Метаклассы

Статья: Объектно-ориентированное программирование (ООП)

ССЫЛКИ НА КЛАССЫ

Язык Object Pascal позволяет рассматривать классы как своего рода объекты, которыми можно манипулировать в программе. Такая возможность рождает новое понятие - класс класса; его принято обозначать термином метакласс.

Для поддержки метаклассов введен специальный тип данных - ссылка на класс (class reference). Он описывается с помощью словосочетания class of, например:

type
  TResourceGaugeClass = class of TResourceGauge;

Переменная типа TResourceGaugeClass объявляется в программе обычным образом:

var
  ClassRef: TResourceGaugeClass;

Значениями переменной ClassRef могут быть класс TResourceGauge и все порожденные от него классы. Допустимы, например, следующие операторы:

ClassRef := TResourceGauge;
ClassRef := TDiskGauge;
ClassRef := TMemoryGauge;

По аналогии с тем, как для всех классов существует общий предок TObject, у ссылок на классы существует базовый тип TCIass:

type TCIass = class of TObject;

Переменная типа TCIass может ссылаться на любой класс.

Практическая ценность ссылок на классы состоит в возможности создавать программные модули, работающие с любыми классами объектов, даже с теми, которые еще не разработаны.

МЕТОДЫ КЛАССОВ

Метаклассы привели к возникновению нового типа методов - методов класса. Метод класса оперирует не экземпляром объекта, а непосредственно классом. Он объявляется как обычный метод, но перед словом procedure или function записывается зарезервированное слово class, например:

type
  TResourceGauge = class
    ...
    class function GetClassName : string;
  end;

Псевдопараметр Self, передаваемый в метод класса, содержит не ссылку на объект, а ссылку на класс, поэтому в теле метода нельзя обращаться к полям, методам и свойствам объекта. Зато можно вызывать другие методы класса, например:

class function TResourceGauge.GetClassName: string;
begin
  Result := ClassName;
end;

Метод ClassName объявлен в классе TObject и возвращает имя класса, к которому применяется. Очевидно, что надуманный метод GetClassName просто дублирует эту функциональность для класса TResourceGauge и всех его наследников.

Методы класса применимы и к классам, и к объектам. В обоих случаях в параметре Self передается ссылка на класс объекта. Пример:

var
  Gauge: TResourceGauge;
  S: string;
begin
  { Вызов метода с помощью ссылки на класс }
  S := TDiskGauge.GetClassName; { S получит значение 'TDiskGauge' }
  Gauge := TDiskGauge.Create('С');
  { Вызов метода с помощью ссылки на объект }
  S := Gauge.GetClassName;    { S получит значение 'TDiskGauge' }
end;

Методы классов могут быть виртуальными. Например, в классе TObject определен виртуальный метод класса Newlnstance. Он служит для распределения памяти под объект и автоматически вызывается конструктором. Его можно перекрыть в своем классе, чтобы обеспечить нестандартный способ выделения памяти для экземпляров. Метод Newlnstance должен перекрываться вместе с другим методом Freelnstance, который автоматически вызывается из деструктора и служит для освобождения памяти. Добавим, что размер памяти, требуемый для экземпляра, можно узнать вызовом предопределенного метода класса InstanceSize.

ВИРТУАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТОРЫ

Особая мощь ссылок на классы проявляется в сочетании с виртуальными конструкторами. Виртуальный конструктор объявляется с ключевым словом virtual. Вызов виртуального конструктора происходит по фактическому значению ссылки на класс, а не по ее формальному типу. Это позволяет создавать объекты, классы которых неизвестны на этапе компиляции. Механизм виртуальных конструкторов применяется в Delphi при создании форм и компонентов.

На этом закончим изучение теории объектно-ориентированного программирования и в качестве практики рассмотрим несколько широко используемых инструментальных классов Delphi. Разберитесь с их назначением и работой. Это поможет глубже понять ООП и пригодится на будущее.

КЛАССЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ В DELPHI

Как показывает практика, в большинстве задач приходится использовать однотипные структуры данных: списки, массивы, множества и т.д. От задачи к задаче изменяются только их элементы, а методы работы сохраняются. Например, для любого списка нужны процедуры вставки и удаления элементов. В связи с этим возникает естественное желание решить задачу «в общем виде», т.е. создать универсальные средства для управления основными структурами данных. Эта идея не нова. Она давно пришла в голову разработчикам инструментальных пакетов, которые быстро наплодили множество вспомогательных библиотек. Эти библиотеки содержали классы объектов для работы со списками, коллекциями (динамические массивы с переменным количеством элементов), словарями (коллекции, индексированные строками) и другими «абстрактными» структурами. Для Delphi тоже разработаны аналогичные классы объектов. Их большая часть сосредоточена в модуле Classes. Наиболее нужными для вас являются списки строк (TStrings, TStringList) и потоки (TSream, THandleSream, TFileStream, TMemoryStream и TBIobStream). Рассмотрим кратко их назначение и применение.

КЛАССЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СПИСКА СТРОК

Для работы со списками строк служат классы TStrings и TStringList. Они используются в библиотеке VCL повсеместно и имеют гораздо большую универсальность, чем та, что можно почерпнуть из их названия. Классы TStrings и TStringList служат для представления не просто списка строк, а списка элементов, каждый из которых представляет собой пару строка-объект. Если со строками не ассоциированы объекты, получается обычный список строк.

Класс TStrings используется визуальными компонентами и является абстрактным. Он не имеет собственных средств хранения строк и определяет лишь интерфейс для работы с элементами. Класс TStringList является наследником TStrings и служит для организации списков строк, которые используются отдельно от управляющих элементов. Объекты TStringList хранят строки и объекты в динамической памяти.

Свойства класса TStrings описаны ниже.

• Count: Integer - число элементов в списке.

• Strings[lndex: Integer]: string - обеспечивает доступ к массиву строк по индексу. Первая строка имеет индекс, равный 0. Свойство Strings является основным свойством объекта.

• Objects[lndex: Integer]: TObject - обеспечивает доступ к массиву объектов. Свойства Strings и Objects позволяют использовать объект TStrings как хранилище строк и ассоциированных с ними объектов произвольных классов.

• Text: string - позволяет интерпретировать список строк как одну большую строку, в которой элементы разделены символами #13#10 (возврат каретки и перевод строки),

Наследники класса TStrings иногда используются для хранения строк вида Имя=3начение, в частности, строк INI-файлов (см. гл. 6). Для удобной работы со строками такой структуры в классе TStrings дополнительно имеются следующие свойства.

• Names[lndex: Integer]: string - обеспечивает доступ к той части строки, в которой содержится имя.

• Values[const Name: string]: string - обеспечивает доступ к той части строки, в которой содержится значение. Указывая вместо Name ту часть строки, которая находится слева от знака равенства, вы получаете ту часть, что находится справа.

Управление элементами списка осуществляется с помощью следующих методов:

• Add(const S: string): Integer - добавляет новую строку S в список и возвращает ее позицию. Новая строка добавляется в конец списка.

• AddObject(const S: string; AObject: TObject): Integer - добавляет в список строку S и ассоциированный с ней объект AObject. Возвращает индекс пары строка-объект.

• AddStrings(Strings: TStrings) - добавляет группу строк в существующий список. Append(const S: string) - делает то же, что и Add, но не возвращает значения. Clear - удаляет из списка все элементы.

• Delete(Index: Integer) - удаляет строку и ассоциированный с ней объект. Метод Delete, так же как метод Clear, не разрушает объектов, т.е. не вызывает у них деструктор. Об этом вы должны позаботиться сами.

• Equals(Strings: TStrings): Boolean - возвращает True, если список строк в точности равен тому, что передан в параметре Strings.

• Exchange(Index1, Index2: Integer) - меняет два элемента местами.

• GetText: PChar - возвращает все строки списка в виде одной большой нуль-терминированной строки.

• IndexOf(const S: string): Integer - возвращает позицию строки S в списке. Если заданная строка в списке отсутствует, функция возвращает значение -1.

• IndexOfName(const Name: string): Integer - возвращает позицию строки, которая имеет вид Имя=3начение и содержит в себе Имя, равное Name.

• IndexOfObject(AObject: TObject): Integer - возвращает позицию объекта AObject в массиве Objects. Если заданный объект в списке отсутствует, функция возвращает значение -1.

• Insert(Index: Integer; const S: string) - вставляет в список строку S в позицию Index.

• InsertObject(Index: Integer; const S: string; AObject: TObject) - вставляет в список строку S и ассоциированный с ней объект AObject в позицию Index.

• LoadFromFile(const FileName: string) - загружает строки списка из текстового файла.

• LoadFromStream(Stream: TStream) - загружает строки списка из потока данных (см. ниже).

• Move(CurIndex, NewIndex: Integer) - изменяет позицию элемента (пары строка-объект) в списке.

• SaveToFile(const FileName: string) - сохраняет строки списка в текстовом файле.

• SaveToStream(Stream: TStream) - сохраняет строки списка в потоке данных.

• SetText(Text: PChar) - загружает строки списка из одной большой нуль-терминированной строки.

• Класс TStringList добавляет к TStrings несколько дополнительных свойств и методов, а также два свойства-события для уведомления об изменениях в списке. Они описаны ниже.

Свойства:

• Duplicates: TDuplicates - определяет, разрешено ли использовать дублированные строки в списке. Свойство может принимать следующие значения: duplgnore (дубликаты игнорируются), dupAccept (дубликаты разрешены), dupError (дубликаты запрещены, попытка добавить в список дубликат вызывает ошибку).

• Sorted: Boolean - если имеет значение True, то строки автоматически сортируются в алфавитном порядке.

Методы:

• Find(const S: string; var Index: Integer): Boolean - выполняет поиск строки S в списке строк. Если строка найдена, Find помещает ее позицию в переменную, переданную в параметре Index, и возвращает True.

• Sort - сортирует строки в алфавитном порядке.

События:

• OnChange: TNotifyEvent - указывает на обработчик события, который выполнится при изменении содержимого списка. Событие OnChange генерируется после того, как были сделаны изменения.

• OnChanging: TNotifyEvent - указывает на обработчик события, который выполнится при изменении содержимого списка. Событие OnChanging генерируется перед тем, как будут сделаны изменения.

Ниже приводится фрагмент программы, демонстрирующий создание списка строк и манипулирование его элементами:

var
  Items: TStrings;
  I: Integer;
begin
  { Создание списка }
  Items := TStringList.Create;
  Items.Add('Туризм');
  Items.Add('Наука');
  Items.Insert(1, 'Бизнес');
  ...
  { Работа со списком }
  for I := 0 to Items.Count - 1 do
   Items[I] := Uppercase(Items [I]);
  ...
   { Удаление списка }
   Items.Free;
end;

КЛАССЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПОТОКА ДАННЫХ

В Delphi существует иерархия классов для хранения и последовательного ввода-вывода данных. Классы этой иерархии называются потоками. Потоки лучше всего представлять как файлы. Классы потоков обеспечивают различное физическое представление данных: файл на диске, раздел оперативной памяти, поле в таблице базы данных (см. табл. 1).

Таблица 1.

Класс	Описание
TStream	Абстрактный поток, от которого наследуются все остальные. Свойства и методы класса TStream образуют базовый интерфейс потоковых объектов.
THandleStream	Поток, который хранит свои данные в файле. Для чтения-записи файла используется дескриптор (handle), поэтому поток называется дескрипторным. Дескриптор - это номер открытого файла в операционной системе. Его возвращают низкоуровневые функции создания и открытия файла.
TFileStream	Поток, который хранит свои данные в файле. Отличается от ThandleStream тем, что сам открывает (создает) файл по имени, переданному в конструктор.
TMemoryStream	Поток, который хранит свои данные в оперативной памяти. Моделирует работу с файлом. Используется для хранения промежуточных результатов, когда файловый поток не подходит из-за низкой скорости передачи данных.
TResourceStream	Поток, обеспечивающий доступ к ресурсам в Windows-приложении.
TBIobStream	Обеспечивает последовательный доступ к большим полям таблиц в базах данных.

Потоки широко применяются в библиотеке VCL и наверняка вам понадобятся. Поэтому ниже кратко перечислены их общие ключевые свойства и методы.

Общие свойства:

• Position: Longint - текущая позиция чтения-записи.
• Size: Longint - текущий размер потока в байтах.

Общие методы:

• CopyFrom(Source: TStream; Count: Longint): Longint - копирует Count байт из потока Source в свой поток.

• Read(var Buffer; Count: Longint): Longint - читает Count байт из потока в буфер Buffer, продвигает текущую позицию на Count байт вперед и возвращает число прочитанных байт. Если значение функции меньше значения Count, то в результате чтения был достигнут конец потока.

• ReadBuffer(var Buffer; Count: Longint) - читает из потока Count байт в буфер Buffer и продвигает текущую позицию на Count байт вперед. Если выполняется попытка чтения за концом потока, то генерируется ошибка.

• Seek(Offset: Longint; Origin: Word): Longint - продвигает текущую позицию в потоке на Offset байт относительно позиции, заданной параметром Origin. Параметр Origin может иметь одно из следующих значений: 0 - смещение задается относительно начала потока; 1 - смещение задается относительно текущей позиции в потоке; 2 - смещение задается относительно конца потока.

• Write(const Buffer; Count: Longint): Longint - записывает в поток Count байт из буфера Buffer, продвигает текущую позицию на Count байт вперед и возвращает реально записанное количество байт. Если значение функции отличается от значения Count, то при записи была ошибка.

• WriteBuffer(const Buffer; Count: Longint) - записывает в поток Count байт из буфера Buffer и продвигает текущую позицию на Count байт вперед. Если по какой-либо причине невозможно записать все байты буфера, то генерируется ошибка.

Ниже приводится фрагмент программы, демонстрирующий создание файлового потока и запись в него строки:

var
  Stream: TStream;
  S: AnsiString;
  StrLen: Integer;
begin
  { Создание файлового потока }
  Stream := TFileStream.Create('Sample.Dat', fmCreate);
  ...
  { Запись в поток некоторой строки }
  StrLen := Length(S) * SizeOf(Char);
  Stream.Write (StrLen, SizeOf (Integer) ) ; { запись длины строки }
  Stream.Write (S, StrLen);              { запись символов строки }
  ...
  { Закрытие потока }
  Stream.Free;
end;

ИТОГИ

Теперь для вас нет секретов в мире ООП. Вы на достаточно серьезном уровне познакомились с объектами и их свойствами; узнали, как объекты создаются, используются и уничтожаются. Если не все удалось запомнить сразу - не беда. Возвращайтесь к материалам главы по мере решения стоящих перед вами задач, и работа с объектами станет простой, естественной и даже приятной. Когда вы добьетесь понимания того, как работает один объект, то автоматически поймете, как работают все остальные. Теперь мы рассмотрим то, с чем вы встретитесь очень скоро - ошибки программирования.