Одним из базовых понятий технологии ООП является полиморфизм. Термин "полиморфизм" имеет греческое происхождение и означает приблизительно "много форм" (poly — много, morphos — форма).

Полиморфизм — это средство для придания различных значений одному и тому же событию в зависимости от типа обрабатываемых данных, т. е. полиморфизм определяет различные формы реализации одноименного действия (см. рис. 8.2.).

Целью полиморфизма применительно к объектно-ориентированному программированию является использование одного имени для задания общих для класса действий, причем каждый объект имеет возможность по-своему реализовать это действие своим собственным, подходящим для него кодом.

Полиморфизм является предпосылкой для расширяемости объектно-ориентированных программ, поскольку он предоставляет способ старым программам воспринимать новые типы данных, которые не были определены во время написания программы.

Противоположность полиморфизму называется мономорфизмом; он характерен для языков с сильной типизацией и статическим связыванием (Ada).

В более общей трактовке полиморфизм — это способность объектов, принадлежащих к разным типам, демонстрировать одинаковое поведение; способность объектов, принадлежащих к одному типу, демонстрировать разное поведение.

Рассмотрим "вырожденный пример" полиморфизма. В MS DOS есть понятие "номер прерывания", за которым скрывается адрес в памяти. Поместите в ту же ячейку другой адрес — и программы начнут вызывать процедуру с другим "именем" и из другого модуля. Как видно из примера, принцип полиморфизма можно реализовать и не в объектно-ориентированных программах.

Ряд авторов книг по теории объектно-ориентированного проектирования соотносят термин "полиморфизм" с разными понятиями, например понятием перегрузки; для обозначения одного-двух или большего количества механизмов полиморфизма; чистого полиморфизма.

Перегрузка функций. Одним из применений полиморфизма в C++ является перегрузка функций. Она дает одному и тому же имени функции различные значения. Например, выражение а + b имеет различные значения, в зависимости от типов переменных а и b (допустим, если это числа, то "+" означает сложение, а если строки, — то склейку этих строк или вообще сложение комплексных чисел, если а и b комплексного типа). Перегрузка оператора "+" для типов, определяемых пользователем, позволяет использовать их в большинстве случаев так же, как и встроенные типы. Двум или более функциям (операция — это тоже функция) может быть дано одно и то же имя. Но при этом функции должны отличаться сигнатурой (либо типами параметров, либо их числом).

Полиморфный метод в C++ называется виртуальной функцией, позволяющей получать ответы на сообщения, адресованные объектам, точный вид которых неизвестен. Такая возможность является результатом позднего связывания. При позднем связывании адреса определяются динамически во время выполнения программы, а не статически во время компиляции как в традиционных компилируемых языках, в которых применяется раннее связывание. Сам процесс связывания заключается в замене виртуальных функций на адреса памяти.

Виртуальные методы определяются в родительском классе, а в производных классах происходит их доопределение и для них создаются новые реализации. Основой виртуальных методов и динамического полиморфизма являются указатели на производные классы. При работе с виртуальными методами сообщения передаются как указатели, которые указывают на объект вместо прямой передачи объекту.

Практический смысл полиморфизма заключается в том, что он позволяет посылать общее сообщение о сборе данных любому классу, причем и родительский класс, и классы-потомки ответят на сообщение соответствующим образом, поскольку производные классы содержат дополнительную информацию. Программист может сделать регулярным процесс обработки несовместимых объектов различных типов при наличии у них такого полиморфного метода.

Почему в начале процесса проектирования работу начинают с анализа функционирования или поведения системы? Дело в том, что поведение системы обычно известно задолго до остальных ее свойств. Программа должна выполнять набор действий, согласно выявленным ее функциям. Процесс разработки модели в форме функциональной спецификации уже был изложен ранее в гл. 5.

Объектно-ориентированная технология создания программ основывается на так называемом объектном подходе. Одним из проявлений этого подхода является то, что сначала довольно долго создаются и оптимизируются объектная модель и иные модели и лишь затем осуществляется кодирование.

Обычно проектируемая программная система первоначально представляется в виде трех взаимосвязанных моделей:

1) объектной модели, которая представляет статические, структурные аспекты системы;

2) динамической модели, которая описывает работу отдельных частей системы;

3) функциональной модели, в которой рассматривается взаимодействие отдельных частей системы (как по данным, так и по управлению) в процессе ее работы.

Эти три вида моделей должны позволить рассматривать три взаимно-ортогональных представления системы в одной системе обозначений.

Объектная модель на более поздних этапах проектирования дополняется моделями, отражающими как логическую (классы и объекты), так и физическую структуру системы (процессы и деление на компоненты, файлы или модули).

Поскольку при разработке объектно-ориентированного проекта используется множество моделей, которые необходимо увязать в единое целое, далее в гл. 10 рассматриваются средства автоматизации составления, верификации (проверки) и графической визуализации этих моделей.

Процесс построения объектной модели включает в себя следующие, возможно, повторяющиеся до достижения приемлемого качества модели этапы:

1) определение объектов;

2) подготовку словаря объектов с целью исключения схожих (синонимичных) понятий и уточнения имен, классификацию объектов, выделение классов;

3) определение взаимосвязей между объектами;

4) определение атрибутов объектов и методов (определение уровней доступа и проектирование интерфейсов классов);

5) исследование качества модели.

Теперь, используя функциональную модель, можно начинать работу с динамической моделью, наделяя объекты необходимыми методами и данными.

Модели, разработанные на первой фазе жизненного цикла системы, продолжают использоваться на всех последующих его фазах, облегчая программирование системы, ее отладку и тестирование, сопровождение и дальнейшую модификацию.

Объектная модель описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.

Прагматика определяется целью разработки программной системы: для обслуживания покупателей железнодорожных билетов, управления работой аэропорта, обслуживания чемпионата мира по футболу и т. п. В формулировке цели участвуют предметы и понятия реального мира, имеющие отношение к разрабатываемой программной системе.

Объектную модель можно описать следующим образом:

1) основные элементы модели — объекты и сообщения;

2) объекты создаются, используются и уничтожаются подобно динамическим переменным в обычных языках программирования;

3) выполнение программы заключается в создании объектов и передаче им последовательности сообщений.

Объектная модель базируется на четырех главных принципах: абстрагировании; инкапсуляции; модульности; иерархии.