ARCHIV

Perl (60) - OOP - dědičnost

Dědičnost umožňuje vytvářet mezi třídami vztahy, díky nimž se pak celý systém tříd stává daleko přehlednějším.

17.7.2007 06:00 | Jiří Václavík | Články autora | přečteno 18597×

Biologicky řečeno, dědičnost (inheritance) je nějaký děj, ve kterém organizmus získá vlastnosti svého rodiče. Když zanedbáme evoluci (chyby dědičnosti) a druhy organizmů budeme považovat za dané, pak vztahy mezi druhy vytvářejí představu dědičnosti v objektově orientovaném programování.

Dědičnost tedy znamená, že skupina tříd je organizována ve stromu na základě vzájemné podobnosti - podobnosti v tom smyslu, že jedna třída je nějakým zobecněním druhé. Pak první třídu nazveme potomkem druhou rodičem. V takovém případě se třída potomka nepíše znovu, ale je prohlášena za dědící od rodiče a získá automaticky jeho vlastnosti, ke kterým si pak může přidat další.

Máme-li podobné třídy, které ale nemají vztah dědičnosti, pak je možné, že společně dědí od jiné třídy. Třeba i třídy, která nemusí mít smysl, tj. u které nemá smysl hovořit o instancích. V takovém případě hovoříme o tzv. abstraktní třídě. Význam abstraktních tříd uvidíme na následujícím příkladu.

Příklad - vlastnosti dědičnosti, abstraktní třídy

Pojďme se ještě na chvíli vrátit k biologii. Pokusíme se srovnat dědičnost s biologickým členěním organizmů a ukázat si na větším teoretickém příkladě, jak vlastně dědičnosti využít.

Organizmus obecně bude popisovat nějaká třída Organizmus. Její definice musí být natolik obecná, aby vyhovovala naprosto všem organizmům. Dejme tomu, že všechny organizmy musí dýchat a definujme metodu dýchej(). Každý organizmus je v určitém okamžiku na nějaké pozici souřadného systému a tak má svůj atribut pozice. Třída Organizmus je abstraktní, protože nemá smysl vytvářet objekty typu Organizmus.

První specializací třídy Organizmus je dělení na živočichy, rostliny, houby apod. Pro každou tuto kategorii bude existovat jedna třída. O každé z těchto tříd (Živočich, Rostlina, Houba) můžeme říci, že je organizmem. Mají vlastnosti Organizmu (dýchej() atd.) a k tomu si přidávají některé svoje další. Například v třídě Rostlina bude implementována metoda fotosyntéza() nebo Živočich se bude moci přijímat potravu metodou přijmi_potravu(). Každý živočich bude mít orgán na vnímaní světla a tedy i definován atribut ostrost_zraku. Toto všechno jsou také abstraktní třídy.

A takto můžeme jít stále dál. Z třídy živočich dědí další třídy jako Pták, Savec nebo Plaz. Třída Pták sdílí všechny vlastnosti třídy Živočich (přijmi_potravu(), dýchej() atd.) a přidává si jiné, například metodu leť(x, y, z).

Udělejme poslední krok, abychom se dostali z oblasti abstraktních tříd. Z třídy pták dědí třídy Kos a Vrabec. Nyní můžeme vytvářet objekty, které jsou instancemi těchto tříd. A právě zde uvidíme vlastnosti dědičnosti. Objekt $vrabec1 i objekt $lípa1 mohou dýchat. Přesto jsme nemuseli metodu dýchej() od základů definovat vícekrát. Dýchání je obecná funkce třídy Organizmus, z níž oba naše objekty dědí. Oba objekty také mají v souřadném systému nějakou pozici. Ale ostrost_zraku $lípa1 už nemá a naopak $vrabec1 neumí fotosyntézu.

Vícenásobná dědičnost

Dědičnost lze rozdělit na jednoduchou a vícenásobnou. Liší se v tom, od kolika tříd je děděno. Pokud naše třída dědí z jedné třídy, jde o jednoduchou dědičnost. Pokud jich je více nazývá se vícenásobná. Opět lze hledat analogie v biologii, tentokrát uvnitř jednoho druhu. Některé druhy organizmů mohou mít více než jednoho rodiče (tedy obvykle dva).

Perl podporuje oba typy dědičnosti, ale u všech objektových jazyků tomu tak není. Některé podporují pouze jednoduchou. Vícenásobná dědičnost má své zastánce i odpůrce. Pravdou je, že se s ní člověk příliš často nesetká, ale na druhou stranu ji, pokud je potřeba, nelze jen tak něčím nahradit.

Dědičnost v Perlu

Formální označení třídy jako potomka jiné třídy obnáší jedinou věc. Rodičovskou třída je třeba v odvozené třídě označit pomocí pole @ISA (anglické "is a" vyjadřuje vztah náležení). Přesněji řečeno, toto pole obsahuje jména všech tříd, ze kterých aktuální třída dědí, což je obvykle (tedy v případě jednoduché dědičnosti) jedna třída. Rodičovská třída může obsahovat pole @ISA také (jinak řečeno může být zároveň potomkem ještě obecnější třídy). Tímto způsobem pak můžeme tvořit různé hierarchické vztahy.

Ovšem většinou budeme chtít provádět i jiné věci. Nezbytné bude zejména předefinovávání metod předků. Pojďme se podívat na další syntaktické jevy u dědičnosti a v dalším díle si ukážeme jejich užití.

Třída SUPER

SUPER je speciální třídou, která zastupuje předka. Zavoláním třídy SUPER se rekurzivně spouští hledání metody v rodičovských třídách. SUPER::new má tedy v případě jednoduché dědičnosti ve výsledku podobný smysl jako Předek::new. SUPER::new použijeme, pokud nechceme použít konkrétní třídu, ale nechat si vybrat podle hierarchie definované v @ISA.

Využití SUPER je poměrně široké. Často se s ní setkáme v konstruktorech potomků. Voláním metody SUPER::new totiž vyvoláváme konstruktor předka, který vytvoří objekt, a ten pak pomocí new upravíme.

Předefinování metody

Metoda třídy může upravovat metody tříd, ze kterých tato třída dědí. Ukažme si nesmyslnou, ale jednoduchou ukázku. Máme třídu A, ve které je definována metoda tiskni_atribut. Ta tiskne aktuální hodnotu konkrétního atributu. Třída B, která dědí z A bude chtít metodu tiskni_atribut používat, ale jiným způsobem. Tisknout se bude pouze v případě, že atribut je posloupností číslic. V opačném případě vytiskneme chybovou hlášku. Takto bude vypadat metoda B::tiskni_atribut.

sub tiskni_atribut {
    my $self = shift;
    if ($self->{"atribut"} =~ /^\d+$/){
        die "Atribut musi byt cislo!\n";
    }
    $self->SUPER::tiskni_atribut();
}

V příštím díle se předefinováváním budeme zabývat podrobněji.

Názvy dědících tříd

Další věcí, která stojí za pozornost, je pojmenování třídy za pomoci čtyřtečky ::. Tento symbol má dva významy. Už z názvu třídy je z takového zápisu patrný příbuzenský vztah. Čtyřtečka si také vynucuje přehlednější adresářovou strukturu. Modul Math::Functions se bude ve skutečnosti hledat pod názvem Math/Functions.pm.

Univerzální třída a její metody

Z třídy s názvem UNIVERSAL dědí všechny třídy mimo UNIVERSAL. UNIVERSAL je jediná třída, která nemá předka. To má několik zajímavých důsledků - například to, že každá námi definovaná třída bude mít alespoň jednoho předka.

UNIVERSAL obsahuje tři metody. Ihned z definice třídy UNIVERSAL plyne, že tyto metody zdědí každá naše třída. Pojďme se na ně tedy podívat.

Metoda can

Tato metoda slouží ke zjištění, zda lze nad daným objektem volat danou metodu. Jako argument předáme metodě can jméno metody. Pokud taková metoda skutečné existuje (lze ji volat nad daným objektem bez použití AUTOLOAD), can vrací pravdivou hodnotu.

print "ANO" if Trida->can("delej"); #existuje ve třídě Trida metoda delej?
print "ANO" if $trida->can("delej");#může objekt $trida volat metodu delej?

Metoda isa

Pokud je argument platným názvem třídy, ze které třída, nad níž je metoda isa volána, dědí, je vrácena pravdivá hodnota.

print "ANO" if Rostlina->isa("Organizmus");#dědí třída Rostlina z třídy Organizmus?
print "ANO" if $trida->isa("Organizmus");  #dědí objekt $trida z třídy Organizmus?

Metoda VERSION

Ve všech modulech existuje speciální proměnná $VERSION. Do ní můžeme přiřadit jakékoliv desítkové číslo, které označuje verzi modulu.

Uživatel modulu si nyní může stanovit jeho nejnižší verzi, která je pro něj únosná. Pokud bude chtít verzi minimálně 2.3, zadá pro import tento příkaz.

To, že předchozí řádek funguje, obstarává právě metoda VERSION. Je-li zavolána, ukončí program, pokud je verze zadaná jako argument větší než dostupná verze modulu.

Systém hledání volané metody

Pojďme si stanovit přesná pravidla, jakými se řídí hledání metody po jejím zavolání. Budeme uvažovat obecný případ, tedy vícenásobnou dědičnost.

Ze všeho nejdříve je hledána metoda v třídě, jehož je náš objekt instancí. Pokud taková třída neexistuje, prohledávají se rekurzivně všechny rodičovské třídy, podle toho, v jakém pořadí jsou v poli @ISA uvedeny. Třída UNIVERSAL je implicitně uvedena vždy naposled. Pokud není metoda nalezena, hledá se stejným způsobem speciální metoda AUTOLOAD. Pokud žádná vyhovující metoda není nalezena, dojde k chybě.

Ukažme si pro lepší představu konkrétní příklad. definujeme si třídu Smrk.

package Smrk;
@ISA = qw(Strom OkrasnaDrevina);

Nyní nad třídou Smrk nebo její instancí zavoláme metodu metoda. Smrk::metoda tedy bude hledána postupně tak, jak je uvedeno v následujícím seznamu, dokud některá z nich nebude nalezena.

1. Smrk::metoda
2. Strom::metoda
3. metoda rekurzivně v třídách z nichž Strom dědí
4. OkrasnaDrevina::metoda
5. metoda rekurzivně v třídách z nichž OkrasnaDrevina dědí
6. UNIVERSAL::metoda
7. Smrk::AUTOLOAD
8. Strom::AUTOLOAD
9. AUTOLOAD rekurzivně v třídách z nichž Strom dědí
10. OkrasnaDrevina::AUTOLOAD
11. AUTOLOAD rekurzivně v třídách z nichž OkrasnaDrevina dědí
12. UNIVERSAL::AUTOLOAD

Verze pro tisk

DISKUZE dotaz k prikladu 25.10.2009 19:21 Jaroslav Brtan   Re: dotaz k prikladu 25.10.2009 19:55 Jiří Václavík     Re: dotaz k prikladu 25.10.2009 21:05 Jaroslav Brtan Zobrazit označené Zobrazit vše Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.