.: Учебник по Delphi 7 для начинающих :.

Глава 9. Введение в объектно-ориентированное программирование Класс Объект Метод Инкапсуляция и свойства объекта Наследование Директивы protected и private Полиморфизм и виртуальные методы Классы и объекты Delphi

Глава 9

Введение в объектно-ориентированное программирование

Исторически сложилось так, что программирование возникло и развивалось как процедурное программирование, которое предполагает, что основой программы является алгоритм, процедура обработки данных.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это методика разработки программ, в основе которой лежит понятие объект. Объект — это некоторая структура, соответствующая объекту реального мира, его поведению. Задача, решаемая с использованием методики ООП, описывается в терминах объектов и операций над ними, а программа при таком подходе представляет собой набор объектов и связей между ними.

Примечание

Строго говоря, для разработки приложения в Delphi на базе компонентов, предоставляемых средой разработки, знание концепции ООП не является необходимым. Однако материал данной главы будет весьма полезен для более глубокого понимания того, как программа взаимодействует с компонентами, что и почему Delphi добавляет в текст программы.

Класс

Классический язык Pascal позволяет программисту определять свои собственные сложные типы данных — записи (records). Язык Delphi, поддерживая концепцию объектно-ориентированного программирования, дает возможность определять классы. Класс — это сложная структура, включающая, помимо описания данных, описание процедур и функций, которые могут быть выполнены над представителем класса — объектом.

Вот пример объявления простого класса:

TPerson = class

private

fname: string[15]; faddress: string[35];

public

procedure Show;

end;

Данные класса называются полями, процедуры и функции — методами.

В Приведенном Примере TPerson — это имя класса, fname и faddress - имена полей, show — имя метода.

Примечание

Согласно принятому в Delphi соглашению, имена полей должны начинаться с буквы f (от слова field — поле).

Описание класса помещают в программе в раздел описания типов (type).

Объект

Объекты как представители класса объявляются в программе в разделе var, например:

var

student: TPerson; professor: TPerson;

Примчание

В Delphi объект — это динамическая структура. Переменная-объект содержит не данные, а ссылку на данные объекта. Поэтому программист должен позаботиться о выделении памяти для этих данных.

Выделение памяти осуществляется при помощи специального метода класса — конструктора, которому обычно присваивают имя Create (создать). Для того чтобы подчеркнуть особую роль и поведение конструктора, в описании класса вместо слова procedure используется слово constructor.

Ниже приведено описание класса TPerson, в состав которого введен конструктор:

TPerson = class private

fname: string [ 15 ];

faddress: string[35];

constructor Cireate; // конструктор

public

procedure show; // метол

end;

Выделение памяти для данных объекта происходит путем присваивания значения результата применения метода-конструктора к типу (классу) объекта. Например, после выполнения инструкции

professor := TPerson.Create;

выделяется необходимая память для данных объекта professor.

Помимо выделения памяти, конструктор, как правило, решает задачу присваивания полям объекта начальных значений, т. е. осуществляет инициализацию объекта. Ниже приведен пример реализации конструктора для объекта TPerson:

constructor TPerson.Create;

begin

fname := '';

faddress := '';

end;

Реализация конструктора несколько необычна. Во-первых, в теле конструктора нет привычных инструкций New, обеспечивающих выделение динамической памяти (всю необходимую работу по выделению памяти выполняет компилятор). Во-вторых, формально конструктор не возвращает значения, хотя в программе обращение к конструктору осуществляется как к методу-функции.

После объявления и инициализации объект можно использовать, например, установить значение поля объекта. Доступ к полю объекта осуществляется указанием имени объекта и имени поля, которые отделяются друг от друга точкой. Хотя объект является ссылкой, правило доступа к данным с помощью ссылки, согласно которому после имени переменной, являющейся ссылкой, надо ставить значок ^, на объекты не распространяется.

Например, для доступа к полю fname объекта professor вместо professor*.fname надо писать

professor.fname

Очевидно, что такой способ доступа к полям объекта более естественен.

Если в программе какой-либо объект больше не используется, то можно освободить память, занимаемую полями данного объекта. Для выполнения этого действия используют метод-деструктор Free. Например, для того, чтобы освободить память, занимаемую полями объекта professor, достаточно записать

professor.Free;

Метод

Методы класса (процедуры и функции, объявление которых включено в описание класса) выполняют действия над объектами класса. Для того чтобы метод был выполнен, необходимо указать имя объекта и имя метода, отделив одно имя от другого точкой. Например, инструкция

professor. Show;

вызывает применение метода show к объекту professor. Фактически инструкция применения метода к объекту — это специфический способ записи инструкции вызова процедуры.

Методы класса определяются в программе точно так же, как и обычные процедуры и функции, за исключением того, что имя процедуры или функции, являющейся методом, состоит из двух частей: имени класса, к которому принадлежит метод, и имени метода. Имя класса от имени метода отделяется точкой.

Ниже приведен пример определения метода show класса TPerson

// метод Show класса TPerson procedure TPerson.Show;

begin

ShowMessage( 'Имя:' + fname + #13

+ 'Адрес:' + faddress );

end;

Примечание

В инструкциях метода доступ к полям объекта осуществляется без указания имени объекта.

Инкапсуляция и свойства объекта

Под инкапсуляцией понимается скрытие полей объекта с целью обеспечения доступа к ним только посредством методов класса.

В языке Delphi ограничение доступа к полям объекта реализуется при помощи свойств объекта. Свойство объекта характеризуется полем, сохраняющим значение свойства, и двумя методами, обеспечивающими доступ к полю свойства. Метод установки значения свойства называется методом записи свойства (write), а метод получения значения свойства — методом чтения свойства (read).

В описании класса перед именем свойства записывают слово property (свойство). После имени свойства указывается его тип, затем — имена методов, обеспечивающих доступ к значению свойства. После слова read указывается имя метода, обеспечивающего чтение свойства, после слова write — имя метода, отвечающего за запись свойства.

Ниже приведен пример описания класса TPerson, содержащего два свойства: Name И Address.

type

TName = string[15]; TAddress = string[35];

TPerson = class // класс

private

FName: TName; // значение свойства Name

FAddress: TAddress; // значение свойства Address

Constructor Create(Name:Tname);

Procedure Show;

Function GetName: TName;

Function GetAddress: TAddress;

Procedure SetAddress(NewAddress:TAddress);

public

Property Name: Tname // свойство Name

read GetName; // доступно только для чтения

Property Address: TAddress // свойство Address

read GetAddress // доступно для чтения

write SetAddress; // и записи

end;

В программе для установки значения свойства не нужно записывать инструкцию применения к объекту метода установки значения свойства, а надо записать обычную инструкцию присваивания значения свойству. Например, чтобы присвоить значение свойству Address объекта student, достаточно записать

student.Address := 'С.Петербург,

ул.Садовая 21, кв.3';

Компилятор перетранслирует приведенную инструкцию присваивания значения свойству в инструкцию вызова метода

student.SetAddress('С.Петербург,

ул.Садовая 21, кв.3');

Внешне применение свойств в программе ничем не отличается от использования полей объекта. Однако между свойством и полем объекта существует принципиальное отличие: при присвоении и чтении значения свойства автоматически вызывается процедура, которая выполняет некоторую работу.

В программе на методы свойства можно возложить некоторые дополнительные задачи. Например, с помощью метода можно проверить корректность присваиваемых свойству значений, установить значения других полей, логически связанных со свойством, вызвать вспомогательную процедуру.

Оформление данных объекта как свойства позволяет ограничить доступ к полям, хранящим значения свойств объекта: например, можно разрешить только чтение. Для того чтобы инструкции программы не могли изменить значение свойства, в описании свойства надо указать лишь имя метода чтения. Попытка присвоить значение свойству, предназначенному только для чтения, вызывает ошибку времени компиляции. В приведенном выше описании класса TPerson свойство Name доступно только для чтения, а свойство Address — для чтения и записи.

Установить значение свойства, защищенного от записи, можно во время инициализации объекта. Ниже приведены методы класса TPerson, обеспечивающие создание объекта класса TPerson и доступ к его свойствам.

// конструктор объекта TPerson

Constructor TPerson.Create(Name:TName);

begin

FName:=Name; end;

// метод получения значения свойства Name

Function TPerson.GetName;

begin

Result:=FName; end;

// метод получения значения свойства Address

function TPerson.GetAddress;

begin

Result:=FAddress; end;

// метод изменения значения свойства Address

Procedure TPerson.SetAddress(NewAddress:TAddress);

begin

if FAddress =' '

then FAddress := NewAddress;

end;

Приведенный конструктор объекта TPerson создает объект и устанавливает значение поля FName, определяющего значение свойства Name.

Инструкции программы, обеспечивающие создание объекта класса трегзоп и установку его свойства, могут быть, например, такими:

student := TPerson.Create('Иванов');

student.Address := 'ул. Садовая, д.3, кв.25';

Наследование

Концепция объектно-ориентированного программирования предполагает возможность определять новые классы посредством добавления полей, свойств и методов к уже существующим классам. Такой механизм получения новых классов называется порождением. При этом но.вый, порожденный класс (потомок) наследует свойства и методы своего базового, родительского класса.

В объявлении класса-потомка указывается класс родителя. Например, класс TEmployee (сотрудник) может быть порожден от рассмотренного выше класса TPerson путем добавления поля FDepartment (отдел). Объявление класса TEmplioyee в этом случае может выглядеть так:

TEmployee = class(TPerson)

FDepartment: integer; // номер отдела

constructor Create(Name:TName; Dep:integer);

end;

Заключенное в скобки имя класса TPerson показывает, что класс TEmployee является производным от класса TPerson. В свою очередь, класс TPerson является базовым для класса TEmployee.

Класс TEmpioyee должен иметь свой собственный конструктор, обеспечивающий инициализацию класса-родителя и своих полей. Вот пример реализации конструктора класса TEmployee:

constructor TEmpioyee.Create(Name:Tname;Dep:integer);

begin

inherited Create(Name);

FDepartment:=Dep;

end;

В приведенном примере директивой inherited вызывается конструктор родительского класса. После этого присваивается значение полю класса-потомка.

После создания объекта производного класса в программе можно использовать поля и методы родительского класса. Ниже приведен фрагмент программы, демонстрирующий эту возможность.

engineer := TEmployee.Create('Сидоров',413);

engineer.address := 'ул.Блохина, д.8, кв.10';

Первая инструкция создает объект типа TEmployee, вторая — устанавливает значение свойства, которое относится к родительскому классу.

Директивы protected и private

Помимо объявления элементов класса (полей, методов, свойств) описание класса, как правило, содержит директивы protected (защищенный) и private (закрытый), которые устанавливают степень видимости элементов класса в программе.

Элементы класса, объявленные в секции protected, доступны только в порожденных от него классах. Область видимости элементов класса этой секции не ограничивается модулем, в котором находится описание класса. Обычно в секцию protected помещают описание методов класса.

Элементы класса, объявленные в секции private, видимы только внутри модуля. Эти элементы не доступны за пределами модуля, даже в производных классах. Обычно в секцию private помещают описание полей класса, а методы, обеспечивающие доступ к этим полям, помещают в секцию protected.

Ниже приведено описание класса TPerson, в которое включены директивы управления доступом.

TPerson = class private

FName: TName; // значение свойства Name

FAddress: TAddress; // значение свойства Address

protected

Constructor Create(Name:TName);

Function GetName: TName;

Function GetAddress: TAddress;

Procedure SetAddress(NewAddress:TAddress);

Property Name: TName

read GetName;

Property Address: TAddress

read GetAddress

write SetAddress;

end;

Примечание

Иногда нужно полностью скрыть элементы класса. В этом случае определение класса следует поместить в отдельный модуль, а в программу, которая использует объекты этого класса, поместить ссылку на модуль.

Полиморфизм и виртуальные методы

Полиморфизм — это возможность использовать одинаковые имена для методов, входящих в различные классы. Концепция полиморфизма обеспечивает з случае применения метода к объекту использование именно того метода, <оторый соответствует классу объекта.

Пусть определены три класса, один из которых является базовым для двух других:

tуре

// базовый класс TPerson = class

fname: string; // имя

constructor Create(name:string);

function info: string;

virtual;

end;

// производный от TPerson TStud = class(TPerson)

fgr:integer; // номер учебной труппы

constructor Create(name:string;gr:integer);

function info: string; override; end;

// производный от TPerson TProf = class(TPerson)

fdep:string; // название кафедры

constructor Create(name:string;dep:string);

function info: string;

override;

end;

В каждом из этих классов определен метод info. В базовом классе при помощи директивы virtual метод info объявлен виртуальным. Объявление метода виртуальным дает возможность дочернему классу произвести замену виртуального метода своим собственным. В каждом дочернем классе определен свой метод info, который замещает соответствующий метод родительского класса (метод порожденного класса, замещающий виртуальный метод родительского класса, помечается директивой override).

Ниже приведено определение метода info для каждого класса.

function TPerson.info:string;

begin

result := '';

end;

function TStud.info:string;

begin

result := fname + ' гp.' + IntTostr(fgr);

end;

function TProf.info:string;

begin

result := fname + ' каф.' + fdep;

end;

Так как оба класса порождены от одного и того же базового, объявить список студентов и преподавателей можно так (здесь следует вспомнить, что объект — это указатель):

list: array[l..SZL] of TPerson;

Объявить подобным образом список можно потому, что язык Delphi позволяет указателю на родительский класс присвоить значение указателя на дочерний класс. Поэтому элементами массива list могут быть как объекты класса TStud, так и объекты класса TProf.

Вывести список студентов и преподавателей можно применением метода info к элементам массива. Например, так:

st := '';

for i:=l to SZL do // SZL - размер массива-списка

if list[i] о NIL

then st := st + list[i].Info

+ #13; ShowMessage (st);

Во время работы программы каждый элемент массива может содержать как объект типа xstud, так и объект типа TProf. Концепция полиморфизма обеспечивает применение к объекту именно того метода, который соответствует типу объекта.

Следующая программа, используя рассмотренные выше объявления классов TPerson, TStud и TProf, формирует и выводит список студентов и преподавателей. Текст программы приведен в листинге 9.1, а диалоговое окно — на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Диалоговое окно программы Полиморфизм

Листинг 9.1. Демонстрация полиморфизма

unit polimor_;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Classes,

Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls;

type

TForm1 = class(TForm) Edit1: TEdit;

Edit2: TEdit;

GroupBoxl: TGroupBox;

RadioButton1: TRadioButton;

RadioButton2: TRadioButton;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

procedure ButtonlClick(Sender: TObject);

procedure Button2Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

type

// базовый класс

TPerson = class

fName: string; // имя

constructor Create(name:string);

function info:string; virtual;

end;

// класс Студент TStud = class(TPerson)

fGr:integer; // номер группы

constructor Create(name:string;gr:integer);

function info:string;

override;

end;

// класс Преподаватель

TProf = class (TPerson)

fdep:string; // название кафедры

constructor Create(name:string;dep:string);

function info:string;

override;

end;

const

SZL = 10; // размер списка

var

Forml: TForm1;

List: array[l..SZL] of TPerson; // список

n:integer =0; // кол-во людей в списке

implementation

{$R *.DFM}

constructor TPerson.Create(name:string);

begin

fName := name; end;

constructor TStud.Create(name:string;gr:integer);

begin

inherited create(name); // вызвать конструктор базового класса

fGr := gr; end;

constructor TProf.create(name:string; dep:string);

begin

inherited create(name); // вызвать конструктор базового класса

fDep := dep; end;

function TPerson.Info:string;

begin

result := fname; end;

function TStud.Info:string;

begin

result := fname + ' rp.' + IntToStr(fGr); end;

function TProf.Info:string;

begin

result := fname + ' каф.' + fDep;

end;

// щелчок на кнопке Добавить

procedure TForml.ButtonlClick(Sender: TObject);

begin

if n < SZL then begin

// добавить объект в список

n:=n+l;

if Radiobuttonl.Checked

then // создадим объект TStud

List[n]:=TStud.Create(Edit1.Text,StrToInt(Edit2.Text))

else // создать объект TProf

List[n]:=TProf.Create(Edit1.Text,Edit2.Text); // очистить поля ввода

Edit1.Text := '' ; Edit2.Text := '';

Edit1.SetFocus; // курсор в поле Фамилия

end

else ShowMessage('Список заполнен!');

end;

// щелчок на кнопке Список

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

var

i:integer; // индекс

st:string; // список begin

for i:=1 to SZL do

if list[i] <> NIL then st:=st + list[i].info + 113;

ShowMessage('Cпиcoк'+#13+st); end;

end.

Процедура TForml.Buttoniciick, которая запускается нажатием кнопки Добавить (Buttonl), создает объект iist[n] класса TStud или TProf. Класс создаваемого объекта определяется состоянием переключателя RadioBut-ton. Установка переключателя в положение студент (RadioButtoni) определяет класс TStud, а в положение преподаватель (RadioButton2) — класс TProf.

Процедура TForm1.Button2Сlick, которая запускается нажатием кнопки Список (Button2), применяя метод info к каждому объекту списка (элементу массива), формирует строку, представляющую собой весь список.

Классы и объекты Delphi

Для реализации интерфейса Delphi использует библиотеку классов, которая содержит большое количество разнообразных классов, поддерживающих форму и различные компоненты формы (командные кнопки, поля редактирования и т. д.).

Во время проектирования формы приложения Delphi автоматически добавляет в текст программы необходимые объекты. Если сразу после запуска Delphi просмотреть содержимое окна редактора кода, то там можно обнаружить следующие строки:

type

TForm1 = class(TForm)

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: Tform1

Это описание класса исходной, пустой формы приложения и объявление объекта — формы приложения.

Когда программист, добавляя необходимые компоненты, создает форму, Delphi формирует описание класса формы. Когда программист создает функцию обработки события формы или ее компонента, Delphi добавляет объявление метода в описание класса формы приложения.

Помимо классов визуальных компонентов в библиотеку классов входят и классы так называемых невизуальных (невидимых) компонентов, которые обеспечивают создание соответствующих объектов и доступ к их методам и свойствам. Типичным примером невизуального компонента является таймер (тип TTimer) и компоненты доступа и управления базами данных. Существует еще множество других классов, однако их рассмотрение в задачу данной книги не входит.