Опубликован: 23.10.2005 | Доступ: свободный | Студентов: 3868 / 144 | Оценка: 4.44 / 4.19 | Длительность: 33:04:00
Специальности: Программист
Лекция 6:

Используйте наследование правильно

Наследование подтипов

Начнем с наиболее очевидной формы модельного наследования. При моделировании внешней системы часто возникает ситуация, при которой категория внешних объектов естественно разделяется на непересекающиеся подкатегории. Например, замкнутые фигуры можно разделить на многоугольники и эллипсы. Вот формальное определение:

Определение: наследование подтипов

Наследование подтипов применимо, если A и B представляют некоторые множества A' и B' внешних объектов, так что B' является подмножеством A', и множество, моделируемое любым другим подтипом, наследуемым от A, не пересекается с B'. Класс A должен быть отложенным.

A' может быть множеством замкнутых фигур, B' - множеством многоугольников, A и B - соответствующие классы. В большинстве практических случаев "внешняя система" не принадлежит миру программ, например, определяет некоторые аспекты деятельности компании (внешними объектами являются специальные и депозитные счета) или часть внешнего мира (с планетами и звездами).

Наследование подтипов является формой наследования ближайшей к иерархической таксономии в ботанике, зоологии и других естественных науках.

( ПОЗВОНОЧНЫЕ \gets МЛЕКОПИТАЮЩИЕ и подобные примеры).

Мы настаиваем, что родитель A должен быть отложенным, поскольку он описывает не полностью специфицированное множество объектов, в то время как наследник B может быть как эффективным, так и отложенным. Следующие две категории рассматривают ситуации, где A может быть эффективным классом.

В одном из следующих разделов эта категория наследования будет рассмотрена детальнее, поскольку она не столь уж проста, как может показаться с первого взгляда.

Наследование c ограничением

Определение: Наследование c Ограничением

Наследование c ограничением применимо, если экземпляры B являются экземплярами A, удовлетворяющими некоторому ограничению, выраженному, если это возможно, как часть инварианта B, не включенного в инвариант A. Любой компонент, введенный в B, должен быть логическим следствием добавленного ограничения. A и B должны быть оба отложенными или оба эффективными.

Типичным примером является: Прямоугольник \gets Квадрат.

Ограничением является утверждение: сторона1 = сторона2 (включается в инвариант класса Квадрат ).

Многие математические примеры подпадают под эту категорию.

Последняя часть определения позволяет избежать смешения этой формы наследования с другими, такими как наследование с расширением, допускающим появление полностью новых компонентов у наследника. Здесь в интересах простоты предпочтительно ограничивать новые компоненты теми, что непосредственно следуют из добавленного ограничения. Например, у класса CIRCLE может появиться новый компонент radius, отсутствующий у родительского класса ELLIPSE.

Поскольку допускаются только концептуальные изменения класса A, добавляющие некоторые ограничения в класс B, то оба класса должны быть либо отложенными, либо эффективными.

Наследование с ограничением концептуально близко к наследованию подтипов; последующее обсуждение создания подтипов (subtyping) будет относиться к обеим категориям.

Наследование с расширением

Определение: Наследование с Расширением

Наследование с расширением применимо, когда B вводит компоненты, не представленные в A и не применимые к прямым экземплярам A. Класс A должен быть эффективным.

Присутствие обоих вариантов - расширения и сужения (ограничения) - является одним из парадоксов наследования. Как отмечалось при обсуждении наследования, расширение применяется к компонентам, в то время как ограничение (понимаемое как специализация) применяется к экземплярам. Но это не устраняет парадокс.

Проблема в том, что добавляемые компоненты обычно включают атрибуты. Так что при наивной интерпретации типа (заданного классом) как множества его экземпляров отношение между классом и наследником (рассматриваемых как множества) "быть подмножеством" становится полностью ошибочным. Рассмотрим пример:

class A feature a1: INTEGER end
class B inherit
    A
feature
    b1: REAL
end

Рассмотрим каждый экземпляр класса A как одноэлементное множество (которое можно записать как <n>, где n целое), а каждый экземпляр B - как пару, содержащую целое и вещественное (например, пару <1, -2.5> ). Множество пар MB не является подмножеством одноэлементного множества MA. Верно обратное, отношение "быть подмножеством" имеет место в обратном направлении, поскольку существует отображение один-к-одному между MA и множеством всех пар, имеющих данный второй элемент.

Обнаружение того факта, что отношение "быть подмножеством" не выполняется, делает наследование расширением довольно подозрительным. Например, в ранней версии уважаемой ОО-библиотеки (не от ISE) класс RECTANGLE был наследником SQUARE, в отличие от изучаемого нами способа. Причина простая: класс SQUARE имеет атрибут side ; класс RECTANGLE наследует его, добавляя новый компонент other_side. Этот проект был подвергнут критике, он был пересмотрен с обращением наследования.

Но не следует исключать наследование с расширением как общую категорию. У нее есть эквивалент в математике, где специализация некоторого понятия происходит путем добавления новых операций. Такое происходит довольно часто и считается необходимым. Типичным примером является понятие кольца, представляющее специализацию понятия группы. В группе задана некоторая операция, назовем ее +, обладающая рядом свойств. Кольцо является группой, потому имеет ту же операцию + с теми же свойствами. Но в кольцо добавляется новая операция, скажем, *, со своими собственными свойствами. По сути это не отличается от введения нового атрибута классом наследником.

Соответствующая схема используется и при разработке ОО-ПО. Конечно, класс SQUARE должен быть наследником RECTANGLE, а не наоборот, но можно предложить легитимные примеры. Класс MOVING_POINT (в приложениях кинематики) может наследовать от чисто графического класса POINT и добавлять компонент speed, описывающую величину и направление скорости. Другой пример, в текстовом процессоре класс CHAPTER может наследовать от DOCUMENT, добавляя специфические свойства - текущую позицию лекции в книге и процедуру ее сохранения.

Александр Качанов
Александр Качанов
Япония, Токио
Янош Орос
Янош Орос
Украина, Киев