Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi - Tekniikan yksikkö - Oamk

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
12. Periytyminen
Johdantoa
Käytännössä vähänkään laajemmissa ohjelmissa joudutaan laatimaan useita luokkia, joiden pitäisi pystyä
välittämään tietoa toisilleen. Ohjelmien ylläpidon kannalta olisi lisäksi suotavaa, että samaa koodia ei ole
useassa eri paikassa.
Olio-ohjelmoinnissa luokat voidaan järjestää siten, että ne pystyvät jakamaan yhteisiä tietoja ja aliohjelmia.
Periytyminen tarkoittaa, että jonkin ns. kantaluokan (base class) ominaisuuksia voidaan periyttää (inherit)
kantaluokasta johdetulle luokalle (derived class). Kokonaisuudessa luokkien periytyminen on varsin
monimutkaista. Tarkastellaan tällä kurssilla yksinkertaisinta tapausta eli ns. palveluliittymän periytymistä eli
public-periytymistä. Tarkemmin periytyminen on käsitelty esimerkiksi Markun materiaalissa ja Hietasen
kirjassa.
Kun tietokoneohjelmalla pyritään mallintamaan jotain reaalimaailman ilmiötä, päädytään väistämättä
määrittelemään erilaisia käsitteitä ja niiden välisiä suhteita. Yritäpä esimerkiksi mallintaa, mikä auto on. Pian
joudut turvautumaan sellaisiin käsitteisiin kuten pyörä, moottori, kuljettaja, jalankulkija, kuorma-auto,
henkilöauto, linja-auto, ambulanssi, tie, öljy jne…
Olio-ohjelmoinnissa luokkia käytetään reaalimaailman käsitteiden kuvaamiseen. Kysymys kuuluukin, miten
käsitteiden välisiä yhteyksiä kuvataan Miten pyörä liittyy autoon Entä moottori jne
Periytymisen avulla voidaan ilmaista käsitteiden välisiä hierarkkisia yhteyksiä ohjelmointikielellä.
Esimerkiksi ympyrällä, suorakulmiolla ja kolmiolla on jotain yhteistä. Kaikki ovat geometrisia muotoja, joilla on
tietty pinta-ala. Kaikkien pinta-ala kuitenkin tunnetusti lasketaan eri tavalla. Ohjelmassa täytyy siten määritellä
kolme luokkaa: Circle, Triangle ja Shape. Luokka Shape on kantaluokka ja Circle ja Triangle ovat kantaluokasta
johdettuja luokkia.
Johdetut
luokat ja public-periytymistapa
1

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
Tarkastellaan ohjelmaa, jonka on tarkoitus ylläpitää yrityksen henkilötietojärjestelmää. Yrityksessä on
kahdenlaisia työntekijöitä, tavallisia työntekijöitä ja eri tason johtajia. Luokan määritys voisi näyttää tältä:
class duunari
{
protected:
string etunimi,sukunimi;
int osasto;
double palkka;
public:
void duunaile();
duunari();
~duunari();
};
class pomo : public duunari
{
private:
int alaistenLKM;
public:
void johda();
pomo();
~pomo();
}
Johtaja on välttämättä aina myös yrityksen palkkalistoilla oleva työntekijä, mutta kaikki työntekijät eivät ole
johtajia. Johtajaan siis liittyy tietoja, joita työntekijään ei liity, esimerkiksi alaisten lukumäärä. Johtaja on
työntekijä, johon liittyy joitakin lisäominaisuuksia. Englanninkielessä puhutaan is-a-periytymisestä: A manager
is an employee.
Olio-ohjelmoinnin käsitteillä asia voidaan esittää siten, että luokka pomo on johdettu luokasta duunari. Toisin
päin ilmaistuna, luokka duunari on kantaluokka luokalle pomo. Luokka pomo sisältää (perii) kaikki luokan
duunari ominaisuudet ja siihen sisältyy omia ominaisuuksia, joita ei kuulu luokkaan duunari.
Johdettu luokka on siis yleensä aina suurempi kuin kantaluokka. Se sisältää enemmän tieto- ja / tai
aliohjelmajäseniä.
Kantaluokan ja johdetun luokan ohella käytetään termejä yliluokka ja aliluokka.
Public-periytymistavan yleinen muoto on:
class yliluokka
{
private:
protected:
2

public:
};
T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
class aliluokka : public yliluokka
{
private:
public:
};
Luokan määrittelyssä esiintyy uusi avainsana protected. Sana protected määrittelee luokan suojatun jäsenen.
Yksityisen ja suojatun jäsenen välinen ero on siinä, miten kyseisestä luokasta johdetut luokat pystyvät
käsittelemään niiden sisältämiä tietoja:
Suojattuja jäseniä (protected) voivat käsitellä myös luokasta johdetut luokat.
Yksityisiä jäseniä (private) voi käsitellä vain luokka itse, ei siitä johdetut luokat.
Julkisia jäseniä (public) voi käsitellä mikä tahansa, myös luokkaan kuulumaton aliohjelma, mukaan
lukien main().
Edellä siis luokan duunari kaikki tietojäsenet on määriteltävä suojatuiksi, koska siitä johdetun luokan pomo
pitää pystyä käsittelemään duunarin tietoja. Sen sijaan luokasta pomo ei ole johdettu luokkia, eikä duunarin
tarvitse tietää, montako alaista pomolla on. Siksi luokan pomo ainoa tietojäsen alaistenLKM pitää määritellä
yksityiseksi.
Alla olevaan taulukkoon on koottu, kenellä on oikeus käsitellä luokan jäseniä (joko tieto- tai aliohjelmajäseniä).
Access
public protected private
Saman luokan jäsenet kyllä kyllä kyllä
Johdettujen luokkien jäsenet kyllä Kyllä ei
Ei-jäsenet kyllä ei ei
Kanta- ja johdettu luokka käsittelevät kumpikin omia yksityisiä jäseniään. Johdetun luokan aliohjelmissa
voidaan viitata kantaluokan protected- ja public-määreen jäljessä esiteltyihin jäseniin. Public-periytymistapa
3

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
pitää kantaluokan jäsenten näkyvyyssäännöt johdetussa luokassa ennallaan. Jos johdetusta luokasta
periytetään uusi johdettu luokka, näkee uusi luokka ylimmän luokan protected-jäsenet myös oman
kantaluokkansa protected-jäseninä. Vastaavasti näkyvät ylimmän luokan public-jäsenet.
Kanta- ja johdettu luokka voivat sisältää tarvittaessa samannimisiä tietoja ja aliohjelmia. Tässä tapauksessa
johdettu luokka peittää kantaluokan vastaavannimisen aliohjelman.
Esimerkki: Monikulmio
Mitä yhteistä on suorakulmiolla ja kolmiolla Molemmat ovat monikulmioita (engl. polygon) ja molempien
pinta-ala lasketaan korkeuden ja leveyden avulla. Tämä yhteys voitaisiin esittää luokkahierarkiana
CPolygon on kantaluokka, josta voidaan periyttää johdetut luokat CRectangle (suorakulmio) ja
Ctriangle (kolmio).
Seuraavassa on esitetty luokan CPolygon määrittely:
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b;}
};
4

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
Luokka sisältää suojatut tietojäsenet width ja height, sekä yhden julkisen aliohjelmajäsenen
set_values(). Johdetut luokat perivät kantaluokan jäsenet, joten niihin tarvitsee erikseen
kirjoittaa ainoastaan metodit, jotka laskevat pinta-alan (pinta-alan laskentahan on tunnetusti erilainen
kolmiolle ja suorakulmiolle):
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void)
{ return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void)
{ return (width * height / 2); }
};
Pääohjelmassa oliota voidaan kutsua esimerkiksi seuraavasti:
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
rect.set_values (4,5);
trgl.set_values (4,5);
cout

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
Public-periytymisessä johdetun luokan jäsenillä on samat suojausmekanismit kuin kantaluokassa. Jos jäsen on
kantaluokassa tyyppiä protected, on se myös johdetussa luokassa protected.
Edellä kaksoispisteen jäljessä oleva määre kertoo luokan jäsenten minimisuojaustason. Jos periytyminen
määritellään olevan tyyppiä protected, ovat kaikki johdetun luokan jäsenet vähintään tyyppiä protected
(kantaluokan public-jäsenet muuttuvat protected-tyyppisiksi). Jos periytyminen määritellään olevan tyyppiä
private, ovat kaikki johdetun luokan jäsenet tyyppiä private (siis kantaluokan sekä public- että
protected-jäsenet muuttuvat private-tyyppisiksi). Johdetulla luokalla voi olla omia jäseniä, jotka eivät periydy
kantaluokasta, joilla on ”löyhemmät” suojausominaisuudet.
Mitä tapahtuu, jos CRectangle määriteltäisiin periytyväksi luokasta CPolygon protected-tyyppisesti
class CRectangle: protected CPolygon {
public:
int area (void)
{ return (width * height); }
};
CPolygon sisältää julkisen aliohjelmajäsenen set_values(). Määrityksen jälkeen se muuttuisi
protected-tyyppiseksi. Onko tällä muutoksella vaikutuksia ohjelman toimintaan
Vastaavasti määrittely:
class CRectangle: private CPolygon {
public:
};
int area (void)
{ return (width * height); }
muuttaisi set_values()-metodin private-tyyppiseksi. Entä onko tällä vaikutusta ohjelman toimintaan
Kummassakaan edellä mainitussa tapauksessa set_values()-metodia ei enää voi kutsua pääohjelmasta,
koska main() ei ole luokan CPolygon jäsen eikä aliluokka. Käytännössä public-periytyminen on
ylivoimaisesti yleisin.
6

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
13. Polymorfismi
Eräs johdetun luokan keskeinen ominaisuus on, että osoitin johdettuun luokkaan on tyyppiyhteensopiva
kantaluokkaan osoittavan osoittimen kanssa. Seuraavassa ohjelmassa on luotu kaksi osoitinta luokkaan
CPolygon (ppoly1 ja ppoly2) ja asetetaan ne osoittamaan luokan olioihin rect ja trgl. Tämä on
mahdollista, koska sekä luokat CRectangle että CTriangle on johdettu CPolygon-luokasta. Ainoa
rajoitus on, että koska ppoly1 ja ppoly2 ovat tyyppiä CPolygon, niillä on käytössä vain ne palvelut, jotka
CPolygon tarjoaa, ei johdettujen luokkien palvelut. Esimerkiksi siis pinta-alan laskenta ei ole näiden
osoittimien avulla mahdollista, koska ne määritellään johdetuissa luokissa.
Jos pinta-ala haluttaisiin laskea luokkaan CPolygon osoittavien osoittimien avulla, pitäisi laskenta olla
määritelty tässä luokassa. Ongelmaksi muodostuu, että pinta-ala on erilainen kolmiolla ja suorakulmiolle.
Ongelma on mahdollista ratkaista virtuaalisten jäsenten avulla.
// pointers to base class
#include
using namespace std;
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b; }
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area ()
{ return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area ()
{ return (width * height / 2); }
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
CPolygon * ppoly1 = ▭
CPolygon * ppoly2 = &trgl;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
7

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
}
cout

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
}
cout area()

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
On virheellinen jos CPolygon on abstrakti kantaluokka, mutta osoittimet
CPolygon * ppoly1;
CPolygon * ppoly2;
ovat OK. Näillä osoittimilla voidaan osoittaa johdettujen luokkien olioihin.
// abstract base class
#include
using namespace std;
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b; }
virtual int area (void) =0;
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void)
{ return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void)
{ return (width * height / 2); }
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
CPolygon *ppoly1 = ▭
CPolygon *ppoly2 = &trgl;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
cout area()

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
jäsenfunktio luokkaan CPolygon, joka tulostaa näytölle olion pinta-alan, vaikka luokassa itsessään ei
ole pinta-alan laskentaa:
// pure virtual members can be called
// from the abstract base class
#include
using namespace std;
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b; }
virtual int area (void) =0;
void printarea (void)
{ cout area() set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
ppoly1->printarea();
ppoly2->printarea();
return 0;
}
Viimeisessä esimerkissä olioille varataan muistia dynaamisesti:
// dynamic allocation and polymorphism
#include
using namespace std;
class CPolygon {
11

T740103 Olio-ohjelmointi
Osa 5: Periytyminen ja polymorfismi
© Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö 2010
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b; }
virtual int area (void) =0;
void printarea (void)
{ cout area() set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
ppoly1->printarea();
ppoly2->printarea();
delete ppoly1;
delete ppoly2;
return 0;
}
Huomaa, että vaikka osoittimien ppoly1 ja ppoly2 tyyppi on CPolygon, mutta kun niille allokoidaan
muistia new-metodilla, ovat tyypit CRectangle ja CTriangle. Tällöin siis käytännössä ppoly1 on tyyppiä
CRectangle ja ppoly2 tyyppiä CTriangle.
12