Полиморфизм

Полиморфизм - это свойство классов решать схожие по смыслу проблемы разными способами. В рамках Object Pascal поведенческие свойства класса определяются набором входящих в него методов. Изменяя алгоритм того или иного метода в потомках класса, программист может придавать этим потомкам отсутствующие у родителя специфические свойства. Для изменения метода необходимо перекрыть его в потомке, т. е. объявить в потомке одноименный метод и реализовать в нем нужные действия. В результате в объекте-родителе и объекте-потомке будут действовать два одноименных метода, имеющих разную алгоритмическую основу и, следовательно, придающих объектам разные свойства. Это и называется полиморфизмом объектов.

В Object Pascal полиморфизм достигается не только описанным выше механизмом наследования и перекрытия методов родителя, но и их виртуализацией (см. ниже), позволяющей родительским методам обращаться к методам своих потомков.

Составляющие класса

Поля

Полями называются инкапсулированные в классе данные. Поля могут быть любого типа, в том числе - классами, например:

type
TMyClass = class

aIntField: Integer;

aStrField: String;

aObjField: TObject;

end;

Каждый объект получает уникальный набор полей, но общий для всех объектов данного класса набор методов и свойств. Фундаментальный принцип инкапсуляции требует обращаться к полям только с помощью методов и свойств класса. Однако в Object Pascal разрешается обращаться к полям и напрямую:

type
TMyClass = class

FIntField: Integer;

FStrField: String;

end;
var
aObject: TMyClass;

begin
aObject.FIntField:= 0;

aObject.FStrField:= 'Строка символов';

end;

Класс-потомок получает все поля всех своих предков и может дополнять их своими, но он не может переопределять их или удалять.

Таким образом, чем ниже в дереве иерархии располагается класс, тем больше данных получают в свое распоряжение его объекты.

Методы

Инкапсулированные в классе процедуры и функции называются методами. Они объявляются так же, как и обычные подпрограммы:

type
TMyClass = class

Function MyFunc(aPar: Integer): Integer;

Procedure MyProc;

end;

Доступ к методам класса, как и к его полям, возможен с помощью составных имен:

var
aObject: TMyClass;

begin
aObject.MyProc;
end;

Как уже говорилось, методы класса могут перекрываться в потомках. Например:

type
TParentClass = class Procedure DoWork;

end;
TChildClass = class(TParentClass) Procedure DoWork;

end;

Потомки обоих классов могут выполнять сходную по названию процедуру DoWork, но, в общем случае, будут это делать по-разному. Такое замещение методов называется статическим, т. к. реализуется компилятором.

В Object Pascal гораздо чаще используется динамическое замещение методов на этапе прогона программы. Для реализации этого метод, замещаемый в родительском классе, должен объявляться как динамический (с директивой dynamic) или виртуальный (virtual). Встретив такое объявление, компилятор создаст две таблицы -DMT (Dynamic Method Table) и VMT (Virtual Method Table) и поместит в них адреса точек входа соответственно динамических и виртуальных методов. При каждом обращении к замещаемому методу компилятор вставляет код, позволяющий извлечь адрес точки входа в подпрограмму из той или иной таблицы. В классе-потомке замещающий метод объявляется с директивой override (перекрыть). Получив это указание, компилятор создаст код, который на этапе прогона программы поместит в родительскую таблицу точку входа метода класса-потомка, что позволит родителю выполнить нужное действие с помощью нового метода.

Пусть, например, родительский класс с помощью методов show и Hide соответственно показывает что-то на экране или прячет изображение. Для создания изображения он использует метод Draw с логическим параметром:

type
TVisualObject = class(TWinControl)

Procedure Hide;

Procedure Show;

Procedure Draw(IsShow: Boolean); virtual;

end;

TVisualChildObject = class(TVisualObject)

Procedure Draw(IsShow: Boolean); override;

end;

Реализация методов show и Hide очень проста:

Procedure TVisualObject.Show;

begin
Draw(True);

end;

Procedure TVisualObject.Hide;

begin
Draw(False);

end;

Методы Draw у родителя и потомка имеют разную реализацию и создают разные изображения. В результате родительские методы show и Hide - прятать или показывать те или иные изображения будут в зависимости от конкретной реализации метода Draw у-любого из своих потомков. Динамическое связывание в полной мере реализует полиморфизм классов.

Разница между динамическими и виртуальными методами состоит в том, что таблица динамических методов DMT содержит адреса только -тех методов, которые объявлены как dynamic в данном классе, в то время как таблица VMT содержит адреса виртуальных методов не только данного класса, но и всех его родителей. Значительно большая по размеру таблица VMT обеспечивает более быстрый поиск, в то время как при обращении к динамическому методу программа сначала просматривает таблицу DMT у объекта, затем -у его родительского класса и так далее, пока не будет найдена нужная точка входа.

Динамически перекрываемые методы часто могут вообще ничего не делать. Такие методы называются абстрактными, они обязаны перекрываться в потомках. Программист может запретить вызов абстрактного метода, объявив его с директивой abstract. Например:

type
TVisualObject = class(TWinControl)

Procedure Draw(IsShow: Boolean); virtual; abstract;

end;

TVisualChildObject = class(TWinControl)

Procedure Draw(IsShow: Boolean); override; end;

var
aVisualObject: TVisualObject;

aVisualChild: TVisualChildObject;

begin
aVisualObject.Show; {Ошибка/ Обращение к абстрактному методу}

aVisualChild.Show;
{Нормальное обращение. Метод Draw у класса TVisualChildObject перекрыт.)

end;

Обращение к неперекрытому абстрактному методу вызывает ошибку периода исполнения. Разумеется, в грамотно составленной программе абстрактные методы никогда не вызываются. Классы, содержащие абстрактные методы, называются абстрактными. Такие классы инкапсулируют общие свойства своих неабстрактных потомков, но объекты абстрактных классов никогда не создаются и не используются. Для эксплуатации абстрактных классов в библиотеку классов Delphi включаются классы-потомки, в которых перекрываются абстрактные методы родителя.

В состав любого класса входят два специальных метода -конструктор и деструктор. У класса TObject эти методы называются create и Destroy, так же они называются в подавляющем большинстве его потомков. Конструктор распределяет объект в динамической памяти и помещает адрес этой памяти в переменную self, которая автоматически объявляется в классе. Деструктор удаляет объект из кучи. Обращение к конструктору должно предварять любое обращение к полям и некоторым методам объекта. По своей форме конструкторы и деструкторы являются процедурами, но объявляются с помощью зарезервированных слов constructor и Destructor:

type
TMyClass = class

IntField: Integer;

Constructor Create(Value: Integer);

Destructor Destroy;

end;

Любые поля объекта, а также методы класса, оперирующие с его полями, могут вызываться только после создания объекта с помощью вызова конструктора, т. к. конструкторы распределяют объект в динамической памяти и делают действительным содержащийся в объекте указатель.

var
MyObject: TMyClass;

begin
MyObject.IntField:= 0;

{ Ошибка! Объект не созданконструктором!}

MyObject:= TMyClass.Create;

// Надо так: создаем объект

MyObject.IntField:= 0;

// и обращаемся к его полю

MyObect.Free;
// Уничтожаем ненужный объект

end;

В базовом классе TObject определен метод Free, который сначала проверяет действительность адреса объекта и лишь затем вызывает деструктор Destroy. Обращение к деструктору объекта будет ошибочным, если объект не создан конструктором, поэтому для уничтожения ненужного объекта следует вызывать метод Free, как это сделано в предыдущем примере.

Большинство конструкторов реализуют некоторые действия, необходимые для правильной работы объекта. Поэтому в конструкторе класса-потомка следует сначала вызвать конструктор своего родителя, а уже затем осуществлять дополнительные действия. Вызов любого метода родительского класса достигается с помощью зарезервированного слова inherited (унаследованный):

Constructor TMyClass.Create(Value: Integer);

// Возможная реализация конструктора

begin
Inherited Create; // Вызываем унаследованный конструктор IntField:= Value; // Реализуем дополнительные действия

end;

Некоторые методы могут вызываться без создания и инициации объекта. Такие методы называются методами класса, они объявляются с помощью зарезервированного слова class:

type
TMyClass = class(TObject)

class Function GetClassName: String;

end;
var
S: String;

begin
S:= TMyClass.GetClassName;

end;

Методы класса не должны обращаться к полям, т. к. в общем случае вызываются без создания объекта, а следовательно, в момент вызова полей просто не существует. Обычно они возвращают служебную информацию о классе - имя класса, имя его родительского класса, адрес метода и т. п.