I nicht verwechseln mit überladen

Transkript

1 Konstruktoren der Basisklasse aufrufen Funktionen redefinieren 1/2 I Vererbung bedeutet eine ist-ein-beziehung Jedes Auto ist ein Fortbewegungsmittel I Das merkt man am Aufruf Zuerst wird der Konstruktor der Basisklasse aufgerufen Danach der Konstruktor der abgeleiteten Klasse Bei Destruktoren anders herum I Entsprechend stellen Konstruktoren oft Erweiterungen dar z.b. zusätzliche Felder werden initialisiert I daher: Basisklassenkonstruktor aufrufen 1 Car::Car(double s, string c): 2 Fortbewegungsmittel(s), 3 color(c) 4 { 5 cout << "car-konstruktor" << endl; } I Funktionen können in der abgeleiteten Klasse komplett neu gestaltet (redefiniert) werden 1 void Fortbewegungsmittel::print() 3 cout << "Geschwindigkeit: " << getspeed() 4 << endl; 5 } 7 void Car::print() 8 { 9 cout << "Geschwindigkeit: " << getspeed() 10 << ", Farbe: " << getcolor() << endl; 11 } I nicht verwechseln mit überladen mehrere Methoden mit unterschiedlicher Signatur I in jedem Fall wird immer die richtige Methode aufgerufen Funktionen redefinieren 2/2 I Problem: Basismethoden werden verdeckt eine redefinierte Methode verdeckt alle Basismethoden 1 void Fortbewegungsmittel::print(); 2 void Fortbewegungsmittel::print(int s); 3 void Fortbewegungsmittel::print(int s, double c); 4 5 void Car::print(); 7 /* Implementierung */ 8 9 int main() 10 { 11 Car mycar; 12 mycar.print(); // OK 13 mycar.print(10); // funktioniert nicht 14 } I kein Zugriff mehr auf überladene Basisfunktionen I Lösung: Basisfunktion manuell aufrufen vollständigen Namen verwenden mycar.fortbewegungsmittel::print(10); Ein Beispiel 1/3 1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class Punkt{ 5 protected: int x; 7 int y; 8 public: 9 Punkt(int x, int y); 10 int getx(){return x;}; 11 int gety(){return y;}; 12 void bewegen(int x, int y); //überladen 13 void bewegen(int x); 14 void bewegen(); 15 void print(); 1 void center(); 17 }; class Kreis : public Punkt{ 20 private: 21 int radius; 22 public: 23 Kreis(int x, int y, int radius); 24 int getrad(){return radius;}; 25 void bewegen(int r); //redefiniert 2 void print(); 27 }; I unterscheide zwischen überladen und redefinieren 93 94

2 Ein Beispiel 2/3 1 Punkt::Punkt(int x, int y){ 2 this->x = x; 3 this->y = y;} 4 5 void Punkt::bewegen(int x, int y){ this->x = this->x+x; 7 this->y = this->y+y;} 8 9 void Punkt::bewegen(int x){ 10 this->x = this->x+x;} void Punkt::bewegen(){ 13 this->x = this->x-3; 14 this->y = this->y-4;} 15 1 void Punkt::print(){ 17 cout << "X: " << getx() << ", Y: " 18 << gety() << endl;} void Punkt::center(){ 21 x=0; y=0;} Kreis::Kreis(int x, int y, int radius): 24 Punkt(x,y) 25 { 2 this->radius = radius; 27 } void Kreis::bewegen(int r){ 30 x = x+radius+r;} void Kreis::print(){ 33 cout << "X: " << getx() << ", Y: " << 34 gety() << ", Radius: " << getrad() << endl;} Ein Beispiel 3/3 1 int main() 3 Punkt P1(3,7); 4 P1.print(); 5 P1.bewegen(13); P1.print(); 7 8 Kreis K1(3,7,12); 9 K1.print(); 10 K1.bewegen(3); 11 K1.print(); 12 K1.Punkt::bewegen(3,4); 13 K1.print(); 14 K1.center(); 15 K1.print(); 1 } I Ausgabe:X: 3, Y: 7 X: 1, Y: 7 X: 3, Y: 7, Radius: 12 X: 18, Y: 7, Radius: 12 X: 21, Y: 11, Radius: 12 X: 0, Y: 0, Radius: 12 I in UML: 95 9 Vererbung mit Matrizen 1/3 Vererbung mit Matrizen 2/3 1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 #include <vector> 4 #include <assert.h> 5 using namespace std; 7 class Matrix{ 8 protected: 9 int m,n; //dimensions 10 vector<vector<double> > entries; 11 public: 12 int getm(){return m;}; 13 int getn(){return n;}; 14 double getentry(int i, int j); 15 void setentry(int i, int j, double entry); 1 void plot(); 17 Matrix(); 18 Matrix(int m, int n, int init); 19 }; class SquareMatrix : public Matrix{ 22 // stores square matrices 23 public: 24 SquareMatrix computelu(); 25 double computedet(); 2 SquareMatrix(int n, int init); 27 }; 1 /* class definitions*/ 2 /* get & set implementation*/ 3 4 void Matrix::plot(){ 5 for(int i = 0; i < getm(); i++){ for(int j = 0; j < getn(); j++){ 7 cout << "Eintrag " << i << ", " << j 8 << ": " << getentry(i,j) << endl; 9 } 10 } 11 } Matrix::Matrix(): 14 m(1), n(1), 15 entries(vector<vector<double> >(m, vector<double>(n, 0))){} 1 17 Matrix::Matrix(int m, int n, int init): 18 m(m), n(n), 19 entries(vector<vector<double> >(m, vector<double>(n, init))){} SquareMatrix SquareMatrix::computeLU(){ 22 // Implementation LU decomposition 23 } double SquareMatrix::computeDet(){ 2 // Implementation determinant 27 } SquareMatrix::SquareMatrix(int n, int init): 30 Matrix(n, n, init){} 97 98

3 Übersicht - Vererbung Vererbung mit Matrizen 3/3 1 int main() 3 Matrix mat1(3,4,2); 4 mat1.plot(); 5 SquareMatrix mat2(2,1); mat2.plot(); 7 } I Ausgabe:Eintrag 0, 0: 2 Eintrag 0, 1: 2 Eintrag 0, 2: 2 Eintrag 0, 3: 2 Eintrag 1, 0: 2 Eintrag 1, 1: 2 Eintrag 1, 2: 2 Eintrag 1, 3: 2 Eintrag 2, 0: 2 Eintrag 2, 1: 2 Eintrag 2, 2: 2 Eintrag 2, 3: 2 Eintrag 0, 0: 1 Eintrag 0, 1: 1 Eintrag 1, 0: 1 Eintrag 1, 1: 1 I Vererbung macht den Code leichter zu warten I Verebung erhöht die Wiederverwendbarkeit massiv I genaue Implementierung der Basisklasse unwichtig I abgeleitete Klasse erbt alle Methoden und Felder sofern der Zugriff dies erlaubt I neue Implementierung für geerbte Methoden möglich Methoden redefinieren I Achtung: verdeckt alle gleichnamigen Basismethoden (dies kann natürlich gewollt sein) Zugriff über vollen Funktionsnamen I Fazit: verwende Vererbung immer wenn (sinnvoll) möglich verwende Code wieder wenn möglich senkt die Fehlerquote erleichtert spätere Änderungen One more thing I es muss nicht immer public vererbt werden Vererbung 2 Basisklasse abgeleitete Klasse public protected private public public protected private protected protected protected private private hidden hidden hidden I Sichtbarkeit ändert sich durch Art der Vererbung Zugriff kann nur verschärft werden andere außer public machen selten Sinn I Polymorphie I virtuelle Methoden I abstrakte Klassen I Mehrfachvererbung

4 in Code gegossen I Wir betrachten die Klasse Sortierverfahren: Polymorphie I jedes Objekt der abgeleiteten Klasse ist auch ein Objekt der Basisklasse Vererbung impliziert immer ist-ein-beziehung I Jede Klasse definiert einen Datentyp Objekte können mehrere Typen haben abgeleitete Klassen haben mindestens zwei I In C++ kann der jeweils passende Typ verwendet werden Diese Eigenschaft nennt man Polymorphie (griech. Vielgestaltigkeit) 1 class Sortierverfahren{ 2 protected: 3 int N; //Anzahl 4 int* a; //zu sort. Zahlen 5 public: Sortierverfahren(); 7 Sortierverfahren(int); 8 virtual ~Sortierverfahren(){delete[] a;}; 9 virtual void sort(){cout << "Hallo" << endl;}; 10 void ausgabe(); 11 }; I und die Methode sortme: 1 void sortme(sortierverfahren &s) 3 s.sort(); 4 s.ausgabe(); 5 } I sortme übernimmt Referenz auf Sortierverfahren I virtuelle Methoden durch Schlüsselwort virtual ermöglichen späte Bindung (late binding) Einsprungadresse wird zur Laufzeit ermittelt dies geschieht intern mittels V-tables in Code gegossen - 2 I restliche Implementierung: 1 Sortierverfahren::Sortierverfahren(int n) 3 N = n; 4 a = new int[n]; 5 for (int i = 0; i<n; i++) a[i] = 1+rand() % 99; 7 } 8 9 void Sortierverfahren::ausgabe() 10 { 11 cout << "aktuelle Sortierung: " << endl; 12 for (int i = 0; i<n; i++) 13 cout << a[i] << endl; 14 } I und abgeleitete Klasse BubbleSort: 1 class BubbleSort : public Sortierverfahren{ 2 public: 3 BubbleSort(int N):Sortierverfahren(N){}; 4 void sort(); 5 }; 7 void BubbleSort::sort() 8 { 9 for (int i = N-1; i>=1; i--){ 10 for(int j = 0; j<i; j++) 11 {if (a[j] > a[j+1]) swap(a[j], a[j+1]);} 12 } 13 } Polymorphie- 2 I BubbleSort redefiniert die Methode sort I Nun ist BubbleSort auch ein Sortierverfahren I ) folgende Anweisung macht Sinn Sortierverfahren *mysort = new BubbleSort(10); I Bei Zeigern und Referenzen können alle Typen des jeweiligen Objektes verwendet werden I intern wird Zeiger auf Sortierverfahren gespeichert zunächst einmal kann nur auf diese Methoden und Felder zugegriffen werden I Frage: Was passiert bei Aufruf von mysort->sort()? I Antwort: genau das Richtige! durch Einsatz virtueller Methoden V-table wird angelegt zur Laufzeit wird entsprechende Funktion aufgerufen

5 in Code gegossen - 3 Andere Aspekte der Polymorphie I Aufrufender Code: 1 void sortme(sortierverfahren& s) 3 s.sort(); 4 s.ausgabe(); 5 } 7 int main() 8 { 9 BubbleSort mysort(10); 10 mysort.ausgabe(); 11 sortme(mysort); 12 } I Ausgabe: aktuelle Sortierung: aktuelle Sortierung: (Zufallszahlen) I Methode sortme kennt nur s (Referenz auf Sortierverfahren) I Bei Aufruf von sort wird Einsprungstelle aus V-table gelesen I es wird tatsächlich sort von BubbleSort aufgerufen I Achtung: Klappt nur bei Zeigern und Referenzen I polymorphes Verhalten ermöglicht Behandlung des abgeleiteten Objektes wie ein Basisobjekt Compiler betrachtet das Objekt als Basisobjekt (Slicing) Zugriff auf zusätzliche Methoden nicht möglich I Zugriff auch nicht sinnvoll I zumindest programmiertechnisch unsauber I Problem: was wenn man doch Zugriff braucht? I Lösung: dynamic cast fortbewegungsmittel *A = new car(); car *mycar = dynamic cast <car *> (A); mycar->fahren(); I gibt Nullpointer zurück wenn cast fehlschlägt I nur bei polymorph verwendeten Objekten möglich I es gibt auch noch andere casts: static cast const cast reinterpret cast virtuelle Methoden #include <iostream> 2 #include <string> 3 #include <vector> 4 #include <assert.h> 5 using namespace std; 7 class Matrix{ 8 protected: 9 int m,n; //dimensions 10 vector<double> entries; 11 public: 12 int getm(){return m;}; 13 int getn(){return n;}; 14 virtual double getentry(int i, int j); 15 void setentry(int i, int j, double entry); 1 void plot(); 17 Matrix(); 18 Matrix(int m, int n, int init); 19 }; class TriangularMatrix : public Matrix{ 22 // lower triangular matrix 23 public: 24 double getentry(int i, int j); 25 void setentry(int i, int j, double entry); 2 void test(); 27 TriangularMatrix(int n, int init); 28 }; virtuelle Methoden double Matrix::getEntry(int i, int j){ 2 if(i < getm() && j < getn()){ 3 return entries[i+j*getm()]; 4 }else{ 5 cout << "Index exceeds matrix dimensions" << endl; 7 assert(0); 8 } 9 } void Matrix::setEntry(int i, int j, double entry){ 12 if (i >= m j >= n){ 13 cout << "Index exceeds matrix dimensions" 14 << endl; 15 }else{ 1 entries[i+j*getm()] = entry; 17 } 18 } void Matrix::plot(){ 21 for(int i = 0; i < getm(); i++){ 22 for(int j = 0; j < getn(); j++){ 23 cout << "Eintrag " << i << ", " << j 24 << ": " << getentry(i,j) << endl; 25 } 2 } 27 }

6 virtuelle Methoden - 2 virtuelle Methoden Matrix::Matrix(): 2 m(1), n(1), 3 entries(vector<double>(m*n, 0)){} 4 5 Matrix::Matrix(int m, int n, int init): m(m), n(n), 7 entries(vector<double>(m*n, init)){} 8 9 double TriangularMatrix::getEntry(int i, int j){ 10 if(j > i) 11 return 0; 12 else 13 return entries[i+j*getm()-0.5*j*(j+1)]; 14 } 15 1 TriangularMatrix::TriangularMatrix(int n, int init): 17 Matrix(n, n, init){} 1 int main() 3 Matrix mat1(3,4,2); 4 mat1.plot(); 5 TriangularMatrix mat2(3,4); mat2.plot(); 7 } I Ausgabe:Eintrag 0, 0: 2 Eintrag 0, 1: 2 Eintrag 0, 2: 2 Eintrag 0, 3: 2 Eintrag 1, 0: 2 Eintrag 1, 1: 2 Eintrag 1, 2: 2 Eintrag 1, 3: 2 Eintrag 2, 0: 2 Eintrag 2, 1: 2 Eintrag 2, 2: 2 Eintrag 2, 3: 2 Eintrag 0, 0: 4 Eintrag 0, 1: 0 Eintrag 0, 2: 0 Eintrag 1, 0: 4 Eintrag 1, 1: 4 Eintrag 1, 2: 0 Eintrag 2, 0: 4 Eintrag 2, 1: 4 Eintrag 2, 2: 4 I durch virtual wird richtige Methode aufgerufen was es zu wissen gibt I virtuelle Methoden erlauben Polymorphie abgeleitetes Objekt verhält sich wie Basisobjekt I dies geschieht durch dynamische Bindung Implementierung wird zur Laufzeit ausgewählt I Methoden als virtuell deklarieren wenn sie polymorph verwendet werden sollen wenn Implementierung überschrieben wird I in diesem Fall auch virtueller Destruktor Objekt wird sonst evtl. nicht richtig bereinigt I Konstruktoren können nicht virtuell sein I in Java sind Methoden standardmäßig virtuell I in C++ explizit durch Benutzer I generell: Erzeugung von V-tables kostet Code wird dadurch langsamer nicht alles als virtual deklarieren abstrakte Datentypen I Die Methode sort von Sortierverfahren ist sinnlos bietet keinerlei Sortierung Objekte können in Wahrheit nicht sortieren I überhaupt sind Objekte dieser Klasse sinfrei von Sortierverfahren wird nur abgeleitet I das sollte sich auch im Code wiederspiegeln I abstrakte Klassen bieten genau das dienen als Schablone für abgeleitete Klassen können gemeinsame Funktionen implementieren müssen nicht alle Details implementieren I abstrakte Datentypen können nicht instanziiert werden! erleichtert Fehlersuche

7 Beispiel I abstrakte Klasse Sortierverfahren: 1 class Sortierverfahren{ 2 protected: 3 int N; //Anzahl 4 int* a; //zu sort. Zahlen 5 public: Sortierverfahren(); 7 Sortierverfahren(int); 8 virtual ~Sortierverfahren(){delete[] a;}; 9 virtual void sort() = 0; 10 void ausgabe(); 11 }; I abstrakte Methode in Zeile 9 I Abstraktion durch =0 nach virtueller Methode I AM müssen nicht implementiert werden I AM nennt man auch rein virtuell I durch eine AM wird die ganze Klasse abstrakt abstrakte Kl. können nicht instanziiert werden Beispiel I abgeleitete Klasse InsertionSort: 1 class InsertionSort : public Sortierverfahren{ 2 public: 3 InsertionSort(int N):Sortierverfahren(N){}; 4 void sort(); 5 }; 7 void InsertionSort::sort() 8 { 9 int key,i; 10 for(int j=1;j<n;j++) 11 { 12 key=a[j]; 13 i=j-1; 14 while(a[i]>key && i>=0) 15 { 1 a[i+1]=a[i]; 17 i--; 18 } 19 a[i+1]=key; 20 } 21 } I InsertionSort redefiniert die AM sort alle AM müssen redefiniert werden Beispiel 1 int main() 3 BubbleSort mysort(10); 4 InsertionSort mysort2(10); 5 Sortierverfahren testsort(10); mysort.ausgabe(); 7 mysort2.ausgabe(); 8 sortme(mysort); 9 sortme(mysort2); 10 } I Ausgabe: aktuelle Sortierung: aktuelle Sortierung: aktuelle Sortierung: aktuelle Sortierung: (Zufallszahlen) Übersicht - abstrakte Klassen I dienen als Schablone / Schnittstelle für Vererbung I können nicht instanziiert werden Fehlerfindung durch Compiler! I Was Sie tun sollten: Verwenden Sie AK für gemeinsame Funktionen (delegieren nach oben) jedoch nur wenn sie für alle Kinder relevant sind redefinieren Sie alle abstrakten Methoden definieren Sie alle Methoden abstrakt die zu redefinieren sind I Eigentlich gelogen: Fehler in Zeile 5 error: cannot declare variable testsort to be of abstract type Sortierverfahren

8 Diamantvererbung Mehrfachvererbung I Es könnte eine gemeinsame Oberklasse geben I C++ erlaubt Vererbung mit multiplen Basisklassen I Syntax: class Auto : public Wertgegenstand, public Fortbew{... } I Vertieft Konzept der Objektorientierung erhöht Wiederverwendbarkeit von Code I Problem: Mehrdeutigkeiten (nächste Folie) I führt zu Mehrdeutigkeit Felder und Methoden sind mehrfach vorhanden unklar worauf zugegriffen werden soll Speicherverschwendung schlimmstenfalls: Objekte inkonsistent Diamantvererbung 2 I Klasse Matrix hat ein Feld int n I beide abgeleiteten Klassen erben int n I SPD erbt von zwei Klassen SPD hat int n doppelt I Lösung 1: Zugriff mittels vollem Namen symmmat::n bzw. posdefmat::n I unschön, da Speicher dennoch doppelt unübersichtlich schlimmstenfalls sogar verschiedene Werte I Lösung 2: virtuelle Basisklassen class symmmat : virtual public matrix class posdefmat : virtual public matrix I virtuelle Basisklasse wird nur einmal eingebunden I Literatur: Uneinigkeit ob Mehrfachvererbung sinnvoll I Konzept nicht möglich in Java, C# 121