Новые концепции ООП в Object Pascal

В языке Object Pascal, используемом в Delphi, произошел ряд давно ожидаемых программистами изменений, по сравнению с последней версией Borland Pascal. Перечислим, основные из них, позволившие назвать объектную модель Object Pascal новой объектной моделью:

В новой объектной модели программист работает только с динамическими экземплярами классов (то есть с теми, для которых выделяется память в heap-области), в отличие от старой модели, где можно было работать как с динамическими, так и со статическими экземплярами. По этой причине изменен синтаксис обращения к полям и методам объектов. Если раньше для работы с динамическими экземпляров объектов (инициализированными с использованием обращения к конструктору в сочетании с функцией New) программист должен был использовать обращение "по адресу" ( ^ ), то теперь такой доступ подразумевается автоматически. В качестве примера сравните два следующих фрагмента исходного текста:

Как Вы могли заметить, в Object Pascal расширен синтаксис использования “точечной нотации” для доступа к методам объектов. Кроме того, изменено соглашение и об именовании конструкторов и деструкторов. В старой объектной модели вызов New отвечал за распределение памяти, а обращение к конструктору инициализировало выделенную область памяти. В новой модели эти функции выполняет конструктор Create.

Приведем объявление базового для всех объектных типов класса TObject:

Компилятор Object Pascal является основой Delphi. Визуальные же средства Delphi построены на концепции Two-Way Tools, позволяющей синхронизировать процесс визуального проектирования форм приложения с генерацией исходного кода.

Такая архитектура возможна только при наличии механизма поддержки информации о типах - RTTI (RunTime Type Information). Основой такого механизма является внутренняя структура классов и, в частности, возможность доступа к ней за счет использования методов классов, описываемых конструкцией class function... Дадим определение понятия метода класса:

С одной стороны, Delphi, будучи визуальной средой разработки приложений, ориентирован на тех программистов, которые из готовых компонент "собирают" конкретные приложения для конечных пользователей. С другой стороны, являясь расширяемым объектно-ориентированным инструментом, этот продукт представляет интерес и для специалистов, занимающихся наращиванием функциональных возможностей уже существующих программных библиотек. Поэтому, выглядит абсолютно логичным появление в Object Pascal новых разделов в описании классов, соответственно, published и protected. Вместе с ранее введенными разделами (public и private) они предоставляют полный контроль над возможностями использования и "безболезненной" (в смысле предотвращения фатальных с точки зрения идеологии ошибок) модификации компонент Visual Component Library (VCL - библиотека классов Delphi). Чтобы была более ясна логика использования новых разделов, дадим, также, краткую характеристику и уже существующих:

Раздел protected комбинирует функциональную нагрузку разделов private и public таким образом, что, если вы хотите скрыть внутренние механизмы вашего объекта от конечного пользователя, этот пользователь не сможет в run-time использовать ни одно из объявлений объекта из его protected области, но это не помешает разработчику новых компонент использовать эти механизмы в других модулях. То есть, protected-объявления доступны у любого из наследников вашего класса.

Раздел published оказался необходимым при введении в Delphi возможности установки свойств и поведения компонент еще на этапе конструирования форм и самого приложения. Именно published-объявления доступны через Object Inspector, будь это ссылки на свойства или обработчики событий.

Следует отметить тот факт, что, при порождении нового класса, возможен перенос объявлений из одного раздела в другой, с единственным ограничением - если вы производите скрытие объявления за счет его переноса в раздел private - в дальнейшем его "вытаскивание" у наследника в более доступный раздел в другом модуле будет уже невозможен. Такое ограничение, к счастью, не распространяется на динамические методы-обработчики сообщений Windows.

Учитывая, что наследование представляет собой один из краеугольных камней объектной идеологии, очевидной проблемой реализации объектной ориентированности языка является проблема диспетчеризации вызовов методов объектов.

Методы объектов Object Pascal могут иметь любой из трех типов: статический, виртуальный или динамический.

Так как статические и виртуальные методы не претерпели принципиальных изменений, по сравнению с Borland Pascal 7.0, остановимся на новом по реализации типе - динамическом (который, вообще говоря, присутствовал в неявном форме в библиотеке OWL).

Динамические (dynamic) методы, по возможностям наследования и перекрытия, аналогичны виртуальным, но в отличие от последних не имеют входов в таблицу VMT. Такой подход позволяет снизить расход памяти при большом количестве этих методов и самих классов.

В отличие от виртуальных методов и самой идеологии VMT, таблица динамических методов (DMT) содержит входы только для методов, объявленных или перекрытых для данного класса. На каждый динамический метод приходится только одна ссылка, представленная так называемым "индексом", по которому и происходит поиск метода для вызова (базовая информация по обработке динамических методов содержится в модуле x:\delphi\source\rtl\sys\dmth.asm). C точки зрения синтаксиса, перекрытие динамических и виртуальных методов производится одинаково - с использованием ключевого слова override. Исключение составляют обработчики Windows-сообщений wm_Xxx.

В Delphi существуют понятия, принципиально новые для уже существующих объектно-ориентированных реализаций Pascal. К числу этих понятий относятся свойства, функция класса и объектная ссылка.

В Object Pascal добавлена возможность определения полей процедурного типа. Очевидно, что в теле функций привязываемых к этим полям, разработчику необходим доступ к другим полям объекта, методам и т.п. Возможность такого доступа базируется на передаче в эти функции неявного, но доступного в их коде, параметра, автоматически принимающего значение поля объекта Self. Такие функции называются функциями классов. Для объявления функций классов необходимо использовать специальную конструкцию function ... of object.

Delphi позволяет вам создать специальный описатель объектного типа (именно типа, а не на экземпляра !), известный как object reference - объектная ссылка.

Объектные ссылки используются в следующих случаях:

ObjectRef:=TMyObject; {присваиваем тип, а не экземпляр !}

Таким образом в Delphi определена специальная ссылка TClass, совместимая по присваиванию с любым наследником TObject. Аналогично объявлены TPersistentClass и TComponentClass.

Методы в новой объектной модели используют те же соглашения о вызовах, что и обычные процедуры или функции, за некоторыми исключениями. "Ключом" внутренней организации вызовов методов объектов является тот факт, что для каждого метода, в дополнение к объявленным параметрам, передается неявный параметр Self, который описан для каждого класса или экземпляра объекта. Параметр Self всегда передается последним и представляет собой указатель. Для обычных методов, Self - указатель на экземпляр объекта, для методов классов - это указатель на Таблицу Виртуальных Методов (VMT). Например, для данного объявления:

При возврате управления, метод должен удалить из стека вначале параметр Self, а затем и остальные - явные параметры.

Методы всегда используют дальнюю (far) модель вызова, несмотря на то, каким образом установлена директива компиляции $F. Для вызова виртуального метода, компилятор генерирует код, загружающий из объекта указатель на VMT, и затем вызывает через точку входа в VMT ( ES:[DI] ), ассоциированный с этой точкой входа метод. Например, вызов MyObject.Two приведет к генерации следующего:

Очевидно, что приведенные примеры генерируемого кода соответствуют 16-разрядной версии Delphi, но по своей идеологии они остаются верной и для Delphi32.

Знаете ли Вы, что абстракция через спецификацию - это прием программирования, позволяющий абстрагироваться от процесса вычислений описанных в теле процедуры, до уровня знания того, что данная процедура делает. Это достигается путем задания спецификации, описывающей эффект ее работы, после чего смысл обращения к данной процедуре становится ясным через анализ этой спецификации, а не самого тела процедуры. Мы пользуемся абстракцией через спецификацию всякий раз, когда связываем с процедурой некий комментарий, достаточно информативный для того, чтобы иметь возможность работать без анализа тела процедуры. Абстракция через спецификацию позволяет абстрагироваться от процесса вычислений описанных в теле процедуры, до уровня знания того, что данная процедура делает. Это достигается путем задания спецификации, описывающей эффект ее работы, после чего смысл обращения к данной процедуре становится ясным через анализ этой спецификации, а не самого тела процедуры. Мы пользуемся абстракцией через спецификацию всякий раз, когда связываем с процедурой некий комментарий, достаточно информативный для того, чтобы иметь возможность работать без анализа тела процедуры.