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既定義クラスの拡張、is-a 関係

ドキュメント内 新潟大学学術リポジトリ (ページ 117-121)

33 }

[motoki@x205a]$ g++ useColoredRectangle_verProtBase.cpp

ColoredRectangle_verProtBase.cpp Rectangle_verProt.cpp [motoki@x205a]$ ./a.out

(1)rectangle(id=0,width=0,height=0,color="black")

|rect.getId()=0, rect.getWidth()=0

|rect.getHeight()=0, rect.getColor()="black"

|rect.getArea()=0

(2)rectangle(id=0,width=2,height=3,color="blue")

|rect.getId()=0, rect.getWidth()=2

|rect.getHeight()=3, rect.getColor()="blue"

|rect.getArea()=6

(3)rectangle(id=1,width=4,height=5,color="red") [motoki@x205a]$

5.2 既定義クラスの拡張、 is-a 関係

—public 派生の場合の 基底クラス – 派生クラス間の関係

{Pohl(1999)8.2節, 柴田(2014)4.2節}

public派生の場合のインタフェース継承: public派生の場合、基底クラスのオブジェ

クトに備わっていたインタフェースは全て派生クラスのオブジェクトにもそのまま引き継 がれるので、派生によってインタフェースの拡張されたオブジェクトのクラスが定義され ることになる。

データ型としてのクラス: クラス定義は然るべきインタフェースを備えたオブジェクト を作り出すための型枠であるが、クラスをデータ型と見る場合は、そのデータ型に属する ために必要なインタフェースを規定したものであると考えることができる。すなわち、

定義されたクラスの型に属するオブジェクトの集合

def= そのクラスのインスタンスに備わったインタフェース

と同等のインタフェースを有するオブジェクトの集合

!

と考える。ここで、特にpublic派生の場合は、基底クラスのオブジェクトに備わってい たインタフェースは全て派生クラスのオブジェクトにもそのまま引き継がれるので、

派生クラスの型に属するオブジェクトの集合

⊆基底クラスの型に属するオブジェクトの集合、

すなわち、派生クラス型のオブジェクトは基底クラス型オブジェクトの一種ということに なる。更に、この包含関係を念頭に置いて「派生クラス型は基底クラス型のサブタイプ

(subtype,亜種)である」と言うこともある。(補足:この言い方に従った場合、「int型で

表せるデータの集合⊆double型で表せるデータの集合」であるので、int型はdouble型 のサブタイプということになる。)

is-a関係, has-a関係: 一般に、オブジェクト指向ではクラス間の次の2つの関係に注 目する。

• is-a関係 · · · クラス A のインスタンスがクラス B のインスタンスの一種になる時、

クラス A,B の間にis-a関係があるという。こういう場合には、C++言語では、

112 5. 既定義クラスの拡張、多態性の実現、抽象クラス

クラス B をpublic派生してクラス A を定義するのが良い。

• has-a関係 · · · クラス A のインスタンスがクラス B のインスタンスを一部分として 持つ時、クラス A,B の間にhas-a関係があるという。こういう場合には、クラス A のデータメンバとしてクラス B のインスタンスを保持(または参照)する領域 を用意するのが妥当である。

クラス型間のサブタイプの関係をC++プログラム上にどう反映させるか: public派 生の場合の「派生クラス型オブジェクトの集合⊆基底クラス型オブジェクトの集合」と いう関係をプログラム上に反映させるために、C++言語では、

基底クラス型へのポインタ型変数に

public派生クラス型オブジェクトへのポインタを保持できる

様になっている。(但し、その際、変数への代入の前に基底クラス型へのポインタ型に暗 黙に型変換される。)

例 5.3 (ColoredRectangle*型ポインタ値をRectangle*型変数に保持) 例題 4.2 (p.77), 例5.1 (p.105)で考えた基底クラスRectangleと(public)派生クラスColoredRectangle を用いて

基底クラス型へのポインタ型変数に

public派生クラス型オブジェクトへのポインタを保持できる、

ことを確認した例を次に示す。

[motoki@x205a]$ cat -n testStoringPtrToDerivObjInBaseVar.cpp

1 /* 基底クラス型変数に派生クラスオブジェクトへのポインタを保持 */

2 /* した時の動作確認 */

3

4 #include <iostream>

5 #include "ColoredRectangle.h"

6 using namespace std;

7

8 int main() 9 {

10 ColoredRectangle* ptrToDerivedClassObj = new ColoredRectangle(1.0, 2.0);

11 cout << ptrToDerivedClassObj->toString() <<endl;

12

13 Rectangle* ptrToBaseClassObj(ptrToDerivedClassObj);

14 cout << ptrToBaseClassObj->toString() <<endl;

15 }

[motoki@x205a]$ g++ testStoringPtrToDerivObjInBaseVar.cpp

ColoredRectangle.cpp Rectangle.cpp [motoki@x205a]$ ./a.out

rectangle(id=0,width=1,height=2,color="black") rectangle(id=0,width=1,height=2)

[motoki@x205a]$

これに関して、

• プログラム13行目 は、変数ptrToBaseClassObjへの初期設定を行なっている行で、

Rectangle* ptrToBaseClassObj = ptrToDerivedClassObj;

と書くのと同じである。

5.2. 既定義クラスの拡張、is-a関係—public派生の場合の 基底クラス–派生クラス間の関係—113

• プログラム14行目 の出力結果を見て分かる様に、変数ptrToBaseClassObjが保持し ているポインタの先にあるのは派生クラスColoredRectangle型オブジェクトである が、型変換されて保持されているため、ptrToBaseClassObj->toString() によって 基底クラスRectangle内で定められたメンバ関数toString() が呼び出されている。

例 5.4 (private派生の場合) ここでは、private派生の場合に先の例5.3で確認した 基底クラス型へのポインタ型変数に

public派生クラス型オブジェクトへのポインタを保持できる、

ということがどうなるかを調べたい。そのために、例題4.2 (p.77)で示したRectangleク

ラスをprivate派生させ、先の例5.3と同様のことを行なってみた結果を次に示す。

[motoki@x205a]$ cat -n ColoredRectangle_verPrivDeriv.h

1 /* 色付き長方形オブジェクトのクラス ColoredRectangle (仕様部) */

2 /* (既定義の Rectangleクラス をprivate派生した版) */

3

4 #ifndef ___Class_ColoredRectangle 5 #define ___Class_ColoredRectangle 6

7 #include <string>

8 #include "Rectangle.h"

9

10 class ColoredRectangle : private Rectangle { 11 std::string color;

12 public:

13 ColoredRectangle(double width = 0.0, double height = 0.0, 14 std::string color = "black")

15 : Rectangle(width, height), color(color) {}

16 ColoredRectangle(const ColoredRectangle& rectangle);

//コピーコンストラクタ 17 // オブジェクト(もしくはクラス全体)の情報を提供するための関数群(追加) 18 std::string getColor() const { return color; }

19 void setColor(std::string color) { this->color = color; }

20 std::string toString() const; //内部の長方形情報をstringデータとして返す 21 };

22

23 #endif

[motoki@x205a]$ cat -n ColoredRectangle_verPrivDeriv.cpp

1 /* 色付き長方形オブジェクトのクラス ColoredRectangle (実装部) */

2 /* (既定義の Rectangleクラス をprivate派生した版) */

3

4 #include <sstream>

5 #include <string>

6 #include "ColoredRectangle_verPrivDeriv.h"

7 using namespace std;

8

9 // 各種コンストラクタ ---10 ColoredRectangle::ColoredRectangle(const ColoredRectangle& rectangle)

//コピーコンストラクタ 11 : Rectangle(rectangle.getWidth(), rectangle.getHeight()),

12 color(rectangle.color) {}

13

114 5. 既定義クラスの拡張、多態性の実現、抽象クラス

14 // ColoredRectangle型オブジェクトを操作するための関数群

---15 // オブジェクト内部に保持している長方形情報をstring型データとして返す

16 string ColoredRectangle::toString() const 17 {

18 ostringstream ostr;

19 ostr << "rectangle(id=" << getId()

20 << ",width=" << getWidth() << ",height=" << getHeight() 21 << ",color=\"" << color << "\")";

22 return ostr.str();

23 }

[motoki@x205a]$ cat -n testStoringPtrToDerivObjInBaseVar_whenPrivDeriv.cpp

1 /* private派生した場合、 */

2 /* 基底クラス型変数に派生クラスオブジェクトへのポインタを保持 */

3 /* した時の動作確認 */

4

5 #include <iostream>

6 #include "ColoredRectangle_verPrivDeriv.h"

7 using namespace std;

8

9 int main() 10 {

11 ColoredRectangle* ptrToDerivedClassObj = new ColoredRectangle(1.0, 2.0);

12 cout << ptrToDerivedClassObj->toString() <<endl;

13

14 Rectangle* ptrToBaseClassObj; // <---この宣言自体はエラーにならない 15 ptrToBaseClassObj = ptrToDerivedClassObj;

16 }

[motoki@x205a]$ g++ testStoringPtrToDerivObjInBaseVar_whenPrivDeriv.cpp

ColoredRectangle_verPrivDeriv.cpp Rectangle.cpp testStoringPtrToDerivObjInBaseVar_whenPrivDeriv.cpp: 関数 int main() :

testStoringPtrToDerivObjInBaseVar_whenPrivDeriv.cpp:15:21: エラー: Rectangle is an inaccessible base of ColoredRectangle

ptrToBaseClassObj = ptrToDerivedClassObj;

^ [motoki@x205a]$

これに関して、

• 例5.1,例5.3のコードとの本質的な違いは、上のColoredRectangle verPrivDeriv.h, 11行目のprivate指定と、testStoringPtrToDerivObjInBaseVar whenPrivDeriv.cpp, 14∼15行目 の「Rectangle* ptrToBaseClassObj;」という変数宣言,「ptrToBaseClassObj

= ptrToDerivedClassObj;」という代入文だけである。

• コンパイル結果を見ると、testStoringPtrToDerivObjInBaseVar whenPrivDeriv.cpp, 15行目 の代入文において、「 Rectangle is an inaccessible base of

ColoredRect-angle 」という理由で(ポインタの型変換がうまくいかずに)コンパイルエラーとなっ

ていることが分かる。(補足: private派生なので、生成したColoredRectangle型 オブジェクトはRectangle型オブジェクトとして備えているはずのインタフェースを 保有していない。そのため、ColoredRectangle型オブジェクトをRectangle型と見 做して使うことは出来ない。)

ドキュメント内 新潟大学学術リポジトリ (ページ 117-121)