• Виртуальные функции. В языке С++ можно определить функцию в базовом классе и функцию в производном классе с точно таким же именем и типами аргументов, чтобы при вызове пользователем функции базового класса на самом деле вызывалась функция из производного класса. Например, когда класс Window вызывает функцию

из класса , выполняется именно функция из класса , а не функция из класса . Это свойство часто называют динамическим полиморфизмом (run-time polymorphism) или динамической диспетчеризацией (run-time dispatch), потому что вызываемые функции определяются на этапе выполнения программы по типу объекта, из которого они вызываются.

• Закрытые и защищенные члены. Мы закрыли детали реализации наших классов, чтоб защитить их от непосредственного доступа, который может затруднить сопровождение программы. Это свойство часто называют инкапсуляцией (encapsulation).

Наследование, динамический полиморфизм и инкапсуляция — наиболее распространенные характеристики объектно-ориентированного программирования (object-oriented programming). Таким образом, язык C++ непосредственно поддерживает объектно-ориентированное программирование наряду с другими стилями программирования. Например, в главах 20-21 мы увидим, как язык C++ поддерживает обобщенное программирование. Язык C++ позаимствовал эти ключевые механизмы из языка Simula67, первого языка, непосредственно поддерживавшего объектно-ориентированное программирование (подробно об этом речь пойдет в главе 22).

Довольно много технической терминологии! Но что все это значит? И как на самом деле эти механизмы работают? Давайте сначала нарисуем простую диаграмму наших классов графического интерфейса, показав их отношения наследования.

Стрелки направлены от производного класса к базовому. Такие диаграммы помогают визуализировать отношения между классами и часто украшают доски программистов. По сравнению с коммерческими пакетами эта иерархия классов невелика и содержит всего шестнадцать элементов. Причем в этой иерархии только класс

имеет несколько поколений наследников. Очевидно, что наиболее важным является общий базовый класс (), несмотря на то, что он представляет абстрактное понятие о фигуре и никогда не используется для ее непосредственного воплощения.

Как объекты размещаются в памяти? Как было показано в разделе 9.4.1, схема объекта определяется членами класса: данные-члены хранятся в памяти один за другим. Если используется наследование, то данные-члены производного класса просто добавляются после членов базового класса. Рассмотрим пример.

Класс

имеет данные-члены класса (в конце концов, он является разновидностью класса ) и может быть использован вместо класса . Кроме того, класс имеет свой собственный член , который размещается в памяти после унаследованных данных-членов.

Для того чтобы обработать вызов виртуальной функции, нам нужна еще одна порция данных в объекте класса : информация о том, какая функция будет на самом деле вызываться при обращении к функции из класса . Для этого обычно в таблицу функций заносится ее адрес. Эта таблица обычно называется (таблица виртуальных функций), а ее адрес часто имеет имя (виртуальный указатель). Указатели обсуждаются в главах 17-18; здесь они действуют как ссылки. В конкретных реализациях языка таблица виртуальных функций и виртуальный показатель могут называться иначе. Добавив таблицу и указатели к нашему рисунку, получим следующую диаграмму.

Поскольку функция

— первая виртуальная функция, она занимает первую ячейку в таблице , за ней следует функция , вторая виртуальная функция. Класс может иметь сколько угодно виртуальных функций; его таблица может быть сколь угодно большой (по одной ячейке на каждую виртуальную функцию). Теперь, когда мы вызовем функцию , компилятор сгенерирует вызов функции, найденной в ячейке таблицы , соответствующей объекту . В принципе код просто следует по стрелкам на диаграмме.

Итак, если объект

относится к классу , будет вызвана функция . Если объект относится к типу, скажем, , который использует таблицу точно в том виде, в каком ее определил класс , то будет вызвана функция . Аналогично, поскольку в классе не определена его собственная функция , при вызове будет выполнена функция , если объект относится к классу . В принципе код, сгенерированный для вызова виртуальной функции, может просто найти указатель и использовать его для поиска соответствующей таблицы и вызова нужной функции оттуда. Для этого понадобятся два обращения к памяти и обычный вызов функции, — быстро и просто.

Класс

является абстрактным, поэтому мы не можем на самом деле непосредственно создать объект класса , но класс имеет точно такую же простую структуру, поскольку не добавляет никаких данных-членов и не определяет виртуальную функцию. Таблица виртуальных функций определяется для каждого класса, в котором определена виртуальная функция, а не для каждого объекта, поэтому таблицы незначительно увеличивают размер программы.