Полиморфизм. Виртуальные методы классов.

Полиморфизм - это свойство, которое позволяет одно и то же имя, но разную реализацию. Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных. Тип данных, который используется при вызове функции, определяет, какая конкретная версия функции действительно выполняется. Использовании одного имени для нескольких функций с разным типом и кол-вом параметров называется перегрузкой функций.

В более общем смысле, концепцией полиморфизма является идея "один интерфейс, множество методов". Это означает, что можно создать общий интерфейс для группы близких по смыслу действий. Выбор конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор.

Полиморфизм времени исполнения обеспечивается за счет использования производных классов и виртуальных функций. Виртуальная функция — это функция, объявленная с ключевым словом virtual в базовом классе и переопределенная в одном или в нескольких производных классах. Виртуальные функции являются особыми функциями, потому что при вызове объекта производного класса с помощью указателя или ссылки на него, С++ определяет во время исполнения программы, какую функцию вызвать, основываясь на типе объекта. Для разных объектов вызываются разные версии одной и той же виртуальной функции. Класс, содержащий одну или более виртуальных функций, называется полиморфным классом.

Виртуальная функция объявляется в базовом классе с использованием ключевого слова virtual. Когда же она переопределяется в производном классе, повторять ключевое слово virtual нет необходимости, хотя и в случае его повторного использования ошибки не возникнет.

Ключевым моментом в использовании виртуальной функции для обеспечения полиморфизма времени исполнения служит то, что используется указатель именно на базовый класс. Полиморфизм времени исполнения достигается только при вызове виртуальной функции с использовани­ем указателя или ссылки на базовый класс. Однако ничто не мешает вызывать виртуальные функции, как и любые другие «нормальные» функции. При перегрузке обычной функции число и тип параметров должны быть различными. Однако при переопределении виртуальной функции интерфейс функции должен в точности соответствовать прототипу. Если же такого соответствия нет, то такая функция просто рассматривается как перегруженная и она утрачивает свои виртуальные свойства. Кроме того, если отличается только тип возвращаемого значения, то выдается сообщение об ошибке. (Функции, отличающиеся только типом возвращаемого значения, порождают неопределенность.) Другим ограничением является то, что виртуальная функция должна быть членом, а не другом класса, для которого она определена. Тем не менее виртуальная функция может быть другом другого класса. Хотя деструктор может быть виртуальным, но конструктор виртуальным быть не может.

("Друзья" классов (friend)

Friend F класса X — это функция или класс, которые, не являясь методом X. имеют полные права доступа к private и protected компонентам X. Во всех прочих отношениях F — это с точки прения области действия, объявлений и определений обычная функция. Если в объявлении или определении функции в пределах класса Х используется спецификатор friend, то такая функция становится "другом" класса X.    )

Если функция была объявлена как виртуальная, то она и остается таковой вне зависимости от количества уровней в иерархии классов, через которые она прошла.

Если в производном классе виртуальная функция не переопределяется, то тогда используется ее версия из базового класса.

Виртуальные деструкторы

В языке программирования C++ деструктор полиморфного базового класса должен объявляться виртуальным. Только так обеспечивается корректное разрушение объекта производного класса через указатель на соответствующий базовый класс.

Уничтожение объекта производного класса через указатель на базовый класс с невиртуальным деструктором дает неопределенный результат. На практике это выражается в том, что будет разрушена только часть объекта, соответствующая базовому классу.

Когда же следует объявлять деструктор виртуальным? Cуществует правило - если базовый класс предназначен для полиморфного использования, то его деструктор должен объявляться виртуальным. Для реализации механизма виртуальных функций каждый объект класса хранит указатель на таблицу виртуальных функций vptr, что увеличивает его общий размер. Обычно, при объявлении виртуального деструктора такой класс уже имеет виртуальные функции, и увеличения размера соответствующего объекта не происходит.

Если же базовый класс не предназначен для полиморфного использования (не содержит виртуальных функций), то его деструктор не должен объявляться виртуальным.

Абстрактные методы и классы

Абстрактный метод (или чистый виртуальный метод (pure virtual method - часто неверно переводится как чисто виртуальный метод)) — в объектно-ориентированном программировании, метод класса, реализация для которого отсутствует.

Класс, содержащий абстрактные методы, также принято называть абстрактным.
Абстрактные методы зачастую путают с виртуальными. Абстрактный метод подлежит определению в классах-наследниках, поэтому его можно отнести к виртуальным, но не каждый виртуальный метод является абстрактным.