Бертран Мейер - Основы объектно-ориентированного программирования

Неограниченный полиморфизм был бы несовместим со статическим понятием типа. Допустимость полиморфных операций определяется наследственностью.

Все примеры полиморфных присваиваний, такие, как p := r и p := t , в качестве типа источника используют потомков класса-цели. Скажем, что в таком случае тип источника согласован с классом цели. Например, SQUARE согласован с RECTANGLE и с POLYGON , но не с TRIANGLE . Чтобы уточнить это понятие, дадим формальное определение:

Определение: согласованность

Тип U согласован с типом T , только если базовый класс для U является потомком базового класса для T ; при этом для универсально порожденных типов каждый фактический параметр U должен (по рекурсии) быть согласован с соответствующим формальным параметром T .

Почему недостаточно понятия потомка в этом определении? Причина снова в том, что допускается порождение из родовых классов, поэтому приходится различать типы и классы. Для каждого типа имеется базовый класс, который при отсутствии порождения совпадает с самим типом (например, POLYGON является базовым для себя). При этом для универсально порожденного класса базовым является универсальный класс с опущенными родовыми параметрами. Например, для класса LIST [POLYGON] базовым будет класс LIST . Вторая часть определения говорит о том, что B [Y] будет согласован с A [X] , если B является потомком A , а Y - потомком X .

Заметим, что поскольку каждый класс является собственным потомком, то каждый тип согласован сам с собой.

При таком обобщении понятия потомка получаем второе важное правило типизации:

Правило согласования типов

Присоединение к источнику y цели x (т. е. присваивание x:=y или использование y в качестве фактического параметра в вызове процедуры с соответствующим формальным параметром x ) допустимо только тогда, когда тип y согласован с типом x .

Правило согласования типов выражает тот факт, что специальное можно присваивать общему, но не наоборот. Поэтому присваивание p := r допустимо, а r := p нет.

С введением полиморфизма нам требуется уточнить терминологию, связанную с экземплярами. Содержательно, экземпляры класса - это объекты времени выполнения, построенные в соответствии с определением класса. Но сейчас в этом качестве нужно также рассматривать объекты, построенные для собственных потомков класса. Вот более точное определение:

Определение: прямой экземпляр, экземпляр

Прямой экземпляр класса C - это объект, созданный в соответствии с точным определением C с помощью команды создания create x ... , в которой цель x имеет тип C (или, рекурсивно, путем клонирования прямого экземпляра C ).

Экземпляр C - это прямой экземпляр потомка C .

Из последней части этого определения следует, что прямой экземпляр класса C является также экземпляром C , так как класс входит во множество своих потомков.

Таким образом, выполнение фрагмента:

p1, p2: POLYGON; r: RECTANGLE

...

create p1 ...; create r ...; p2 := r

создаст два экземпляра класса POLYGON , но лишь один прямой экземпляр (тот, который присоединен к p1 ). Другой объект, на который указывают p2 и r , является прямым экземпляром класса RECTANGLE , а следовательно, экземпляром обоих классов POLYGON и RECTANGLE .

Хотя понятия прямого экземпляра и экземпляра определены выше для классов, они естественно распространяются на любые типы (с базовым классом и возможными родовыми параметрами).

Полиморфизм означает, что элемент некоторого типа может присоединяться не только к прямым экземплярам этого типа, но и к другим его экземплярам. Можно считать, что роль правила согласования типов состоит в обеспечении следующего свойства:

Статико-динамическая согласованность типов

Сущность типа T может во время исполнения прикрепляться только к экземплярам класса T .

Название последнего свойства предполагает различение "статического типа" и "динамического типа". Тип, который используется при объявлении некоторого элемента, является статическим типомсоответствующей ссылки. Если во время выполнения эта ссылка присоединяется к объекту некоторого типа, то этот тип становится динамическим типомэтой ссылки.

Таким образом, при объявлении p: POLYGON статический тип ссылки, обозначенной p , есть POLYGON , после выполнения create p динамическим типом этой ссылки также является POLYGON , а после присваивания p := r , где r имеет тип RECTANGLE и не пусто, динамическим типом становится RECTANGLE .

Правило согласования типов утверждает, что динамический тип всегда должен соответствовать статическому типу.

Чтобы избежать путаницы напомним, что мы имеем дело с тремя уровнями: сущность- это некоторый идентификатор в тексте класса, во время выполнения ее значение является ссылкой(за исключением развернутого случая), ссылка может быть присоединена к объекту.

У объекта имеется только динамический тип, который он получил в момент создания. Этот тип во время жизни объекта не изменяется.

В каждый момент во время выполнения у ссылки имеется динамический тип, тип того объекта, к которому она сейчас присоединена (или специальный тип NONE , если эта ссылка пуста). Динамический тип может изменяться в результате операций переприсоединения.

Только у сущности имеются и статический, и динамический типы. Ее статический тип - это тип, с которым она была объявлена: если объявление имеет вид x: T , то этим типом будет T . Ее динамический тип в каждый момент выполнения - это тип значения этой ссылки, т.е. того объекта, к которому она присоединена.