15.4. Абстрактные базовые классы

Предположим, что классы приложения книжного магазина необходимо дополнить поддержкой нескольких стратегий скидок. Кроме оптовой скидки, можно было бы предоставить скидку за покупку до определенного количества, а свыше применять полную цену. Либо можно было бы предоставить скидку за покупку свыше одного предела, но не выше другого.

Для всех этих стратегий необходимы одинаковые средства: количество экземпляров и объем скидки. Для поддержки этих столь разных стратегий можно определить новый класс по имени Disc_quote, позволяющий хранить количество экземпляров и объем скидки. Такие классы как Bulk_item, предоставляющие определенную стратегию скидок, наследуются от класса Disc_quote. Каждый из производных классов реализует собственную стратегию скидок, определяя собственную версию функции net_price().

Прежде чем определять собственный класс Disc_quote, следует решить, что будет делать функция net_price(). Класс Disc_quote не будет соответствовать никакой конкретной стратегии скидок; для этого класса нет никакого смысла создавать функцию net_price().

Класс Disc_quote можно было бы определить без его собственной версии функции net_price(). В данном случае класс Disc_quote наследовал бы функцию net_price() от класса Quote.

Однако такой проект позволил бы пользователям писать бессмысленный код. Пользователь мог бы создать объект типа Disc_quote, предоставив количество и объем скидки. Передача объекта класса Disc_quote такой функции, как print_total(), задействовала бы версию функции net_price() из класса Quote. Вычисляемая цена не включила бы скидку, предоставляемую при создании объекта. Такое поведение не имеет никакого смысла.

Чистые виртуальные функции

Тщательный анализ этого вопроса показывает, что проблема не только в том, что неизвестно, как определить функцию net_price(). Практически следовало бы запретить пользователям создавать объекты класса Disc_quote вообще. Этот класс представляет общую концепцию скидки на книги, а не конкретную стратегию скидок.

Для воплощения этого намерения (и однозначного уведомления о бессмысленности функции net_price()) определим функцию net_price() как чистую виртуальную функцию (pure virtual). В отличие от обычных виртуальных функций, чистая виртуальная функция не должна быть определена. Для определения виртуальной функции как чистой вместо ее тела используется часть = 0 (т.е. как раз перед точкой с запятой, завершающей объявление). Часть = 0 может присутствовать только в объявлении виртуальной функции в теле класса:

// класс для содержания объема скидки и количества экземпляров

// используя эти данные, производные классы реализуют стратегии скидок

class Disc_quote : public Quote {

public:

 Disc_quote() = default;

 Disc_quote(const std::string& book, double price,

            std::size t qty, double disc):

  Quote(book, price), quantity(qty), discount(disc) { }

 double net_price(std::size_t) const = 0;

protected:

 std::size_t quantity = 0; // минимальная покупка для скидки

 double discount = 0.0;    // доля применяемой скидки

};

Подобно прежнему классу Bulk_item, класс Disc_quote определяет стандартный конструктор и конструктор, получающий четыре параметра. Хотя объекты этого типа нельзя создавать непосредственно, конструкторы в классах, производных от класса Disc_quote, будут использовать конструкторы Disc_quote() для построения части Disc_quote своих объектов. Конструктор с четырьмя параметрами передает первые два конструктору Quote(), а двумя последними непосредственно инициализирует собственные переменные-члены discount и quantity. Стандартный конструктор инициализирует эти члены значениями по умолчанию.

Следует заметить, что определение для чистой виртуальной функции предоставить нельзя. Однако тело функции следует определить вне класса. Поэтому нельзя предоставить в классе тело функции, для которой использована часть = 0.

Классы с чистыми виртуальными функциями являются абстрактными

Класс, содержащий (или унаследовавший без переопределения) чистую виртуальную функцию, является абстрактным классом (abstract base class). Абстрактный класс определяет интерфейс для переопределения последующими классами. Нельзя (непосредственно) создавать объекты абстрактного класса. Поскольку класс Disc_quote определяет функцию net_price() как чистую виртуальную, нельзя определить объекты типа Disc_quote. Можно определить объекты классов, производных от Disc_quote, если они переопределят функцию net_price():

// Disc_quote объявляет чистые виртуальные функции, которые

// переопределит Bulk_quote

Disc_quote discounted; // ошибка: нельзя определить объект Disc_quote

Bulk_quote bulk; // ok: у Bulk_quote нет чистых виртуальных функций

Классы, унаследованные от класса Disc_quote, должны определить функцию net_price(), иначе они также будут абстрактными.

Нельзя создать объекты абстрактного класса.

Конструктор производного класса инициализирует только свой прямой базовый класс

Теперь можно повторно реализовать класс Bulk_quote так, чтобы он происходил от класса Disc_quote, а не непосредственно от класса Quote:

// скидка прекращается при продаже определенного количества экземпляров

// скидка выражается как доля сокращения полной цены

class Bulk_quote : public Disc_quote {

public:

 Bulk_quote() = default;

 Bulk_quote(const std::string& book, double price,

            std::size_t qty, double disc):

  Disc_quote(book, price, qty, disc) { }

 // переопределение базовой версии для реализации политики скидок

 double net_price(std::size_t) const override;

};

У этой версии класса Bulk_quote есть прямой базовый класс (direct base class), Disc_quote, и косвенный базовый класс (indirect base class), Quote. У каждого объекта класса Bulk_quote есть три внутренних объекта: часть Bulk_quote (пустая), часть Disc_quote и часть Quote.

Как уже упоминалось, каждый класс контролирует инициализацию объектов своего типа. Поэтому, даже при том, что у класса Bulk_quote нет собственных переменных-членов, он предоставляет тот же конструктор на четыре аргумента, что и первоначальный класс. Новый конструктор передает свои аргументы конструктору класса Disc_quote. Этот конструктор, в свою очередь, запускает конструктор Quote(). Конструктор Quote() инициализирует переменные-члены bookNo и price объекта bulk. Когда конструктор Quote() завершает работу, начинает работу конструктор Disc_quote(), инициализирующий переменные-члены quantity и discount. Теперь возобновляет работу конструктор Bulk_quote(). Он не делает ничего и ничего не инициализирует.

Ключевая концепция. Рефакторинг

Добавление класса Disc_quote в иерархию Quote является примером рефакторинга (refactoring). Рефакторинг подразумевает переделку иерархии классов с передачей некоторых функций и/или данных из одного класса в другой. Рефакторинг весьма распространен в объектно-ориентированных приложениях.

Примечательно, что, несмотря на изменение иерархии наследования, код, который использует классы Bulk_quote и Quote, изменять не придется. Но после рефакторинга классов (или любых других измененный) следует перекомпилировать весь код, который использует эти классы.

Упражнения раздела 15.4

Упражнение 15.15. Определите собственные версии классов Disc_quote и Bulk_quote.

Упражнение 15.16. Перепишите класс из упражнения 15.2.2 раздела 12.1.6, представляющий ограниченную стратегию скидок, так, чтобы он происходил от класса Disc_quote.

Упражнение 15.17. Попытайтесь определить объект типа Disc_quote и посмотрите, какие сообщения об ошибке выдал компилятор.