OOP. Kapselung: Gruppierung von Daten und Funktionen als Objekte. Definieren eine Schnittstelle zu diesen Objekten.

Transkript

1 Polymorphismus

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3 OOP Kapselung: Gruppierung von Daten und Funktionen als Objekte. Definieren eine Schnittstelle zu diesen Objekten. Vererbung: Erlaubt Code zwischen verwandten Typen wiederverwendet sein. Polymorphismus: Ein Objekt kann einer von mehreren Typen sein. Abhängig von seinem Typ wird seinem Verhalten zur Laufzeit bestimmt.

4 Polymorphismus I Polymorphismus ist die Fähigkeit einer Entität, abhängig von seinem Typ zu reagieren. Polymorphismus erlaubt, verschiedene Entitäten zu derselben Nachricht unterschiedlich zu reagieren. Polymorphismus - griechische Bedeutung: "mehrere Formen haben".

5 Polymorphismus II Normalerweise tritt Polymorphismus in Situationen auf, in denen man Klassen hat, die durch Vererbung in Beziehung stehen Ein Aufruf einer Methode führt zur Ausführung von unterschiedlichem Code, abhängig vom Typ des Objekts, das die Funktion aufgerufen hat. Der auszuführende Code wird dynamisch beim Laufzeit bestimmt. Die Entscheidung basiert auf dem tatsächlichen Objekt.

6 Polymorphismus III Animal* a2 = &p1; //warum funktioniert?

7 Statische Bindung Die Auswahl der aufrufenden Funktion wird bei der Kompilierung gemacht. Das Objekt a2 wird als Zeiger auf Animal deklariert bei der Kompilierung wird entschieden, dass die Methode Animal :: tostring() wird angerufen werden. Statische Bindung wird auch frühe Bindung/early binding genannt.

8 Dynamische Bindung I Im vorigen Fall ist das erwartende Verhalten: ein Aufruf der Penguin :: tostring (). Zur Laufzeit wird der tatsächliche Typ des Objekts bestimmt. Die Entscheidung, ob Animal :: tostring () oder Penguin :: tostring () verwendet werden, soll nur nach der Bestimmung des tatsächlichen Typs des Objekts treffen zur Laufzeit. Das heißt dynamische Bindung/late binding

9 Dynamische Bindung II Wenn eine Nachricht an ein Objekt gesendet wird, wird der aufrufende Code zur Laufzeit bestimmt. Dynamische Bindung funktioniert nur mit Nicht-Wert-Typen (non-value types): Referenzen Und Zeiger. In C ++ wird dynamische Bindung mit virtuellen Funktionen erreicht.

10 Virtuelle Methoden Definition virtual function_signature Wenn eine Methode in einer Basisklasse als virtual deklariert wird und dann in einer abgeleiteten Klasse überschrieben dynamische Bindung ist aktiviert. Die tatsächliche aufrufende Methode, hängt vom Inhalt des Zeigers ab (oder der Referenz). Die Methode wird mit virtual polymorphic vorgesehen

11 C++ Mechanismus I Für ein Objekt ohne virtuelle Funktionen werden Im Speicher nur seine eigene Daten gespeichert. Methoden oder Zeiger auf diese sind im Code Memory Section gespeichert und sind dem Compiler bekannt. Wenn eine Methode aufgerufen wird, der Zeiger auf den aktuellen Objekt (this) wird als ein unsichtbarer Parameter übergeben

12 C++ Mechanismus II wenn virtuelle Methoden ins Spiel kommen, wird die Situation geändert. In diesem Fall erstellt der Compiler eine Tabelle mit Funktionsadressen: virtual table - ein statisches Array, das vom Compiler bei der Kompilierung erstellt wird. Jede Klasse, die virtuelle Methoden verwendet wird ihre eigene virtuelle Tabelle haben. Jeder Eintrag in der virtuellen Tabelle ist ein Funktionszeiger. Es zeigt auf die am weitesten abgeleitete Methode, auf die die Klasse zugreifen kann.

13 C++ Mechanismus III Ein Zeiger auf die virtuelle Tabelle (vptr) wird der Basis hinzugefügt Klasse - und von den abgeleiteten Klassen geerbt. Wenn ein Klassenobjekt erstellt wird, verweist der Zeiger auf die virtuelle Tabelle für diese Klasse. Wenn ein Anruf über einen Zeiger oder eine Referenz erfolgt, wird der Compiler Code erzeugt, der den Zeiger auf dereferenziert und macht einen indirekten Aufruf mit der Adresse der Methode, die in der Tabelle gespeichert ist.

14 C++ Mechanismus IV

15 C++ Mechanismus V

16 C++ Mechanismus VI Der virtuelle Funktionsmechanismus funktioniert nur mit Zeigern und Referenzen. Nicht mit Objekten. Der Aufruf einer virtuellen Methode ist langsamer als der Aufruf einer nicht virtuellen Methode: a. Verwendung des vptr, um auf die richtige virtuelle Tabelle zuzugreifen. b. Suchen der richtigen Methode in der virtuelle Tabelle. c. Aufrufen der Methode. Verwende virtual nur wenn es erforderlich ist.

17 Virtuelle Konstruktoren Konstruktoren können nicht virtual sein. Beim Erstellen eines Objekts muss man genau wissen, der Typ des erzeugte Objekt. Normalerweise wird der Zeiger auf die virtuelle Tabelle im Konstruktor initialisiert.

18 Virtuelle Destruktoren I Ein abgeleitetes Objekt enthält Daten aus der Basisklasse und der abgeleiteten Klasse. Die Aufgabe des Destruktors ist, Ressourcen (Speicher) zu freigeben. Für ein abgeleitetes Objekt ist es wesentlich, dass der Destruktor der Basisklasse und der Destruktor der abgeleiteten Klasse aufgerufen werden.

19 Virtuelle Destruktoren II Der richtige Destruktor muss basierend auf dem tatsächlichen Typ des Objekts aufgerufen werden, nicht der Typ des Zeigers, der die Referenz zum Objekt hält. Daher muss der Destruktor ein polymorphes Verhalten haben Der Destruktor der Basisklasse muss virtual sein.

20 Upcasting/Downcasting I Upcasting Casting eines Zeigers/Referenz der abgeleiteten Objekt auf einen Zeiger/Referenz des Basisobjekts. Ist immer erlaubt für public Vererbung ohne eine explizite casting. Ein abgeleitetes Objekt hat alle Mitglieder (Methoden, Attribute) der Basisklasse (und mehr).

21 Upcasting/Downcasting II Downcasting Casting eines Zeigers/Referenz auf einen Zeiger/Referenz des abgeleiteten Objekts. Wirf die Hierarchie herunter. Ist nicht ohne einen expliziten Typ erlaubt (erfordert explizite Casting vom Benutzer). Explizites Casting: static_cast, dynamic_cast

22 Upcasting/Downcasting III static_cast konvertiert einen Referenz/ Zeiger auf einen angegebenen Typ; überprüft zur Kompilierzeit, ob die Typen kompatibel sind; führt keine Laufzeitprüfung durch; überprüft nicht, ob das umgewandelte Objekt "vollständig" ist schlechte Casts können zu Laufzeitfehlern führen

23 Upcasting/Downcasting IV dynamic_cast konvertiert einen Referenz / Zeiger auf einen angegebenen Typ; überprüft zur Laufzeit, ob das Objekt konvertiert werden kann und ob es kann nicht, gibt es nullptr oder einen Fehler zurück; funktioniert nur mit Zeigern oder Referenzen

24 Rein virtuelle Methoden pure virtual Die Definition einer Methode einer Klasse kann weggelassen sein falls die Methode als rein virtuell deklariert wird. Syntax virtual funktions_signatur = 0; Eine reine virtuelle Methode ist eine Methode ohne Körper. Alle abgeleiteten Klassen müssen die Methode implementieren.

25 Abstrakte Klassen I Eine Klasse mit mindestens eine reine virtuellen Methode: abstrakte Klasse. Eine abstrakte Klasse kann nicht instanziiert sein Es gibt Fälle, in denen man die Basisklasse nur als Ausgangspunkt für abgeleitete Klassen benötigt. Es gibt Pinguine und Hunde und Koalabären, aber keine generischen Tiere.

26 Abstrakte Klassen II