2.2 Инкапсуляция
В Турбо Паскале средства объектно-ориентированного программирования связаны с тремя зарезервированными словами: OBJECT CONSTRUCTOR и DESTRUCTOR и двумя стандартными директивами: PRIVATE и VIRTUAL.
Зарезервированное слово OBJECT используется для описания объекта. Описание объекта должно помещаться в разделе описания типов, например:
type
Tpoint = object
X,Y: Integer; {Координаты точки}
Color:word; {Цвет точки)
Visible: Boolean; {Признак светимости}
Procedure Setlocation (NewX, NewY: integer);
{Задает новое положение, точки на экране}
Procedure SetCoforfNewColor: word); {Устанавливает цвет точки}
Procedure SetVislble(VIS: Boolean);
{Выводит или гасит точку)
Procedure GetLocatIon(var Xloc, YLoc:integer);
{Возвращает координаты точки}
Function GetColor: word;
{Возвращает цвет точки)
Function GetVislble: Boolean;
{Возвращает признак светимости точки}
end; {Конец описания объекта ТРOINT)
В этом примере описывается объект TPOINT, представляющий собой данные и методы (процедуры и функции), необходимые для работы с графическими точками на экране ПК. Заметим, что инкапсулированные объект процедуры и функции называются методами. Как видим, каждая точка характеризуется некоторым набором данных (своими координатами X и У, цветом COLOR и признаком светимости VISIBLE). Над этими данными определены все необходимые алгоритмические действия. С помощью этих переменных можно осуществлять все предусмотренные, в объекте действия, например, для переменных типа TPOINT можно высветить или погасим, любую точку, переместить ее по экрану, изменить цвет.
Нетрудно заметить, что описание объекта и использование объектных переменных во многом похоже на описание и использование записей: инкапсулированные в объекте данные и методы становятся доступны с помощью оператора присоединения WITH или с помощью составных
имен, например:
if Point.GetVisible then Polnt.SetVisible(False);
При описании объекта вначале, описываются все инкапсулированные в нем данные, а затем - методы доступа к этим данным. В качестве методов используются процедуры и функции, а также конструкторы и деструкторы.
Таким образом, указание методов при описании объекта подобно их опережающему описанию. Поскольку данные и методы инкапсулированы в одном объекте, все данные автоматически становятся глобальными, по отношению к любым методам и могут использоваться в них произвольным образом. Точнее говоря, любой метод объекта работает с невидимым оператором WITH, обеспечивающим ему доступ ко всем полям (как мы увидим далее, поля могут следовать в объявлении типа и после объявления метода и в этом смысле не являться для него глобальными). При обращении к методу ему передается особый идентификатор SELF, представляющий собой обобщенное имя экземпляра объекта. Любой метод может использовать идентификатор SELF, чтобы явно указать на принадлежащий объекту метод или поле. Например:
type ТСоо = record
X.Y: integer;
end;
TPoint = object
X,Y: integer;
Procedure lnit(Coo: TCoo);
end;
Procedure TPofntfCoo: TCoo):
begin
with Coo do
begin
Self.X := X;
Self.Y := Y;
end;
end;
2.3 Наследование
Любой объект может быть объявлен потомком ранее описанного объекта. В этом случае он наследует все данные и методы объекта-родителя и может дополнять их своими данными и методами. При объявлении объекта-потомка за словом OBJECT в круглых скобках указывается имя объекта-родителя. У объекта может быть сколько угодно потомков, но только один родитель. При объявлении объекта-потомка TUNE перечислены лишь те данные и методы, которых недостает в объекте-родителе TPOINT, остальные TLINE автоматически наследует от своего родителя.
Таким образом, описание объекта-потомка TLINE эквивалентно такому описанию объекта TLINE_ANOTHER:
type
TLine_Another = object
X, Y Integer; {Координаты начала линии}
Color word; {Цвет линии)
Visible Boolean; (Признак светимости)
XE.YE: Integer; {Координаты второго конца)
Procedure SetLocation(NewX, NewY: integer);
{Задает новое положение начала линии)
Procedure SetColor(NewColor: word);
{Устанавливает цвет линии)
Procedure SetVIsible(Vis: Boolean);
{Выводит или гасит линию}
Procedure GetLocation(var XLoc, YLoc: integer);
{Возвращает координаты начала линии}
Function GetColor: word;
{возвращает цвет линии}
Function GetVisible: Boolean;
{Возвращает признак светимости линии}
Procedure SetLIneLocationfxl.X1,Y1,x2 ,y2: integer);
{Задает новое положение линии на экране}
Procedure GetLineLocatlon(var x11,y1l,x2l,y2l):integer);
{Возвращает координаты линии}
Procedure SetLineVJsible(vis: Boolean);
{Выводит или гасит линию)}
end; {Конец описания объекта TLIne_Another}
Из этого примера видно главное преимущество наследования: при описании объекта-потомка вам нет необходимости заново описывать уж существующие в объекте-родителе поля и методы. Потомок просто использует их нужным образом для реализации требуемых от него действий все, в чем нуждается потомок, - это описать специфичные для него поля методы, недостающие в объекте-родителе.
Наследование распространяется на любые объекты, в том числе и объекты-потомки: если в качестве родителя указано имя объекта, который сам по себе является потомком, новый объект наследует все свойства своего родителя и все свойства своих прародителей. Таким образом, наследование обеспечивает создание дерева родственных объектов.
Как и любое другое дерево, дерево объектов имеет «корень» - объект являющийся прародителем всех других объектов иерархии, и «ветви» порожденные от него потомки. По мере передвижения от корня к ветвям и перехода с ветви на ветвь объекты разрастаются в своих размерах, присоединяя к себе все новые и новые поля и методы. Если иерархия объектов хорошо продумана, на каждом ее уровне к объекту-родителю добавляются только необходимые поля и методы, поэтому в таком разрастании на самом деле нет ничего плохого. Более того, компоновщик Турбо Паскаля тщательно проверит откомпилированную программу и удалит из нее все лишнее - в том числе в исполняемую программу (ЕХЕ-файл) не будут включены методы, которые по каким-либо причинам не используются в программе.
Механизм наследования - это, пожалуй, самое мощное свойство ООП. Без наследования объекты превращаются в простую комбинацию данных и подпрограмм, не дающую качественных преимуществ по сравнению с традиционными для Паскаля процедурами и модулями. Наоборот, механизм наследования позволяет строить библиотеку по принципу «от простого - к сложному». Вводя с помощью наследования новый объект в свою библиотеку, программист в максимальной степени использует уже созданные (и, возможно, отлаженные) ранее объекты. Такой принцип конструирования программ называется восходящим программированием. В отличие от нисходящего программирования, он не дает возможности поэтапного создания программы. Мелкие детали реализации объектов заслоняют собою генеральный алгоритм, поэтому при использовании ООП рекомендуется сочетание подходов: методами нисходящего программирования генеральный алгоритм расчленяется на ряд относительно крупных и законченных в смысловом отношении фрагментов (модулей), а реализация этих фрагментов может основываться на объектно-ориентированном программировании.
2.4 Полиморфизм
Объект-потомок может не только дополнять поля и методы родителя, но и заменять методы родителя на новые (заменять поля родителя нельзя!). Например, вместо правила SETLINEVISIBLE мы могли бы в объекте TLINE объявить правило SETVISIBLE, которое в этом случае перекроет (заменит собой) одноименное правило объекта-родителя TPOINT. В результате, к разным родственным объектам TPOINT и TUNE можно было бы применять одноименные правила SETVISIBLE, обеспечивающие сходные в смысловом отношении действия - показать или сделать невидимым графический объект. Свойства, позволяющее называть разные алгоритмические действия одним именем, называется полиморфизмом.
В Турбо Паскале существует возможность связывания данных с методами на этапе исполнения программы - такое связывание называется поздним. При позднем связывании в описании объекта соответствующий метод дополняется стандартной директивой VIRTUAL. Такие методы называются виртуальными. В отличие от этого методы, с которыми осуществлено раннее связывание (на этапе компиляции), называются статическими.
Появление директивы VIRTUAL в объявлении метода как бы предупреждает компилятор: «Пока ты не знаешь, что я хочу. Придет время -запроси образец!». Встретившись с таким объявлением, компилятор не будет устанавливать связь объекта с методом. Вместо этого он создаст специальную таблицу, которая называется таблицей виртуальных методов (ТВМ). В этой таблице хранятся адреса точек входа всех виртуальных методов. Для каждого типа объекта создается своя ТВМ и каждый экземпляр объекта пользуется этой единственной для объектов данного типа таблицей. ТВМ обеспечивает работающую программу механизмом связывания объекта с полями. Фактическое связывание осуществляется с помощью обращения к конструктору - специальному методу, который во всем подобен обычной процедуре, но в заголовке вместо PROCEDURE содержит зарезервированное слово CONSTRUCTOR. В момент обращения к конструктору в специальное поле объекта заносится адрес нужной ТВМ, в результате чего все виртуальные методы (в том числе и унаследованные от родителей!) получают доступ к нужным полям.
Конструктор может не обращаться к виртуальному методу и даже вообще быть пустым, т.е. не иметь никаких исполняемых операторов (как в нашем примере), тем не менее, объект будет инициализирован правильно. Дело в том, что заголовок CONSTRUCTOR предписывает компилятору создать специальный набор машинных инструкций, который инициализирует ТВМ и исполняется в момент обращения к конструктору до выполнения его (конструктора) содержательной части. В объекте может быть сколько угодно конструкторов, но ни один из них не может быть виртуальным.
Выбор того, каким именно - статическим или виртуальным - должен быть метод, зависит от специфики задачи и Ваших вкусов. Однако следует помнить, что статический метод никогда не может быть перекрыт виртуальным и наоборот. Список формальных параметров статического метода может отличаться от списка в перекрываемом методе, а для виртуальных методов оба списка должны быть идентичны. И, наконец, виртуальные объекты занимают несколько большую память (за счет ТВМ) и вызов виртуальных методов исполняется чуть медленнее, чем вызов статических. Тем не менее, всегда, когда это возможно, следует отдавать предпочтение виртуальным методам, т.к. они придают программе дополнительную гибкость. Всегда может оказаться, что рано или поздно мы или кто-то из пользователей нашей библиотеки захочет модифицировать ту или иную ее функции. В этом случае перекрытие виртуальных методов позволит предельно упростить задачу. Отметим, что стандартная функция Турбо Паскаля TypeOf(TObj) возвращает ссылку на ТВМ для объекта типа TObj. Эту ссылку можно использовать, например, для проверки того, с каким именно объектом работает в данный момент виртуальный метод: