Einführung in die Programmierung mit C++

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1 1 Seite 1 Einführung in die Programmierung mit C++ Teil III - Objektorientierte Programmierung 10. Vererbung und Polymorphie Vererbung und Polymorphie in C++ Seite 2 Klassen können von anderen Klassen abgeleitet werden alle Elemente und Methoden der Basisklasse werden an abgeleitete Klasse vererbt auf private Elemente und Methoden der Basisklasse kann auch in abgeleiteter Klasse nicht zugegriffen werden Schutzattribut protected erlaubt Zugriff durch abgeleitete Klasse, nicht von außen Zugriffsschutz auf Elemente der Basisklasse kann modifiziert werden Zeiger auf Instanz abgeleiteter Klasse kann Zeiger auf Basisklasse zugewiesen werden, Instanz bleibt dabei erhalten lediglich Schnittstelle wird auf Basisklasse eingeschränkt funktioniert nur über Zeiger, da Objekte feste Größe haben Basisklasse ist kleinster gemeinsamer Nenner virtuelle Funktionen stellen sicher, daß sich Instanzen auch dann richtig verhalten, wenn sie über Zeiger auf Basisklasse reduziert wurden

2 2 Beispiel I Beispiel: Form und Rechteck #include <iostream> class Form void Draw(); static void ClearCanvas(); protected: virtual void OnDraw() ; void Form::Draw() OnDraw(); std::cout << "\x1b[h"; // ANSI Terminal: HOME void Form::ClearCanvas() std::cout << "\x1b[2j"; // ANSI Terminal: CLEAR Seite 3 Beispiel II Fortsetzung: Form und Rechteck class Rechteck: public Form private: int x, y, b, h; Rechteck( int, int, int, int ); protected: virtual void OnDraw(); ; Rechteck::Rechteck( int x, int y, int b, int h ) : Form() // Konstruktoraufruf der Basisklasse this->x = x; this->y = y; this->b = b; this->h = h; Seite 4

3 3 Beispiel III Fortsetzung: Form und Rechteck void Rechteck::OnDraw() for ( int i = 0; i < h; ++i ) // ANSI Terminal: GOTOXY std::cout << "\x1b[" << y + i << ";" << x << "f"; for ( int k = 0; k < b; ++k ) std::cout << "#"; Seite 5 int main() Form * form = new Rechteck( 15, 6, 55, 14 ); Rechteck klein( 10, 4, 10, 4 ); Form gross = Rechteck( 0, 0, 80, 24 ); // Rechteck geht verloren Form::ClearCanvas(); form->draw(); klein.draw(); gross.draw(); return 0; Verwendung I Seite 6 bei Definition von Klasse kann Basisklasse nach dem Namen durch Doppelpunkt getrennt mit Schutzattribut angegeben werden Konstruktoren der abgeleiteten Klasse müssen Konstruktor der Basisklasse aufrufen Aufruf erfolgt in Definition nach Konstruktorkopf durch Doppelpunkt getrennt wird kein Aufruf explizit angegeben, wird Default-Konstruktor aufgerufen in diesem Fall muß ein Default-Konstruktor vorhanden sein! Funktionen der Basisklasse können in abgeleiteter Klasse überdeckt werden überdeckte Funktion der Basisklasse kann in abgeleiteter Klasse explizit über Namen der Basisklasse mit Bereichsauflösung :: aufgerufen werden virtuelle Funktionen stellen bei Überdeckung sicher, daß in jedem Fall zum Typ der Instanz gehörige Funktion aufgerufen wird grundsätzliche Überlegung zu Überdeckung bei Vererbung: wie soll sich Instanz verhalten, wenn Schnittstelle reduziert wird? wie Instanz vom Typ der abgeleiteten Klasse (virtual) wie Instanz vom Typ der Basisklasse (non-virtual)

4 4 Verwendung II Seite 7 Modifikation des Zugriffsschutzes auf Elemente der Basisklasse public Ableitung von Basisklasse Zugriffsschutz wird nicht verändert protected Ableitung von Basisklasse alle public Elemente der Basisklasse werden in abgeleiteter Klasse protected private Ableitung der Basisklasse alle Elemente der Basisklasse werden in abgeleiteter Klasse private Überdeckung von Funktionen II Seite 8 Beispiel #include <iostream> class A void F1() std::cout << "A::F1 " << std::endl; void F2() std::cout << "A::F2 " << std::endl; virtual void F3() std::cout << "A::F3 " << std::endl; ; class B: public A void F1() std::cout << "B::F1 " << std::endl; void F2() std::cout << "B::F2 " << std::endl; A::F2(); void F3() std::cout << "B::F3 " << std::endl; ;

5 5 Überdeckung von Funktionen II Seite 9 Fortsetzung int main() A a, * ap; B b; a.f1(); a.f2(); a.f3(); b.f1(); b.f2(); b.f3(); ap = & b; ap->f1(); ap->f2(); ap->f3(); return 0; Virtuelle Destruktoren Seite 10 Instanz einer abgeleiteten Klasse kann nicht nur als Instanz von Basisklasse verwendet werden sondern auch als solche freigegeben werden (delete) bei Freigabe als Instanz der Basisklasse erfolgt Aufruf des Destruktors der Basisklasse! falls in Vererbungshierarchie irgendwo Destruktor explizit definiert wird, sollte immer in Basisklasse virtueller Destruktor definiert sein kein Problem, solange keine abgeleitete Klasse expliziten Destruktor definiert für (erweiterbare) Klassenbibliotheken: immer virtuelle Destruktoren verwenden!

6 6 Abstrakte Basisklassen Seite 11 in Beispiel mit Form, Rechteck, Dreieck ist Basisklasse eigentlich nicht gedacht um konkrete Instanz zu erzeugen sondern lediglich Gemeinsamkeiten zu Kapseln drückt sich dadurch aus, daß Methode OnDraw() nicht vernünftig implementiert werden kann und leer bleibt leere Methoden können als rein virtuelle Methode gekennzeichnet werden Klassen, die rein virtuelle Methoden enthalten können nicht instantiiert werden Beispiel class Form void Draw() OnDraw(); std::cout << "\x1b[h"; protected: virtual void OnDraw() = 0; // rein virtuelle Methode ; Mehrfachvererbung Seite 12 Klasse kann von mehr als einer Basisklasse abgeleitet werden Basisklassen in Definition durch Komma getrennt ebenso Konstruktoraufrufe der Basisklassen Mehrfachvererbung problematisch wenn zwei Basisklassen wiederum von einer gemeinsamen Basisklasse abstammen (sogenannter diamond-of-death) Beispiel: Basisklasse Fahrzeug abgeleitete Klassen Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug ein Amphibienfahrzeug ist sowohl Land- als auch Wasserfahrzeug beinhaltet bei Mehrfachvererbung zwei Fahrzeuge... Mehrfachvererbung nur von reinen Basisklassen, die nicht selber abgeleitet sind

7 7 Rückumwandlung Seite 13 bisher Reduzierung von Instanz auf Basisklasse möglich Rückumwandlung auf abgeleitete Klasse möglich Typumwandlungsoperator dynamic_cast<..>(..) Laufzeitfehler (Exception, später) falls Rückumwandlung ungültig