Универсализация

Проверка типов

Используя универсализацию, можно гарантировать, что структура данных будет содержать элементы определенного типа. Допустим, класс содержит объявления:

sc: STACK [CIRCLE]; sa: STACK [ACCOUNT]; c: CIRCLE; a: ACCOUNT.

Тогда в программах этого класса допустимы следующие инструкции:

sc.put (c) -- Втолкнуть круг в стек кругов
sa.put (a) -- Втолкнуть счет в стек счетов
c := sc.item -- Сущности круг присвоить вершину стека кругов.

Но каждая из следующих инструкций недопустима и будет отвергнута:

sc.put (a); -- Попытка: Втолкнуть счет в стек кругов.
sa.put (c); -- Попытка: Втолкнуть круг в стек счетов.
c:= sa.item -- Попытка: Дать кругу значение счета.

Это исключает ошибочные операции, подобные попытке вычитания денег из круга.

Правило типизации

Правило типизации, делающее допустимым первый набор и недопустимым второй, интуитивно понятно, но его надо уточнить.

Вначале рассмотрим обычные, не родовые классы. Пусть C такой класс. Рассмотрим объявление его компонента, не использующее, естественно, никаких формальных родовых параметров:

f(a:T):U is ...

Тогда вызов вида x.f(d), появляющийся в произвольном классе B, где x типа C, будет корректен по типу, тогда и только тогда, когда:

• f доступен классу B, - экспортирован всем классам или множеству классов, включающих B ;
• d принадлежит типу T. Если учитывать возможность наследования, то d может принадлежать потомкам T.
• Результат вызова имеет тип U. В этом примере предполагается, что компонент f является функцией.

Теперь предположим, что C родовой класс с формальным родовым параметром G имеет компонент:

h (a: G): G is...

Вызов h имеет вид y.h(e), где y сущность, объявленная как

y: C [V]

Тип V - некоторый ранее определенный тип. Теперь правило типизации - двойник неродового правила - требует, чтобы e имело тип V или при наследовании было потомком V. Аналогичное требование к результату выполнения функции h.

Требования правила понятны: V - фактический параметр, заменяющий формальный родовой параметр G параметризованного класса C, поэтому он заменяет все вхождения G при вызове компонент класса. Все предыдущие примеры следовали этой модели: вызов s.put(z) требует параметра z типа POINT, если s типа STACK [POINT] ; INTEGER если s типа STACK [INTEGER] ; и s.item возвращает результат типа POINT в первом случае и типа INTEGER во втором.

Операции над сущностями родового типа

В родовом классе C [G, H, ...] рассмотрим сущность, чей тип - один из формальных родовых параметров, например x типа G. Когда класс используется клиентом для объявления сущностей, G, разумеется, может представлять любой тип. Поэтому любая операция, которую выполняют подпрограммы C над x, должна быть применима ко всем типам. Это ограничение позволяет выполнять только пять видов операций:

Использование сущностей формального родового типа

Корректно использовать сущность x, чей тип задан формальным родовым параметром G, можно следующим образом.

1. Слева от оператора присваивания x := y, где выражение y также имеет тип G.
2. Справа от оператора присваивания y := x, где сущность y также типа G.
3. В логических выражениях вида x = y или x /= y, где y также типа G.
4. Как фактический аргумент в вызове подпрограммы на месте формальных параметров типа G, или типа ANY.
5. Как цель вызова компонента класса ANY.

В частности, инструкция создания вида create x неприменима, так как нам ничего неизвестно о процедурах создания, если таковые есть, для класса, определенного возможным фактическим родовым параметром, соответствующим G.

Случаи (4) и (5) ссылаются на класс ANY. Упомянутый уже несколько раз, этот класс содержит компоненты, наследуемые всеми классами. Поэтому можно быть уверенным, что независимо от фактического типа G при родовом порождении компоненты будут доступны. Компонентами класса ANY являются все основные операции копирования и сравнения объектов: clone, copy, equal, deep_clone, deep_equal и др. Поэтому для x и y формального родового типа G корректно использовать следующие инструкции:

x.copy (y)
x := clone (y)
if equal (x, y) then ...

Случай (4) разрешает вызов a.f(x) в родовом классе C [G], если f имеет формальный аргумент типа G. В частности, возможна ситуация, когда a может быть типа D [G], где D другой родовой класс. В классе D [G] объявлен компонент f, требующий аргумент типа G, обозначающий в этом случае формальный родовой параметр класса D, а не класса С. (Если предыдущая фраза не совсем понятна, перечитайте ее еще раз, и, надеюсь, она покажется столь же прозрачной^{2Для проверки прозрачности выполните упражнение У10.3.} , как горный ручей.)

Типы и классы

Мы уже научились смотреть на класс - центральное понятие объектной технологии, - как на продукт слияния двух концепций: модуля и типа. До введения универсализации можно было говорить, что класс - это модуль, но это и тип данных.

С появлением универсализации второе утверждение перестало быть буквально истинным, хотя нюанс невелик. Родовой класс, объявленный как C [G], является не типом, а шаблоном типа, задающим бесконечное множество возможных типов. Любой тип из этого множества можно получить, предоставив фактический родовой параметр, который, в свою очередь, является типом.

Это приводит к более общему и гибкому понятию. Но за выигрыш в мощности приходится немного пожертвовать простотой: только при небольшом насилии над языком можно продолжать говорить о "компонентах класса T " или о "клиентах T ", если x объявлен, как имеющий тип T. Теперь T может быть параметрически порожденным типом C [U] из некоторого родового класса C и некоторого типа U. Конечно, основой типа остается родовой класс C, поэтому насилие над языком приемлемо.

Если требовать буквальной строгости, то терминология следующая. Любой тип T ассоциируется с базовым классом T, поэтому всегда можно говорить о компонентах и клиентах базового класса T. Если T неродовой класс, то он же является и базовым классом. Если T родовое порождение C [U, ...], то C является базовым классом T.