Полиморфизм в программировании реферат

Обновлено: 30.06.2024

Полиморфизм – использование одного и того же имени функции, операции или класса для разных типов данных. Полиморфизм позволяет многократно не переписывать фрагменты программы, реализующие один и тот же алгоритм для разных типов данных. Если не использовать полиморфизм, любой типовой алгоритм, например, упорядочение элементов массива по возрастанию пришлось бы отдельно реализовывать для целых чисел, для вещественных чисел и т.д. Простейшим примером полиморфизма является наличие в классе нескольких конструкторов с одинаковыми именами, но разными наборами входных параметров.

Полиморфизм используется в так называемых абстрактных классах, предназначенных для описания структур данных: массивов, списков, деревьев и т.д. В качестве параметров таких классов задаются типы элементов структур данных.

Виды полиморфизма

Различают следующие виды полиморфизма:

- полиморфизм функций (переопределение функций)

- полиморфизм операций (переопределение операций)

Полиморфизм операций (переопределение операций)

Переопределение операций – использование знаков операций над переменными стандартных типов данных для программирования операций над переменными пользовательских типов данных. Например, для объектов пользовательского класса можно придумать операции сложения, умножения, сравнения на равенство, сравнения на большинство/меньшинство и т.д.

Синтаксис операции похож на синтаксис обычной функции. Главным отличием операции от обычной функции является использование в качестве имени ключевого слова operator и знака переопределяемой операции.

Правила перегрузки операций

1. Можно перегружать любые операции ., *, . . sizeof.

2. Все операции наследуются кроме присваивания.

3. При перегрузке операции с одним операндом она не должна иметь параметров

4. При перегрузке операции с двумя операндами она должна иметь один параметр (ссылку на объект).

5. Для организации последовательности операций они должны возвращать ссылку на объект.

6 Операции ++ и -- переопределяются в префиксной и постфиксной формах. Для префиксной формы входных параметров нет, для постфиксной – один целочисленный входной параметр.

7. Операция присваивания определяется по умолчанию.

Пример перегрузки операций

Перегрузка операции увеличения на 1 в классе вектор

Перегрузка операции сложения в классе Вектор

Перегрузка операции сравнения в классе Человек

void SetAll(char* Fio1, int Age1);

void Person::SetAll(char* Fio1, int Age1)

// Сравнение объектов на меньшинство по алфавиту и по возрасту

Виды и формы собственности и их трансформация в России

. его учредители . полиморфизм собственности, многообразие ее форм и основанных на них видов . 2 2 1 - 0,7 0,6 0,4 0,5 0,3 - финансовая деятельность - 1 2 3 11 8 - 0,2 0,4 0,7 3,6 3,1 операции с недвижимым имуществом, аренда и предоставление услуг .

Лекции по Основы объектно-ориентированного программирования

. . Кроме присваивания, полиморфизм имеет место и при передаче аргументов, например в вызовах вида f (r) или . такого класса является возможность снабдить его операции точными спецификациями, благодаря утверждениям, и способность .

Объектно-ориентированное программирование (5)

. . Объектно-ориентированные языки наряду с традиционными видами полиморфизма предлагают принципиально новые возможности такого . , т.е. его можно использовать в левой части оператора присваивания. Операция create для структуры изображается в виде .

Языки программирования. Курс лекций

. . То же относительно контроля. Проблемы: 1. Полиморфизм операции. 3 аксиома говорит, что каждый ТД . данных (АТД) и его достоинства. Абстрактный тип данных = множество операций. (основной вид современного программирования .

Курс лекций по Материаловедению

. . Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь . называется аллотропией или полиморфизмом. Каждый вид решетки представляет собой . Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, .

Полиморфизм означает, что один и тот же метод выполняется по-разному для различных объектов. Например, метод класса Музыкальный инструмент - PlayMusicForAnOrchestra (играй музыку для оркестра) - может быть определен как общий метод, который может использоваться с любой категорией музыкальных инструментов. Этот метод написан таким образом, что не важно, какой именно инструмент получает задание играть, однако для классов, описывающих конкретные инструменты, данный метод должен быть переопределен (override), что даст возможность определить конкретные действия, учитывающие особенности данного инструмента.

3. Понятие класса

В класс объединяются объекты с одинаковыми свойствами и методами.

Одним из первых действий, предпринимаемых человеком при попытке понять окружающий мир, является применение к нему некоторой структурной формы. При встрече с неизвестным объектом мы пытаемся втиснуть его в нашу существующую структуру: другими словами, классифицировать его. Большинство людей знакомо по крайней мере с несколькими классификационными структурами или иерархиями.

Использование иерархии классов вводит необходимость абстракции. Классы становятся более абстрактными по мере продвижения вверх по иерархии.

Объектно-ориентированные языки используют такой же подход. Иерархии обычно начинаются с нескольких абстрактных классов. Каждый новый класс представляется как подкласс существующего класса (называемого его суперклассом). Он наследует данные и методы от классов, стоящих выше в иерархии. Только те данные и методы, которые являются новыми для этого класса, следует определить и реализовать.

Класс - это абстрактное понятие, сравнимое с понятием категория в его обычном смысле.

По определенным свойствам любого элемента определенной категории можно установить, что он принадлежит к этой категории. Сама категория определяется общими свойствами, которые имеют все экземпляры этой категории.

Это можно пояснить на примере музыкальных инструментов. Музыкальные инструменты делятся на следующие категории: духовые, ударные и струнные.

Все эти категории принадлежат к категории музыкальных инструментов. В свою очередь, категория музыкальных инструментов входит в категорию инструментов. На рис.1 эта структура категорий графически представлена в виде дерева.

Музыкальные инструменты имеют общие свойства, но каждый инструмент сам по себе обладает особыми свойствами, которые определяют его назначение и отличают его от других инструментов. По тому же принципу можно описать и классы в ООП. Определенный музыкальный инструмент некоторой категории, например труба, является объектом. Категория, к которой этот инструмент принадлежит, - это класс.

Класс в объектно-ориентированном программировании - это абстрактный тип данных, который включает не только данные, но и функции и процедуры.

Функции и процедуры класса называются методами и содержат исходный код, предназначенный для обработки внутренних данных объекта данного класса.

Наличие в классах абстрагирования, которое максимально удобно для программистов, работающих с этими классами, имеет первостепенное значение при разработке повторно используемого ПО. Если вы выстроите интерфейс, на который не влияют изменения в реализации, то вашему приложению долгое время не понадобятся никакие модификации. Если вы знакомы с предметной областью задачи, вы без труда определите, какие методы понадобятся пользователям класса. Скажем так: если при проектировании класса вам удается сочетать хорошее знание предметной области с прогнозом относительно дальнейших перспектив использования класса, можно гарантировать, что большая часть интерфейса этого класса останется неизменной, даже в случае возможного совершенствования реализации класса. В результате отстранения пользователя от деталей реализации система в целом становится понятнее, а значит, и удобнее в работе.

Между классами также могут быть установлены отношения:

- отношение разновидности (кошка - вид определенного биологического семейства или кошка - домашнее животное);

- включения или составной части (лапа - часть кошки);

- ассоциативности, когда между классами есть чисто смысловая связь (кошки и собаки - домашние животные).

4. Процесс объектно-ориентированного проектирования Объектно-ориентированное проектирование (Object-Oriented Design - OOD) - это поступательный итеративный процесс. Граница между объектно-ориентированным анализом и проектированием расплывчата и построение проекта программного изделия состоит из ряда циклов, в которых уточняются описания классов и взаимодействия между ними, разрабатываются реализующие их программы, проводится их отладка и тестирование и по результатам каждого этапа уточняются рабочие документы предыдущих этапов, дорабатываются описания классов и программы. Эти циклы повторяются до получения требуемого результата. В рассмотренном выше примере были выделены классы “множество данных” и “данное”. Пусть классу “множество данных” присвоено имя TXSet. С учетом имеющихся инструментальных средств класс TXSet может быть построен на основе класса Array из библиотеки CLASSLIB, т.е. это множество может быть интерпретировано массивом. Массив представляет собой упорядоченную совокупность однотипных элементов, в то же время данные могут принадлежать различным типам и каждому тип соответствует свой набор характеристик. Это противоречие можно преодолеть, если элементами массива TXSet будут указатели на экземпляры данных. Чтобы использовать указатели на экземпляры данных как элементы массива, все классы, определяющие типы данных, должны быть образованы из общего базового класса. Пусть требуется обеспечить возможность использования числовых скалярных данных и массивов (векторов и прямоугольных матриц), а также данных типа строк и массива строк. Естественно определить для каждого такого типа свой класс: TDScal, TDArray, TDString, TDStringArray. В каждом из этих классов должно быть поле идентификатора данного ident, поле описания данного head и, возможно, поле flags, представляющее собой набор битов, дополняющих описание данного. Может оказаться удобным иметь и поля, содержащие количество знаков при представлении скаляра или элементов массивов (width) и количество цифр в дробной части для представления чисел (dec). Все эти данные можно объединить в классе TData, базовом для остальных классов данных. Таким образом, вместо одного класса “данное”, выделенного на этапе анализа, появилось пять классов. После этого следует вернуться к этапу анализа и оформить рабочие документы анализа для новых классов. Аналогичным образом следует уточнить состав и определения остальных классов, выбранных на этапе анализа. После определение перечня классов следует разработать семантику каждого класса - определить состав и назначение методов класса. При этом также может возникнуть необходимость выделения новых классов и, следовательно, повторение отдельных частей этапа анализа и новое уточнение ранее описанных классов. Таким образом, процесс объектно-ориентированного проектирования состоит из циклического выполнения четырех основных шагов: - Определение классов и объектов на определенном уровне абстракции. - Определение семантики классов. - Определение (идентификация) связей между классами и объектами. - Реализация классов. На каждом повторении этого цикла уточняются описания классов и перерабатываются проектные документы.

Полиморфизм — один из четырёх важнейших механизмов объектно-ориентированного программирования (наряду с абстракцией, инкапсуляцией и наследованием).
Полиморфизм позволяет писать более абстрактные программы и повысить коэффициент повторного использования кода.
Общие свойства объектов объединяются всистему, которую могут называть по-разному — интерфейс, класс. Общность имеет внешнее и внутреннее выражение:
▪ внешняя общность проявляется как одинаковый набор методов с одинаковыми именами и сигнатурами (именем методов и типами аргументов и их количеством);
▪ внутренняя общность — одинаковая функциональность методов. Её можно описать интуитивно или выразить в виде строгих законов,правил, которым должны подчиняться методы. Возможность приписывать разную функциональность одному методу (функции, операции) называется перегрузкой метода (перегрузкой функций, перегрузкой операций).
Примеры

Класс геометрических фигур (эллипс, многоугольник) может иметь методы для геометрических трансформаций (смещение, поворот, масштабирование).
Класс потоков имеет методы дляпоследовательной передачи данных. Потоком может быть информация, вводимая пользователем с терминала, обмен данными по компьютерной сети, файл (если требуется последовательная обработка данных, например, при разборе исходных текстов программ).

В объектно-ориентированных языках

В объектно-ориентированных языках класс является абстрактным типом данных. Полиморфизм реализуется с помощью наследования классови виртуальных функций. Класс-потомок наследует сигнатуры методов класса-родителя, а реализация, в результате переопределения метода, этих методов может быть другой, соответствующей специфике класса-потомка. Другие функции могут работать с объектом как с экземпляром класса-родителя, но если при этом объект на самом деле является экземпляром класса-потомка, то во время исполнения будет вызван метод, переопределенный вклассе-потомке. Это называется поздним связыванием. [Примером использования может служить обработка массива, содержащего экземпляры как класса-родителя, так и класса-потомка: очевидно, что такой массив может быть объявлен только как массив типа класса-родителя и у объектов массива могут вызываться только методы этого класса, но если в классе-потомке какие-то методы были переопределены, то в режиме исполнениядля экземпляров этого класса будут вызваны именно они, а не методы класса-родителя.]
Класс-потомок сам может быть родителем. Это позволяет строить сложные схемы наследования — древовидные или сетевидные.
Абстрактные (или чисто виртуальные) методы не имеют реализации вообще (на самом деле некоторые языки, например C++, допускают реализацию абстрактных методов в родительском классе).Они специально предназначены для наследования. Их реализация должна быть определена в классах-потомках.
Класс может наследовать функциональность от нескольких классов. Это называется множественным наследованием. Множественное наследование создаёт известную проблему (в C++), когда класс наследуется от нескольких классов-посредников.

В информатике, полиморфизм — свойство языка программирования, позволяющее единообразно обрабатывать данные разных типов. Существует несколько принципиально различных видов полиморфизма, два из которых были описаны Кристофером Стрэчи в 1967 г.
Если функция описывает разные реализации (возможно, с различным поведением) для ограниченного набора явно заданных типов и их комбинаций, это называется ситуативным полиморфизмом (ad hoc polimorphism). Ситуативный полиморфизм поддерживается во многих языках посредством перегрузки функций и методов.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Omarov.docx

Если функция описывает разные реализации (возможно, с различным поведением) для ограниченного набора явно заданных типов и их комбинаций, это называется ситуативным полиморфизмом (ad hoc polimorphism). Ситуативный полиморфизм поддерживается во многих языках посредством перегрузки функций и методов.

Если же код написан отвлеченно от конкретного типа данных и потому может свободно использоваться с любыми новыми типами, имеет место параметрический полиморфизм. Джон С.Рейнольдс, и независимо от него Жан-Ив Жирар формально описали эту нотацию как развитие лямбда-исчисления (названную полиморфным лямбда-исчислением или Системой F). Параметрический полиморфизм широко используется в статически типизируемых функциональных языках программирования. В объектно-ориентированном сообществе программирование с использованием параметрического полиморфизма называется обобщённым программированием.

Полиморфизм является фундаментальным свойством системы типов. Обычно различают статически полиморфную семантику системы типов (потомки ML), неполиморфную семантику системы типов (потомки Алгола), и динамическую типизацию (в частности, утиную). Параметрический полиморфизм и динамическая типизация намного существеннее, чем ситуативный полиморфизм, повышают коэффициент повторного использования кода, поскольку определенная единственный раз функция реализует без дублирования заданное поведение для бесконечного множества вновь определяемых типов, удовлетворяющих требуемым в функции условиям.

В объектно-ориентированном программировании полиморфизм подтипов (или полиморфизм включения) представляет собой концепцию в теории типов, предполагающую использование единого имени (идентификатора) при обращении к объектам нескольких разных классов, при условии, что все они являются подклассами одного общего надкласса (суперкласса) . Полиморфизм подтипов состоит в том, что несколько типов формируют подмножество другого типа (их базового класса) и потому могут использоваться через общий интерфейс.

См. также: en:Parametric polymorphism

Параметрический полиморфизм позволяет определять функцию или тип данных обобщённо, чтобы значения могли обрабатываться идентично вне зависимости от их типа. Параметрический полиморфизм делает язык более выразительным, сохраняя полную статическуютипобезопасность.

data List a = Nil | Cons a (List a)

length :: List a -> Integer

length (Cons x xs) = 1 + length xs

map :: (a -> b) -> List a -> List b

map f (Cons x xs) = Cons (f x) (map f xs)

Параметрический полиморфизм связывается с подтипизацией по нятиями связанной квантификации и ковариантности /контравариантности (или полярности) конструкторов типов.

Концепция параметрического полиморфизма применима как к данным, так и к функциям. Функция, принимающая на входе или порождающая значения разных типов, называется полиморфной функцией. Тип данных, используемый как обобщённый (например, список элементов произвольного типа), называется полиморфным типом данных.

int seg_cmpr( struct segment *a, struct segment *b )

< return abs( a->end - a->start ) - abs( b->end - b->start ); >

int str_cmpr( char **a, char **b )

qsort( strs, sizeof(strs)/sizeof(char*), sizeof(char*),

qsort( segs, sizeof(segs)/sizeof(struct segment), sizeof(struct segment),

В первом случае одна функция обрабатывает массивы элементов любого типа, для которого определена функция сравнения. Во втором случае определение функции на уровне исходного кода по-прежнему единственно, но в результате компиляции порождается такое количество перегруженных мономорфных функций, с каким количеством типов данных функция вызывается в программе (параметрический полиморфизм на уровне исходного кода транслируется в ad hoc полиморфизм на уровне целевой платформы).

Параметрически полиморфная функция использует аргументы на основе поведения, а не значения, апеллируя лишь к необходимым ей свойствам аргументов, что делает её применимой в любом контексте, где тип объекта удовлетворяет заданным требованиям поведения. Таким образом, реализуется концепция параметричности.

Ситуативный (ad hoc) полиморфизм

function Add( x, y : Integer ) : Integer;

function Add( s, t : String ) : String;

Add := Concat( s, t )

В динамически типизируемых языках ситуация может быть более сложной, так как выбор требуемой функции для вызова может быть осуществлён только во время исполнения программы.

Ситуативный полиморфизм иногда используется совместно с параметрическим. В языке Haskell стремление предоставить одновременно полиморфизм и перегрузку привело к необходимости введения принципиально нового понятия — классов типов (которые, вопреки распространённому заблуждению, не являются подмножеством объектно- ориентированной парадигмы программирования). С одной стороны, это позволяет существенно повысить выразительность программ, с другой чрезмерное их использование может приводить к сбоям механизма выведения типов, что вынуждает программистов отказываться от его использования, явно декларируя типы функций.

Некоторые языки представляют идею подтипизации для ограничения спектра типов, применимых в определённом частном случае параметрического полиморфизма. В этих языках полиморфизм подтипов (обычно называемый также динамическим полиморфизмом) позволяет функции, определённой на типе T, также корректно исполняться для аргументов, принадлежащих типу S, являющемуся подтипом T (в соответствии с принципом подстановки Барбары Лисков). Такое отношение типов обычно записывается как S S.

Объектно-ориентированные языки программирования реализуют полиморфизм подтипов посредством наследования, то есть определения подклассов. В большинстве реализаций каждый класс содержит т. н. виртуальную таблицу — таблицу функций, реализующих полиморфную часть интерфейса класса — и каждый объект (экземпляр класса) содержит указатель на виртуальную таблицу своего класса, по согласованию с которой производится вызов полиморфного метода. Такой механизм используется в случаях:

позднего связывания, где виртуальные функции не связаны до момента вызова;

одиночной диспетчеризации (то есть одноаргументного полиморфизма), где виртуальные функции связываются посредством простого просмотра виртуальной таблицы по первому аргументу (данному экземпляру класса), так что динамические типы остальных аргументов не учитываются.

То же применимо и к большинству остальных популярных объектных моделей. Некоторые, однако, такие как CLOS, предоставляют множественную диспетчеризацию, в которой метод полиморфен по всем аргументам.

В следующем примере коты и псы являются подтипами животных. Процедура определена для животных, но также будет работать корректно, получив на входе один из подтипов:

Читайте также: