UAA-DSE Programación 2 / C++ Eduardo Serna-Pérez

Transcripción

1 6 Herencia y Polimorfismo La Herencia y el Polimorfismo son dos de los principales mecanismos de programación que caracterizan a la programación orientada a objetos. La herencia sustenta su mecanismo en la reutilización de código a partir de una clase ya existente, generando así nuevas clases que incluyan las características previas (clase base) y aportando otras nuevas características (clase derivada). Por otro lado el polimorfismo es, quizás, uno de los mecanismo más poderosos y complejos de la programación orientada a objetos, es un mecanismo que permite a una función dada tener muchas especificaciones diferentes, dependiendo del tipo para el cual esta es aplicada. Ambos mecanismos viene a completar el concepto del paradigma orientado a objetos. 6.1 Herencia En el mundo real los objetos son con frecuencia extensiones de otro objeto. Por ejemplo, nosotros siempre describimos cosas usando frases como: Y es similar a X, excepto que Y tiene... y Y hace... Cuando hacemos esto, estamos definiendo un nuevo objeto describiendo como las características y comportamientos del nuevo objeto difieren del anterior objeto. La herencia es, seguramente, la característica más potente de la POO, después de las clases. Por herencia conocemos el proceso de crear nuevas clases, llamadas clases derivadas, a partir de una clase base. En C++ la herencia se manifiesta con la creación de un tipo definido por el usuario (clase), que puede heredar las características de otra clase ya existente o derivar las suyas a otra nueva clase. Cuando se hereda, las clases derivadas reciben las características (estructuras de datos y funciones) de la clase original, a las que se pueden añadir nuevas características o modificar las características heredadas. El compilador hace realmente una copia de la clase base en la nueva clase derivada y permite al programador añadir o modificar miembros sin alterar el código de la clase base. La derivación de clases consigue la reutilización efectiva del código de la clase base para sus necesidades. Si se tiene una clase base totalmente depurada, la herencia ayuda a reutilizar ese código en una nueva clase. No es necesario comprender el código fuente de la clase original, sino sólo lo que hace. Tome en cuenta que las jerarquías de clases (herencia) se usan especialmente en la resolución de problemas complejos, es difícil que se recurra a ellas para resolver problemas sencillos. Supongamos que nuestra clase base para clasificar a las personas en función de su profesión sea "Persona". Preste especial atención a la palabra "clasificar", es el punto de partida para buscar la solución de cualquier problema que se pretenda resolver usando POO. Lo primero que debemos hacer es buscar categorías, propiedades comunes y distintas que nos permitan clasificar los objetos, y crear lo que después serán las clases de nuestro programa. Es muy importante dedicar el tiempo y atención necesarios a esta tarea, de ello dependerá la flexibilidad, reutilización y eficacia de nuestro programa. Independientemente de la profesión, todas las personas tienen propiedades comunes como, nombre, fecha de nacimiento, género, estado civil, etc. 1

2 La siguiente clasificación debe ser menos general, supongamos que dividimos a todas las personas en dos grandes clases: empleados y estudiantes. Lo importante es decidir qué propiedades que no hemos incluido en la clase "Persona" son exclusivas de los empleados y de los estudiantes. Por ejemplo, el sueldo por nómina es exclusivo de los empleados, la calificación de la materia, es exclusiva de los estudiantes. Una vez hecho eso crearemos dos clases derivadas de Persona: "Empleado" y "Estudiante". Haremos una nueva clasificación, ahora de los empleados. Podemos clasificar a los empleados en ejecutivos y obreros. De nuevo estableceremos propiedades exclusivas de cada clase y crearemos dos nuevas clases derivadas de "Empleado": "Ejecutivo" y "Obrero". P ersona E m pleado E studiante E jecutiv o O brero En C++ existen dos tipos de herencia: simple y múltiple. La herencia simple es aquella en la que cada clase derivada hereda de una única clase. En herencia simple, cada clase tiene un solo ascendiente. Cada clase puede tener, sin embargo, muchos descendientes. La herencia múltiple es aquella en la cual una clase derivada tiene más de una clase base. Aunque el concepto de herencia múltiple es muy útil, el diseño de clases suele ser más complejo Clases derivadas La herencia simple se realiza tomando una clase existente y derivando nuevas clases de ella. La clase derivada hereda las estructuras de datos y funciones de la clase original. Además, se pueden añadir nuevos miembros a las clases derivadas y los miembros heredados pueden ser modificados. Una clase utilizada para derivar nuevas clases se denomina clase base, clase padre, superclase o ascendiente. Una clase creada de otra clase se denomina clase derivada o subclase. Se pueden construir jerarquías de clases, en las que cada clase sirve como padre o raíz de una nueva clase Conceptos fundamentales de derivación C++ utiliza un sistema de herencia jerárquica. Es decir, se hereda una clase de otra, creando nuevas clases a partir de las clases ya existentes. Sólo se pueden heredar clases. Una clase derivada hereda todos los miembros dato excepto, miembros dato estáticos, de cada una de sus clases base. Una clase derivada hereda las funciones miembro de su clase base. Esto significa que se hereda la capacidad para llamar a funciones miembro de la clase base en los objetos de la clase derivada. Los siguientes elementos de la clase no se heredan: Constructores y Destructores 2

3 Funciones amigas Funciones y datos estáticos de la clase Operador de asignación sobrecargado Una clase derivada no puede acceder a los datos miembro private de su clase base; si se permitiera esto, se estaría violando el encapsulamiento de la clase base. Sin embargo una clase derivada puede acceder a los datos miembros public y protected 1 de su clase base. Las clases base diseñadas con el objetivo principal de ser heredadas por otras se denominan clases abstractas. Normalmente, no se crean instancias a partir de clases abstractas, aunque sea posible Declaración de clases derivadas Cada clase derivada se debe referir a una clase base declarada anteriormente. La declaración de una clase derivada tiene la siguiente sintaxis: class clase_derivada : <especificadores_de_acceso> clase_base {... }; Los especificadores de acceso a las clases base definen los posibles tipos de derivación: public, protected y private. El tipo de acceso a la clase base especifica cómo recibirá la clase derivada a los miembros de la clase base. Si no se especifica un acceso a la clase base, C++ supone que su tipo de herencia es privado. Derivación pública (public). Todos los miembros public y protected de la clase base son accesibles en la clase derivada, mientras que los miembros private de la clase base son siempre inaccesibles en la clase derivada. Derivación privada (private). Todos los miembros de la clase base se comportan como miembros privados de la clase derivada. Esto significa que los miembros public y protected de la clase base no son accesibles más que por las funciones miembro de la clase derivada. Los miembros privados de la clase siguen siendo inaccesibles desde la clase derivada. Derivación protegida (protected). Todos los miembros public y protected de la clase base se comportan como miembros protected de la clase derivada. Estos miembros no son, pues, accesibles al programa exterior, pero las clases que se deriven a continuación podrán acceder normalmente a estos miembros (datos o funciones) Constructores y destructores en Herencia Una clase derivada puede tener tanto constructores como destructores, aunque tiene el problema adicional de que la clase base puede tomar ambas funciones miembro especiales. Un constructor o destructor definido en la clase base debe estar coordinado con los encontrados en una clase derivada. Igualmente importante es el movimiento de valores de los miembros de la clase derivada a los miembros que se encuentran en la base. En particular, se debe considerar cómo el constructor de la clase base recibe valores de la clase derivada para crear el objeto completo. 1 Los datos de tipo protected pueden ser accesibles a cualquier clase derivada, pero no esta disponible fuera de la clase base y derivada. 3

4 Si un constructor se define tanto para la clase base como para la clase derivada, C++ llama primero al constructor base. Después que el constructor de la base termina sus tareas, C++ ejecuta el constructor derivado. Cuando una clase base define un constructor, éste se debe llamar durante la creación de cada instancia de una clase derivada, para garantizar la buena inicialización de los datos miembro que la clase derivada hereda de la clase base. En este caso la clase derivada debe definir a su vez un constructor que llama al constructor de la clase base proporcionándole los argumentos requeridos. Un constructor de una clase derivada debe utilizar un mecanismo de pasar aquellos argumentos requeridos por el correspondiente constructor de la clase base. derivada::derivada ( tipo1 x, tipo2 y ) : base ( x, y ) {... } Otro aspecto importante que es necesario considerar es el orden en el que el compilador C++ inicializa las clases base de una clase derivada. Cuando El compilador C++ inicializa una instancia de una clase derivada, tiene que inicializar todas las clases base primero. Por definición, un destructor de clases no toma parámetros. Al contrario que los constructores, una función destructor de una clase derivada se ejecuta antes que el destructor de la clase base Redefinición de funciones Se pueden utilizar funciones miembro en una clase derivada que tengan el mismo nombre que otra de una clase base. La redefinición de funciones se realiza mediante funciones miembro sobrecargadas en la clase derivada. Una función miembro redefinida oculta todas las funciones miembro heredadas del mismo nombre. Por tanto cuando en la clase base y en la clase derivada hay una función con el mismo nombre en las dos, se ejecuta la función de la clase derivada. 6.2 Polimorfismo El concepto de Polimorfismo es uno de los fundamentos para cualquier lenguaje orientado a Objetos, las mismas raíces de la palabra pueden ser una fuerte pista de su significado: Poli = Multiple, morfismo= Formas, esto implica que un mismo Objeto puede tomar diversas formas. En programación orientada a objetos se denomina polimorfismo a la propiedad que poseen algunas operaciones de tener un comportamiento diferente dependiendo del objeto sobre el que se aplican. El polimorfismo dinámico (dynamic-binding) puede consistir en que si se tiene una instancia de una subclase, se asigna esa instancia a una referencia de la clase padre y se llama a un método de la referencia se obtendrá el comportamiento de la subclase. El mecanismo concreto depende del lenguaje de programación, observe el siguiente fragmento de código: 4

5 Figura a = new Circulo(); Figura b = new Rectangulo(); Inicialmente se puede pensar que este código generaría un error debido a que el tipo de referencia es distinta a la instancia del objeto, sin embargo, el fragmento anterior es correcto y demuestra el concepto de Polimorfismo. A través del concepto de Herencia ("Inheritance") es posible ilustrar este comportamiento: Figura Circulo Rectángulo 5