Поля типа
Чтобы производные классы были не просто удобной формой краткого описания, в реализации языка должен быть решен вопрос: к какому из производных классов относится объект, на который смотрит указатель base*? Существует три основных способа ответа:
- Обеспечить, чтобы указатель мог ссылаться на объекты только одного типа;
- Поместить в базовый класс поле типа, которое смогут проверять функции;
- использовать виртуальные функции.
Указатели на базовые классы обыкновенно используются при проектировании контейнерных классов (множество, вектор, список и т.д.). Тогда в случае [1] мы получим однородные списки, т.е. списки объектов одного типа. Способы [2] и [3] позволяют создавать разнородные списки, т.е. списки объектов нескольких различных типов (на самом деле, списки указателей на эти объекты). Способ [3] - это специальный надежный в смысле типа вариант способа [2]. Особенно интересные и мощные варианты дают комбинации способов [1] и [3].
Вначале обсудим простой способ с полем типа, т.е. способ [2]. Пример с классами manager/employee можно переопределить так:
struct employee { enum empl_type { M, E }; empl_type type; employee* next; char* name; short department; // ... };
struct manager : employee { employee* group; short level; // ... };
Имея эти определения, можно написать функцию, печатающую данные о произвольном служащем:
void print_employee(const employee* e) { switch (e->type) { case E: cout << e->name << '\t' << e->department << '\n'; // ... break; case M: cout << e->name << '\t' << e->department << '\n'; // ... manager* p = (manager*) e; cout << "level" << p->level << '\n'; // ... break; } }
Напечатать список служащих можно так:
void f(const employee* elist) { for (; elist; elist=elist->next) print_employee(elist); }
Это вполне хорошее решение, особенно для небольших программ, написанных одним человеком, но оно имеет существенный недостаток: транслятор не может проверить, насколько правильно программист обращается с типами. В больших программах это приводит к ошибкам двух видов. Первый - когда программист забывает проверить поле типа. Второй - когда в переключателе указываются не все возможные значения поля типа. Этих ошибок достаточно легко избежать в процессе написания программы, но совсем нелегко избежать их при внесении изменений в нетривиальную программу, а особенно, если это большая программа, написанная кем-то другим. Еще труднее избежать таких ошибок потому, что функции типа print() часто пишутся так, чтобы можно было воспользоваться общностью классов:
void print(const employee* e) { cout << e->name << '\t' << e->department << '\n'; // ... if (e->type == M) { manager* p = (manager*) e; cout << "level" << p->level << '\n'; // ... } }
Операторы if, подобные приведенным в примере, сложно найти в большой функции, работающей со многими производными классами. Но даже когда они найдены, нелегко понять, что происходит на самом деле. Кроме того, при всяком добавлении нового вида служащих требуются изменения во всех важных функциях программы, т.е. функциях, проверяющих поле типа. В результате приходится править важные части программы, увеличивая тем самым время на отладку этих частей.
Иными словами, использование поля типа чревато ошибками и трудностями при сопровождении программы. Трудности резко возрастают по мере роста программы, ведь использование поля типа противоречит принципам модульности и упрятывания данных. Каждая функция, работающая с полем типа, должна знать представление и специфику реализации всякого класса, являющегося производным для класса, содержащего поле типа.
