Лаб. работа “Структурные механизмы языка программирования для реализации полиморфизма в программах”

Программирование сетевых приложений
Практика
Автор

Бизюк Андрей

Дата публикации

9 апреля 2026 г.

Цель работы

Изучить механизм виртуальных функций и переопределения методов. Разработать иерархию классов для представления сетевых команд с полиморфным выполнением через единый интерфейс.

Теоретические сведения

Виртуальные функции

Виртуальная функция — функция базового класса, которая может быть переопределена в производных классах. Вызов виртуальной функции через указатель на базовый класс приводит к вызову версии функции того объекта, на который указатель фактически ссылается.

class AbstractCommand {
public:
    virtual void execute() = 0;        // чисто виртуальная
    virtual ~AbstractCommand() = default; // виртуальный деструктор
};

Чисто виртуальные функции и абстрактные классы

Чисто виртуальная функция обозначается = 0. Класс, содержащий хотя бы одну чисто виртуальную функцию, является абстрактным — нельзя создать его объект.

class AbstractCommand {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual string getName() const = 0;
    virtual ~AbstractCommand() = default;
};

Переопределение (override)

Ключевое слово override проверяет, что функция действительно переопределяет виртуальную функцию базового класса:

class LoginCommand : public AbstractCommand {
public:
    void execute() override { /* реализация */ }
    string getName() const override { return "LOGIN"; }
};

Полиморфный вызов через указатель

vector<AbstractCommand*> commands;
commands.push_back(new LoginCommand("admin", "12345"));
commands.push_back(new SendCommand("Hello"));
commands.push_back(new DisconnectCommand());

for (auto* cmd : commands) {
    cmd->execute();    // полиморфный вызов
    delete cmd;
}

Виртуальный деструктор

Без виртуального деструктора при delete через указатель на базовый класс вызывается только деструктор базового класса, а не производного — утечка ресурсов.

// БЕЗ virtual: вызывается только ~AbstractCommand()
// С virtual: вызывается ~LoginCommand(), затем ~AbstractCommand()
AbstractCommand* cmd = new LoginCommand();
delete cmd;

Задание для выполнения

Разработать иерархию классов для представления сетевых команд с использованием виртуальных функций. Реализовать обработчик, который принимает массив указателей на базовый класс и полиморфно выполняет каждую команду.

Требования к программе

  1. Создать абстрактный базовый класс AbstractCommand:

    • защищённые поля: timestamp (string), status (string, по умолчанию "pending")
    • чисто виртуальные методы: void execute(), string getName() const, string getDescription() const
    • открытые методы: string getStatus() const, string getTimestamp() const
    • виртуальный деструктор

  2. Создать производные классы:

    • LoginCommand — аутентификация на сервере
      • поля: username, password (string)
      • execute(): проверяет длину пароля (≥ 6), если успешно — status = "OK", иначе — status = "FAILED: invalid password". Выводит: [LOGIN] Попытка входа: <username> → <status>
    • SendCommand — отправка данных
      • поля: recipient (string), data (string), dataSize (int, вычисляется в конструкторе)
      • execute(): если data не пустое и recipient не пустой — status = "OK", иначе — status = "FAILED: empty data or recipient". Выводит: [SEND] → <recipient> (<dataSize> байт) → <status>
    • ReceiveCommand — получение данных
      • поля: sender (string), buffer (string, заполняется при выполнении)
      • execute(): генерирует случайное сообщение от sender. status = "OK". Выводит: [RECV] ← <sender>: <buffer> → <status>
    • DisconnectCommand — отключение от сервера
      • поля: reason (string)
      • execute(): status = "OK". Выводит: [DISCONNECT] Причина: <reason> → <status>
    • PingCommand — проверка доступности
      • поля: targetHost (string), rtt (int, генерируется случайно 1–100 мс)
      • execute(): status = "OK". Выводит: [PING] <targetHost> — RTT: <rtt>мс → <status>
    • StatusCommand — запрос статуса сервера
      • поля: serverInfo (string, заполняется при выполнении)
      • execute(): генерирует информацию о сервере (имитация). status = "OK". Выводит: [STATUS] <serverInfo> → <status>

  3. Создать класс CommandHandler:

    • поле: vector<AbstractCommand*> history
    • метод addCommand(AbstractCommand* cmd) — добавляет команду в историю
    • метод executeAll() — полиморфно выполняет все команды из истории
    • метод showHistory() — выводит все выполненные команды с их статусами
    • метод showSuccessful() — выводит только команды со статусом "OK"
    • метод clearHistory() — удаляет все команды из истории (с освобождением памяти)

  4. В функции main():

    • Создать объект CommandHandler
    • Добавить команды всех типов с различными параметрами
    • Выполнить все команды через executeAll()
    • Вывести полную историю
    • Вывести только успешные команды
    • Очистить историю

Пример ожидаемого вывода

=== Выполнение команд ===
[LOGIN] Попытка входа: admin → OK
[SEND] → user@192.168.1.5 (13 байт) → OK
[RECV] ← server@10.0.0.1: ACK received → OK
[DISCONNECT] Причина: user request → OK
[PING] 192.168.1.1 — RTT: 23мс → OK
[STATUS] Сервер: online, клиенты: 5, нагрузка: 32% → OK
[LOGIN] Попытка входа: guest → FAILED: invalid password
[SEND] →  (0 байт) → FAILED: empty data or recipient

=== История выполнения (8 команд) ===
1. [LOGIN]    admin       → OK
2. [SEND]     user@...    → OK
3. [RECV]     server@...  → OK
4. [DISCONNECT] user req   → OK
5. [PING]     192.168.1.1 → OK
6. [STATUS]   online      → OK
7. [LOGIN]    guest       → FAILED: invalid password
8. [SEND]     (empty)     → FAILED: empty data or recipient

=== Успешные команды: 6 из 8 ===

Индивидуальные задания

Вариант 1. FTP-команды

Базовый класс: AbstractFTPCommand (защищённые: timestamp, status; чисто виртуальные: execute(), getName(), getDescription(); виртуальный деструктор). Производные: ConnectCommand (host, port; execute: [CONNECT] Подключение к <host>:<port> → OK), UploadCommand (filename, size; execute: [UPLOAD] <filename> (<size> байт) → OK/FAILED), DownloadCommand (filename; execute: [DOWNLOAD] <filename> → OK/FILE_NOT_FOUND), DeleteCommand (filename; execute: [DELETE] <filename> → OK/DENIED), ListCommand (path; execute: [LIST] <path> → файл1, файл2, ...), ChangeDirCommand (path; execute: [CD] <path> → OK/NOT_FOUND). Обработчик: FTPHandler — addCommand(), executeAll(), showHistory(), showSuccessful(), clearHistory().

Вариант 2. HTTP-команды

Базовый класс: AbstractHTTPCommand (защищённые: timestamp, status; чисто виртуальные: execute(), getName(), getDescription(); виртуальный деструктор). Производные: GetCommand (url; execute: [GET] <url> → 200 OK / 404 Not Found), PostCommand (url, body; execute: [POST] <url> (body: <size> байт) → 201 Created), PutCommand (url, body; execute: [PUT] <url> → 200 OK), DeleteCommand (url; execute: [DELETE] <url> → 204 No Content), HeadCommand (url; execute: [HEAD] <url> → 200 OK (headers only)), OptionsCommand (url; execute: [OPTIONS] <url> → Allow: GET, POST, PUT, DELETE). Обработчик: HTTPHandler — addCommand(), executeAll(), showHistory(), showSuccessful(), clearHistory().

Вариант 3. HTTP-команды

Базовый класс: AbstractHTTPCommand. Производные: GetCommand (url), PostCommand (url, body), PutCommand (url, body), DeleteCommand (url), HeadCommand (url), OptionsCommand (url). Обработчик: HTTPHandler.

Вариант 4. SMTP-команды

Базовый класс: AbstractMailCommand. Производные: HELOCommand (domain), MAILFROMCommand (email), RCPTTOCommand (email), DATACOMMAND (subject, body), QUITCommand, RSETCommand. Обработчик: SMTPHandler.

Вариант 5. DNS-команды

Базовый класс: AbstractDNSCommand. Производные: LookupCommand (domain, type), AddRecordCommand (domain, type, value), RemoveRecordCommand (domain), ListZoneCommand (zone), FlushCacheCommand, StatusCommand. Обработчик: DNSHandler.

Вариант 6. SSH-команды

Базовый класс: AbstractSSHCommand. Производные: ConnectCommand (host, user), ExecuteCommand (command), SCPUploadCommand (local, remote), SCPDownloadCommand (remote, local), TunnelCommand (localPort, remotePort), DisconnectCommand. Обработчик: SSHHandler.

Вариант 7. Команды управления IoT

Базовый класс: AbstractIoTCommand. Производные: ReadSensorCommand (deviceId, type), SetActuatorCommand (deviceId, value), RegisterDeviceCommand (id, type), RemoveDeviceCommand (id), ListDevicesCommand, GetStatusCommand (id). Обработчик: IoTHandler.

Вариант 8. Команды мониторинга

Базовый класс: AbstractMonitorCommand. Производные: CheckCPUCommand (host, threshold), CheckMemoryCommand (host, threshold), CheckDiskCommand (host, path), CheckServiceCommand (host, service), PingCommand (host), TopProcessesCommand (host, count). Обработчик: MonitorHandler.

Вариант 9. Команды управления контейнерами

Базовый класс: AbstractContainerCommand. Производные: StartCommand (name), StopCommand (name), RestartCommand (name), BuildCommand (name, image), RemoveCommand (name), ListCommand. Обработчик: ContainerHandler.

Вариант 10. Команды балансировщика

Базовый класс: AbstractLBCommand. Производные: AddBackendCommand (ip, port), RemoveBackendCommand (ip), SetAlgorithmCommand (algo), EnableBackendCommand (ip), DisableBackendCommand (ip), ShowStatusCommand. Обработчик: LBHandler.

Вариант 11. Команды фаервола

Базовый класс: AbstractFirewallCommand. Производные: AddRuleCommand (from, to, port, action), RemoveRuleCommand (id), ListRulesCommand, EnableRuleCommand (id), DisableRuleCommand (id), ShowStatsCommand. Обработчик: FirewallHandler.

Вариант 12. Команды базы данных

Базовый класс: AbstractDBCommand. Производные: SelectCommand (table, columns, where), InsertCommand (table, values), UpdateCommand (table, set, where), DeleteCommand (table, where), CreateTableCommand (table, columns), DropTableCommand (table). Обработчик: DBHandler.

Вариант 13. Команды чата

Базовый класс: AbstractChatCommand. Производные: JoinCommand (room, username), LeaveCommand (room), SendMessageCommand (room, text), PrivateMessageCommand (to, text), ListRoomsCommand, ListUsersCommand (room). Обработчик: ChatHandler.

Вариант 14. Команды VPN

Базовый класс: AbstractVPNCommand. Производные: ConnectCommand (server, protocol), DisconnectCommand, StatusCommand, ListServersCommand, SetDNSSommand (dns), CheckSpeedCommand (server). Обработчик: VPNHandler.

Вариант 15. Команды файлового сервера

Базовый класс: AbstractFileCommand. Производные: CreateFileCommand (path, size), DeleteFileCommand (path), MoveCommand (from, to), CopyCommand (from, to), SetPermissionsCommand (path, perms), GetInfoCommand (path). Обработчик: FileHandler.

Вариант 16. Команды аутентификации

Базовый класс: AbstractAuthCommand. Производные: RegisterCommand (login, password), LoginCommand (login, password), LogoutCommand, ChangePasswordCommand (old, new), ResetPasswordCommand (email), CheckTokenCommand (token). Обработчик: AuthHandler.

Вариант 17. Команды кэша

Базовый класс: AbstractCacheCommand. Производные: GetCommand (key), SetCommand (key, value, ttl), DeleteCommand (key), FlushCommand, StatsCommand, ExistsCommand (key). Обработчик: CacheHandler.

Вариант 18. Команды очереди сообщений

Базовый класс: AbstractQueueCommand. Производные: PublishCommand (topic, message), SubscribeCommand (topic), UnsubscribeCommand (topic), CreateTopicCommand (name), DeleteTopicCommand (name), ListTopicsCommand. Обработчик: QueueHandler.

Вариант 19. Команды резервного копирования

Базовый класс: AbstractBackupCommand. Производные: FullBackupCommand (source, destination), IncrementalCommand (source, destination), RestoreCommand (backup, target), ScheduleCommand (source, interval), ListBackupsCommand, VerifyCommand (backup). Обработчик: BackupHandler.

Вариант 20. Команды CI/CD

Базовый класс: AbstractCICommand. Производные: BuildCommand (project, branch), TestCommand (project, suite), DeployCommand (project, env), RollbackCommand (project, version), StatusCommand (project), ListProjectsCommand. Обработчик: CIHandler.

Порядок выполнения

  1. Создать проект C++ в Qt Creator (CMake).
  2. Определить абстрактный класс AbstractCommand.
  3. Реализовать все производные классы команд с переопределением execute(), getName(), getDescription().
  4. Реализовать класс CommandHandler с полиморфным выполнением.
  5. В main() создать команды, выполнить, вывести результаты.
  6. Скомпилировать, запустить, сохранить скриншоты.

Контрольные вопросы

  1. Что такое виртуальная функция и как она реализуется в C++ (vtable)?
  2. Что такое чисто виртуальная функция? Можно ли создать объект абстрактного класса?
  3. Что означает ключевое слово override? Чем отличается переопределение от перегрузки?
  4. Почему деструктор базового класса должен быть виртуальным? Что произойдёт, если он не виртуальный?
  5. Что такое статический и динамический полиморфизм? Приведите примеры.
  6. Можно ли вызвать чисто виртуальную функцию из конструктора базового класса?
  7. Какова роль указателя на базовый класс при работе с коллекцией объектов производных классов?
  8. В чём преимущество паттерна «Команда» для сетевых приложений?

Содержание отчёта

  1. Тема, цель и задание лабораторной работы.
  2. Диаграмма иерархии классов команд.
  3. Текст программы с комментариями.
  4. Скриншоты результата выполнения программы.
  5. Ответы на контрольные вопросы.
Наверх