Отношения между классами. Клиенты и наследники

Отношения между классами

Каждый класс, как не раз отмечалось, играет две роли: он является модулем - архитектурной единицей, и он имеет содержательный смысл, определяя некоторый тип данных. Но классы программной системы - это ансамбль, в котором классы, играя свои роли, не являются независимыми - все они находятся в определенных отношениях друг с другом. Два основных типа отношений между классами определены в ОО-системах. Первое отношение "клиенты и поставщики", называется часто клиентским отношением или отношением вложенности (встраивания). Второе отношение "родители и наследники" называется отношением наследования.

Определение 1. Классы А и В находятся в отношении " клиент-поставщик ", если одним из полей класса В является объект класса А. Класс А называется поставщиком класса В, класс В называется клиентом класса А.

Определение 2. Классы А и В находятся в отношении " родитель - наследник ", если при объявлении класса В класс А указан в качестве родительского класса. Класс А называется родителем класса В, класс В называется наследником класса А.

Оба отношения - наследования и вложенности - являются транзитивными. Если В - клиент А, а С - клиент В, то отсюда следует, что С - клиент А. Если В - наследник А, а С - наследник В, то отсюда следует, что С - наследник А.

Определения 1 и 2 задают прямых или непосредственных клиентов и поставщиков, прямых родителей и наследников. Вследствие транзитивности необходимо ввести понятие уровня. Прямые клиенты и поставщики, прямые родители и наследники относятся к соответствующему уровню 1 (клиенты уровня 1, поставщики уровня 1 и так далее). Затем следует рекурсивное определение: прямой клиент клиента уровня k относится к уровню k+1.

Для отношения наследования используется терминология, заимствованная из естественного языка. Прямые классы-наследники часто называются сыновними или дочерними классами. Непрямые родители называются предками, а их непрямые наследники - потомками.

Замечу, что цепочки вложенности и наследования могут быть достаточно длинными. На практике вполне могут встречаться цепочки длины 10. Например, библиотечные классы, составляющие систему Microsoft Office, полностью построены на отношении вложенности. При программной работе с объектами Word можно начать с объекта, задающего приложение Word, и добраться до объекта, задающего отдельный символ в некотором слове некоторого предложения одного из открытых документов Word. Для выбора нужного объекта можно задать такую цепочку: приложение Word - коллекция документов - документ - область документа - коллекция абзацев - абзац - коллекция предложений - предложение - коллекция слов - слово - коллекция символов - символ. В этой цепочке каждому понятию соответствует класс библиотеки Microsoft Office, где каждая пара соседствующих классов связана отношением " поставщик-клиент ".

Классы библиотеки FCL связаны как отношением вложенности, так и отношением наследования. Длинные цепочки наследования достаточно характерны для классов этой библиотеки.

Отношения "является" и "имеет"

При проектировании классов часто возникает вопрос, какое же отношение между классами нужно построить. Рассмотрим совсем простой пример двух классов - Square и Rectangle, описывающих квадраты и прямоугольники. Наверное, понятно, что эти классы следует связать скорее отношением наследования, чем вложенности ; менее понятным остается вопрос, а какой из этих двух классов следует сделать родительским. Еще один пример двух классов - Car и Person, описывающих автомобиль и персону. Какими отношениями с этими классами должен быть связан класс Person_of_Car, описывающий владельца машины? Может ли он быть наследником обоих классов? Найти правильные ответы на эти вопросы проектирования классов помогает понимание того, что отношение " клиент-поставщик " задает отношение "имеет" ("has"), а отношение наследования задает отношение "является" ("is a"). В случае классов Square и Rectangle понятно, что каждый объект квадрат "является" прямоугольником, поэтому между этими классами имеет место отношение наследования, и родительским классом является класс Rectangle, а класс Square является его потомком.

В случае автомобилей, персон и владельцев авто также понятно, что владелец "имеет" автомобиль и "является" персоной. Поэтому класс Person_of_Car является клиентом класса Car и наследником класса Person.

Отношение вложенности

Рассмотрим два класса A и B, связанных отношением вложенности. Оба класса применяются для демонстрации идей и потому устроены просто, не неся особой смысловой нагрузки. Пусть класс-поставщик A уже построен. У класса два поля, конструктор, один статический и один динамический метод. Вот его текст:

public class ClassA
{
	public ClassA(string f1, int f2)
	{
		fieldA1 = f1; fieldA2 = f2;
	}
	public string fieldA1;
	public int fieldA2;
	public void MethodA()
	{
		Console.WriteLine( "Это класс A");
		Console.WriteLine ("поле1 = {0}, поле2 = {1}",
			fieldA1, fieldA2);
	}
	public static void StatMethodA()
	{
		string s1 = "Статический метод класса А";
		string s2 = "Помните: 2*2 = 4";
		Console.WriteLine(s1 + " ***** " + s2);
	}
}

Построим теперь класс B - клиента класса A. Класс будет устроен похожим образом, но в дополнение будет иметь одним из своих полей объект inner класса A:

public class ClassB
{
	public ClassB(string f1A, int f2A, string f1B, int f2B)
	{
		inner = new ClassA(f1A, f2A);
		fieldB1 = f1B; fieldB2 = f2B;
	}
	ClassA inner;
	public string fieldB1;
	public int fieldB2;
	public void MethodB1()
	{
		inner.MethodA();
		Console.WriteLine( "Это класс B");
		Console.WriteLine ("поле1 = {0}, поле2 = {1}",
			fieldB1, fieldB2);
	}
}

Обратите внимание: конструктор клиента (класса B ) отвечает за инициализацию полей класса, поэтому он должен создать объект поставщика (класса A ), вызывая, как правило, конструктор поставщика. Если для создания объектов поставщика требуются аргументы, то они должны передаваться конструктору клиента, как это сделано в нашем примере.

После того как конструктор создал поле - объект поставщика - методы класса могут использовать этот объект, вызывая доступные клиенту методы и поля класса поставщика. Метод класса B - MethodB1 начинает свою работу с вызова: inner.MethodA, используя сервис, поставляемый методом класса A.