Введение в наследование

Динамическое связывание

Динамическое связывание дополнит переопределение, полиморфизм и статическую типизацию, создавая базисную тетралогию наследования.

Использование правильного варианта

Операции, определенные для всех вариантов многоугольников, могут реализовываться по-разному. Например, perimeter ( периметр ) имеет разные версии для общих многоугольников и для прямоугольников, назовем эти версии perimeterPOL и perimeterRECT. У класса SQUARE также будет свой вариант (умноженная на 4 длина стороны). При этом естественно возникает важный вопрос: что случится, если программа, имеющая разные версии, будет применена к полиморфной сущности?

Во фрагменте

create p.make (...); x := p.perimeter

ясно, что будет использована версия perimeterPOL. Точно так же во фрагменте

create r.make (...); x := r.perimeter

будет использована версия perimeterRECT. Но что, если полиморфная сущность p статически объявлена как многоугольник, а динамически ссылается на прямоугольник? Предположим, что нужно выполнить фрагмент:

create r.make (...)
p := r
x := p.perimeter

Правило динамического связывания утверждает, что версию применяемой операции определяет динамическая форма объекта. В данном случае это будет perimeterRECT.

Конечно, более интересный случай возникает, когда из текста программы нельзя заключить, какой динамический тип будет иметь p во время выполнения. Например, что будет во фрагменте

-- Вычислить периметр фигуры выбранной пользователем
p: POLYGON
...
if chosen_icon = rectangle_icon then
   create {RECTANGLE} p.make (...)
elseif chosen_icon = triangle_icon then
   create {TRIANGLE} p.make (...)
elseif
   ...
end
...
x := p.perimeter

или после условного полиморфного присваивания if ... then p := r elseif ... then p := t ...,; или если p является элементом полиморфного массива многоугольников, или если p является формальным аргументом с объявленным типом POLYGON некоторой процедуры, которой вызвавшая ее процедура передала фактический аргумент согласованного типа?

Тогда в зависимости от хода вычисления динамическим типом p будет RECTANGLE, или TRIANGLE, или т.п. У нас нет никакого способа узнать, какой из этих случаев будет иметь место. Но, благодаря динамическому связыванию, этого и не нужно знать: что бы ни случилось с p, при вызове будет выполнен правильный вариант компонента perimeter.

Эта способность операций автоматически приспосабливаться к тем объектам, к которым они применяются, является одной из главных особенностей ОО-систем, непосредственно относящейся к обсуждаемым в начале книги вопросам качества ПО. Ее последствия будут подробней рассмотрены далее в этой лекции.

Динамическое связывание позволяет завершить начатое выше обсуждение аспектов, связанных с потерей информации при полиморфизме. Сейчас стало понятно, почему не страшно потерять информацию об объекте: после присваивания p := q или вызова some_routine (q), в котором p являлся формальным аргументом, теряется специфическая информация о типе q, но если применяется операция p.polygon_feature, для которой polygon_feature имеет специальную версию, применимую к q, то будет выполняться именно эта версия.

Переопределение и утверждения

Если клиент класса POLYGON вызывает p.perimeter, то он ожидает получить значение периметра p, определенное спецификацией функции perimeter в определении этого класса. Но теперь, благодаря динамическому связыванию, клиент может вызвать другую программу, переопределенную в некотором классе-потомке. В классе RECTANGLE переопределение улучшает эффективность и не изменяет результат, но что помешало бы переопределить периметр так, чтобы новая версия вычисляла бы, скажем, площадь?

Это противоречит духу переопределения. Переопределение должно изменять реализацию процедуры, а не ее семантику. К счастью, утверждения позволяют ограничить семантику процедур. Неформально, основное правило контроля за переопределением и динамическим связыванием можно сформулировать просто: предусловие и постусловие программы должны быть применимы к любому ее переопределению, и, как мы уже видели, инвариант класса автоматически должен распространяться на всех его потомков.

Точные правила будут приведены ниже. Но уже сейчас можно заметить, что переопределение не является произвольным: допускаются только переопределения, сохраняющие семантику. Это дело автора программы - выразить ее семантику достаточно точно, но оставить при этом свободу для будущих реализаторов.

О реализации динамического связывания

Может возникнуть опасение, что динамическое связывание - это дорогой механизм, требующий во время выполнения поиска по графу наследования и поэтому накладных расходов, растущих с увеличением глубины этого графа.

К счастью, это не так в случае хорошо спроектированного (и статически типизированного) ОО-языка. Более детально это будет обсуждаться в конце лекции, но мы можем уже сейчас успокоить себя тем, что последствия динамического связывания не будут существенными для эффективности при работе в подходящем окружении.