Глава 8. Изучение наследования
Глава 8. Изучение наследования
Наследование
Наследованием (inheritance) называется такое отношение между классами, когда один класс использует часть структуры и/или поведения другого или нескольких классов. При наследовании создается иерархия абстракций, в которой подкласс (subclass) наследуется от одного или нескольких суперклассов (superclass). Наследование также называют иерархией типа «такой же, как» (is-a) или «такого вида, как» (kind-of). Подкласс наследует все атрибуты, операции и отношения, определенные в каждом его суперклассе. Значит, все атрибуты и операции, определенные на верхнем уровне иерархии, будут унаследованы классами на более низких ее уровнях. В подкласс могут быть добавлены дополнительные атрибуты и операции, применяемые только на данном уровне иерархии. Подкласс может содержать собственную реализацию унаследованной операции. Так как отношение наследования не является отношением между различными объектами, оно не имеет названия, не использует названия ролей и к нему не применяется понятие мощности.
На количество классов в иерархии наследования ограничений не существует. Однако на практике в программах, созданных с помощью С++, обычно используется от трех до пяти уровней, тогда как в приложениях, написанных на языке Smalltalk, — немного больше.
Наследование позволяет повторно использовать классы. Класс можно создать для одного приложения, после чего породить от него подкласс с расширенной функциональностью для использования в другом приложении.
Существует два способа определения наследования — обобщение и специализация. В любых разрабатываемых системах обычно используются оба метода.
Обобщение
Обобщение (generalization) позволяет создавать суперклассы, объединяющие общие для нескольких классов структуру и поведение. Оно часто применяется на ранних стадиях анализа, когда набор созданных классов используется в основном для моделирования объектов реального мира. Классы проверяются на общность структуры (атрибутов) и поведения (операций). Например, оба класса студент и преподаватель имеют атрибуты имя, адрес и номер телефона.
При выяснении общих свойств, вероятно, придется поискать синонимы, так как названия атрибутов и операций, приведенные на разговорном языке, могут скрыть общность классов. Кроме того, проанализируйте атрибуты и поведение, которые на первый взгляд довольно специфичны, но на самом деле могут быть обобщены.
Например, класс студент имеет атрибут номер студента, а класс преподаватель — номер преподавателя. Если номера одинакового формата (например, четырехзначные числа), можно создать общий атрибут номер пользователя, заменяющий атрибуты номер студента и номер преподавателя. Если форматы отличаются, такие атрибуты должны храниться отдельно.
Специализация
С помощью специализации (specialization) создаются подклассы, которые уточняют суперкласс — добавляют структуру и поведение. Такой метод наследования применяется, когда уже существует определенный класс. Подкласс создается, чтобы адаптировать поведение существующего класса. Например, в систему регистрации допускается добавить функцию, посредством которой почетные граждане обеспечивались бы бесплатными курсами. Новый подкласс почетный гражданин (SeniorCitizen) может быть добавлен в иерархию класса пользователь (Regist-rationUser) для хранения данных, относящихся к почетным гражданам.
В подклассе операции могут быть перекрыты (overridden). Однако подкласс не должен ограничивать операции, определенные в его суперклассах, то есть не должен урезать их структуру и поведение.
Последовательность создания отношения наследования в программе Rational Rose:
1. Откройте диаграмму классов, на которой будет изображена иерархия наследования.
2. Щелкните по кнопке Class (Класс) на панели инструментов, а затем по диаграмме, чтобы поместить на нее класс.
3. Введите имя класса. Класс также может быть создан в браузере и перемещен на диаграмму.
4. Щелкните по кнопке Generalization (Обобщение) на панели инструментов.
5. Щелкните по подклассу и проведите линию связи к суперклассу.
6. Повторите последнее действие для других подклассов.
Отношение наследования показано на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Отношение наследования
Дерево наследования
Основу для специализации (то есть цель создания подкласса) в отношении наследования называют дискриминатором (discriminator). Дискриминатор, как правило, наделен конечным набором значений и подклассов, которые создаются для каждого значения.
Например, одним из дискриминаторов для класса предмет (Course) является место обучения. Классы очный предмет (OnCampusCourse) и заочный предмет (OffSiteCourse) могут стать подклассами для класса предмет, созданными на основе этого дискриминатора. Отношения наследования для всех подклассов, полученных от одного дискриминатора, представляются в виде дерева. Другим подклассом класса предмет может стать класс обязательный предмет. Этот подкласс не будет частью дерева наследования, так как он принадлежит другому дискриминатору — типу предмета. Следует внимательно подходить к вопросу определения нескольких дискриминаторов для одного класса. Например, что произойдет, если обязательный предмет тоже очный? Является ли это примером множественного наследования? Не нужно ли здесь применить агрегацию? В ходе анализа и проектирования ответы на эти вопросы постепенно позволят получить законченную структуру модели.
Для создания дерева наследования в программе Rational Rose:
1. Откройте диаграмму классов, на которой будет изображена иерархия наследования.
2. Щелкните по кнопке Class на панели инструментов, а затем по диаграмме, чтобы поместить на нее класс.
3. Введите имя класса. Класс также может быть создан в браузере и перемещен на диаграмму.
4. Щелкните по кнопке Generalization на панели инструментов.
5. Щелкните по подклассу и проведите линию связи к суперклассу.
6. Для каждого подкласса, являющегося частью дерева наследования: щелкните по кнопке Generalization на панели инструментов, щелкните по подклассу и проведите линию обобщающей связи к значку наследования (в виде треугольника).
Дерево наследования может быть создано из двух отдельных обобщающих линий на диаграмме путем перетаскивания одной линии на другую.
Древовидное отношение наследования показано на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Дерево наследования
Я также предпочитаю отображать названия стереотипов на таких диаграммах, поскольку треугольник, изображающий наследование, может закрыть название класса при использовании значков.
После создания суперкласса атрибуты, операции и отношения размещают по возможности на самом высоком уровне иерархии. Какие же свойства необходимо перенести? Давайте посмотрим на иерархию с базовым классом пользователь. Атрибуты, операции и отношения для подклассов показаны на рис. 8.3. Так как атрибуты имя (name) и номер (IDNumber) одинакового формата, их можно с уверенностью перенести в суперкласс пользователь (RegistrationUser). Оба класса связаны с классом учебный курс (CourseOffering). Для этого отношения существуют два варианта:
? сохранить отношения на уровне подклассов;
? сделать отношение на уровне суперкласса со значением мощности, учитывающим объекты преподаватель и студент (один объект учебный курс связан с объектами пользователь в количестве от 4 до 11). Кроме того, здесь накладывается дополнительное ограничение: один из объектов пользователь должен быть преподавателем.
Рис. 8.3. Иерархия наследования для класса пользователь
Какой из этих вариантов является правильным? Оба. Какой из них лучше использовать? Зависит от ситуации. Если требуется, чтобы объект учебный курс «знал» всех студентов и преподавателя, то хранить единый список с такой информацией наверняка будет удобнее. В этом случае воспользуйтесь вторым вариантом. С другой стороны, если нужно знать только студентов или только преподавателей, подойдет первый вариант. Все зависит от требований к системе. В подобных ситуациях следует тщательно изучить функции и сценарии, чтобы определить нужное поведение.
Для перемещения атрибутов и операций в программе Rational Rose:
1. В окне браузера щелкните по значку «+» слева от имени подкласса, чтобы раскрыть список его свойств.
2. Выберите атрибут или операцию, которую нужно переместить.
3. Перетащите с помощью мыши атрибут или операцию на суперкласс.
4. Удалите данный атрибут или операцию из других подклассов.
5. Таким же образом переместите другие необходимые атрибуты из подклассов в суперкласс.
Иерархия наследования после переноса атрибутов показана на рис. 8.4.
Рис. 8.4. Атрибуты и операции, перемещенные в суперкласс
Одиночное и множественное наследование
При одиночном наследовании класс содержит единственный набор потомков, то есть одну цепочку суперклассов (например, легковая машина — это автомобиль, а автомобиль — средство передвижения). Множественное наследование включает более одной цепочки суперклассов (машина-амфибия — это автомобиль, автомобиль — средство передвижения, в то же время машина-амфибия — это лодка, а лодка — средство передвижения). При множественном наследовании возникает ряд проблем, в частности конфликт имен и несколько копий унаследованных свойств. Способ решения таких проблем выбирается в зависимости от языка программирования: виртуальные базовые классы в С++ или отсутствие поддержки множественного наследования в PowerBuilder. Множественное наследование может стать причиной запутанного и трудно сопровождаемого кода — чем больше суперклассов, тем труднее определить, что откуда взялось и что произойдет при внесении изменений. Вывод: используйте множественное наследование только при необходимости и с большой осторожностью.
Наследование и агрегация
Наследование часто используется не по назначению. Существует мнение, что «чем больше я буду его использовать, тем лучше станет мой код». Это заблуждение. В действительности неправильное применение наследования может привести к проблемам. Например, студент может учиться очно или заочно. Создадим суперкласс студент (Student) и два подкласса — студент очного отделения (FulltimeStudent) и студент заочного отделения (ParttimeStudent). Во время работы такой структуры наверняка возникнут определенные проблемы. Что случится, если:
? студент очного отделения решит перейти на заочное? Это значит, что объекту придется сменить класс;
? будет добавлена еще одна размерность (например, студент, получающий стипендию и не получающий стипендию)? Здесь понадобятся новые подклассы для представления информации о стипендии, а также множественное наследование для поддержки всех комбинаций (студент очного отделения, получающий стипендию, студент заочного отделения, получающий стипендию и т. д.).
Наследование должно служить для отделения общности от специфики. Агрегация — для отражения комбинированных отношений. Часто оба типа отношений используются вместе. Класс студент имеет классификацию (агрегацию), которая, в свою очередь, делится на классы студент-очник и студент-заочник (наследование) — см. рис 8.5.
Рис. 8.5. Наследование в сравнении с агрегацией
Резюме
Наследование позволяет создавать иерархию классов, когда общая структура и поведение разделяются между ними. Термин «суперкласс» характеризует класс, содержащий общую информацию. Классы-потомки называются подклассами. Подкласс наследует все атрибуты, операции и отношения, определенные во всех его суперклассах.
Есть два способа определения наследования в любой системе: обобщение и специализация. Обобщение обеспечивает возможность создания суперклассов, объединяющих общие для нескольких классов структуру и поведение. Специализация позволяет создавать подклассы, которые уточняют или дополняют структуру и поведение, определенные в суперклассе.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.