Metoda wirtualna
Metoda wirtualna (funkcja wirtualna) to metoda, której wywołanie jest polimorficzne.
Właściwości
- Metoda wirtualna nie może być zadeklarowana jako statyczna (static).
- Jeśli metoda wirtualna została zaimplementowana w jakimkolwiek wyższym poziomie dziedziczenia (w szczególności w klasie bazowej całej struktury dziedziczenia), nie jest konieczne podawanie implementacji w klasie pochodnej.
C++
- Słowo kluczowe virtual można pominąć w deklaracjach w klasach pochodnych.
- Słowo kluczowe virtual określa się tylko w deklaracji metody, nie określa się tego w definicji (chyba że deklaracja jest jednocześnie definicją, co ma miejsce gdy implementacja metody zostanie określona w ciele klasy).
- Jeśli w klasie jest zadeklarowana jakakolwiek metoda wirtualna, zaleca się aby destruktor w tej klasie również określić jako wirtualny.
Java
- W Javie domyślnie wszystkie metody są wirtualne.
Zastosowania
- Rozszerzalność kodu. Polimorfizm umożliwia rozszerzanie nawet skompilowanych fragmentów kodu.
- Pozwala na rozszerzalność kodu również wtedy, gdy dostępna jest jedynie skompilowana wersja klasy bazowej.
- Zwalnia programistę od niepotrzebnego wysiłku.
- Programista nie musi przejmować się tym, którą z klas pochodnych aktualnie obsługuje, a jedynie tym, jakie operacje chce na tej klasie wykonać.
- Programista myśli co ma wykonać a nie jak to coś wykonać - nie musi się przejmować szczegółami implementacyjnymi.
Czysta wirtualność
Określa to, że metoda z klasy bazowej deklarująca metodę wirtualną nigdy nie powinna się wykonać. W efekcie klasa taka staje się klasą abstrakcyjną, a więc nie jest możliwe stworzenie obiektu tej klasy. Klasa taka służy zdefiniowaniu pewnego interfejsu i jest przeznaczona jedynie do tego, by od niej dziedziczyć.
W przykładzie poniżej, o ile mogą istnieć figury będące kwadratami, kołami itp. to nie powinien istnieć żaden obiekt klasy Figura. Figura jest tutaj pewnym abstrakcyjnym określeniem, natomiast dziedziczenie po tej klasie i rozszerzeniu jej o inne elementy (dane i metody) powoduje, że mamy do czynienia już z konkretną figurą geometryczną. Metodę czysto wirtualną w języku C++ deklaruje się tak:
class Figura
{
public:
virtual float pole() = 0;
};
Taka deklaracja metody wirtualnej zmusza jednocześnie do określenia metody float pole() na jednym z poziomów dziedziczenia. Nie jest możliwe pominięcie takiej implementacji. Jednocześnie taka deklaracja uniemożliwia stworzenie jakiegokolwiek obiektu klasy Figura np.: Figura mojObiekt;.
Przykład w C++
#include <iostream>
const float pi = 3.14159;
class Figura {
public:
virtual float pole() const {
return -1.0;
}
};
class Kwadrat : public Figura {
public:
Kwadrat( const float bok ) : a( bok ) {}
float pole() const {
return a * a;
}
private:
float a; // bok kwadratu
};
class Kolo : public Figura {
public:
Kolo( const float promien ) : r( promien ) {}
float pole() const {
return pi * r * r;
}
private:
float r; // promien kola
};
void wyswietlPole( Figura& figura ) {
std::cout << figura.pole() << std::endl;
return;
}
int main() {
// deklaracje obiektow:
Figura jakasFigura;
Kwadrat jakisKwadrat( 5 );
Kolo jakiesKolo( 3 );
Figura* wskJakasFigura = 0; // deklaracja wskaźnika
// obiekty -------------------------------
std::cout << jakasFigura.pole() << std::endl; // wynik: -1
std::cout << jakisKwadrat.pole() << std::endl; // wynik: 25
std::cout << jakiesKolo.pole() << std::endl; // wynik: 28.274...
// wskazniki -----------------------------
wskJakasFigura = &jakasFigura;
std::cout << wskJakasFigura->pole() << std::endl; // wynik: -1
wskJakasFigura = &jakisKwadrat;
std::cout << wskJakasFigura->pole() << std::endl; // wynik: 25
wskJakasFigura = &jakiesKolo;
std::cout << wskJakasFigura->pole() << std::endl; // wynik: 28.274...
// referencje -----------------------------
wyswietlPole( jakasFigura ); // wynik: -1
wyswietlPole( jakisKwadrat ); // wynik: 25
wyswietlPole( jakiesKolo ); // wynik: 28.274...
return 0;
}
W przykładzie znajdują się deklaracje 3 klas: Figura, Kwadrat i Kolo. W klasie Figura została zadeklarowana metoda wirtualna (słowo kluczowe virtual) virtual float pole(). Każda z klas pochodnych od klasy Figura ma zaimplementowane swoje metody float pole(). Następnie (w funkcji main) znajdują się deklaracje obiektów każdej z klas i wskaźnika mogącego pokazywać na obiekty klasy bazowej Figura.
Wywołanie metod składowych dla każdego z obiektów powoduje wykonanie metody odpowiedniej dla klasy danego obiektu. Następnie wskaźnikowi wskJakasFigura zostaje przypisany adres obiektu jakasFigura i zostaje wywołana metoda float pole(). Wynikiem jest "-1" zgodnie z treścią metody float pole() w klasie Figura. Następnie przypisujemy wskaźnikowi adres obiektu klasy Kwadrat - możemy tak zrobić ponieważ klasa Kwadrat jest klasą pochodną od klasy Figura - jest to tzw. rzutowanie w górę. Wywołanie teraz metody float pole() dla wskaznika nie spowoduje wykonania metody zgodnej z typem wskaźnika - który jest typu Figura* lecz zgodnie z aktualnie wskazywanym obiektem, a więc wykonana zostanie metoda float pole() z klasy Kwadrat (gdyż ostatnie przypisanie wskaźnikowi wartości przypisywało mu adres obiektu klasy Kwadrat). Analogiczna sytuacja dzieje się gdy przypiszemy wskaźnikowi adres obiektu klasy Kolo. Następnie zostaje wykonana funkcja void wyswietlPole(Figura&) która przyjmuje jako parametr obiekt klasy Figura przez referencję. Tutaj również zostały wykonane odpowiednie metody dla obiektów klas pochodnych a nie metoda zgodna z obiektem jaki jest zadeklarowany jako parametr funkcji czyli float Figura::pole(). Takie działanie jest spowodowane przez przyjmowanie obiektu klasy Figura przez referencję. Gdyby obiekty były przyjmowane przez wartość (parametr bez &) zostałaby wykonana 3 krotnie metoda float Figura::pole() i 3 krotnie wyświetlona wartość -1.
Wyżej opisane działanie zostało spowodowane przez określenie metody w klasie bazowej jako wirtualnej. Gdyby zostało usunięte słowo kluczowe virtual w deklaracji metody w klasie bazowej, zostałyby wykonane metody zgodne z typem wskaźnika lub referencji, a więc za każdym razem zostałaby wykonana metoda float pole() z klasy Figura.