Страница:
5.4.1 Друзья
Предположим, вы определили два класса, vector и matrix (вектор и матрица). Каждый скрывает свое представление и прдоставляет полный набор действий для манипуляции объектами его типа. Теперь определим функцию, умножающую матрицу на вектор. Для простоты допустим, что в векторе четыре элемента, которые индексируются 0...3, и что матрица состоит из четырех векторов, индексированных 0...3. Допустим также, что доступ к элементам вектора осуществляется через функцию elem(), котрая осуществляет проверку индекса, и что в matrix имеется аналогичная функция. Один подход состоит в определении глбальной функции multiply() (перемножить) примерно следующим образом:
vector multiply(matrix amp; m, vector amp; v); (* vector r; for (int i = 0; i«3; i++) (* // r[i] = m[i] * v; r.elem(i) = 0; for (int j = 0; j«3; j++) r.elem(i) += m.elem(i,j) * v.elem(j); *) return r; *)
Это своего рода «естественный» способ, но он очень неэфективен. При каждом обращении к multiply() elem() будет взываться 4*(1+4*3) раза.
Теперь, если мы сделаем multiply() членом класса vector, мы сможем обойтись без проверки индексов при обращении к элменту вектора, а если мы сделаем multiply() членом класса matrix, то мы сможем обойтись без проверки индексов при обрщении к элементу матрицы. Однако членом двух классов функция быть не может. Нам нужно средство языка, предоставляющее функции право доступа к закрытой части класса. Функция не член, получившая право доступа к закрытой части класса, назвается другом класса (friend). Функция становится другом класса после описания как friend. Например:
class matrix;
class vector (* float v[4]; // ... friend vector multiply(matrix amp;, vector amp;); *);
class matrix (* vector v[4]; // ... friend vector multiply(matrix amp;, vector amp;); *);
Функция друг не имеет никаких особенностей, помимо права доступа к закрытой части класса. В частности, friend функция не имеет указателя this (если только она не является полноравным членом функцией). Описание friend – настоящее описние. Оно вводит имя функции в самой внешней области видимости программы и сопоставляется с другими описаниями этого имени. Описание друга может располагаться или в закрытой, или в отрытой части описания класса. Где именно, значения не имеет.
Теперь можно написать функцию умножения, которая исползует элементы векторов и матрицы непосредственно:
vector multiply(matrix amp; m, vector amp; v); (* vector r; for (int i = 0; i«3; i++) (* // r[i] = m[i] * v; r.v[i] = 0;
for (int j = 0; j«3; j++) r.v[i] += m.v[i][j] * v.v[j]; *) return r; *)
Есть способы преодолеть эту конкретную проблему эффетивности не используя аппарат friend (можно было бы определить операцию векторного умножения и определить multiply() с ее помощью). Однако существует много задач, кторые проще всего решаются, если есть возможность предоствить доступ к закрытой части класса функции, которая не явлется членом этого класса. В Главе 6 есть много примеров применения friend. Достоинства функций друзей и членов будут обсуждаться позже.
Функция член одного класса может быть другом другого. Например:
class x (* // ... void f(); *);
class y (* // ... friend void x::f(); *);
Нет ничего необычного в том, что все функции члены однго класса являются друзьями другого. Для этого есть даже блее краткая запись:
class x (* friend class y; // ... *);
Такое описание friend делает все функции члены класса y друзьями x.
5.4.2 Уточнение* Имени Члена
5.4.3 Вложенные Классы
5.4.4 Статические Члены
5.4.5 Указатели на Члены
5.4.6 Структуры и Объединения
5.1 Знакомство и Краткий Обзор
5.2 Классы и Члены
5.2.1 Функции Члены
5.2.2 Классы
5.2.3 Ссылки на Себя
5.2.4 Инициализация
5.2.5 Очистка
5.2.6 Inline
5.3 Интерфейсы и Реализации
Предположим, вы определили два класса, vector и matrix (вектор и матрица). Каждый скрывает свое представление и прдоставляет полный набор действий для манипуляции объектами его типа. Теперь определим функцию, умножающую матрицу на вектор. Для простоты допустим, что в векторе четыре элемента, которые индексируются 0...3, и что матрица состоит из четырех векторов, индексированных 0...3. Допустим также, что доступ к элементам вектора осуществляется через функцию elem(), котрая осуществляет проверку индекса, и что в matrix имеется аналогичная функция. Один подход состоит в определении глбальной функции multiply() (перемножить) примерно следующим образом:
vector multiply(matrix amp; m, vector amp; v); (* vector r; for (int i = 0; i«3; i++) (* // r[i] = m[i] * v; r.elem(i) = 0; for (int j = 0; j«3; j++) r.elem(i) += m.elem(i,j) * v.elem(j); *) return r; *)
Это своего рода «естественный» способ, но он очень неэфективен. При каждом обращении к multiply() elem() будет взываться 4*(1+4*3) раза.
Теперь, если мы сделаем multiply() членом класса vector, мы сможем обойтись без проверки индексов при обращении к элменту вектора, а если мы сделаем multiply() членом класса matrix, то мы сможем обойтись без проверки индексов при обрщении к элементу матрицы. Однако членом двух классов функция быть не может. Нам нужно средство языка, предоставляющее функции право доступа к закрытой части класса. Функция не член, получившая право доступа к закрытой части класса, назвается другом класса (friend). Функция становится другом класса после описания как friend. Например:
class matrix;
class vector (* float v[4]; // ... friend vector multiply(matrix amp;, vector amp;); *);
class matrix (* vector v[4]; // ... friend vector multiply(matrix amp;, vector amp;); *);
Функция друг не имеет никаких особенностей, помимо права доступа к закрытой части класса. В частности, friend функция не имеет указателя this (если только она не является полноравным членом функцией). Описание friend – настоящее описние. Оно вводит имя функции в самой внешней области видимости программы и сопоставляется с другими описаниями этого имени. Описание друга может располагаться или в закрытой, или в отрытой части описания класса. Где именно, значения не имеет.
Теперь можно написать функцию умножения, которая исползует элементы векторов и матрицы непосредственно:
vector multiply(matrix amp; m, vector amp; v); (* vector r; for (int i = 0; i«3; i++) (* // r[i] = m[i] * v; r.v[i] = 0;
for (int j = 0; j«3; j++) r.v[i] += m.v[i][j] * v.v[j]; *) return r; *)
Есть способы преодолеть эту конкретную проблему эффетивности не используя аппарат friend (можно было бы определить операцию векторного умножения и определить multiply() с ее помощью). Однако существует много задач, кторые проще всего решаются, если есть возможность предоствить доступ к закрытой части класса функции, которая не явлется членом этого класса. В Главе 6 есть много примеров применения friend. Достоинства функций друзей и членов будут обсуждаться позже.
Функция член одного класса может быть другом другого. Например:
class x (* // ... void f(); *);
class y (* // ... friend void x::f(); *);
Нет ничего необычного в том, что все функции члены однго класса являются друзьями другого. Для этого есть даже блее краткая запись:
class x (* friend class y; // ... *);
Такое описание friend делает все функции члены класса y друзьями x.
5.4.2 Уточнение* Имени Члена
– * Иногда называется также квалификацией. (прим. перев.)
Иногда полезно делать явное различие между именами члнов класса и прочими именами. Для этого используется операция ::, «разрешения области видимости»:
class x (* int m; public: int readm() (* return x::m; *) void setm(int m) (* x::m = m; *) *);
В x::setm() имя параметра m прячет член m, поэтому единственный способ сослаться на член – это использовать его уточненное имя x::m. Операнд в левой части :: должен быть именем класса.
Имя с префиксом :: (просто) должно быть глобальным имнем. Это особенно полезно для того, чтобы можно было исползовать часто употребимые имена вроде read, put и open как имена функций членов, не теряя при этом возможности обращатся к той версии функции, которая не является членом. Например:
class my_file (* // ... public: int open(char*, char*); *);
int my_file::open(char* name, char* spec) (* // ... if (::open(name,flag))(*//использовать open() из UNIX(2) // ... *) // ... *)
Иногда полезно делать явное различие между именами члнов класса и прочими именами. Для этого используется операция ::, «разрешения области видимости»:
class x (* int m; public: int readm() (* return x::m; *) void setm(int m) (* x::m = m; *) *);
В x::setm() имя параметра m прячет член m, поэтому единственный способ сослаться на член – это использовать его уточненное имя x::m. Операнд в левой части :: должен быть именем класса.
Имя с префиксом :: (просто) должно быть глобальным имнем. Это особенно полезно для того, чтобы можно было исползовать часто употребимые имена вроде read, put и open как имена функций членов, не теряя при этом возможности обращатся к той версии функции, которая не является членом. Например:
class my_file (* // ... public: int open(char*, char*); *);
int my_file::open(char* name, char* spec) (* // ... if (::open(name,flag))(*//использовать open() из UNIX(2) // ... *) // ... *)
5.4.3 Вложенные Классы
Описание класса может быть вложенным. Например:
class set (* struct setmem (* int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) (* mem=m; next=n; *) *); setmem* first; public: set() (* first=0; *) insert(int m) (* first = new setmem(m,first);*) // ... *);
Если только вложенный класс не является очень простым, в таком описании трудно разобраться. Кроме того, вложение класов – это не более чем соглашение о записи, поскольку вложеный класс не является скрытым в области видимости лексически охватывающего класса:
class set (* struct setmem (* int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) *); // ... *);
setmem::setmem(int m, setmem* n) (* mem=m, next=n*)
setmem m1(1,0); Такая запись, как set::setmem::setmem(), не является ни необходимой, ни допустимой. Единственный способ скрыть имя класса – это сделать это с помощью метода файлы-как-модули (# 4.4). Большую часть нетривиальных классов лучше описывать раздельно:
class setmem (* friend class set; // доступ только с помощью членов set int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) (* mem=m; next=n; *) *);
class set (* setmem* first; public: set() (* first=0; *) insert(int m) (* first = new setmem(m,first);*) // ... *);
class set (* struct setmem (* int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) (* mem=m; next=n; *) *); setmem* first; public: set() (* first=0; *) insert(int m) (* first = new setmem(m,first);*) // ... *);
Если только вложенный класс не является очень простым, в таком описании трудно разобраться. Кроме того, вложение класов – это не более чем соглашение о записи, поскольку вложеный класс не является скрытым в области видимости лексически охватывающего класса:
class set (* struct setmem (* int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) *); // ... *);
setmem::setmem(int m, setmem* n) (* mem=m, next=n*)
setmem m1(1,0); Такая запись, как set::setmem::setmem(), не является ни необходимой, ни допустимой. Единственный способ скрыть имя класса – это сделать это с помощью метода файлы-как-модули (# 4.4). Большую часть нетривиальных классов лучше описывать раздельно:
class setmem (* friend class set; // доступ только с помощью членов set int mem; setmem* next; setmem(int m, setmem* n) (* mem=m; next=n; *) *);
class set (* setmem* first; public: set() (* first=0; *) insert(int m) (* first = new setmem(m,first);*) // ... *);
5.4.4 Статические Члены
Класс – это тип, а не объект данных, и в каждом объекте класса имеется своя собственная копия данных, членов этого класса. Однако некоторые типы наиболее элегантно реализуются, если все объекты этого типа могут совместно использовать (разделять) некоторые данные. Предпочтительно, чтобы такие разделяемые данные были описаны как часть класса. Например, для управления задачами в операционной системе или в ее модли часто бывает полезен список всех задач:
class task (* // ... task* next; static task* task_chain; void shedule(int); void wait(event); // ... *);
Описание члена task_chain (цепочка задач) как static обеспечивает, что он будет всего лишь один, а не по одной кпии на каждый объект task. Он все равно остается в области видимости класса task, и «извне» доступ к нему можно полчить, только если он был описан как public. В этом случае его имя должно уточняться именем его класса:
task::task_chain
В функции члене на него можно ссылаться просто task_chain. Использование статических членов класса может зметно снизить потребность в глобальных переменных.
class task (* // ... task* next; static task* task_chain; void shedule(int); void wait(event); // ... *);
Описание члена task_chain (цепочка задач) как static обеспечивает, что он будет всего лишь один, а не по одной кпии на каждый объект task. Он все равно остается в области видимости класса task, и «извне» доступ к нему можно полчить, только если он был описан как public. В этом случае его имя должно уточняться именем его класса:
task::task_chain
В функции члене на него можно ссылаться просто task_chain. Использование статических членов класса может зметно снизить потребность в глобальных переменных.
5.4.5 Указатели на Члены
Можно брать адрес члена класса. Получение адреса функции члена часто бывает полезно, поскольку те цели и причины, кторые приводились в #4.6.9 относительно указателей на фунции, в равной степени применимы и к функциям членам. Однако, на настоящее время в языке имеется дефект: невозможно описать выражением тип указателя, который получается в результате этой операции. Поэтому в текущей реализации приходится жулничать, используя трюки. Что касается примера, который привдится ниже, то не гарантируется, что он будет работать. Ипользуемый трюк надо локализовать, чтобы программу можно было
преобразовать с использованием соответствующей языковой контрукции, когда появится такая возможность. Этот трюк исползует тот факт, что в текущей реализации this реализуется как первый (скрытый) параметр функции члена*: – * Более поздние версии С++ поддерживают понятие указтель на член: cl::* означает «указатель на член класса cl». Например:
typedef void (cl::*PROC)(int); PROC pf1 = amp;cl::print; // приведение к типу ненужно PROC pf2 = amp;cl::print;
Для вызовов через указатель на функцию член используются операции . и -». Например:
(z1.*pf1)(2); (( amp;z2)-»*pf2)(4);
(прим. автора)
#include «stream.h»
struct cl (* char* val; void print(int x) (* cout «„ val «« x «« «\n“; *); cl(char* v) (* val = v; *) *);
// ``фальшивый'' тип для функций членов: typedef void (*PROC)(void*, int);
main() (* cl z1("z1 "); cl z2("z2 "); PROC pf1 = PROC( amp;z1.print); PROC pf2 = PROC( amp;z2.print); z1.print(1); (*pf1)( amp;z1,2); z2.print(3); (*pf2)( amp;z2,4); *)
Во многих случаях можно воспользоваться виртуальными функциями (см. Главу 7) там, где иначе пришлось бы использвать указатели на функции.
преобразовать с использованием соответствующей языковой контрукции, когда появится такая возможность. Этот трюк исползует тот факт, что в текущей реализации this реализуется как первый (скрытый) параметр функции члена*: – * Более поздние версии С++ поддерживают понятие указтель на член: cl::* означает «указатель на член класса cl». Например:
typedef void (cl::*PROC)(int); PROC pf1 = amp;cl::print; // приведение к типу ненужно PROC pf2 = amp;cl::print;
Для вызовов через указатель на функцию член используются операции . и -». Например:
(z1.*pf1)(2); (( amp;z2)-»*pf2)(4);
(прим. автора)
#include «stream.h»
struct cl (* char* val; void print(int x) (* cout «„ val «« x «« «\n“; *); cl(char* v) (* val = v; *) *);
// ``фальшивый'' тип для функций членов: typedef void (*PROC)(void*, int);
main() (* cl z1("z1 "); cl z2("z2 "); PROC pf1 = PROC( amp;z1.print); PROC pf2 = PROC( amp;z2.print); z1.print(1); (*pf1)( amp;z1,2); z2.print(3); (*pf2)( amp;z2,4); *)
Во многих случаях можно воспользоваться виртуальными функциями (см. Главу 7) там, где иначе пришлось бы использвать указатели на функции.
5.4.6 Структуры и Объединения
По определению struct – это просто класс, все члены кторого открытые, то есть
struct s (* ...
есть просто сокращенная запись
class s (* public: ...
Структуры используются в тех случаях, когда сокрытие данных неуместно.
Именованное объединение определяется как struct, в котрой все члены имеют один и тот же адрес (см. #с.8.5.13). Если известно, что в каждый момент времени нужно только одно знчение из структуры, то объединение может сэкономить пространство. Например, можно определить объединение для хранения лексических символов C компилятора: union tok_val (* char* p; // строка char v[8]; // идентификатор (максимум 8 char) long i; // целые значения double d; // значения с плавающей точкой *);
Сложность состоит в том, что компилятор, вообще говоря, не знает, какой член используется в каждый данный момент, пэтому надлежащая проверка типа невозможна. Например:
void strange(int i) (* tok_val x; if (i) x.p = "2"; else x.d = 2; sqrt(x.d); // ошибка если i != 0 *)
Кроме того, объединение, определенное так, как это, нельзя инициализировать. Например:
Глава 5 Классы
Эти типы не «абстрактны», они столь же реальны, как int и float. – Дуг МакИлрой
В этой главе описываются возможности определения новых типов в С++, для которых доступ к данным ограничен заданным множеством функций доступа. Объясняются способы защиты струтуры данных, ее инициализации, доступа к ней и, наконец, ее уничтожения. Примеры содержат простые классы для работы с таблицей имен, манипуляции стеком, работу с множеством и релизацию дискриминирующего (то есть, «надежного») объединения. Две следующие главы дополнят описание возможностей определния новых типов в С++ и познакомят читателя еще с некоторыми интересными примерами.
struct s (* ...
есть просто сокращенная запись
class s (* public: ...
Структуры используются в тех случаях, когда сокрытие данных неуместно.
Именованное объединение определяется как struct, в котрой все члены имеют один и тот же адрес (см. #с.8.5.13). Если известно, что в каждый момент времени нужно только одно знчение из структуры, то объединение может сэкономить пространство. Например, можно определить объединение для хранения лексических символов C компилятора: union tok_val (* char* p; // строка char v[8]; // идентификатор (максимум 8 char) long i; // целые значения double d; // значения с плавающей точкой *);
Сложность состоит в том, что компилятор, вообще говоря, не знает, какой член используется в каждый данный момент, пэтому надлежащая проверка типа невозможна. Например:
void strange(int i) (* tok_val x; if (i) x.p = "2"; else x.d = 2; sqrt(x.d); // ошибка если i != 0 *)
Кроме того, объединение, определенное так, как это, нельзя инициализировать. Например:
Глава 5 Классы
Эти типы не «абстрактны», они столь же реальны, как int и float. – Дуг МакИлрой
В этой главе описываются возможности определения новых типов в С++, для которых доступ к данным ограничен заданным множеством функций доступа. Объясняются способы защиты струтуры данных, ее инициализации, доступа к ней и, наконец, ее уничтожения. Примеры содержат простые классы для работы с таблицей имен, манипуляции стеком, работу с множеством и релизацию дискриминирующего (то есть, «надежного») объединения. Две следующие главы дополнят описание возможностей определния новых типов в С++ и познакомят читателя еще с некоторыми интересными примерами.
5.1 Знакомство и Краткий Обзор
Предназначение понятия класса, которому посвящены эта и две последующие главы, состоит в том, чтобы предоставить программисту инструмент для создания новых типов, столь же удобных в обращении сколь и встроенные типы. В идеале тип оределяемый пользователем, способом использования должен отлчаться от встроенных типов, только способом создания.
Тип есть конкретное представление некоторой концепции (понятия). Например, имеющийся в С++ тип float с его операцями +, -, * и т.д. обеспечивает ограниченную, но конкретную версию математического понятия действительного числа. Новый тип создается для того, чтобы дать специальное и конкретное определение понятия, которому ничто прямо и очевидно среди встроенных типов не отвечает. Например, в программе, которая работает с телефоном, можно было бы создать тип trunk_module (элемент линии), а в программе обработки текстов – тип list_of_paragraphs (список параграфов). Как правило, програму, в которой создаются типы, хорошо отвечающие понятиям прложения, понять легче, чем программу, в которой это не делется. Хорошо выбранные типы, определяемые пользователем, делают программу более четкой и короткой. Это также позволяет компилятору обнаруживать недопустимые использования объектов, которые в противном случае останутся необнаруженными до тетирования программы.
В определении нового типа основная идея – отделить несщественные подробности реализации (например, формат данных, которые используются для хранения объекта типа) от тех кчеств, которые существенны для его правильного использования (например, полный список функций, которые имеют доступ к даным). Такое разделение можно описать так, что работа со структурой данных и внутренними административными подпрограмами осуществляется через специальный интерфейс (канализирется).
Эта глава состоит из четырех практически отдельных чатей:
#5.2 Классы и Члены. Этот раздел знакомит с основным понятием типа, определяемого пользователем, который называеся класс (class). Доступ к объектам класса может ограничваться набором функций, которые описаны как часть этого класа. Такие функции называются функциями членами. Объекты класса создаются и инициализируются функциями членами, спецально для этой цели описанными. Эти функции называются контрукторами. Функция член может быть специальным образом опсана для «очистки» каждого классового объекта при его уничтожении. Такая функция называется деструктором.
#5.3 Интерфейсы и Реализации. В этом разделе приводится два примера того, как класс проектируется, реализуется и ипользуется.
#5.4 Друзья и Объединения. В этом разделе приводится много дополнительных подробностей, касающихся классов. В нем показано, как предоставить доступ к закрытой части класса функции, которая не является членом этого класса. Такая фунция называется друг (friend). В этом разделе показано также, как определить дискриминирующее объединение.
#5.5 Конструкторы и Деструкторы. Объект может создаватся как автоматический, статический или как объект в свободной памяти. Объект может также быть членом некоторой совокупности (типа вектора или класса), которая в свою очередь может рамещаться одним из этих трех способов. Довольно подробно обясняется использование конструкторов и деструкторов.
Тип есть конкретное представление некоторой концепции (понятия). Например, имеющийся в С++ тип float с его операцями +, -, * и т.д. обеспечивает ограниченную, но конкретную версию математического понятия действительного числа. Новый тип создается для того, чтобы дать специальное и конкретное определение понятия, которому ничто прямо и очевидно среди встроенных типов не отвечает. Например, в программе, которая работает с телефоном, можно было бы создать тип trunk_module (элемент линии), а в программе обработки текстов – тип list_of_paragraphs (список параграфов). Как правило, програму, в которой создаются типы, хорошо отвечающие понятиям прложения, понять легче, чем программу, в которой это не делется. Хорошо выбранные типы, определяемые пользователем, делают программу более четкой и короткой. Это также позволяет компилятору обнаруживать недопустимые использования объектов, которые в противном случае останутся необнаруженными до тетирования программы.
В определении нового типа основная идея – отделить несщественные подробности реализации (например, формат данных, которые используются для хранения объекта типа) от тех кчеств, которые существенны для его правильного использования (например, полный список функций, которые имеют доступ к даным). Такое разделение можно описать так, что работа со структурой данных и внутренними административными подпрограмами осуществляется через специальный интерфейс (канализирется).
Эта глава состоит из четырех практически отдельных чатей:
#5.2 Классы и Члены. Этот раздел знакомит с основным понятием типа, определяемого пользователем, который называеся класс (class). Доступ к объектам класса может ограничваться набором функций, которые описаны как часть этого класа. Такие функции называются функциями членами. Объекты класса создаются и инициализируются функциями членами, спецально для этой цели описанными. Эти функции называются контрукторами. Функция член может быть специальным образом опсана для «очистки» каждого классового объекта при его уничтожении. Такая функция называется деструктором.
#5.3 Интерфейсы и Реализации. В этом разделе приводится два примера того, как класс проектируется, реализуется и ипользуется.
#5.4 Друзья и Объединения. В этом разделе приводится много дополнительных подробностей, касающихся классов. В нем показано, как предоставить доступ к закрытой части класса функции, которая не является членом этого класса. Такая фунция называется друг (friend). В этом разделе показано также, как определить дискриминирующее объединение.
#5.5 Конструкторы и Деструкторы. Объект может создаватся как автоматический, статический или как объект в свободной памяти. Объект может также быть членом некоторой совокупности (типа вектора или класса), которая в свою очередь может рамещаться одним из этих трех способов. Довольно подробно обясняется использование конструкторов и деструкторов.
5.2 Классы и Члены
Класс – это определяемый пользователем тип. Этот раздел знакомит с основными средствами определения класса, создания объекта класса, работы с такими объектами и, наконец, уничтжения таких объектов после использования.
5.2.1 Функции Члены
Рассмотрим реализацию понятия даты с использованием struct для того, чтобы определить представление даты date и множества функций для работы с переменными этого типа:
struct date (* int month, day, year; *); // дата: месяц, день, год *) date today; void set_date(date*, int, int, int); void next_date(date*); void print_date(date*); // ...
Никакой явной связи между функциями и типом данных нет. Такую связь можно установить, описав функции как члены:
struct date (* int month, day, year;
void set(int, int, int); void get(int*, int*, int*); void next(); void print(); *);
Функции, описанные таким образом, называются функциями членами и могут вызываться только для специальной переменной соответствующего типа с использованием стандартного синтаксса для доступа к членам структуры. Например:
date today; // сегодня date my_burthday; // мой день рождения
void f() (* my_burthday.set(30,12,1950); today.set(18,1,1985);
my_burthday.print();
today.next(); *)
Поскольку разные структуры могут иметь функции члены с одинаковыми именами, при определении функции члена необходимо указывать имя структуры:
void date::next() (* if ( ++day » 28 ) (* // делает сложную часть работы *) *)
В функции члене имена членов могут использоваться без явной ссылки на объект. В этом случае имя относится к члену того объекта, для которого функция была вызвана.
struct date (* int month, day, year; *); // дата: месяц, день, год *) date today; void set_date(date*, int, int, int); void next_date(date*); void print_date(date*); // ...
Никакой явной связи между функциями и типом данных нет. Такую связь можно установить, описав функции как члены:
struct date (* int month, day, year;
void set(int, int, int); void get(int*, int*, int*); void next(); void print(); *);
Функции, описанные таким образом, называются функциями членами и могут вызываться только для специальной переменной соответствующего типа с использованием стандартного синтаксса для доступа к членам структуры. Например:
date today; // сегодня date my_burthday; // мой день рождения
void f() (* my_burthday.set(30,12,1950); today.set(18,1,1985);
my_burthday.print();
today.next(); *)
Поскольку разные структуры могут иметь функции члены с одинаковыми именами, при определении функции члена необходимо указывать имя структуры:
void date::next() (* if ( ++day » 28 ) (* // делает сложную часть работы *) *)
В функции члене имена членов могут использоваться без явной ссылки на объект. В этом случае имя относится к члену того объекта, для которого функция была вызвана.
5.2.2 Классы
Описание date в предыдущем подразделе дает множество функций для работы с date, но не указывает, что эти функции должны быть единственными для доступа к объектам типа date. Это ограничение можно наложить используя вместо struct class:
class date (* int month, day, year; public: void set(int, int, int); void get(int*, int*, int*); void next(); void print(); *);
Метка public: делит тело класса на две части. Имена в первой, закрытой части, могут использоваться только функциями членами. Вторая, открытая часть, составляет интерфейс к обекту класса. Struct – это просто class, у которого все члены классы открытые, поэтому функции члены определяются и исползуются точно так же, как в предыдущем случае. Например:
void date::ptinr() // печатает в записи, принятой в США (* cout «« month «« "/" «« day «« "/" year; *)
Однако функции не члены отгорожены от использования зарытых членов класса date. Например:
void backdate() (* today.day–; // ошибка *)
В том, что доступ к структуре данных ограничен явно опсанным списком функций, есть несколько преимуществ. Любая ошибка, которая приводит к тому, что дата принимает недопутимое значение (например, Декабрь 36, 1985) должна быть вывана кодом функции члена, поэтому первая стадия отладки, лкализация, выполняется еще до того, как программа будет запущена. Это частный случай общего утверждения, что любое изменение в поведении типа date может и должно вызываться именениями в его членах. Другое преимущество – это то, что птенциальному пользователю такого типа нужно будет только унать определение функций членов, чтобы научиться им пользоваться.
Защита закрытых данных связана с ограничением использвания имен членов класса. Это можно обойти с помощью манипляции адресами, но это уже, конечно, жульничество.
class date (* int month, day, year; public: void set(int, int, int); void get(int*, int*, int*); void next(); void print(); *);
Метка public: делит тело класса на две части. Имена в первой, закрытой части, могут использоваться только функциями членами. Вторая, открытая часть, составляет интерфейс к обекту класса. Struct – это просто class, у которого все члены классы открытые, поэтому функции члены определяются и исползуются точно так же, как в предыдущем случае. Например:
void date::ptinr() // печатает в записи, принятой в США (* cout «« month «« "/" «« day «« "/" year; *)
Однако функции не члены отгорожены от использования зарытых членов класса date. Например:
void backdate() (* today.day–; // ошибка *)
В том, что доступ к структуре данных ограничен явно опсанным списком функций, есть несколько преимуществ. Любая ошибка, которая приводит к тому, что дата принимает недопутимое значение (например, Декабрь 36, 1985) должна быть вывана кодом функции члена, поэтому первая стадия отладки, лкализация, выполняется еще до того, как программа будет запущена. Это частный случай общего утверждения, что любое изменение в поведении типа date может и должно вызываться именениями в его членах. Другое преимущество – это то, что птенциальному пользователю такого типа нужно будет только унать определение функций членов, чтобы научиться им пользоваться.
Защита закрытых данных связана с ограничением использвания имен членов класса. Это можно обойти с помощью манипляции адресами, но это уже, конечно, жульничество.
5.2.3 Ссылки на Себя
В функции члене на члены объекта, для которого она была вызвана, можно ссылаться непосредственно. Например:
class x (* int m; public: int readm() (* return m; *) *);
x aa; x bb;
void f() (* int a = aa.readm(); int b = bb.readm(); // ... *)
В первом вызове члена member() m относится к aa.m, а во втором – к bb.m.
Указатель на объект, для которого вызвана функция член, является скрытым параметром функции. На этот неявный параметр можно ссылаться явно как на this. В каждой функции класса x указатель this неявно описан как
x* this;
и инициализирован так, что он указывает на объект, для которого была вызвана функция член. this не может быть описан явно, так как это ключевое слово. Класс x можно эквивалентным образом описать так:
class x (* int m; public: int readm() (* return this-»m; *) *);
При ссылке на члены использование this излишне. Главным образом this используется при написании функций членов, котрые манипулируют непосредственно указателями. Типичный пример этого – функция, вставляющая звено в дважды связанный список:
class dlink (* dlink* pre; // предшествующий dlink* suc; // следующий public: void append(dlink*); // ... *);
void dlink::append(dlink* p) (* p-»suc = suc; // то есть, p-»suc = this-»suc p-»pre = this; // явное использование this suc-»pre = p; // то есть, this-»suc-»pre = p suc = p; // то есть, this-»suc = p *)
dlink* list_head;
void f(dlink*a, dlink *b) (* // ... list_head-»append(a); list_head-»append(b); *)
Цепочки такой общей природы являются основой для списквых классов, которые описываются в Главе 7. Чтобы присоеднить звено к списку необходимо обновить объекты, на которые указывают указатели this, pre и suc (текущий, предыдущий и последующий). Все они типа dlink, поэтому функция член dlink::append() имеет к ним доступ. Единицей защиты в С++ яляется class, а не отдельный объект класса.
class x (* int m; public: int readm() (* return m; *) *);
x aa; x bb;
void f() (* int a = aa.readm(); int b = bb.readm(); // ... *)
В первом вызове члена member() m относится к aa.m, а во втором – к bb.m.
Указатель на объект, для которого вызвана функция член, является скрытым параметром функции. На этот неявный параметр можно ссылаться явно как на this. В каждой функции класса x указатель this неявно описан как
x* this;
и инициализирован так, что он указывает на объект, для которого была вызвана функция член. this не может быть описан явно, так как это ключевое слово. Класс x можно эквивалентным образом описать так:
class x (* int m; public: int readm() (* return this-»m; *) *);
При ссылке на члены использование this излишне. Главным образом this используется при написании функций членов, котрые манипулируют непосредственно указателями. Типичный пример этого – функция, вставляющая звено в дважды связанный список:
class dlink (* dlink* pre; // предшествующий dlink* suc; // следующий public: void append(dlink*); // ... *);
void dlink::append(dlink* p) (* p-»suc = suc; // то есть, p-»suc = this-»suc p-»pre = this; // явное использование this suc-»pre = p; // то есть, this-»suc-»pre = p suc = p; // то есть, this-»suc = p *)
dlink* list_head;
void f(dlink*a, dlink *b) (* // ... list_head-»append(a); list_head-»append(b); *)
Цепочки такой общей природы являются основой для списквых классов, которые описываются в Главе 7. Чтобы присоеднить звено к списку необходимо обновить объекты, на которые указывают указатели this, pre и suc (текущий, предыдущий и последующий). Все они типа dlink, поэтому функция член dlink::append() имеет к ним доступ. Единицей защиты в С++ яляется class, а не отдельный объект класса.
5.2.4 Инициализация
Использование для обеспечения инициализации объекта класса функций вроде set_date() (установить дату) неэлегантно и чревато ошибками. Поскольку нигде не утверждается, что обект должен быть инициализирован, то программист может забыть это сделать, или (что приводит, как правило, к столь же рарушительным последствиям) сделать это дважды. Есть более хроший подход: дать возможность программисту описать функцию, явно предназначенную для инициализации объектов. Поскольку такая функция конструирует значения данного типа, она назывется конструктором. Конструктор распознается по тому, что имеет то же имя, что и сам класс. Например:
class date (* // ... date(int, int, int); *);
Когда класс имеет конструктор, все объекты этого класса будут инициализироваться. Если для конструктора нужны парметры, они должны даваться:
date today = date(23,6,1983); date xmas(25,12,0); // сокращенная форма // (xmas – рождество) date my_burthday; // недопустимо,опущена инициализация
Часто бывает хорошо обеспечить несколько способов иницализации объекта класса. Это можно сделать, задав несколько конструкторов. Например:
class date (* int month, day, year; public: // ... date(int, int, int); // день месяц год date(char*); // дата в строковом представлении date(int); // день, месяц и год сегодняшние date(); // дата по умолчанию: сегодня *);
Конструкторы подчиняются тем же правилам относительно типов параметров, что и перегруженные функции (#4.6.7). Если конструкторы существенно различаются по типам своих парамеров, то компилятор при каждом использовании может выбрать правильный:
date today(4); date july4(«Июль 4, 1983»); date guy(«5 Ноя»); date now; // инициализируется по умолчанию
Заметьте, что функции члены могут быть перегружены без явного использования ключевого слова overload. Поскольку поный список функций членов находится в описании класса и как правило короткий, то нет никакой серьезной причины требовать использования слова overload для предотвращения случайного повторного использования имени.
Размножение конструкторов в примере с date типично. При разработке класса всегда есть соблазн обеспечить «все», покольку кажется проще обеспечить какое-нибудь средство просто на случай, что оно кому-то понадобится или потому, что оно изящно выглядит, чем решить, что же нужно на самом деле. Поледнее требует больших размышлений, но обычно приводит к программам, которые меньше по размеру и более понятны. Один из способов сократить число родственных функций – использвать параметры со значением по умолчанию, пример. В случае date для каждого параметра можно задать значение по умолчнию, интерпретируемое как «по умолчанию принимать: today» (сегодня).
class date (* int month, day, year; public: // ... date(int d =0, int m =0, int y =0); date(char*); // дата в строковом представлении *);
date::date(int d, int m, int y) (* day = d ? d : today.day; month = m ? m : today.month; year = y ? y : today.year; // проверка, что дата допустимая // ... *)
Когда используется значение параметра, указывающее «брать по умолчанию», выбранное значение должно лежать вне множества возможных значений параметра. Для дня day и месяца mounth ясно, что это так, но для года year выбор нуля неочвиден. К счастью, в европейском календаре нет нулевого года . Сразу после 1 г. до н.э. (year==-1) идет 1 г. н.э. (year==1), но для реальной программы это может оказаться слишком тонко.
Объект класса без конструкторов можно инициализировать путем присваивания ему другого объекта этого класса. Это моно делать и тогда, когда конструкторы описаны. Например:
date d = today; // инициализация посредством присваивания
По существу, имеется конструктор по умолчанию, опредленный как побитовая копия объекта того же класса. Если для класса X такой конструктор по умолчанию нежелателен, его моно переопределить конструктором с именем X(X amp;). Это будет осуждаться в #6.6.
class date (* // ... date(int, int, int); *);
Когда класс имеет конструктор, все объекты этого класса будут инициализироваться. Если для конструктора нужны парметры, они должны даваться:
date today = date(23,6,1983); date xmas(25,12,0); // сокращенная форма // (xmas – рождество) date my_burthday; // недопустимо,опущена инициализация
Часто бывает хорошо обеспечить несколько способов иницализации объекта класса. Это можно сделать, задав несколько конструкторов. Например:
class date (* int month, day, year; public: // ... date(int, int, int); // день месяц год date(char*); // дата в строковом представлении date(int); // день, месяц и год сегодняшние date(); // дата по умолчанию: сегодня *);
Конструкторы подчиняются тем же правилам относительно типов параметров, что и перегруженные функции (#4.6.7). Если конструкторы существенно различаются по типам своих парамеров, то компилятор при каждом использовании может выбрать правильный:
date today(4); date july4(«Июль 4, 1983»); date guy(«5 Ноя»); date now; // инициализируется по умолчанию
Заметьте, что функции члены могут быть перегружены без явного использования ключевого слова overload. Поскольку поный список функций членов находится в описании класса и как правило короткий, то нет никакой серьезной причины требовать использования слова overload для предотвращения случайного повторного использования имени.
Размножение конструкторов в примере с date типично. При разработке класса всегда есть соблазн обеспечить «все», покольку кажется проще обеспечить какое-нибудь средство просто на случай, что оно кому-то понадобится или потому, что оно изящно выглядит, чем решить, что же нужно на самом деле. Поледнее требует больших размышлений, но обычно приводит к программам, которые меньше по размеру и более понятны. Один из способов сократить число родственных функций – использвать параметры со значением по умолчанию, пример. В случае date для каждого параметра можно задать значение по умолчнию, интерпретируемое как «по умолчанию принимать: today» (сегодня).
class date (* int month, day, year; public: // ... date(int d =0, int m =0, int y =0); date(char*); // дата в строковом представлении *);
date::date(int d, int m, int y) (* day = d ? d : today.day; month = m ? m : today.month; year = y ? y : today.year; // проверка, что дата допустимая // ... *)
Когда используется значение параметра, указывающее «брать по умолчанию», выбранное значение должно лежать вне множества возможных значений параметра. Для дня day и месяца mounth ясно, что это так, но для года year выбор нуля неочвиден. К счастью, в европейском календаре нет нулевого года . Сразу после 1 г. до н.э. (year==-1) идет 1 г. н.э. (year==1), но для реальной программы это может оказаться слишком тонко.
Объект класса без конструкторов можно инициализировать путем присваивания ему другого объекта этого класса. Это моно делать и тогда, когда конструкторы описаны. Например:
date d = today; // инициализация посредством присваивания
По существу, имеется конструктор по умолчанию, опредленный как побитовая копия объекта того же класса. Если для класса X такой конструктор по умолчанию нежелателен, его моно переопределить конструктором с именем X(X amp;). Это будет осуждаться в #6.6.
5.2.5 Очистка
Определяемый пользователем тип чаще имеет, чем не имеет, конструктор, который обеспечивает надлежащую инициализацию. Для многих типов также требуется обратное действие, деструктор, чтобы обеспечить соответствующую очистку объектов этого типа. Имя деструктора для класса X есть ~X() («дополнение конструктора»). В частности, многие типы используют некоторый объем памяти из свободной памяти (см. #3.2.6), который выдляется конструктором и освобождается деструктором. Вот, наример, традиционный стековый тип, из которого для краткости полностью выброшена обработка ошибок:
class char_stack (* int size; char* top; char* s; public: char_stack(int sz) (* top=s=new char[size=sz]; *) ~char_stack() (* delete s; *) // деструктор void push(char c) (* *top++ = c; *) char pop() (* return *–top;*) *)
Когда char_stack выходит из области видимости, вызываеся деструктор:
void f() (* char_stack s1(100); char_stack s2(200); s1.push('a'); s2.push(s1.pop()); char ch = s2.pop(); cout «„ chr(ch) «« «\n“; *)
Когда вызывается f(), конструктор char_stack вызывается для s1, чтобы выделить вектор из 100 символов, и для s2, чтбы выделить вектор из 200 символов. При возврате из f() эти два вектора будут освобождены.
class char_stack (* int size; char* top; char* s; public: char_stack(int sz) (* top=s=new char[size=sz]; *) ~char_stack() (* delete s; *) // деструктор void push(char c) (* *top++ = c; *) char pop() (* return *–top;*) *)
Когда char_stack выходит из области видимости, вызываеся деструктор:
void f() (* char_stack s1(100); char_stack s2(200); s1.push('a'); s2.push(s1.pop()); char ch = s2.pop(); cout «„ chr(ch) «« «\n“; *)
Когда вызывается f(), конструктор char_stack вызывается для s1, чтобы выделить вектор из 100 символов, и для s2, чтбы выделить вектор из 200 символов. При возврате из f() эти два вектора будут освобождены.
5.2.6 Inline
При программировании с использованием классов очень чато используется много маленьких функций. По сути, везде, где в программе традиционной структуры стояло бы просто какое-нбудь обычное использование структуры данных, дается функция. То, что было соглашением, стало стандартом, который распознет компилятор. Это может страшно понизить эффективность, птому что стоимость вызова функции (хотя и вовсе не высокая по сравнению с другими языками) все равно намного выше, чем пара ссылок по памяти, необходимая для тела функции.
Чтобы справиться с этой проблемой, был разработан аппрат inline-функций. Функция, определенная (а не просто опсанная) в описании класса, считается inline. Это значит, наример, что в функциях, которые используют приведенные выше char_stack, нет никаких вызовов функций кроме тех, которые используются для реализации операций вывода! Другими словами, нет никаких затрат времени выполнения, которые стоит принмать во внимание при разработке класса. Любое, даже самое мленькое действие, можно задать эффективно. Это утверждение снимает аргумент, который чаще всего приводят чаще всего в пользу открытых членов данных.
Функцию член можно также описать как inline вне описания класса. Например: char char_stack (* int size; char* top;
char* s; public: char pop(); // ... *);
inline char char_stack::pop() (* return *–top; *)
Чтобы справиться с этой проблемой, был разработан аппрат inline-функций. Функция, определенная (а не просто опсанная) в описании класса, считается inline. Это значит, наример, что в функциях, которые используют приведенные выше char_stack, нет никаких вызовов функций кроме тех, которые используются для реализации операций вывода! Другими словами, нет никаких затрат времени выполнения, которые стоит принмать во внимание при разработке класса. Любое, даже самое мленькое действие, можно задать эффективно. Это утверждение снимает аргумент, который чаще всего приводят чаще всего в пользу открытых членов данных.
Функцию член можно также описать как inline вне описания класса. Например: char char_stack (* int size; char* top;
char* s; public: char pop(); // ... *);
inline char char_stack::pop() (* return *–top; *)
5.3 Интерфейсы и Реализации
Что представляет собой хороший класс? Нечто, имеющее нбольшое и хорошо определенное множество действий. Нечто, что можно рассматривать как «черный ящик», которым манипулируют только посредством этого множества действий. Нечто, чье фатическое представление можно любым мыслимым способом измнить, не повлияв на способ использования множества действий. Нечто, чего можно хотеть иметь больше одного.
Для всех видов контейнеров существуют очевидные примеры: таблицы, множества, списки, вектора, словари и т.д. Такой класс имеет операцию «вставить», обычно он также имеет оперции для проверки того, был ли вставлен данный элемент. В нем могут быть действия для осуществления проверки всех элементов в определенном порядке, и кроме всего прочего, в нем может иметься операция для удаления элемента. Обычно контейнерные (то есть, вмещающие) классы имеют конструкторы и деструкторы.
Сокрытие данных и продуманный интерфейс может дать коцепция модуля (см. например #4.4: файлы как модули). Класс, однако, является типом. Чтобы использовать его, необходимо создать объекты этого класса, и таких объектов можно создвать столько, сколько нужно. Модуль же сам является объектом. Чтобы использовать его, его надо только инициализировать, и таких объектов ровно один.
Для всех видов контейнеров существуют очевидные примеры: таблицы, множества, списки, вектора, словари и т.д. Такой класс имеет операцию «вставить», обычно он также имеет оперции для проверки того, был ли вставлен данный элемент. В нем могут быть действия для осуществления проверки всех элементов в определенном порядке, и кроме всего прочего, в нем может иметься операция для удаления элемента. Обычно контейнерные (то есть, вмещающие) классы имеют конструкторы и деструкторы.
Сокрытие данных и продуманный интерфейс может дать коцепция модуля (см. например #4.4: файлы как модули). Класс, однако, является типом. Чтобы использовать его, необходимо создать объекты этого класса, и таких объектов можно создвать столько, сколько нужно. Модуль же сам является объектом. Чтобы использовать его, его надо только инициализировать, и таких объектов ровно один.