнения различных операций, связанных с ликвидацией объекта (исключение его из списка, задание параметров, очистки данных и т.д.). Деструктор, как правило, наследуется потомками и обычно бывает виртуальным.

Для того чтобы показать использование полиморфных объектов вместе с поздним связыванием, напишем программу, которая содержит универсальную процедуру перетаскивания графических фигур по экрану. По правилу совместимости типов эта процедура перемещает любую фигуру, порожденную от объекта Point. Перемещение производится при нажатии на клавиши-стрелки. Для окончания перемещения следует нажать на клавишу Esc.

program ex3_OOP;

uses crt,graph,obj3_OOP;

var gm,gd:Integer;

XP:Point;

XS:Square;

XPS:PaintSquare;

Procedure DragAny(Var AnyX : Point);

{Процедура перемещает любую фигуру, порожденную от объекта Point}

Const Left = #75; { , код клавиш управления курсором}

Right = #77; {  }

Up = #72; {  }

Down = #80; {  }

Gap = 11; {сдвиг при движении на столько точек}

Var

Ch : Char;

StartX,StartY : Integer;

Begin

AnyX.Show;

StartX:=AnyX.GetX;

StartY:=AnyX.GetY;

Repeat

Ch:=ReadKey;

If Ch=#0 Then Begin

Ch:=ReadKey;

Case Ch Of

Left : Dec(StartX,Gap);

Right : Inc(StartX,Gap);

Up : Dec(StartY,Gap);

Down : Inc(StartY,Gap);

End;

AnyX.Shift(StartX,StartY);

End;

Until Ch=#27; {окончание перемещения - клавиша Esc}

End;

{-----------------------------------}

Begin

Gd:=Detect;

InitGraph(Gd,Gm,'');

if GraphResult<>GrOk then Halt(1);

XP.Init(320,170); {инициализируется точка}

DragAny(XP);

XP.Hide;

XS.Init(320,170,50); {инициализируется квадрат}

XS.Show;

DragAny(XS);

XS.Hide;

XPS.Init(320,170,50,14); {инициализируется окрашенный квадрат}

DragAny(XPS);

XPS.Hide;

CloseGraph;

End.

Пример позднего связывания демонстрирует использование процедуры Shift объектами XS (квадрат) и XPS (окрашенный квадрат). Объекты этого типа наследуют метод Shift от Point. Метод Point.Shift обращается к виртуальным методам Point.Show и Point.Hide. Одноименные методы Show и Hide имеют типы Square и PaintSquare. С помощью ТВМ родительский метод Point.Shift "узнал" о существовании виртуальных методов Square.Show,Square.Hide, PaintSquare.Show и PaintSquare.Hide и использовал именно их при обращении к Square.Shift и PaintSquare.Shift. Поэтому на экране перемещаются соответственно точка, квадрат и окрашенный квадрат. Это и есть пример полиморфизма (перемещение разных фигур одним методом Shift).