Жанр: Учеба
Язык С++ с комментариями
... if (p-"n == 1)
delete p-"s;
p-"s = new char[ strlen(s)+1 ];
strcpy(p-"s, s);
p-"n = 1;
return *this;
}
Благоразумно обеспечить, чтобы присваивание объекта самому себе
работало правилньо:
- стр 193 -
string& string::operator=(string& x)
{
x.p-"n++;
if (--p-"n == 0) {
delete p-"s;
delete p;
}
p = x.p;
return *this;
}
Операция вывода задумана так, чтобы продемонстрировать применение
учета ссылок. Она повторяет каждую вводимую строку (с помощью
операции "", которая определяется позднее):
ostream& operator""(ostream& s, string& x)
{
return s "" x.p-"s "" " [" "" x.p-"n "" "]\n";
}
Операция ввода использует стандартную функцию ввода символьной
строки (#8.4.1).
istream& operator""(istream& s, string& x)
{
char buf[256];
s "" buf;
x = buf;
cout "" "echo: " "" x "" "\n";
return s;
}
Для доступа к отдельным символам предоставлена операция
индексирования. Осуществляется проверка индекса:
void error(char* p)
{
cerr "" p "" "\n";
exit(1);
}
char& string::operator[](int i)
{
if (i"0 || strlen(p-"s)s[i];
}
Головная программа просто немного опреобует действия над
строками. Она читает слова со ввода в строки, а потом эти строки
печатает. Она продолжает это делать до тех пор, пока не распознает
строку done, которая завершает сохранение слов в строках, или не
встретит конец файла. После этого она печатает строки в обратном
порядке и завершается.
- стр 194 -
main()
{
string x[100];
int n;
cout "" "отсюда начнем\n";
for (n = 0; cin""x[n]; n++) {
string y;
if (n==100) error("слишком много строк");
cout "" (y = x[n]);
if (y=="done") break;
}
cout "" "отсюда мы пройдем обратно\n";
for (int i=n-1; 0"=i; i--) cout "" x[i];
}
6.10 Друзья и Члены
Теперь, наконец, можно обсудить, в каких случаях для доступа к
закрытой части определяемого пользователем типа использовать члены,
а в каких - друзей. Некоторые операции должны быть членами:
конструкторы, деструкторы и виртуальные функции (см. следующую
главу), но обчно это зависит от выбора.
Рассмотрим простой класс X:
class X {
// ...
X(int);
int m();
friend int f(X&);
};
Внешне не видно никаких причин делать f(X&) другом дополнительно к
члену X::m() (или наоборот), чтобы реализовать действия над классом
X. Однако член X::m() можно вызывать только для "настоящего
объекта", в то время как друг f() может вызываться для объекта,
созданного с помощью неявного преобразования типа. Например:
void g()
{
1.m(); // ошибка
f(1); // f(x(1));
}
Поэтому операция, изменяющее состояние объекта, должно быть
членом, а не другом. Для определяемых пользователем типов операции,
требующие в случае фундаментальных типов операнд lvalue (=, *=, ++
и т.д.), наиболее естественно определяются как члены.
И наоборот, если нужно иметь неявное преобразование для всех
операндов операции, то реализующая ее функция должна быть другом, а
не членом. Это часто имеет место для функций, кторые реализуют
операции, не требующие при применении к фуныаментальным типам
lvalue в качестве операндов (+, -, || и т.д.).
- стр 195 -
Если никакие преобразования типа не определены, то оказывается,
что нет никаких существенных оснований в пользу члена, если есть
друг, который получает ссылочный параметр, и наоборот. В некоторых
случаях программист может предпочитать один синтаксис вызова
другому. Например, оказывается, что большинство предпочитает для
обращения матрицы m запись m.inv(). Конечно, если inv()
действительно обращает матрицу m, а не просто возвращает новую
матрицу, обратную m, ей следут быть другом.
При прочих равных условиях выбирайте, чтобы функция была членом:
никто не знает, вдруг когда-нибудь кто-то определит операцию
преобразования. Невозможно предсказать, потребуют ли будущие
изменения изменить статус объекта. Синтаксис вызова функции члена
ясно указывает пользователю, что объект можно изменить; ссылочный
параметр является далеко не столь очевидным. Кроме того, выражения
в члене могут быть заметно короче выражений в друге. В функции
друге надо использовать явный параметр, тогда как в члене можно
использовать неявный this. Если только не применяется перегрузка,
имена членов обычно короче имен друзей.
6.11 Предостережение
Как и большая часть возможностей в языках программирования,
перегрузка операций может применяться как правильно, так и
неправильно. В частности, можно так воспользоваться возможность
определять новые значения старых операций, что они станут почти
совсем непостижимы. Представьте, например, с какими сложностями
столкнется человек, читающий программу, в которой операция + была
переопределена для обозначения вычитания.
Данный аппарат должен уберечь программиста/читателя от худших
крайностей применения перегрузки, потому что программист
предохранен от изменения значения операций для основных типов
данных вроде int, а также потому, что синтаксис выражений и
приоритеты операций сохраняются.
Может быть. разумно применять перегрузку операций главным образом
так, чтобы подражать общепринятому применению операций. В тех
случаях, когда нет общепринятой операции или имеющееся в C++
множество операций не подходит для имитации общепринятого
применения, можно использовать запись вызова функции.
6.12 Упражнения
1. (*2) Определите итератор для класса string. Определите
операцию конкатенации + и операцию "добавить в конец" +=.
Какие еще операции над string вы хотели бы осуществлять?
2. (*1.5) Задайте с помощью перегрузки () операцию выделения
подстроки для класса строк.
3. (*3) Постройте класс string так, чтобы операция выделения
подстроки могла использоваться в левой части присваивания.
Напишите сначала версию, в которой строка может присваиваться
подстроке той же длины, а потом версию, где эти длины могут
быть разными.
4. (*2) Постройте класс string так, чтобы для присваивания,
передачи параметров и т.п. он имел семантику по значению, то
- стр 196 -
есть в тех случаях, когда копируется строковое представление,
а не просто управляющая структура данных класса sring.
5. (*3) Модифицируйте класс string из предыдущего примера таким
образом, чтобы строка копировалась только когда это
необходимо. То есть, храните совместно используемое
представление двух строк, пока одна из этих строк не будет
изменена. Не пытайтесь одновременно с этим иметь операцию
выделения подстроки, которая может использоваться в левой
части.
6. (*4) Разработайте класс string с семантикой по значению,
копированием с задержкой и операцией подстроки, которая может
стоять в левой части.
7. (*2) Какие преобразования используются в каждом выражении
следующей программы:
struct X {
int i;
X(int);
operator+(int);
};
struct Y {
int i;
Y(X);
operator+(X);
operator int();
};
X operator* (X,Y);
int f(X);
X x = 1;
Y y = x;
int i = 2;
main()
{
i + 10;
y + 10;
y + 10 * y;
x + y + i;
x * x + i;
f(7);
f(y);
y + y;
106 + y;
}
Определите X и Y так, чтобы они оба были целыми типами.
Измените программу так, чтобы она работала и печатала значения
всех допустимых выражений.
8. (*2) Определите класс INT, который ведет себя в точности как
int. Подсказка: определите INT::operator int().
9. (*1) Определите класс RINT, который ведет себя в точности как
int за исключением того, что единственные возможные операции -
- стр 197 -
это + (унарный и бинарный), - (унарный и бинарный), *, /, %.
Подсказка: не определяйте $ (R?)INT::operator int().
10. (*3) Определите класс LINT, ведущий себя как RINT за
исключением того, что имеет точность не менее 64 бит.
11. (*4) Определите класс, который реализует арифметику с
произвольной точностью. Подсказка: вам надо управлять памятью
аналогично тому, как это делалось для класса string.
12. (*2) Напишите программу, доведенную до нечитаемого состояния
с помощью макросов и перегрузки операций. Вот идея: определите
для INT + чтобы он означал - и наоборот, а потом с помощью
макроопределения определите int как INT. Переопределение часто
употребляемых функций, использование параметров ссылочного
типа и несколько вводящих в заблуждение комментариев помогут
устроить полную неразбериху.
13. (*3) Поменяйтесь со своим другом программами, которые у вас
получились в предыдущем упражнении. Не запуская ее попытайтесь
понять, что делает программа вашего друга. После выполнения
этого упражнения вы будете знать, чего следует избегать.
14. (*2) Перепишите примеры с comlpex (#6.3.1), tiny (#6.3.2) и
string (#6.9) не используя friend функций. Используйте только
функции члены. Протестируйте каждую из новых версий. Сравните
их с версиями, в которых используются функции друзья. Еще раз
посмотрите Упражнение 5.3.
15. (*2) Определите тип vec4 как вектор их четырех float.
Определите operator[] для vec4. Определите операции +, -, *,
/, =, +=, -=, *=, /= для сочетаний векторов и чисел с
плавающей точкой.
16. (*3) Определите класс mat4 как вектор из четырех vec4.
Определите для mat4 operator[], возвращающий vec4. Определите
для этого типа обычные операции над матрицами. Определите
функцию, которая производит исключение Гаусса для mat4.
17. (*2) Определите класс vector, аналогичный vec4, но с длиной,
которая задается как параметр конструктора
vector::vector(int).
18. (*3) Определите класс matrix, аналогичный mat4, но с
размерностью, задаемой параметрами конструктора
matrix::matrix(int,int).
Глава 7
Производные Классы
Не надо размножать объекты без необходимости
- У. Оккам
В этой главе описывается понятие производного класса в C++.
Производные классы дают простой, гибкий и эффективный аппарат
задания для класса альтернативного интерфейса и определения класса
посредством добавления возможностей к уже имеющемуся классу без
перепрограммирования или перекомпиляции. С помощью производных
классов можно также обеспечить общий интерфейс для нескольких
различных классов так, чтобы другие части программы могли работать
с объектами этих классов одинаковым образом. При этом обычно в
каждый объект помещается информация о типе, чтобы эти объекты могли
обрабатываться соответствуюшим образом в ситуациях, когда их тип
нельзя узнать во время компиляции. Для элегантиной и надежной
обработки таких динамических зависимостей типов имеется понятие
виртуальной функции. По своей сути производные классы существуют
для того, чтобы облегчить программисту формулировку общности.
7.1 Введение
Представим себе процесс написания некоторого средства общего
назначения (например, тип связанный список, таблица имен или
планировщик для системы моделирования), кооторое предназначается
для использоания многими разными людьми в различных
обстоятельствах. Очевидно, что в кандидатах на роль таких средств
недостатка нет, и выгоды от их стандартизации огромны. Кажется,
любой опытный программист написал (и отладил) дюжину вариантов
типов множества, таблицы имен, сортирующей функции и т.п., но
оказывается, что таблиц имен каждый программист и каждая программа
используют свою версию этих понятий, из-за чего программы слишком
трудно читать, тяжело отлаживать и сложно модифицировать. Более
того, в большой программе вполне может быть несколько копий
идентичных (почти) частей кода для работы с такими фундаментальными
понятиями.
Причина этого хаоса частично состоит в том, что представить такие
общие понятия в языке программирования сложно с концептульной точки
зрения, а частично в том, что средства, обладающие достаточной
общностью, налагают дополнительные расходы по памяти и/или по
времени, что делает их неудобными для самых простых и наиболее
напряженно используемых средств (связанные списки, вектора и т.п.),
где они были бы наиболее полезны. Понятие производного класса в
C++, описываемое в #7.2, не обеспечивают общего решения всех этих
проблем, но оно дает способ справляться с довольно небольшим числом
важных случаев. Будет, например, показано, как определить
эффективный класс общего связанного списка таким образом, чтобы все
его версии использовали код совместно.
Написание общецелевых средств - задача непростая, и часто
основной акцент в их разработке другой, чем при разработке программ
специального назначения. Конечно, нет четкой границы между
средствами общего и специального назначения, и к методам и языковым
- стр 199 -
средствам, которые описываются в этой главе, можно относиться так,
что они становятся все более полезны с ростом объема и сложности
создаваемых программ.
7.2 Производные Классы
Чтобы разделить задачи понимания аппарата языка и методов его
применения, знакомство с понятием производных классов делается в
три этапа. Вначале с помощью небольших примеров, которые не надо
воспринимать как реалистичные, будут описаны сами средства языка
(заись и семантика). После этого демонстрируются некоторые
неочевидные применения производных классов, и, наконец, приводится
законченная программа.
7.2.1 Построение Производного Класса
Рассмотрим построение программы, которая имеет дело с людьми,
служащими в некоторой фирме. Структура данных в этой программе
может быть например такой:
struct employee { // служащий
char* name; // имя
short age; // возраст
short department; // подразделение
int salary; //
employee* next;
// ...
};
Список аналогичных служащих будет свзяваться через поле next.
Теперь давайте определим менеджера:
struct manager { // менеджер
employee emp; // запись о менеджере как о служащем
employee* group; // подчиненные люди
// ...
};
Менеджер также является служащим; относящиеся к служащему employee
данные хранятся в члене emp объекта manager. Для читающего это
человека это, может быть, очевидно, но нет ничего выделяющего член
emp для компилятора. Указатель на менеджера (manager*) не является
указателем на служащего (employee*), поэтому просто использовать
один там, где требуется другой, нельзя. В частности, нельзя
поместить менеджера в список служащих, не написав для этого
специальную программу. Можно либо применить к manager* явное
преобразование типа, либо поместить в список служащих адрес члена
emp, но и то и другое мало элегантно и довольно неясно. Корректный
подход состоит в том, чтобы установить, что менеджер является
служащим с некоторой добавочной информацией:
- стр 200 -
struct manager : employee {
employee* group;
// ...
};
manager является производным от employee и, обратно, employee есть
базовый класс для manager. Класс manager дополнительно к члену
group имеет члены класса employee (name, age и т.д.).
Имея определения employee и manager мы можем теперь создать
список служащих, некоторые из которых являются менеджерами.
Например:
void f()
{
manager m1, m2;
employee e1, e2;
employee* elist;
elist = &m1; // поместить m1, e1, m2 и e2 в elist
m1.next = &e1;
e1.next = &m2;
m2.next = &e2;
e2.next = 0;
}
Поскольку менеджер является служащим, manager* может использоваться
как employee*. Однако служащий необязательно является менеджером,
поэтому использовать employee* как manager* нельзя.
7.2.2 Функции Члены
Просто структуры данных вроде employee и manager на самом деле не
столь интересны и часто не особенно полезны, поэтому рассмотрим,
как добавить к ним функции. Например:
class employee {
char* name;
// ...
public:
employee* next;
void print();
// ...
};
class manager : public employee {
// ...
public:
void print();
// ...
};
Надо ответить на некоторые вопросы. Как может функция член
производного класса manager использовать члены его базового класса
employee? Как члены базового класса employee могут использовать
функции члены производного класса manager? Какие члены базового
класса employee может использовать функция не член на объекте типа
- стр 201 -
manager? Каким образом программист может повлиять на ответы на эти
вопросы, чтобы удовлетворить требованиям приложения?
Рассмотрим:
void manager::print()
{
cout "" " имя " "" name "" "\n";
// ...
}
Член производного класса может использовать открытое имя из своего
базового класса так же, как это могут делать другие члены
последнего, то есть без указания объекта. Предполагается, что на
объект указывает this, поэтому (корректной) ссылкой на имя name
является this-"name. Однако функция manager::print компилироваться
не будет, член производного класса не имеет никакого особого права
доступа к закрытым членам его базового класса, поэтому для нее name
недоступно.
Это многим покажется удивительным, но представьте себе другой
вариант: что функция член могла бы обращаться к закрытым членам
своего базового класса. Возможность, позволяющая программисту
получать доступ к закрытой части класса просто с помощью вывода из
него другого класса, лишила бы понятие закрытого члена всякого
смысла. Более того, нельзя было бы узнать все использования
закрытого имени посмотрев на функции, описанные как члены и друзья
этого класса. Пришлось бы проверять каждый исходный файл во всей
программе на наличие в нем производных классов, потом исследовать
каждую функцию этих классов, потом искать все классы, производные
от этих классов, и т.д. Это по меньшей мере утомительно и скорее
всего нереально.
С другой стороны, можно ведь использовать механизм friend, чтобы
предоставить такой доступ или отдельным функциям, или всем функциям
отдельного класса (как описывается в #5.3). Например:
class employee {
friend void manager::print();
// ...
};
решило бы проблему с manager::print(), и
class employee {
friend class manager;
// ...
};
сделало бы доступным каждый член employee для всех функций класса
manager. В частности, это сделает name доступным для
manager::print().
Другое, иногда более прозрачное решение для производного класса,-
использовать только открытые члены его базового класса. Например:
- стр 202 -
void manager::print()
{
employee::print(); // печатает информацию о служащем
// ... // печатает информацию о менеджере
}
Заметьте, что надо использовать ::, потому что print() была
переопределена в manager. Такое повторное использование имен
типично. Неосторожный мог бы написать так:
void manager::print()
{
print(); // печатает информацию о служащем
// ... // печатает информацию о менеджере
}
и обнаружить, что программа после вызова manager::print()
неожиданно попадает в последовательность рекурсивных вызовов.
7.2.3 Видимость
Класс employee стал открытым (public) базовым классом класса
manager в результате описания:
class manager : public employee {
// ...
};
Это означает, что открытый член класса employee является также и
открытым членом класса manager. Например:
void clear(manager* p)
{
p-"next = 0;
}
будет компилироваться, так как next - открытый член и employee и
manager'а. Альтернатива - можно определить закрытый (private)
класс, просто опустив в описании класса слово public:
class manager : employee {
// ...
};
Это означает, что открытый член класса employee является закрытым
членом класса manager. То есть, функции члены класса manager могут
как и раньше использовать открытые члены класса employee, но для
пользователей класса manager эти члены недоступны. В частности, при
таком описании класса manager функция clear() компилироваться не
будет. Друзья производного класса имеют к членам базового класса
такой же доступ, как и функции члены.
Поскольку, как оказывается, описание открытых базовых классов
встречается чаще описания закрытых, жалко, что описание открытого
базового класса длиннее описания закрытого. Это, кроме того, служит
источником запутывающих ошибок у начинающих.
- стр 203 -
Когда описывается производная struct, ее базовый класс по
умолчанию является public базовым классом. То есть,
struct D : B { ...
означает
class D : public B { public: ...
Отсюда следует, что если вы не сочли полезным то скрытие данных,
которое дают class, public и friend, вы можете просто не
использовать эти ключевые слова и придерживаться struct. Такие
средства языка, как функции члены, конструкторы и перегрузка
операций, не зависят от механизма скрытия данных.
Можно также объявить некоторые, но не все, открытые $ члены
базового класса открытыми членами производного класса. Например:
class manager : employee {
// ...
public:
// ...
employee::name;
employee::department;
};
Запись
имя_класса :: имя_члена ;
не вводит новый член, а просто делает открытый член базового класса
открытым для производного класса. Теперь name и department могут
использоваться для manager'а, а salary и age - нет. Естественно,
сделать сделать закрытый член базового класса открытым членом
производного класса невозможно. Невозможно с помощью этой записи
также сделать открытыми перегруженные имена.
Подытоживая, можно сказать, что вместе с предоставлением средств
дополнительно к имющимся в базовом классе, производный класс можно
использовать для того, чтобы сделать средства (имена) недоступными
для пользователя. Другими словами, с помощью производного класса
можно обеспечивать прозрачный, полупрозрачный и непрозрачный доступ
к его базовому классу.
7.2.4 Указатели
Если производный класс derived имеет открытый базовый класс base,
то указатель на derived можно присваивать переменной типа указатель
на base не используя явное преобразование типа. Обратное
преобразование, указателя на base в указатель на derived, должно
быть явным. Например:
- стр 204 -
class base { /* ... */ };
class derived : public base { /* ... */ };
derived m;
base* pb = &m; // неявное преобразование
derived* pd = pb; // ошибка: base* не является derived*
pd = (derived*)pb; // явное преобразование
Иначе говоря, объект производного класса при работе с ним через
указател иможно рассматривать как объект его базового класса.
Обратное неверно.
Будь base закрытым базовым классом класса derived, неявное
преобразование derived* в base* не делалось бы. Неявное
преобразование не может в этом случае быть выполнено, потому что к
открытому члкну класса base можно обращаться через указатель на
base, но нельзя через указатель на derived:
class base {
int m1;
public:
int m2; // m2 - открытый член base
};
class derived : base {
// m2 НЕ открытый член derived
};
derived d;
d.m2 = 2; // ошибка: m2 из закрытой части класса
base* pb = &d; // ошибка: (закрытый base)
pb-"m2 = 2; // ok
pb = (base*)&d; // ok: явное преобразование
pb-"m2 = 2; // ok
Помимо всего прочего, этот пример показывает, что используя явное
приведение к типу можно сломать правила защиты. Ясно, делать это не
рекомендуется, и это приносит программисту заслуженую "награду". К
несчасть , недисциплинированное использование явного преобразования
может создать адские условия для невинных жертв, которые
эксплуатируют программу, где это делается. Но, к счастью, нет
способа воспользоваться приведением для получения доступа к
закрытому имени m1. Закрытый член класса может использоваться
только членами и друзьями этого класса.
7.2.5 Иерархия Типов
Производный класс сам может быть базовым классом. Например:
- стр 205 -
class employee { ... };
class secretary : employee { ... };
class manager : employee { ... };
class temporary : employee { ... };
class consultant : temporary { ... };
class director : manager { ... };
class vice_president : manager { ... };
class president : vice_president { ... };
Такое множество родственных классов принято называть иерархией
классов. Поскольку можно выводить класс только из одного базового
класса, такая иерархия является деревом и не может быть графом
более общей структуры. Например:
class temporary { ... };
class employee { ... };
class secretary : employee { ... };
// не C++:
class temporary_secretary : temporary : secretary { ... };
class consultant : temporary : employee { ... };
И этот факт вызывает сожеление, потому что направленный
ациклический граф производных классов был бы очень полезен. Такие
структуры описать нельзя, но можно смоделировать с помощью членов
соответствующий типов. Например:
class temporary { ... };
class employee { ... };
class secretary : employee { ... };
// Альтернатива:
class temporary_secretary : secretary
{ tempora
...Закладка в соц.сетях
