По умолчанию методы объектов являются статическими — их адреса определяются на этапе компиляции и в программе не изменяются (т.е. вызовом данного имени всегда будет исполняться один и тот же программный код). Статические методы вызываются быстрее всего.
Принципиально от статических отличаются виртуальные и динамические методы. Они объявляются в разделе описания класса добавлением директивы virtual или dynamic соответственно. Адреса этих методов определяются во время выполнения программы по специальным таблицам адресов.
Рассмотрим пример. Пусть описывается некоторый класс TData для хранения значения обобщенного типа и три его потомка для хранения строк, целых и вещественных чисел:
type
TData = class
function Info:string;virtual;abstract;
end;
TStringData = class (TData)
Data:string;
function Info:string;override;
end;
TIntegerData = class (TData)
Data:integer;
function Info:string;override;
end;
TRealData = class (TData)
Data:real;
function Info:string;override;
end;
function TStringData.Info:string;
begin
Info:=Data;
end;
function TIntegerData.Info:string;
begin
Info:=IntToStr(Data);
end;
function TRealData.Info:string;
begin
Info:=FloatToStrF(Data,ffFixed,8,4);
end;
В этом примере классы потомки могут только хранить значения соответствующего типа и выдавать это значение в виде строки. В классе предке нет поля для хранения значения, но описан абстрактный (abstract), т.е. не требующий реализации в виде программного кода, метод, одноименный с методами потомков. Если при реализации класса описать и использовать следующий массив:
var A : array[1..3].TData;
i : integer;
procedure ShowData(Adata:TData);
begin
Form1.Memo1.Lines.Add(AData.Info);
end;
begin
A[1] := TStringData.Create;
A[2] := TIntegerData.Create;
A[3] := TRealData.Create;
...
for i:=1 to 3 do ShowData(A[i])
...
end;
при каждом вызове ShowData(A[i]) будет вызываться не абстрактный метод Info класса TData, соответствующего типу A[i] по описанию, а тот метод, который соответствует типу A[i] по его определению в тексте программы. Т.е. одной и той же программной строкой вызываются разные методы, в зависимости от фактического типа объекта. Данный подход реализует третий из основных принципов объектно-ориентированного программирования - принцип полиморфизма. В рамках этого принципа при описании однородных классов вначале описывается абстрактный класс предок, который содержит только интерфейс, а не реализацию одноименных, но различных по тексту методов классов потомков. В потомках же происходит детализация этих методов. Тогда, объявляя объект абстрактного класса-предка, можно вызывать для него тот или иной метод потомка, в зависимости от способа создания объекта (метод Create какого класса был вызван).
Допустим, вы имеете дело с некоторой совокупностью явлений или процессов. Чтобы смоделировать их средствами ООП, нужно выделить их самые общие, типовые черты. Те из них, которые не изменяют своего содержания, должны быть реализованы в виде статических методов. Те же, которые изменяются при переходе от общего к частному, лучше облечь в форму виртуальных методов. Основные, "родовые" черты (методы) нужно описать в классе-предке и затем перекрывать их в классах-потомках. В нашем примере программисту, пишущему процедуру вроде ShowData, важно лишь, что любой объект, переданный в нее, является потомком TData и он умеет сообщить о значении своих данных (выполнив метод Info). Если, к примеру, такую процедуру скомпилировать и поместить в динамическую библиотеку, то эту библиотеку можно будет раз и навсегда использовать без изменений, хотя будут появляться и новые, неизвестные в момент ее создания классы-потомки TData!
Наглядный пример использования полиморфизма дает среда Delphi. В ней имеется класс TComponent, на уровне которого сосредоточены определенные "правила" взаимодействия компонентов со средой разработки и с другими компонентами. Следуя этим правилам, можно порождать от TComponent свои компоненты, настраивая Delphi на решение специальных задач.
Виртуальные и динамические методы. В рассмотренным выше примере у компилятора нет возможности определить класс объекта, фактически переданного в процедуру showData. Нужен механизм, позволяющий определить это прямо во время выполнения — это называется поздним связыванием (late binding). Естественно, такой механизм должен быть связан с передаваемым объектом. В качестве такого механизма служат таблица виртуальных методов (Virtual Method Table, VMT) и таблица динамических методов (Dynamic Method Table, DMT).
Разница между виртуальными и динамическими методами заключается в особенности поиска адреса. Когда компилятор встречает обращение к виртуальному методу, он подставляет вместо прямого вызова по конкретному адресу код, который обращается к VMT и извлекает оттуда нужный адрес. Такая таблица есть для каждого класса (объектного типа). В ней хранятся адреса всех виртуальных методов класса, независимо от того, унаследованы ли они от предка или перекрыты в данном классе. Отсюда и достоинства и недостатки виртуальных методов: они вызываются сравнительно быстро, однако для хранения указателей на них в таблице VMT требуется большое количество памяти.
Динамические методы вызываются медленнее, но позволяют более экономно расходовать память. Каждому динамическому методу системой присваивается уникальный индекс. В таблице динамических методов класса хранятся индексы и адреса только тех динамических методов, которые описаны в данном классе. При вызове динамического метода происходит поиск в этой таблице; в случае неудачи просматриваются таблицы DMT всех классов-предков в порядке иерархии и, наконец, TObject, где имеется стандартный обработчик вызова динамических методов. Экономия памяти налицо. Те, для кого это не очевидно или недостаточно, найдут подробности в разделе данной главы "Как у строен объект изнутри".
Таким образом, различие виртуальных и динамических методов состоит только в способе хранения из адресов. Адрес виртуального метода дальнего предка можно быстро взять из таблицы VMT данного класса, а для поиска адреса динамического метода дальнего предка придется по очереди перебирать всю иерархическую цепочку данного класса, что гораздо медленнее, но экономит память.
Директива override указывает, что перекрывается динамический или виртуальный метод класса-предка. Без этой директивы перекрытие перекрывается динамических или виртуальных методов невозможно.
(лекция 4)
