Upcasting

Parte da seção Programação Orientada a Objetos do Journey de C da Coddy. Lição 31 de 61.

Upcasting é o ato de tratar um tipo específico (derivado) como seu tipo mais geral (base). No modelo de composição de C, isso significa passar para uma função que espera o tipo base um ponteiro para uma estrutura que incorpora esse tipo.

Considere uma estrutura base Vehicle e uma Car que a contém:

typedef struct {
    int speed;
} Vehicle;

typedef struct {
    Vehicle vehicle;  // Base como primeiro membro
    int doors;
} Car;

Agora imagine uma função genérica que funciona com qualquer veículo:

void accelerate(Vehicle* v, int amount) {
    v->speed += amount;
}

Graças à regra do primeiro membro, podemos passar um Car* para esta função convertendo-o para Vehicle*:

Car my_car = {{0}, 4};  // speed=0, doors=4
accelerate((Vehicle*)&my_car, 50);
printf("Speed: %d\n", my_car.vehicle.speed);  // Saída: 50

Isso é upcasting: estamos subindo de um tipo específico para um tipo geral. A função accelerate não sabe que está trabalhando com um Car; ela só vê um Vehicle. Isso permite escrever código reutilizável que opera sobre o tipo base e aceita qualquer tipo derivado que o incorpore.

Desafio

Fácil

Vamos criar um sistema de transporte simples que demonstra o upcasting em ação. Você vai criar um tipo base Vehicle e um tipo mais específico Motorcycle e, em seguida, mostrar como uma função genérica pode trabalhar com ambos por meio de conversão de ponteiros.

A vantagem do upcasting é que você pode escrever funções para o tipo base, e elas funcionarão perfeitamente com qualquer tipo derivado que o contenha. Sua motocicleta “é um” veículo, então qualquer função que espere um Vehicle* deve ser capaz de processá-la.

Você vai organizar seu código em três arquivos:

vehicle.h: Defina sua hierarquia de structs com proteção contra inclusões múltiplas. Crie uma struct Vehicle com dois campos: speed (um inteiro para a velocidade atual) e max_speed (um inteiro para a velocidade máxima do veículo). Em seguida, defina uma struct Motorcycle que contenha Vehicle como seu primeiro membro e adicione um campo has_sidecar (um inteiro, em que 1 significa sim e 0 significa não). Declare duas funções: boost, que recebe um Vehicle* e uma quantidade para aumentar a velocidade, e print_motorcycle, que recebe um Motorcycle*.
vehicle.c: Implemente ambas as funções. Sua função boost deve aumentar a velocidade do veículo pela quantidade informada, mas limitá-la a max_speed; se a nova velocidade ultrapassar o máximo, defina-a como max_speed. Sua função print_motorcycle deve exibir todas as informações da motocicleta, incluindo os dados do veículo contido nela.
main.c: Crie uma Motorcycle e inicialize todos os seus campos. Em seguida, demonstre o upcasting chamando a função boost: converta seu Motorcycle* em um Vehicle* para passá-lo a essa função genérica. Depois de aumentar a velocidade, imprima as informações da motocicleta para ver o resultado.

Você receberá quatro valores de entrada: a velocidade inicial da motocicleta, sua velocidade máxima, se ela tem um sidecar (1 ou 0) e a quantidade do aumento de velocidade.

A saída deve ser assim:

Speed: 75
Max Speed: 120
Sidecar: Yes

Em que 75 é a velocidade após o aumento (velocidade inicial 50 + aumento 25), 120 é a velocidade máxima, e Yes ou No indica se a motocicleta tem um sidecar. Se o aumento fizer a velocidade ultrapassar max_speed, ela deve ser limitada a max_speed.

O principal aprendizado aqui é que boost não sabe nada sobre motocicletas. Ela trabalha apenas com Vehicle. Ainda assim, por meio do upcasting, sua motocicleta pode usar essa função genérica para modificar os dados do veículo contido nela.

Experimente você mesmo

#include <stdio.h>
#include "vehicle.h"

int main() {
    int initial_speed, max_speed, has_sidecar, boost_amount;
    
    // Leia as entradas
    scanf("%d", &initial_speed);
    scanf("%d", &max_speed);
    scanf("%d", &has_sidecar);
    scanf("%d", &boost_amount);
    
    // TODO: Crie uma Motorcycle e inicialize todos os seus campos
    // Lembre-se: Motorcycle incorpora Vehicle como seu primeiro membro
    
    // TODO: Demonstre o upcasting chamando boost
    // Converta seu Motorcycle* para Vehicle* para passá-lo à função boost
    
    // TODO: Imprima as informações da motocicleta
    
    return 0;
}

Teste seus conhecimentos

Esta lição inclui um quiz rápido. Comece a lição para respondê-lo e acompanhar seu progresso.

Todas as lições de Programação Orientada a Objetos

3Ciclo de vida do objeto

Padrão de construtor Padrão de destrutor Inicialização da pilha Cópia profunda Revisão: wrapper de String

6Herança por composição

Incorporação de struct Regra do primeiro membro Acessando membros do tipo paiUpcastingRevisão: hierarquia de formas

9Projeto: Desenhador de Formas

Visão geral do projeto Implementação do círculo Implementação do retângulo Uso polimórfico Contêiner de formas

12Desafios Finais

Personagem de RPG Construtor Dinâmico de Strings Pilha Genérica Sistema de Eventos

Pratique por conta própria: Compilador de C online