Инициализация указателя на функцию
Список параметров в определении и прототипе функции, кроме согласования типов параметров, имеет еще одно назначение.
Объявление параметра может содержать инициализатор, то есть выражение, которое должно обеспечить параметру присвоение начального значения. Инициализатор параметра не является константным выражением. Начальная инициализация параметров происходит не на стадии компиляции (как, например, выделение памяти под массивы), а непосредственно в ходе выполнения программы.
Следующие строки демонстрируют пример объявления функции с инициализацией параметров. Для инициализации параметра ww используется функция XX.
int ZZ(int tt, int ww = XX(BigVal));
Второй параметр можно проинициализировать и таким способом, вовсе не указывая его имени. Синтаксис объявления позволяет сделать и такое!
int ZZ(int tt, int = XX(BigVal));
Единственное условие подобной инициализации - соответствие типа параметра и типа выражения, значение которого используется при начальной инициализации.
Прототипы функции могут располагаться в различных областях видимости. Его можно даже разместить в теле определяемой функции. Каждое объявление функции может содержать собственные варианты объявления и инициализации параметров. Но во множестве объявлений одной и той же функции в пределах одной области видимости не допускается повторная инициализация параметров. Всему должен быть положен разумный предел.
Кроме того, в C++ действует еще одно ограничение, связанное с порядком инициализации параметров в пределах области видимости. Инициализация проводится непременно с самого последнего (самого правого) параметра в списке объявлений параметров. Инициализация параметров не допускает пропусков: инициализированные параметры не могут чередоваться с параметрами неинициализированными.
int MyF1 (int par1, int par2, int par3, int par4 = 10);
………………………………….
int MyF1 (int par1, int par2 = 20, int par3 = 20, int par4);
………………………………….
int MyF1 (int par1 = 100, int, int, int);
#include
int f(int, int=4);
int main(int argc, char* argv)
printf("%d\n", f(2)); //8
printf("%d\n", f(2,3)); //6
int f(int a, int b)
Функции с переменным числом параметров
При вызове функции с переменным числом параметров в вызове этой функции задается любое требуемое число аргументов. В объявлении и определении такой функции переменное число аргументов задается многоточием в конце списка формальных параметров или списка типов аргументов.
Все аргументы, заданные в вызове функции, размещаются в стеке. Количество формальных параметров, объявленных для функции, определяется числом аргументов, которые берутся из стека и присваиваются формальным параметрам. Программист отвечает за правильность выбора дополнительных аргументов из стека и определение числа аргументов, находящихся в стеке.
Примерами функций с переменным числом параметров являются функции из библиотеки функций языка СИ, осуществляющие операции ввода-вывода информации (printf, scanf и т.п.). Функция printf() в библиотеке объявлена следующим образом:
int printf(const char* ...);
Это гарантирует, что при любом вызове printf() ей будет передан первый аргумент типа const char*. Содержание такой строки, называемой форматной, определяет, необходимы ли дополнительные аргументы при вызове. При наличии в строке формата метасимволов, начинающихся с символа %, функция ждет присутствия этих аргументов.
Программист может разрабатывать свои функции с переменным числом параметров. Для обеспечения удобного способа доступа к аргументам функции с переменным числом параметров имеются три макроопределения (макросы) va_start, va_arg, va_end, находящиеся в заголовочном файле stdarg.h. Эти макросы указывают на то, что функция, разработанная пользователем, имеет некоторое число обязательных аргументов, за которыми следует переменное число необязательных аргументов. Обязательные аргументы доступны через свои имена как при вызове обычной функции. Для извлечения необязательных аргументов используются макросы va_start, va_arg, va_end в следующем порядке.
Макрос va_start предназначен для установки аргумента arg_ptr на начало списка необязательных параметров и имеет вид функции с двумя параметрами:
void va_start(arg_ptr, prav_param);
Параметр prav_param должен быть последним обязательным параметром вызываемой функции, а указатель arg_prt должен быть объявлен с предопределением в списке переменных типа va_list в виде:
va_list arg_ptr;
Макрос va_start должен быть использован до первого использования макроса va_arg.
Макрокоманда va_arg обеспечивает доступ к текущему параметру вызываемой функции и тоже имеет вид функции с двумя параметрами
type_arg va_arg(arg_ptr,type);
Эта макрокоманда извлекает значение типа type по адресу, заданному указателем arg_ptr, увеличивает значение указателя arg_ptr на длину использованного параметра (длина type) и таким образом параметр arg_ptr будет указывать на следующий параметр вызываемой функции. Макрокоманда va_arg используется столько раз, сколько необходимо для извлечения всех параметров вызываемой функции.
Макрос va_end используется по окончании обработки всех параметров функции и устанавливает указатель списка необязательных параметров на ноль (NULL).
Рассмотрим применение этих макросов для обработки параметров функции, вычисляющей среднее значение произвольной последовательности целых чисел. Поскольку функция имеет переменное число параметров, будем считать концом списка значение равное -1. Поскольку в списке должен быть хотя бы один элемент, у функции будет один обязательный параметр.
#include
#include
int sred_znach(int,...);
n=sred_znach(2,3,4,-1); /* вызов с четырьмя параметрами */
printf("n=%d\n",n);
n=sred_znach(5,6,7,8,9,-1); /* вызов с шестью параметрами */
printf("n=%d\n",n);
int sred_znach(int x,...)
int i=0, j=0, sum=0;
va_start(uk_arg,x); /* установка указателя uk_arg на */
/* первый необязятельный параметр */
if (x!=-1) sum=x; /* проверка на пустоту списка */
else return (0);
while ((i=va_arg(uk_arg,int))!=-1)
/* выборка очередного */
{ /* параметра и проверка */
sum+=i; /* на конец списка */
va_end(uk_arg); /* закрытие списка параметров */
Пример 2: Возможен другой вариант - первый параметр функции отвечает за количество суммируемых элементов. Кроме того, можно отказаться от применения макросов и разобрать стек в коде функции.
#include
#include
int sred_znach2(int,...);
n=sred_znach2(3,2,3,4);
printf("n=%d\n",n);
int sred_znach2(int n,...)
int *pPointer = &n;
for (int i=n ; i; i--) Sum += *(++pPointer);
Обычная СИ-программа представляет собой определение функции main, которая для выполнения необходимых действий вызывает другие функции. Приведенные выше примеры программ представляли собой один исходный файл, содержащий все необходимые для выполнения программы функции. Связь между функциями осуществлялась по данным посредством передачи параметров и возврата значений функций. Но компилятор языка СИ позволяет также разбить программу на несколько отдельных частей (исходных файлов), оттранслировать каждую часть отдельно, и затем объединить все части в один выполняемый файл при помощи редактора связей.
При такой структуре исходной программы функции, находящиеся в разных исходных файлах могут использовать глобальные внешние переменные. Все функции в языке Си по определению внешние и всегда доступны из любых файлов. Например, если программа состоит из двух исходных файлов, как показано на рис.2., то функция main может вызывать любую из трех функций fun1, fun2, fun3, а каждая из этих функций может вызывать любую другую.
Для того, чтобы определяемая функция могла выполнять какие либо действия, она должна использовать переменные. В языке СИ все переменные должны быть объявлены до их использования. Объявления устанавливают соответствие имени и атрибутов переменной, функции или типа. Определение переменной вызывает выделение памяти для хранения ее значения. Класс выделяемой памяти определяется спецификатором класса памяти, и определяет время жизни и область видимости переменной, связанные с понятием блока программы.
В языке СИ блоком считается последовательность объявлений, определений и операторов, заключенная в фигурные скобки. Существуют два вида блоков - составной оператор и определение функции, состоящее из составного оператора, являющегося телом функции, и предшествующего телу заголовка функции (в который входят имя функции, типы возвращаемого значения и формальных параметров). Блоки могут включать в себя составные операторы, но не определения функций. Внутренний блок называется вложенным, а внешний блок - объемлющим.
Время жизни - это интервал времени выполнения программы, в течение которого программный объект (переменная или функция) существует. Время жизни переменной может быть локальным или глобальным. Переменная с глобальным временем жизни имеет распределенную для нее память и определенное значение на протяжении всего времени выполнения программы, начиная с момента выполнения объявления этой переменной. Переменная с локальным временем жизни имеет распределенную для него память и определенное значение только во время выполнения блока, в котором эта переменная определена или объявлена. При каждом входе в блок для локальной переменной распределяется новая память, которая освобождается при выходе из блока.
Все функции в СИ имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы.
Область видимости - это часть текста программы, в которой может быть использован данный объект. Объект считается видимым в блоке или в исходном файле, если в этом блоке или файле известны имя и тип объекта. Объект может быть видимым в пределах блока, исходного файла или во всех исходных файлах, образующих программу. Это зависит от того, на каком уровне объявлен объект: на внутреннем, т.е. внутри некоторого блока, или на внешнем, т.е. вне всех блоков.
Если объект объявлен внутри блока, то он видим в этом блоке, и во всех внутренних блоках. Если объект объявлен на внешнем уровне, то он видим от точки его объявления до конца данного исходного файла.
Объект может быть сделан глобально видимым с помощью соответствующих объявлений во всех исходных файлах, образующих программу.
Спецификатор класса памяти в объявлении переменной может быть auto, register, static или extern. Если класс памяти не указан, то он определяется по умолчанию из контекста объявления.
Объекты классов auto и register имеют локальное время жизни. Спецификаторы static и extern определяют объекты с глобальным временем жизни.
При объявлении переменной на внутреннем уровне может быть использован любой из четырех спецификаторов класса памяти, а если он не указан, то подразумевается класс памяти auto.
Переменная с классом памяти auto имеет локальное время жизни и видна только в блоке, в котором объявлена. Память для такой переменной выделяется при входе в блок и освобождается при выходе из блока. При повторном входе в блок этой переменной может быть выделен другой участок памяти.
Переменная с классом памяти auto автоматически не инициализируется. Она должна быть проинициализирована явно при объявлении путем присвоения ей начального значения. Значение неинициализированной переменной с классом памяти auto считается неопределенным.
Спецификатор класса памяти register предписывает компилятору распределить память для переменной в регистре, если это представляется возможным. Использование регистровой памяти обычно приводит к сокращению времени доступа к переменной. Переменная, объявленная с классом памяти register, имеет ту же область видимости, что и переменная auto. Число регистров, которые можно использовать для значений переменных, ограничено возможностями компьютера, и в том случае, если компилятор не имеет в распоряжении свободных регистров, то переменной выделяется память как для класса auto. Класс памяти register может быть указан только для переменных с типом int или указателей с размером, равным размеру int.
Переменные, объявленные на внутреннем уровне со спецификатором класса памяти static, обеспечиваю возможность сохранить значение переменной при выходе из блока и использовать его при повторном входе в блок. Такая переменная имеет глобальное время жизни и область видимости внутри блока, в котором она объявлена. В отличие от переменных с классом auto, память для которых выделяется в стеке, для переменных с классом static память выделяется в сегменте данных, и поэтому их значение сохраняется при выходе из блока.
Пример: /* объявления переменной i на внутреннем уровне с классом памяти static. */ /* исходный файл file1.c */ main() { ... } fun1() { static int i=0; ... } /* исходный файл file2.c */ fun2() { static int i=0; ... } fun3() { static int i=0; ... }
В приведенном примере объявлены три разные переменные с классом памяти static, имеющие одинаковые имена i. Каждая из этих переменных имеет глобальное время жизни, но видима только в том блоке (функции), в которой она объявлена. Эти переменные можно использовать для подсчета числа обращений к каждой из трех функций.
Переменные класса памяти static могут быть инициализированы константным выражением. Если явной инициализации нет, то такой переменной присваивается нулевое значение. При инициализации константным адресным выражением можно использовать адреса любых внешних объектов, кроме адресов объектов с классом памяти auto, так как адрес последних не является константой и изменяется при каждом входе в блок. Инициализация выполняется один раз при первом входе в блок.
Переменная, объявленная локально с классом памяти extern, является ссылкой на переменную с тем же самым именем, определенную глобально в одном из исходных файлов программы. Цель такого объявления состоит в том, чтобы сделать определение переменной глобального уровня видимым внутри блока.
Пример: /* объявления переменной i, являющейся именем внешнего массива длинных целых чисел, на локальном уровне */ /* исходный файл file1.c */ main() { ... } fun1() { extern long i; ... } /* исходный файл file2.c */ long i={0}; fun2() { ... } fun3() { ... }
Объявление переменной i как extern в приведенном примере делает ее видимой внутри функции fun1. Определение этой переменной находится в файле file2.c на глобальном уровне и должно быть только одно, в то время как объявлений с классом памяти extern может быть несколько.
Объявление с классом памяти extern требуется при необходимости использовать переменную, описанную в текущем исходном файле, но ниже по тексту программы, т.е. до выполнения ее глобального определения. Следующий пример иллюстрирует такое использование переменной с именем st.
Пример: main() { extern int st; ... } static int st={0}; fun1() { ... }
Объявление переменной со спецификатором extern информирует компилятор о том, что память для переменной выделять не требуется, так как это выполнено где-то в другом месте программы.
При объявлении переменных на глобальном уровне может быть использован спецификатор класса памяти static или extern, а так же можно объявлять переменные без указания класса памяти. Классы памяти auto и register для глобального объявления недопустимы.
Объявление переменных на глобальном уровне - это или определение переменных, или ссылки на определения, сделанные в другом месте программы. Объявление глобальной переменной, которое инициализирует эту переменную (явно или неявно), является определением переменной. Определение на глобальном уровне может задаваться в следующих формах:
1. Переменная объявлена с классом памяти static. Такая переменная может быть инициализирована явно константным выражением, или по умолчанию нулевым значением. То есть обявления static int i=0 и static int i эквивалентны, и в обоих случаях переменной i будет присвоено значение 0.
2. Переменная объявлена без указания класса памяти, но с явной инициализацией. Такой переменной по умолчанию присваивается класс памяти static. То есть объявления int i=1 и static int i=1 будут эквивалентны.
Переменная объявленная глобально видима в пределах остатка исходного файла, в котором она определена. Выше своего описания и в других исходных файлах эта переменная невидима (если только она не объявлена с классом extern).
Глобальная переменная может быть определена только один раз в пределах своей области видимости. В другом исходном файле может быть объявлена другая глобальная переменная с таким же именем и с классом памяти static, конфликта при этом не возникает, так как каждая из этих переменных будет видимой только в своем исходном файле.
Спецификатор класса памяти extern для глобальных переменных используется, как и для локального объявления, в качестве ссылки на переменную, объявленную в другом месте программы, т.е. для расширения области видимости переменной. При таком объявлении область видимости переменной расширяется до конца исходного файла, в котором сделано объявление.
В объявлениях с классом памяти extern не допускается инициализация, так как эти объявления ссылаются на уже существующие и определенные ранее переменные.
1.6.2. Объявления функций
Функции всегда определяются глобально. Они могут быть объявлены с классом памяти static или extern. Объявления функций на локальном и глобальном уровнях имеют одинаковый смысл.
Правила определения области видимости для функций отличаются от правил видимости для переменных и состоят в следующем.
1. Функция, объявленная как static, видима в пределах того файла, в котором она определена. Каждая функция может вызвать другую функцию с классом памяти static из своего исходного файла, но не может вызвать функцию определенную с классом static в другом исходном файле. Разные функции с классом памяти static имеющие одинаковые имена могут быть определены в разных исходных файлах, и это не ведет к конфликту.
2. Функция, объявленная с классом памяти extern, видима в пределах всех исходных файлов программы. Любая функция может вызывать функции с классом памяти extern.
3. Если в объявлении функции отсутствует спецификатор класса памяти, то по умолчанию принимается класс extern.
Все объекты с классом памяти extern компилятор помещает в объектном файле в специальную таблицу внешних ссылок, которая используется редактором связей для разрешения внешних ссылок. Часть внешних ссылок порождается компилятором при обращениях к библиотечным функциям СИ, поэтому для разрешения этих ссылок редактору связей должны быть доступны соответствующие библиотеки функций.
1.6.3. Время жизни и область видимости программных объектов
Время жизни переменной (глобальной или локальной) определяется по следующим правилам.
1. Переменная, объявленная глобально (т.е. вне всех блоков), существует на протяжении всего времени выполнения программы.
2. Локальные переменные (т.е. объявленные внутри блока) с классом памяти register или auto, имеют время жизни только на период выполнения того блока, в котором они объявлены. Если локальная переменная объявлена с классом памяти static или extern, то она имеет время жизни на период выполнения всей программы.
Видимость переменных и функций в программе определяется следующими правилами.
1. Переменная, объявленная или определенная глобально, видима от точки объявления или определения до конца исходного файла. Можно сделать переменную видимой и в других исходных файлах, для чего в этих файлах следует ее объявить с классом памяти extern.
2. Переменная, объявленная или определенная локально, видима от точки объявления или определения до конца текущего блока. Такая переменная называется локальной.
3. Переменные из объемлющих блоков, включая переменные объявленные на глобальном уровне, видимы во внутренних блоках. Эту видимость называют вложенной. Если переменная, объявленная внутри блока, имеет то же имя, что и переменная, объявленная в объемлющем блоке, то это разные переменные, и переменная из объемлющего блока во внутреннем блоке будет невидимой.
4. Функции с классом памяти static видимы только в исходном файле, в котором они определены. Всякие другие функции видимы во всей программе.
Метки в функциях видимы на протяжении всей функции.
Имена формальных параметров, объявленные в списке параметров прототипа функции, видимы только от точки объявления параметра до конца объявления функции.
1.6.4. Инициализация глобальных и локальных переменных
При инициализации необходимо придерживаться следующих правил:
1. Объявления содержащие спецификатор класса памяти extern не могут содержать инициаторов.
2. Глобальные переменные всегда инициализируются, и если это не сделано явно, то они инициализируются нулевым значением.
3. Переменная с классом памяти static может быть инициализирована константным выражением. Инициализация для них выполняется один раз перед началом программы. Если явная инициализация отсутствует, то переменная инициализируется нулевым значением.
4. Инициализация переменных с классом памяти auto или register выполняется всякий раз при входе в блок, в котором они объявлены. Если инициализация переменных в объявлении отсутствует, то их начальное значение не определено.
5. Начальными значениями для глобальных переменных и для переменных с классом памяти static должны быть константные выражения. Адреса таких переменных являются константами и эти константы можно использовать для инициализации объявленных глобально указателей. Адреса переменных с классом памяти auto или register не являются константами и их нельзя использовать в инициаторах.
Пример: int global_var; int func(void) { int local_var; /* по умолчанию auto */ static int *local_ptr=&local_var; /* так неправильно */ static int *global_ptr=&global_var; /* а так правильно */ register int *reg_ptr=&local_var; /* и так правильно */ }
В приведенном примере глобальная переменная global_var имеет глобальное время жизни и постоянный адрес в памяти, и этот адрес можно использовать для инициализации статического указателя global_ptr. Локальная переменная local_var, имеющая класс памяти auto размещается в памяти только на время работы функции func, адрес этой переменной не является константой и не может быть использован для инициализации статической переменной local_ptr. Для инициализации локальной регистровой переменной reg_ptr можно использовать неконстантные выражения, и, в частности, адрес переменной local_ptr.
[В этой главе мы детально изучим автоматическую инициализацию, присваивание и уничтожение объектов классов в программе. Для поддержки инициализации служит конструктор - определенная проектировщиком функция (возможно, перегруженная), которая автоматически применяется к каждому объекту класса перед его первым использованием. Парная по отношению к конструктору функция, деструктор, автоматически применяется к каждому объекту класса по окончании его использования и предназначена для освобождения ресурсов, захваченных либо в конструкторе класса, либо на протяжении его жизни.
По умолчанию как инициализация, так и присваивание одного объекта класса другому выполняются почленно, т.е. путем последовательного копирования всех членов. Хотя этого обычно достаточно, при некоторых обстоятельствах такая семантика оказывается неадекватной. Тогда проектировщик класса должен предоставить специальный копирующий конструктор и копирующий оператор присваивания. Самое сложное в поддержке этих функций-членов - понять, что они должны быть написаны.
14.1. Инициализация класса
Рассмотрим следующее определение класса:
Class Data { public: int ival; char *ptr; };
Чтобы безопасно пользоваться объектом класса, необходимо правильно инициализировать его члены. Однако смысл этого действия для разных классов различен. Например, может ли ival содержать отрицательное значение или нуль? Каковы правильные начальные значения обоих членов класса? Мы не ответим на эти вопросы, не понимая абстракции, представляемой классом. Если с его помощью описываются служащие компании, то ptr, вероятно, указывает на фамилию служащего, а ival - его уникальный номер. Тогда отрицательное или нулевое значения ошибочны. Если же класс представляет текущую температуру в городе, то допустимы любые значения ival. Возможно также, что класс Data представляет строку со счетчиком ссылок: в таком случае ival содержит текущее число ссылок на строку по адресу ptr. При такой абстракции ival инициализируется значением 1; как только значение становится равным 0, объект класса уничтожается.
Мнемонические имена класса и обоих его членов сделали бы, конечно, его назначение более понятным для читателя программы, но не дали бы никакой дополнительной информации компилятору. Чтобы компилятор понимал наши намерения, мы должны предоставить одну или несколько перегруженных функций инициализации - конструкторов. Подходящий конструктор выбирается в зависимости от множества начальных значений, указанных при определении объекта. Например, любая из приведенных ниже инструкций представляет корректную инициализацию объекта класса Data:
Data dat01("Venus and the Graces", 107925); Data dat02("about"); Data dat03(107925); Data dat04;
Бывают ситуации (как в случае с dat04), когда нам нужен объект класса, но его начальные значения мы еще не знаем. Возможно, они станут известны позже. Однако начальное значение задать необходимо, хотя бы такое, которое показывает, что разумное начальное значение еще не присвоено. Другими словами, инициализация объекта иногда сводится к тому, чтобы показать, что он еще не инициализирован. Большинство классов предоставляют специальный конструктор по умолчанию, для которого не требуется задавать начальных значений. Как правило, он инициализирует объект таким образом, чтобы позже можно было понять, что реальной инициализации еще не проводилось.
Обязан ли наш класс Data иметь конструктор? Нет, поскольку все его члены открыты. Унаследованный из языка C механизм поддерживает явную инициализацию, аналогичную используемой при инициализации массивов:
Int main() { // local1.ival = 0; local1.ptr = 0 Data local1 = { 0, 0 }; // local2.ival = 1024; // local3.ptr = "Anna Livia Plurabelle" Data.local2 - { 1024, "Anna Livia Plurabelle" }; // ... }
Значения присваиваются позиционно, на основе порядка, в котором объявляются данные-члены. Следующий пример приводит к ошибке компиляции, так как ival объявлен перед ptr:
// ошибка: ival = "Anna Livia Plurabelle"; // ptr = 1024 Data.local2 - { "Anna Livia Plurabelle", 1024 };
Явная инициализация имеет два основных недостатка. Во-первых, она может быть применена лишь для объектов классов, все члены которых открыты (т.е. эта инициализация не поддерживает инкапсуляции данных и абстрактных типов - их не было в языке C, откуда она заимствована). А во-вторых, такая форма требует вмешательства программиста, что увеличивает вероятность появления ошибок (забыл включить список инициализации или перепутал порядок следования инициализаторов в нем).
Так нужно ли применять явную инициализацию вместо конструкторов? Да. Для некоторых приложений более эффективно использовать список для инициализации больших структур постоянными значениями. К примеру, мы можем таким образом построить палитру цветов или включить в текст программы фиксированные координаты вершин и значения в узлах сложной геометрической модели. В подобных случаях инициализация выполняется во время загрузки, что сокращает затраты времени на запуск конструктора, даже если он определен как встроенный. Это особенно удобно при работе с глобальными объектами1.
Однако в общем случае предпочтительным методом инициализации является конструктор, который гарантированно будет вызван компилятором для каждого объекта до его первого использования. В следующем разделе мы познакомимся с конструкторами детально.
14.2. Конструктор класса
Среди других функций-членов конструктор выделяется тем, что его имя совпадает с именем класса. Для объявления конструктора по умолчанию мы пишем2:
Class Account { public: // конструктор по умолчанию... Account(); // ... private: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance; };
Единственное синтаксическое ограничение, налагаемое на конструктор, состоит в том, что он не должен иметь тип возвращаемого значения, даже void. Поэтому следующие объявления ошибочны:
// ошибки: у конструктора не может быть типа возвращаемого значения void Account::Account() { ... } Account* Account::Account(const char *pc) { ... }
Количество конструкторов у одного класса может быть любым, лишь бы все они имели разные списки формальных параметров.
Откуда мы знаем, сколько и каких конструкторов определить? Как минимум, необходимо присвоить начальное значение каждому члену, который в этом нуждается. Например, номер счета либо задается явно, либо генерируется автоматически таким образом, чтобы гарантировать его уникальность. Предположим, что он будет создаваться автоматически. Тогда мы должны разрешить инициализировать оставшиеся два члена _name и _balance:
Account(const char *name, double open_balance);
Объект класса Account, инициализируемый конструктором, можно объявить следующим образом:
Account newAcct("Mikey Matz", 0);
Если же есть много счетов, для которых начальный баланс равен 0, то полезно иметь конструктор, задающий только имя владельца и автоматически инициализирующий _balance нулем. Один из способов сделать это - предоставить конструктор вида:
Account(const char *name);
Другой способ - включить в конструктор с двумя параметрами значение по умолчанию, равное нулю:
Account(const char *name, double open_balance = 0.0);
Оба конструктора обладают необходимой пользователю функциональностью, поэтому оба решения приемлемы. Мы предпочитаем использовать аргумент по умолчанию, поскольку в такой ситуации общее число конструкторов класса сокращается.
Нужно ли поддерживать также задание одного лишь начального баланса без указания имени клиента? В данном случае спецификация класса явно запрещает это. Наш конструктор с двумя параметрами, из которых второй имеет значение по умолчанию, предоставляет полный интерфейс для указания начальных значений тех членов класса Account, которые могут быть инициализированы пользователем:
Class Account { public: // конструктор по умолчанию... Account(); // имена параметров в объявлении указывать необязательно Account(const char*, double=0.0); const char* name() { return name; } // ... private: // ... };
Ниже приведены два примера правильного определения объекта класса Account, где конструктору передается один или два аргумента:
Int main() { // правильно: в обоих случаях вызывается конструктор // с двумя параметрами Account acct("Ethan Stern"); Account *pact = new Account("Michael Lieberman", 5000); if (strcmp(acct.name(), pact->name())) // ... }
C++ требует, чтобы конструктор применялся к определенному объекту до его первого использования. Это означает, что как для acct, так и для объекта, на который указывает pact, конструктор будет вызван перед проверкой в инструкции if.
Компилятор перестраивает нашу программу, вставляя вызовы конструкторов. Вот как, по всей вероятности, будет модифицировано определение acct внутри main():
// псевдокод на C++, // иллюстрирующий внутреннюю вставку конструктора int main() { Account acct; acct.Account::Account("Ethan Stern", 0.0); // ... }
Конечно, если конструктор определен как встроенный, то он подставляется в точке вызова.
Обработка оператора new несколько сложнее. Конструктор вызывается только тогда, когда он успешно выделил память. Модификация определения pact в несколько упрощенном виде выглядит так:
// псевдокод на C++, // иллюстрирующий внутреннюю вставку конструктора при обработке new int main() { // ... Account *pact; try { pact = _new(sizeof(Account)); pact->Acct.Account::Account("Michael Liebarman", 5000.0); } catch(std::bad_alloc) { // оператор new закончился неудачей: // конструктор не вызывается } // ... }
Существует три в общем случае эквивалентных формы задания аргументов конструктора:
// в общем случае эти формы эквивалентны Account acct1("Anna Press"); Account acct2 = Account("Anna Press"); Account acct3 = "Anna Press";
Форма acct3 может использоваться только при задании единственного аргумента. Если аргументов два или более, мы рекомендуем пользоваться формой acct1, хотя допустима и acct2.
Новички часто допускают ошибку при объявлении объекта, инициализированного конструктором по умолчанию:
// увы! работает не так, как ожидалось Account newAccount();
Эта инструкция компилируется без ошибок. Однако при попытке использовать объект в таком контексте:
// ошибка компиляции... if (! newAccount.name()) ...
компилятор не сможет применить к функции нотацию доступа к членам класса. Определение
// определяет функцию newAccount, // а не объект класса Account newAccount();
интерпретируется компилятором как определение функции без параметров, которая возвращает объект типа Account. Правильное объявление объекта класса, инициализируемого конструктором по умолчанию, не содержит пустых скобок:
// правильно: определяется объект класса... Account newAccount;
Определять объект класса, не указывая списка фактических аргументов, можно в том случае, если в нем либо объявлен конструктор по умолчанию, либо вообще нет объявлений конструкторов. Если в классе объявлен хотя бы один конструктор, то не разрешается определять объект класса, не вызывая ни одного из них. В частности, если в классе определен конструктор, принимающий один или более параметров, но не определен конструктор по умолчанию, то в каждом определении объекта такого класса должны присутствовать необходимые аргументы. Можно возразить, что не имеет смысла определять конструктор по умолчанию для класса Account, поскольку не бывает счетов без имени владельца. В пересмотренной версии класса Account такой конструктор исключен:
Class Account { public: // имена параметров в объявлении указывать необязательно Account(const char*, double=0.0); const char* name() { return name; } // ... private: // ... };
Теперь при объявлении каждого объекта Account в конструкторе обязательно надо указать как минимум аргумент типа C-строки, но это скорее всего бессмысленно. Почему? Контейнерные классы (например, vector) требуют, чтобы для класса помещаемых в них элементов был либо задан конструктор по умолчанию, либо вообще никаких конструкторов. Аналогичная ситуация имеет место при выделении динамического массива объектов класса. Так, следующая инструкция вызвала бы ошибку компиляции для новой версии Account:
// ошибка: требуется конструктор по умолчанию для класса Account Account *pact = new Account[ new_client_cnt ];
На практике часто требуется задавать конструктор по умолчанию, если имеются какие-либо другие конструкторы.
А если для класса нет разумных значений по умолчанию? Например, класс Account требует задавать для любого объекта фамилию владельца счета. В таком случае лучше всего установить состояние объекта так, чтобы было видно, что он еще не инициализирован корректными значениями:
// конструктор по умолчанию для класса Account inline Account:: Account() { _name = 0; _balance = 0.0; _acct_nmbr = 0; }
Однако в функции-члены класса Account придется включить проверку целостности объекта перед его использованием.
Существует и альтернативный синтаксис: список инициализации членов, в котором через запятую указываются имена и начальные значения. Например, конструктор по умолчанию можно переписать следующим образом:
// конструктор по умолчанию класса Account с использованием // списка инициализации членов inline Account:: Account() : _name(0), _balance(0.0), _acct_nmbr(0) {}
Такой список допустим только в определении, но не в объявлении конструктора. Он помещается между списком параметров и телом конструктора и отделяется двоеточием. Вот как выглядит наш конструктор с двумя параметрами при частичном использовании списка инициализации членов:
Inline Account:: Account(const char* name, double opening_bal) : _balance(opening_bal) { _name = new char[ strlen(name)+1 ]; strcpy(_name, name); _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); }
get_unique_acct_nmbr() - это не являющаяся открытой функция-член, которая возвращает гарантированно не использованный ранее номер счета.
Конструктор нельзя объявлять с ключевыми словами const или volatile (см. раздел 13.3.5), поэтому приведенные записи неверны:
Class Account { public: Account() const; // ошибка Account() volatile; // ошибка // ... };
Это не означает, что объекты класса с такими спецификаторами запрещено инициализировать конструктором. Просто к объекту применяется подходящий конструктор, причем без учета спецификаторов в объявлении объекта. Константность объекта класса устанавливается после того, как работа по его инициализации завершена, и пропадает в момент вызова деструктора. Таким образом, объект класса со спецификатором const считается константным с момента завершения работы конструктора до момента запуска деструктора. То же самое относится и к спецификатору volatile.
Рассмотрим следующий фрагмент программы:
// в каком-то заголовочном файле extern void print(const Account &acct); // ... int main() { // преобразует строку "oops" в объект класса Account // с помощью конструктора Account::Account("oops", 0.0) print("oops"); // ... }
По умолчанию конструктор с одним параметром (или с несколькими - при условии, что все параметры, кроме первого, имеют значения по умолчанию) играет роль оператора преобразования. В этом фрагменте программы конструктор Account неявно применяется компилятором для трансформации литеральной строки в объект класса Account при вызове print(), хотя в данной ситуации такое преобразование не нужно.
Непреднамеренные неявные преобразования классов, например трансформация "oops" в объект класса Account, оказались источником трудно обнаруживаемых ошибок. Поэтому в стандарт C++ было добавлено ключевое слово explicit, говорящее компилятору, что такие преобразования не нужны:
Class Account { public: explicit Account(const char*, double=0.0); };
Данный модификатор применим только к конструктору. (Операторы преобразования и слово explicit обсуждаются в разделе 15.9.2 .)
14.2.1. Конструктор по умолчанию
Конструктором по умолчанию называется конструктор, который можно вызывать, не задавая аргументов. Это не значит, что такой конструктор не может принимать аргументов; просто с каждым его формальным параметром ассоциировано значение по умолчанию:
// все это конструкторы по умолчанию Account::Account() { ... } iStack::iStack(int size = 0) { ... } Complex::Complex(double re=0.0, double im=0.0) { ... }
Когда мы пишем:
Int main() { Account acct; // ... }
то компилятор сначала проверяет, определен ли для класса Account конструктор по умолчанию. Возникает одна из следующих ситуаций:
- Такой конструктор определен. Тогда он применяется к acct.
- Конструктор определен, но не является открытым. В данном случае определение acct помечается компилятором как ошибка: у функции main() нет прав доступа.
- Конструктор по умолчанию не определен, но есть один или несколько конструкторов, требующих задания аргументов. Определение acct помечается как ошибка: слишком мало аргументов у конструктора.
- Нет ни конструктора по умолчанию, ни какого-либо другого. Определение считается корректным, acct не инициализируется, конструктор не вызывается.
Пункты 1 и 3 должны быть уже достаточно понятны (если это не так, перечитайте данную главу) Посмотрим более внимательно на пункты 2 и 4.
Допустим, что все члены класса Account объявлены открытыми и не объявлено никакого конструктора:
Class Account { public: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance; };
В таком случае при определении объекта класса Account специальной инициализации не производится. Начальные значения всех трех членов зависят только от контекста, в котором встретилось определение. Например, для статических объектов гарантируется, что все их члены будут обнулены (как и для объектов, не являющихся экземплярами классов):
// статический класс хранения // вся ассоциированная с объектом память обнуляется Account global_scope_acct; static Account file_scope_acct; Account foo() { static Account local_static_acct; // ... }
Однако объекты, определенные локально или распределенные динамически, в начальный момент будут содержать случайный набор битов, оставшихся в стеке программы:
// локальные и распределенные из хипа объекты не инициализированы // до момента явной инициализации или присваивания Account bar() { Account local_acct; Account *heap_acct = new Account; // ... }
Новички часто полагают, что компилятор автоматически генерирует конструктор, если он не задан, и применяет его для инициализации членов класса. Для Account в том виде, в каком мы его определили, это неверно. Никакой конструктор не генерируется и не вызывается. Для более сложных классов, имеющих члены, которые сами являются классами, или использующих наследование, это отчасти справедливо: конструктор по умолчанию может быть сгенерирован, но и он не присваивает начальных значений членам встроенных или составных типов, таким, как указатели или массивы.
Если мы хотим, чтобы подобные члены инициализировались, то должны сами позаботиться об этом, предоставив один или несколько конструкторов. В противном случае отличить корректное значение члена такого типа от неинициализированного, если объект создан локально или распределен из хипа,3 практически невозможно.
14.2.2. Ограничение прав на создание объекта
Доступность конструктора определяется тем, в какой секции класса он объявлен. Мы можем ограничить или явно запретить некоторые формы создания объектов, если поместим соответствующий конструктор в неоткрытую секцию. В примере ниже конструктор по умолчанию класса Account объявлен закрытым, а с двумя параметрами - открытым:
Class Account { friend class vector; public: explicit Account(const char*, double = 0.0); // ... private: Account(); // ... };
Обычная программа сможет теперь определять объекты класса Account, лишь указав как имя владельца счета, так и начальный баланс. Однако функции-члены Account и дружественный ему класс vector могут создавать объекты, пользуясь любым конструктором.
Конструкторы, не являющиеся открытыми, в реальных программах C++ чаще всего используются для:
- предотвращения копирования одного объекта в другой объект того же класса (эта проблема рассматривается в следующем подразделе);
- указания на то, что конструктор должен вызываться только в случае, когда данный класс выступает в роли базового в иерархии наследования, а не для создания объектов, которыми программа может манипулировать напрямую (см. обсуждение наследования и объектно-ориентированного программирования в главе 17).
14.2.3. Копирующий конструктор
Инициализация объекта другим объектом того же класса называется почленной инициализацией по умолчанию. Копирование одного объекта в другой выполняется путем последовательного копирования каждого нестатического члена. Проектировщик класса может изменить такое поведение, предоставив специальный копирующий конструктор. Если он определен, то вызывается всякий раз, когда один объект инициализируется другим объектом того же класса.
Часто почленная инициализация не обеспечивает корректного поведения класса. Поэтому мы явно определяем копирующий конструктор. В нашем классе Account это необходимо, иначе два объекта будут иметь одинаковые номера счетов, что запрещено спецификацией класса.
Копирующий конструктор принимает в качестве формального параметра ссылку на объект класса (традиционно объявляемую со спецификатором const). Вот его реализация:
Inline Account:: Account(const Account &rhs) : _balance(rhs._balance) { _name = new char[ strlen(rhs._name) + 1 ]; strcpy(_name, rhs._name); // копировать rhs._acct_nmbr нельзя _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); }
Когда мы пишем:
Account acct2(acct1);
компилятор определяет, объявлен ли явный копирующий конструктор для класса Account. Если он объявлен и доступен, то он и вызывается; а если недоступен, то определение acct2 считается ошибкой. В случае, когда копирующий конструктор не объявлен, выполняется почленная инициализация по умолчанию. Если впоследствии объявление копирующего конструктора будет добавлено или удалено, никаких изменений в программы пользователей вносить не придется. Однако перекомпилировать их все же необходимо. (Более подробно почленная инициализация рассматривается в разделе 14.6.)
Упражнение 14.1
Какие из следующих утверждений ложны? Почему?
- У класса должен быть хотя бы один конструктор.
- Конструктор по умолчанию - это конструктор с пустым списком параметров.
- Если разумных начальных значений у членов класса нет, то не следует предоставлять конструктор по умолчанию.
- Если в классе нет конструктора по умолчанию, то компилятор генерирует его автоматически и инициализирует каждый член значением по умолчанию для соответствующего типа.
Упражнение 14.2
Предложите один или несколько конструкторов для данного множества членов. Объясните свой выбор:
Class NoName { public: // здесь должны быть конструкторы // ... protected: char *pstring; int ival; double dval; };
Упражнение 14.3
Выберите одну из следующих абстракций (или предложите свою собственную). Решите, какие данные (задаваемые пользователем) подходят для представляющего эту абстракцию класса. Напишите соответствующий набор конструкторов. Объясните свое решение.
- Книга
- Служащий
- Транспортное средство
- Объект
- Дерево
Упражнение 14.4
Пользуясь приведенным определением класса:
Class Account { public: Account(); explicit Account(const char*, double=0.0); // ... };
объясните, что происходит в результате следующих определений:
(a) Account acct; (b) Account acct2 = acct; (c) Account acct3 = "Rena Stern "; (d) Account acct4("Anna Engel ", 400.00); (e) Account acct5 = Account(acct3);
Упражнение 14.5
Параметр копирующего конструктора может и не быть константным, но обязан быть ссылкой. Почему ошибочна такая инструкция:
Account::Account(const Account rhs);
14.3. Деструктор класса
Одна из целей, стоящих перед конструктором, - обеспечить автоматическое выделение ресурса. Мы уже видели в примере с классом Account конструктор, где с помощью оператора new выделяется память для массива символов и присваивается уникальный номер счету. Можно также представить ситуацию, когда нужно получить монопольный доступ к разделяемой памяти или к критической секции потока. Для этого необходима симметричная операция, обеспечивающая автоматическое освобождение памяти или возврат ресурса по завершении времени жизни объекта, - деструктор. Деструктор - это специальная определяемая пользователем функция-член, которая автоматически вызывается, когда объект выходит из области видимости или когда к указателю на объект применяется операция delete. Имя этой функции образовано из имени класса с предшествующим символом "тильда" (~). Деструктор не возвращает значения и не принимает никаких параметров, а следовательно, не может быть перегружен. Хотя разрешается определять несколько таких функций-членов, лишь одна из них будет применяться ко всем объектам класса. Вот, например, деструктор для нашего класса Account:
Class Account { public: Account(); explicit Account(const char*, double=0.0); Account(const Account&); ~Account(); // ... private: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance; }; inline Account::~Account() { delete _name; return_acct_number(_acct_nnmbr); }
Обратите внимание, что в нашем деструкторе не сбрасываются значения членов:
Inline Account::~Account() { // необходимо delete _name; return_acct_number(_acct_nnmbr); // необязательно _name = 0; _balance = 0.0; _acct_nmbr = 0; }
Делать это необязательно, поскольку отведенная под члены объекта память все равно будет освобождена. Рассмотрим следующий класс:
Class Point3d { public: // ... private: float x, y, z; };
Конструктор здесь необходим для инициализации членов, представляющих координаты точки. Нужен ли деструктор? Нет. Для объекта класса Point3d не требуется освобождать ресурсы: память выделяется и освобождается компилятором автоматически в начале и в конце его жизни.
В общем случае, если члены класса имеют простые значения, скажем, координаты точки, то деструктор не нужен. Не для каждого класса необходим деструктор, даже если у него есть один или более конструкторов. Основной целью деструктора является освобождения ресурсов, выделенных либо в конструкторе, либо во время жизни объекта, например освобождение замка или памяти, выделенной оператором new.
Но функции деструктора не ограничены только освобождением ресурсов. Он может реализовывать любую операцию, которая по замыслу проектировщика класса должна быть выполнена сразу по окончании использования объекта. Так, широко распространенным приемом для измерения производительности программы является определение класса Timer, в конструкторе которого запускается та или иная форма программного таймера. Деструктор останавливает таймер и выводит результаты замеров. Объект данного класса можно условно определять в критических участках программы, которые мы хотим профилировать, таким образом:
{ // начало критического участка программы #ifdef PROFILE Timer t; #endif // критический участок // t уничтожается автоматически // отображается затраченное время... }
Чтобы убедиться в том, что мы понимаем поведение деструктора (да и конструктора тоже), разберем следующий пример:
(1) #include "Account.h" (2) Account global("James Joyce"); (3) int main() (4) { (5) Account local("Anna Livia Plurabelle", 10000); (6) Account &loc_ref = global; (7) Account *pact = 0; (8) (9) { (10) Account local_too("Stephen Hero"); (11) pact = new Account("Stephen Dedalus"); (12) } (13) (14) delete pact; (15) }
Сколько здесь вызывается конструкторов? Четыре: один для глобального объекта global в строке (2); по одному для каждого из локальных объектов local и local_too в строках (5) и (10) соответственно, и один для объекта, распределенного в хипе, в строке (11). Ни объявление ссылки loc_ref на объект в строке (6), ни объявление указателя pact в строке (7) не приводят к вызову конструктора. Ссылка - это псевдоним для уже сконструированного объекта, в данном случае для global. Указатель также лишь адресует объект, созданный ранее (в данном случае распределенный в хипе, строка (11)), или не адресует никакого объекта (строка (7)).
Аналогично вызываются четыре деструктора: для глобального объекта global, объявленного в строке (2), для двух локальных объектов и для объекта в хипе при вызове delete в строке (14). Однако в программе нет инструкции, с которой можно связать вызов деструктора. Компилятор просто вставляет эти вызовы за последним использованием объекта, но перед закрытием соответствующей области видимости.
Конструкторы и деструкторы глобальных объектов вызываются на стадиях инициализации и завершения выполнения программы. Хотя такие объекты нормально ведут себя при использовании в том файле, где они определены, но их применение в ситуации, когда производятся ссылки через границы файлов, становится в C++ серьезной проблемой.4
Деструктор не вызывается, когда из области видимости выходит ссылка или указатель на объект (сам объект при этом остается).
С++ с помощью внутренних механизмов препятствует применению оператора delete к указателю, не адресующему никакого объекта, так что соответствующие проверки кода необязательны:
// необязательно: неявно выполняется компилятором if (pact != 0) delete pact;
Всякий раз, когда внутри функции этот оператор применяется к отдельному объекту, размещенному в хипе, лучше использовать объект класса auto_ptr, а не обычный указатель (см. обсуждение класса auto_ptr в разделе 8.4). Это особенно важно потому, что пропущенный вызов delete (скажем, в случае, когда возбуждается исключение) ведет не только к утечке памяти, но и к пропуску вызова деструктора. Ниже приводится пример программы, переписанной с использованием auto_ptr (она слегка модифицирована, так как объект класса auto_ptr может быть явно переустановлен для адресации другого объекта только присваиванием его другому auto_ptr):
#include
14.3.1. Явный вызов деструктора
Иногда вызывать деструктор для некоторого объекта приходится явно. Особенно часто такая необходимость возникает в связи с оператором new (см. раздел 8.4). Рассмотрим пример. Когда мы пишем:
Char *arena = new char[ sizeof Image ];
то из хипа выделяется память, размер которой равен размеру объекта типа Image, она не инициализирована и заполнена случайными битами. Если же написать:
Image *ptr = new (arena) Image("Quasimodo");
то никакой новой памяти не выделяется. Вместо этого переменной ptr присваивается адрес, ассоциированный с переменной arena. Теперь память, на которую указывает ptr, интерпретируется как занимаемая объектом класса Image, и конструктор применяется к уже существующей области. Таким образом, оператор размещения new() позволяет сконструировать объект в ранее выделенной области памяти.
Закончив работать с изображением Quasimodo, мы можем произвести какие-то операции с изображением Esmerelda, размещенным по тому же адресу arena в памяти:
Image *ptr = new (arena) Image("Esmerelda");
Однако изображение Quasimodo при этом будет затерто, а мы его модифицировали и хотели бы записать на диск. Обычно сохранение выполняется в деструкторе класса Image, но если мы применим оператор delete:
// плохо: не только вызывает деструктор, но и освобождает память delete ptr;
то, помимо вызова деструктора, еще и возвратим в хип память, чего делать не следовало бы. Вместо этого можно явно вызвать деструктор класса Image:
Ptr->~Image();
сохранив отведенную под изображение память для последующего вызова оператора размещения new.
Отметим, что, хотя ptr и arena адресуют одну и ту же область памяти в хипе, применение оператора delete к arena
// деструктор не вызывается delete arena;
не приводит к вызову деструктора класса Image, так как arena имеет тип char*, а компилятор вызывает деструктор только тогда, когда операндом в delete является указатель на объект класса, имеющего деструктор.
14.3.2. Опасность увеличения размера программы
Встроенный деструктор может стать причиной непредвиденного увеличения размера программы, поскольку он вставляется в каждой точке выхода внутри функции для каждого активного локального объекта. Например, в следующем фрагменте
Account acct("Tina Lee"); int swt; // ... switch(swt) { case 0: return; case 1: // что-то сделать return; case 2: // сделать что-то другое return; // и так далее }
компилятор подставит деструктор перед каждой инструкцией return. Деструктор класса Account невелик, и затраты времени и памяти на его подстановку тоже малы. В противном случае придется либо объявить деструктор невстроенным, либо реорганизовать программу. В примере выше инструкцию return в каждой метке case можно заменить инструкцией break с тем, чтобы у функции была единственная точка выхода:
// переписано для обеспечения единственной точки выхода switch(swt) { case 0: break; case 1: // что-то сделать break; case 2: // сделать что-то другое break; // и так далее } // единственная точка выхода return;
Упражнение 14.6
Напишите подходящий деструктор для приведенного набора членов класса, среди которых pstring адресует динамически выделенный массив символов:
Class NoName { public: ~NoName(); // ... private: char *pstring; int ival; double dval; };
Упражнение 14.7
Необходим ли деструктор для класса, который вы выбрали в упражнении 14.3? Если нет, объясните почему. В противном случае предложите реализацию.
Упражнение 14.8
Сколько раз вызываются деструкторы в следующем фрагменте:
Void mumble(const char *name, fouble balance, char acct_type) { Account acct; if (! name) return; if (balance <= 99) return; switch(acct_type) { case "z": return; case "a": case "b": return; } // ... }
14.4. Массивы и векторы объектов
Массив объектов класса определяется точно так же, как массив элементов встроенного типа. Например:
Account table[ 16 ];
определяет массив из 16 объектов Account. Каждый элемент по очереди инициализируется конструктором по умолчанию. Можно и явно передать конструкторам аргументы внутри заключенного в фигурные скобки списка инициализации массива. Строка:
Account pooh_pals = { "Piglet", "Eeyore", "Tigger" };
определяет массив из трех элементов, инициализируемых конструкторами:
Account("Piglet", 0.0); // первый элемент (Пятачок) Account("Eeyore", 0.0); // второй элемент (Иа-Иа) Account("Tigger", 0.0); // третий элемент (Тигра)
Один аргумент можно задать явно, как в примере выше. Если же необходимо передать несколько аргументов, то придется воспользоваться явным вызовом конструктора:
Account pooh_pals = { Account("Piglet", 1000.0), Account("Eeyore", 1000.0), Account("Tigger", 1000.0) };
Чтобы включить в список инициализации массива конструктор по умолчанию, мы употребляем явный вызов с пустым списком параметров:
Account pooh_pals = { Account("Woozle", 10.0), // Бука Account("Heffalump", 10.0), // Слонопотам Account(); };
Эквивалентный массив из трех элементов можно объявить и так:
Account pooh_pals = { Account("Woozle", 10.0), Account("Heffalump", 10.0) };
Таким образом, члены списка инициализации последовательно используются для заполнения очередного элемента массива. Те элементы, для которых явные аргументы не заданы, инициализируются конструктором по умолчанию. Если его нет, то в списке должны быть заданы аргументы конструктора для каждого элемента массива.
Доступ к отдельным элементам массива объектов производится с помощью оператора взятия индекса, как и для массива элементов любого из встроенных типов. Например:
Pooh_pals; обращается к Piglet, а pooh_pals;
к Eeyore и т.д. Для доступа к членам объекта, находящегося в некотором элементе массива, мы сочетаем операторы взятия индекса и доступа к членам:
Pooh_pals._name != pooh_pals._name;
Не существует способа явно указать начальные значения элементов массива, память для которого выделена из хипа. Если класс поддерживает создание динамических массивов с помощью оператора new, он должен либо иметь конструктор по умолчанию, либо не иметь никаких конструкторов. На практике почти у всех классов есть такой конструктор.
Объявление
Account *pact = new Account[ 10 ];
создает в памяти, выделенной из хипа, массив из десяти объектов класса Account, причем каждый инициализируется конструктором по умолчанию.
Чтобы уничтожить массив, адресованный указателем pact, необходимо применить оператор delete. Однако написать
// увы! это не совсем правильно delete pact;
недостаточно, так как pact при этом не идентифицируется как массив объектов. В результате деструктор класса Account применяется лишь к первому элементу массива. Чтобы применить его к каждому элементу, мы должны включить пустую пару скобок между оператором delete и адресом удаляемого объекта:
// правильно: // показывает, что pact адресует массив delete pact;
Пустая пара скобок говорит о том, что pact адресует именно массив. Компилятор определяет, сколько в нем элементов, и применяет деструктор к каждому из них.
14.4.1. Инициализация массива, распределенного из хипа A
По умолчанию инициализация массива объектов, распределенного из хипа, проходит в два этапа: выделение памяти для массива, к каждому элементу которого применяется конструктор по умолчанию, если он определен, и последующее присваивание значения каждому элементу.
Чтобы свести инициализацию к одному шагу, программист должен вмешаться и поддержать следующую семантику: задать начальные значения для всех или некоторых элементов массива и гарантировать применение конструктора по умолчанию для тех элементов, начальные значения которых не заданы. Ниже приведено одно из возможных программных решений, где используется оператор размещения new:
#include
Необходимо заранее выделить блок памяти, достаточный для хранения запрошенного массива, как массив байт, чтобы избежать применения к каждому элементу конструктора по умолчанию. Это делается в такой инструкции:
Char *p = new char;
Далее программа в цикле обходит этот блок, присваивая на каждой итерации переменной p адрес следующего элемента и вызывая либо конструктор с двумя параметрами, если задана пара начальных значений, либо конструктор по умолчанию:
For (int ix = 0; ix
В разделе 14.3 говорилось, что оператор размещения new позволяет применить конструктор класса к уже выделенной области памяти. В данном случае мы используем new для поочередного применения конструктора класса Account к каждому из выделенных элементов массива. Поскольку при создании инициализированного массива мы подменили стандартный механизм выделения памяти, то должны сами позаботиться о ее освобождении. Оператор delete работать не будет:
Delete ps;
Почему? Потому что ps (мы предполагаем, что эта переменная была инициализирована вызовом init_heap_array()) указывает на блок памяти, полученный не с помощью стандартного оператора new, поэтому число элементов в массиве компилятору неизвестно. Так что всю работу придется сделать самим:
Void
Account::
dealloc_heap_array(Account *ps, size_t elems)
{
for (int ix = 0; ix < elems; ++ix)
ps.Account::~Account();
delete reinterpret_cast
Если в функции инициализации мы пользовались арифметическими операциями над указателями для доступа к элементам:
New(p+offset*ix) Account;
то здесь мы обращаемся к ним, задавая индекс в массиве ps:
Ps.Account::~Account();
Хотя и ps, и p адресуют одну и ту же область памяти, ps объявлен как указатель на объект класса Account, а p - как указатель на char. Индексирование p дало бы ix-й байт, а не ix-й объект класса Account. Поскольку с p ассоциирован не тот тип, что нужно, арифметические операции над указателями приходится программировать самостоятельно.
Мы объявляем обе функции статическими членами класса:
Typedef pair
14.4.2. Вектор объектов
Когда определяется вектор из пяти объектов класса, например:
Vector< Point > vec(5);
то инициализация элементов производится в следующем порядке5:
- С помощью конструктора по умолчанию создается временный объект типа класса, хранящегося в векторе.
- К каждому элементу вектора применяется копирующий конструктор, в результате чего каждый объект инициализируется копией временного объекта.
- Временный объект уничтожается.
Хотя конечный результат оказывается таким же, как при определении массива из пяти объектов класса:
Point pa[ 5 ];
эффективность подобной инициализации вектора ниже, так как, во-первых, на конструирование и уничтожение временного объекта, естественно, нужны ресурсы, а во-вторых, копирующий конструктор обычно оказывается вычислительно более сложным, чем конструктор по умолчанию.
Общее правило проектирования таково: вектор объектов класса удобнее только для вставки элементов, т.е. в случае, когда изначально определяется пустой вектор. Если мы заранее вычислили, сколько придется вставлять элементов, или имеем на этот счет обоснованное предположение, то надо зарезервировать необходимую память, а затем приступать к вставке. Например:
Vector< Point > cvs; // пустой int cv_cnt = calc_control_vertices(); // зарезервировать память для хранения cv_cnt объектов класса Point // cvs все еще пуст... cvs.reserve(cv_cnt); // открыть файл и подготовиться к чтению из него ifstream infile("spriteModel"); istream_iterator< Point> cvfile(infile),eos; // вот теперь можно вставлять элементы copy(cvfile, eos, inserter(cvs, cvs.begin()));
(Алгоритм copy(), итератор вставки inserter и потоковый итератор чтения istream_iterator рассматривались в главе 12 .) Поведение объектов list (список) и deque (двусторонняя очередь) аналогично поведению объектов vector (векторов). Вставка объекта в любой из этих контейнеров осуществляется с помощью копирующего конструктора.
Упражнение 14.9
Какие из приведенных инструкций неверны? Исправьте их.
(a) Account *parray = new Account; (b) Account iA = { "Nhi", "Le", "Jon", "Mike", "Greg", "Brent", "Hank" "Roy", "Elena" }; (c) string *ps=string("Tina","Tim","Chyuan","Mira","Mike"); (d) string as = *ps; Упражнение 14.10
Что лучше применить в каждой из следующих ситуаций: статический массив (такой, как Account pA), динамический массив или вектор? Объясните свой выбор.
Внутри функции Lut() нужен набор из 256 элементов для хранения объектов класса Color. Значения являются константами.
Необходимо хранить набор из неизвестного числа объектов класса Account. Данные счетов читаются из файла.
Функция gen_words(elem_size) должна сгенерировать и передать обработчику текста набор из elem_size строк.
Упражнение 14.11
Потенциальным источником ошибок при использовании динамических массивов является пропуск пары квадратных скобок, говорящей, что указатель адресует массив, т.е. неверная запись
// печально: не проверяется, что parray адресует массив delete parray; вместо // правильно: определяется размер массива, адресуемого parray delete parray;
Наличие пары скобок заставляет компилятор найти размер массива. Затем к каждому элементу по очереди применяется деструктор (всего size раз). Если же скобок нет, уничтожается только один элемент. В любом случае освобождается вся память, занятая массивом.
При обсуждении первоначального варианта языка С++ много спорили о том, должно ли наличие квадратных скобок инициировать поиск или же (как было в исходной спецификации) лучше поручить программисту явно указывать размер массива:
// в первоначальном варианте языка размер массива требовалось задавать явно delete p parray;
Как вы думаете, почему язык был изменен таким образом, что явного задания размера не требуется (а значит, нужно уметь его сохранять и извлекать), но скобки, хотя и пустые, в операторе delete остались (так что компилятор не должен запоминать, адресует указатель единственный объект или массив)? Какой вариант языка предложили бы вы?
14.5. Список инициализации членов
Модифицируем наш класс Account, объявив член _name типа string:
#include >string> class Account { public: // ... private: unsigned int _acct_nmbr; double _balance; string _name; };
Придется заодно изменить и конструкторы. Возникает две проблемы: поддержание совместимости с первоначальным интерфейсом и инициализация объекта класса с помощью подходящего набора конструкторов.
Исходный конструктор Account с двумя параметрами
Account(const char*, double = 0.0);
не может инициализировать член типа string. Например:
String new_client(" Steve Hall"); Account new_acct(new_client, 25000);
не будет компилироваться, так как не существует неявного преобразования из типа string в тип char*. Инструкция
Account new_acct(new_client.c_str(), 25000);
правильна, но вызовет у пользователей класса недоумение. Одно из решений - добавить новый конструктор вида:
Account(string, double = 0.0);
Если написать:
Account new_acct(new_client, 25000);
вызывается именно этот конструктор, тогда как старый код
Account *open_new_account(const char *nm) { Account *pact = new Account(nm); // ... return pacct; }
по-прежнему будет приводить к вызову исходного конструктора с двумя параметрами.
Так как в классе string определено преобразование из типа char* в тип string (преобразования классов обсуждаются в этой главе ниже), то можно заменить исходный конструктор на новый, которому в качестве первого параметра передается тип string. В таком случае, когда встречается инструкция:
Account myAcct(" Tinkerbell");
" Tinkerbell" преобразуется во временный объект типа string. Затем этот объект передается новому конструктору с двумя параметрами.
При проектировании приходится идти на компромисс между увеличением числа конструкторов класса Account и несколько менее эффективной обработкой аргументов типа char* из-за необходимости создавать временный объект. Мы предоставили две версии конструктора с двумя параметрами. Тогда модифицированный набор конструкторов Account будет таким:
#include
Как правильно инициализировать член, являющийся объектом некоторого класса с собственным набором конструкторов? Этот вопрос можно разделить на три:
- где вызывается конструктор по умолчанию? Внутри конструктора по умолчанию класса Account;
- где вызывается копирующий конструктор? Внутри копирующего конструктора класса Account и внутри конструктора с двумя параметрами, принимающего в качестве первого тип string;
- как передать аргументы конструктору класса, являющегося членом другого класса? Это необходимо делать внутри конструктора Account с двумя параметрами, принимающего в качестве первого тип char*.
Решение заключается в использовании списка инициализации членов (мы упоминали о нем в разделе 14.2). Члены, являющиеся классами, можно явно инициализировать с помощью списка, состоящего из разделенных запятыми пар "имя члена/значение". Наш конструктор с двумя параметрами теперь выглядит так (напомним, что _name - это член, являющийся объектом класса string):
Список инициализации членов следует за сигнатурой конструктора и отделяется от нее двоеточием. В нем указывается имя члена, а в скобках - начальные значения, что аналогично синтаксису вызова функции. Если член является объектом класса, то эти значения становятся аргументами, передаваемыми подходящему конструктору, который затем и используется. В нашем примере значение name передается конструктору string, который применяется к члену _name. Член _balance инициализируется значением opening_bal.
Аналогично выглядит второй конструктор с двумя параметрами:
Inline Account:: Account(const string& name, double opening_bal) : _name(name), _balance(opening_bal) { _acct_nmbr = het_unique_acct_nmbr(); }
В этом случае вызывается копирующий конструктор string, инициализирующий член _name значением параметра name типа string.
Часто у новичков возникает вопрос: в чем разница между использованием списка инициализации и присваиванием значений членам в теле конструктора? Например, в чем разница между
Inline Account:: Account(const char* name, double opening_bal) : _name(name), _balance(opening_bal) { _acct_nmbr = het_unique_acct_nmbr(); }
Account(const char* name, double opening_bal) { _name = name; _balance = opening_bal; _acct_nmbr = het_unique_acct_nmbr(); }
В конце работы обоих конструкторов все три члена будут иметь одинаковые значения. Разница в том, что только список обеспечивает инициализацию тех членов, которые являются объектами класса. В теле конструктора установка значения члена - это не инициализация, а присваивание. Важно это различие или нет, зависит от природы члена.
С концептуальной точки зрения выполнение конструктора состоит из двух фаз: фаза явной или неявной инициализации и фаза вычислений, включающая все инструкции в теле конструктора. Любая установка значений членов во второй фазе рассматривается как присваивание, а не инициализация. Непонимание этого различия приводит к ошибкам и неэффективным программам.
Первая фаза может быть явной или неявной в зависимости от того, имеется ли список инициализации членов. При неявной инициализации сначала вызываются конструкторы по умолчанию всех базовых классов в порядке их объявления, а затем конструкторы по умолчанию всех членов, являющихся объектами классов. (Базовые классы мы будем рассматривать в главе 17 при обсуждении объектно-ориентированного программирования.) Например, если написать:
Inline Account:: Account() { _name = ""; _balance = 0.0; _acct_nmbr = 0; }
то фаза инициализации будет неявной. Еще до выполнения тела конструктора вызывается конструктор по умолчанию класса string, ассоциированный с членом _name. Это означает, что присваивание _name пустой строки излишне.
Для объектов классов различие между инициализацией и присваиванием существенно. Член, являющийся объектом класса, всегда следует инициализировать с помощью списка, а не присваивать ему значение в теле конструктора. Более правильной является следующая реализация конструктора по умолчанию класса Account:
Inline Account:: Account() : _name(string()) { _balance = 0.0; _acct_nmbr = 0; }
Мы удалили ненужное присваивание _name из тела конструктора. Явный же вызов конструктора по умолчанию string излишен. Ниже приведена эквивалентная, но более компактная версия:
Inline Account:: Account() { _balance = 0.0; _acct_nmbr = 0; }
Однако мы еще не ответили на вопрос об инициализации двух членов встроенных типов. Например, так ли существенно, где происходит инициализация _balance: в списке инициализации или в теле конструктора? Инициализация и присваивание членам, не являющимся объектами классов, эквивалентны как с точки зрения результата, так и с точки зрения производительности (за двумя исключениями). Мы предпочитаем использовать список:
// предпочтительный стиль инициализации inline Account:: Account() : _balance(0.0), _acct_nmbr(0) {}
Два вышеупомянутых исключения - это константные члены и члены-ссылки независимо от типа. Для них всегда нужно использовать список инициализации, в противном случае компилятор выдаст ошибку:
Class ConstRef { public: ConstRef(int ii); private: int i; const int ci; int &ri; }; ConstRef:: ConstRef(int ii) { // присваивание i = ii; // правильно ci = ii; // ошибка: нельзя присваивать константному члену ri = i; // ошибка: ri не инициализирована }
К началу выполнения тела конструктора инициализация всех константных членов и членов-ссылок должна быть завершена. Для этого нужно указать их в списке инициализации. Правильная реализация предыдущего примера такова:
// правильно: инициализируются константные члены и ссылки ConstRef:: ConstRef(int ii) : ci(ii), ri (i) { i = ii; }
Каждый член должен встречаться в списке инициализации не более одного раза. Порядок инициализации определяется не порядком следования имен в списке, а порядком объявления членов. Если дано следующее объявление членов класса Account:
Class Account { public: // ... private: unsigned int _acct_nmbr; double _balance; string _name; };
то порядок инициализации для такой реализации конструктора по умолчанию
Inline Account:: Account() : _name(string()), _balance(0.0), _acct_nmbr(0) {} будет следующим: _acct_nmbr, _balance, _name. Однако члены, указанные в списке (или в неявно инициализируемом члене-объекте класса), всегда инициализируются раньше, чем производится присваивание членам в теле конструктора. Например, в следующем конструкторе: inline Account:: Account(const char* name, double bal) : _name(name), _balance(bal) { _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); }
порядок инициализации такой: _balance, _name, _acct_nmbr.
Расхождение между порядком инициализации и порядком следования членов в соответствующем списке может приводить к трудным для обнаружения ошибкам, когда один член класса используется для инициализации другого:
Class X { int i; int j; public: // видите проблему? X(int val) : j(val), i(j) {} // ... };
кажется, что перед использованием для инициализации i член j уже инициализирован значением val, но на самом деле i инициализируется первым, для чего применяется еще неинициализированный член j. Мы рекомендуем помещать инициализацию одного члена другим (если вы считаете это необходимым) в тело конструктора:
// предпочтительная идиома X::X(int val) : i(val) { j = i; }
Упражнение 14.12
Что неверно в следующих определениях конструкторов? Как бы вы исправили обнаруженные ошибки?
(a) Word::Word(char *ps, int count = 1)
: _ps(new char),
_count(count)
{
if (ps)
strcpy(_ps, ps);
else {
_ps = 0;
_count = 0;
}
}
(b) class CL1 {
public:
CL1() { c.real(0.0); c.imag(0.0); s = " not set" ; }
// ...
private:
complex c;
string s;
}
(c) class CL2 {
public:
CL2(map
14.6. Почленная инициализация A
Инициализация одного объекта класса другим объектом того же класса, как, например:
Account oldAcct(" Anna Livia Plurabelle"); Account newAcct(oldAcct);
называется почленной инициализацией по умолчанию . По умолчанию - потому, что она производится автоматически, независимо от того, есть явный конструктор или нет. Почленной - потому, что единицей инициализации является отдельный нестатический член, а не побитовая копия всего объекта класса.
Такую инициализацию проще всего представить, если считать, что компилятор создает специальный внутренний копирующий конструктор, где поочередно, в порядке объявления, инициализируются все нестатические члены. Если рассмотреть первое определение нашего класса Account:
Class Account { public: // ... private: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance; };
то можно представить, что копирующий конструктор по умолчанию определен так:
Inline Account:: Account(const Account &rhs) { _name = rhs._name; _acct_nmbr = rhs._acct_nmbr; _balance = rhs._balance; }
Почленная инициализация одного объекта класса другим встречается в следующих ситуациях:
1. явная инициализация одного объекта другим:
Account newAcct(oldAcct);
1. передача объекта класса в качестве аргумента функции:
Extern bool cash_on_hand(Account acct); if (cash_on_hand(oldAcct)) // ...
1. передача объекта класса в качестве возвращаемого функцией значения:
Extern Account consolidate_accts(const vector< Account > &) { Account final_acct; // выполнить финансовую операцию return final_acct; }
1. определение непустого последовательного контейнера:
// вызывается пять копирующих конструкторов класса string vector< string > svec(5);
(В этом примере с помощью конструктора string по умолчанию создается один временный объект, который затем копируется в пять элементов вектора посредством копирующего конструктора string.)
1. вставка объекта класса в контейнер:
Svec.push_back(string("pooh"));
Для большинства определений реальных классов почленная инициализация по умолчанию не соответствует семантике класса. Чаще всего это случается, когда его член представляет собой указатель, который адресует освобождаемую деструктором память в хипе, как, например, в нашем Account.
В результате такой инициализации newAcct._name и oldAcct._name указывают на одну и ту же C-строку. Если oldAcct выходит из области видимости и к нему применяется деструктор, то newAcct._name указывает на освобожденную область памяти. С другой стороны, если newAcct модифицирует строку, адресуемую _name, то она изменяется и для oldAcct. Подобные ошибки очень трудно найти.
Одно из решений псевдонимов указателей заключается в том, чтобы выделить область памяти для копии строки и инициализировать newAcct._name адресом этой области. Следовательно, почленную инициализацию по умолчанию для класса Account нужно подавить за счет предоставления явного копирующего конструктора, который реализует правильную семантику инициализации.
Внутренняя семантика класса также может не соответствовать почленной инициализации по умолчанию. Ранее мы уже объясняли, что два разных объекта Account не должны иметь одинаковые номера счетов. Чтобы гарантировать такое поведение, мы должны подавить почленную инициализацию по умолчанию для класса Account. Вот как выглядит копирующий конструктор, решающий обе эти проблемы:
Inline Account:: Account(const Account &rhs) { // решить проблему псевдонима указателя _name = new char[ strlen(rhs._name)+1 ]; strcpy(_name, rhs._name); // решить проблему уникальности номера счета _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); // копирование этого члена и так работает _balance = rhs._balance; }
Альтернативой написанию копирующего конструктора является полный запрет почленной инициализации. Это можно сделать следующим образом:
- Объявить копирующий конструктор закрытым членом. Это предотвратит почленную инициализацию всюду, кроме функций-членов и друзей класса.
- Запретить почленную инициализацию в функциях-членах и друзьях класса, намеренно не предоставляя определения копирующего конструктора (однако объявить его так, как описано на шаге 1, все равно нужно). Язык не дает нам возможности ограничить доступ к закрытым членам класса со стороны функций-членов и друзей. Но если определение отсутствует, то любая попытка вызвать копирующий конструктор, законная с точки зрения компилятора, приведет к ошибке во время редактирования связей, поскольку не удастся найти определение символа.
Чтобы запретить почленную инициализацию, класс Account можно объявить так:
Class Account { public: Account(); Account(const char*, double=0.0); // ... private: Account(const Account&); // ... };
14.6.1. Инициализация члена, являющегося объектом класса
Что произойдет, если в объявлении _name заменить C-строку на тип класса string? Как это повлияет на почленную инициализацию по умолчанию? Как надо будет изменить явный копирующий конструктор? Мы ответим на эти вопросы в данном подразделе.
При почленной инициализации по умолчанию исследуется каждый член. Если он принадлежит к встроенному или составному типу, то такая инициализация применяется непосредственно. Например, в первоначальном определении класса Account член _name инициализируется непосредственно, так как это указатель:
NewAcct._name = oldAcct._name;
Члены, являющиеся объектами классов, обрабатываются по-другому. В инструкции
Account newAcct(oldAcct);
оба объекта распознаются как экземпляры Account. Если у этого класса есть явный копирующий конструктор, то он и применяется для задания начального значения, в противном случае выполняется почленная инициализация по умолчанию.
Таким образом, если обнаруживается член-объект класса, то описанный выше процесс применяется рекурсивно. У класса есть явный копирующий конструктор? Если да, вызвать его для задания начального значения члена-объекта класса. Иначе применить к этому члену почленную инициализацию по умолчанию. Если все члены этого класса принадлежат к встроенным или составным типам, то каждый инициализируется непосредственно и процесс на этом завершается. Если же некоторые члены сами являются объектами классов, то алгоритм применяется к ним рекурсивно, пока не останется ничего, кроме встроенных и составных типов.
В нашем примере у класса string есть явный копирующий конструктор, поэтому _name инициализируется с помощью его вызова. Копирующий конструктор по умолчанию для класса Account выглядит следующим образом (хотя явно он не определен):
Inline Account:: Account(const Account &rhs) { _acct_nmbr = rhs._acct_nmbr; _balance = rhs._balance; // Псевдокод на C++ // иллюстрирует вызов копирующего конструктора // для члена, являющегося объектом класса _name.string::string(rhs._name); }
Теперь почленная инициализация по умолчанию для класса Account корректно обрабатывает выделение и освобождение памяти для _name, но все еще неверно копирует номер счета, поэтому приходится кодировать явный копирующий конструктор. Однако приведенный ниже фрагмент не совсем правилен. Можете ли вы сказать, почему?
// не совсем правильно... inline Account:: Account(const Account &rhs) { _name = rhs._name; _balance = rhs._balance; _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); }
Эта реализация ошибочна, поскольку в ней не различаются инициализация и присваивание. В результате вместо вызова копирующего конструктора string мы вызываем конструктор string по умолчанию на фазе неявной инициализации и копирующий оператор присваивания string - в теле конструктора. Исправить это несложно:
Inline Account:: Account(const Account &rhs) : _name(rhs._name) { _balance = rhs._balance; _acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); }
Самое главное - понять, что такое исправление необходимо. (Обе реализации приводят к тому, что в _name копируется значение из rhs._name, но в первой одна и та же работа выполняется дважды.) Общее эвристическое правило состоит в том, чтобы по возможности инициализировать все члены-объекты классов в списке инициализации членов.
Упражнение 14.13
Для какого определения класса скорее всего понадобится копирующий конструктор?
- Представление Point3w, содержащее четыре числа с плавающей точкой.
- Класс matrix, в котором память для хранения матрицы выделяется динамически в конструкторе и освобождается в деструкторе.
- Класс payroll (платежная ведомость), где каждому объекту приписывается уникальный идентификатор.
- Класс word (слово), содержащий объект класса string и вектор, в котором хранятся пары (номер строки, смещение в строке).
Упражнение 14.14
Реализуйте для каждого из данных классов копирующий конструктор, конструктор по умолчанию и деструктор.
(a) class BinStrTreeNode { public: // ... private: string _value; int _count; BinStrTreeNode *_leftchild; BinStrTreeNode *_rightchild; }; (b) class BinStrTree { public: // ... private: BinStrTreeNode *_root; }; (c) class iMatrix { public: // ... private: int _rows; int _cols; int *_matrix; }; (d) class theBigMix { public: // ... private: BinStrTree _bst; iMatrix _im; string _name; vectorMfloat> *_pvec; };
Упражнение 14.15
Нужен ли копирующий конструктор для того класса, который вы выбрали в упражнении 14.3 из раздела 14.2? Если нет, объясните почему. Если да, реализуйте его.
Упражнение 14.16
Идентифицируйте в следующем фрагменте программы все места, где происходит почленная инициализация:
Point global; Point foo_bar(Point arg) { Point local = arg; Point *heap = new Point(global); *heap = local; Point pa[ 4 ] = { local, *heap }; return *heap; }
14.7. Почленное присваивание A
Присваивание одному объекту класса значения другого объекта того же класса реализуется почленным присваиванием по умолчанию. От почленной инициализации по умолчанию оно отличается только использованием копирующего оператора присваивания вместо копирующего конструктора:
NewAcct = oldAcct;
по умолчанию присваивает каждому нестатическому члену newAcct значение соответственного члена oldAcct. Компилятор генерирует следующий копирующий оператор присваивания:
Inline Account& Account:: operator=(const Account &rhs) { _name = rhs._name; _balance = rhs._balance; _acct_nmbr = rhs._acct_nmbr; }
Как правило, если для класса не подходит почленная инициализация по умолчанию, то не подходит и почленное присваивание по умолчанию. Например, для первоначального определения класса Account, где член _name был объявлен как char*, такое присваивание не годится ни для _name, ни для _acct_nmbr.
Мы можем подавить его, если предоставим явный копирующий оператор присваивания, где будет реализована подходящая для класса семантика:
// общий вид копирующего оператора присваивания className& className:: operator=(const className &rhs) { // не надо присваивать самому себе if (this != &rhs) { // здесь реализуется семантика копирования класса } // вернуть объект, которому присвоено значение return *this; }
Здесь условная инструкция
If (this != &rhs)
предотвращает присваивание объекта класса самому себе, что особенно неприятно в ситуации, когда копирующий оператор присваивания сначала освобождает некоторый ресурс, ассоциированный с объектом в левой части, чтобы назначить вместо него ресурс, ассоциированный с объектом в правой части. Рассмотрим копирующий оператор присваивания для класса Account:
Account& Account:: operator=(const Account &rhs) { // не надо присваивать самому себе if (this != &rhs) { delete _name; _name = new char; strcpy(_name,rhs._name); _balance = rhs._balance; _acct_nmbr = rhs._acct_nmbr; } return *this; }
Когда один объект класса присваивается другому, как, например, в инструкции:
NewAcct = oldAcct;
выполняются следующие шаги:
- Выясняется, есть ли в классе явный копирующий оператор присваивания.
- Если есть, проверяются права доступа к нему, чтобы понять, можно ли его вызывать в данном месте программы.
- Оператор вызывается для выполнения присваивания; если же он недоступен, компилятор выдает сообщение об ошибке.
- Если явного оператора нет, выполняется почленное присваивание по умолчанию.
- При почленном присваивании каждому члену встроенного или составного члена объекта в левой части присваивается значение соответственного члена объекта в правой части.
- Для каждого члена, являющегося объектом класса, рекурсивно применяются шаги 1-6, пока не останутся только члены встроенных и составных типов.
Если мы снова модифицируем определение класса Account так, что _name будет иметь тип string, то почленное присваивание по умолчанию
NewAcct = oldAcct;
будет выполняться так же, как при создании компилятором следующего оператора присваивания:
Inline Account& Account:: operator=(const Account &rhs) { _balance = rhs._balance; _acct_nmbr = rhs._acct_nmbr; // этот вызов правилен и с точки зрения программиста name.string::operator=(rhs._name); }
Однако почленное присваивание по умолчанию для объектов класса Account не подходит из-за _acct_nmbr. Нужно реализовать явный копирующий оператор присваивания с учетом того, что _name - это объект класса string:
Account& Account:: operator=(const Account &rhs) { // не надо присваивать самому себе if (this != &rhs) { // вызывается string::operator=(const string&) _name = rhs._name; _balance = rhs._balance; } return *this; }
Чтобы запретить почленное копирование, мы поступаем так же, как и в случае почленной инициализации: объявляем оператор закрытым и не предоставляем его определения.
Копирующий конструктор и копирующий оператор присваивания обычно рассматривают вместе. Если необходим один, то, как правило, необходим и другой. Если запрещается один, то, вероятно, следует запретить и другой.
Упражнение 14.17
Реализуйте копирующий оператор присваивания для каждого из классов, определенных в упражнении 14.14 из раздела 14.6.
Упражнение 14.18
Нужен ли копирующий оператор присваивания для того класса, который вы выбрали в упражнении 14.3 из раздела 14.2? Если да, реализуйте его. В противном случае объясните, почему он не нужен.
14.8. Соображения эффективности A
В общем случае объект класса эффективнее передавать функции по указателю или по ссылке, нежели по значению. Например, если дана функция с сигнатурой:
Bool sufficient_funds(Account acct, double);
то при каждом ее вызове требуется выполнить почленную инициализацию формального параметра acct значением фактического аргумента-объекта класса Account. Если же функция имеет любую из таких сигнатур:
Bool sufficient_funds(Account *pacct, double); bool sufficient_funds(Account &acct, double);
то достаточно скопировать адрес объекта Account. В этом случае никакой инициализации класса не происходит (см. обсуждение взаимосвязи между ссылочными и указательными параметрами в разделе 7.3).
// задача решается, но для больших матриц эффективность может // оказаться неприемлемо низкой Matrix operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2) { Matrix result; // выполнить арифметические операции... return result; }
Этот перегруженный оператор позволяет пользователю писать
Matrix a, b; // ... // в обоих случаях вызывается operator+() Matrix c = a + b; a = b + c;
Однако возврат результата по значению может потребовать слишком больших затрат времени и памяти, если Matrix представляет собой большой и сложный класс. Если эта операция выполняется часто, то она, вероятно, резко снизит производительность.
Следующая пересмотренная реализация намного увеличивает скорость:
// более эффективно, но после возврата адрес оказывается недействительным // это может привести к краху программы Matrix& operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2) { Matrix result; // выполнить сложение... return result; }
но при этом происходят частые сбои программы. Дело в том, что значение переменной result не определено после выхода из функции, в которой она объявлена. (Мы возвращаем ссылку на локальный объект, который после возврата не существует.)
Значение возвращаемого адреса должно оставаться действительным после выхода из функции. В приведенной реализации возвращаемый адрес не затирается:
// нет возможности гарантировать отсутствие утечки памяти // поскольку матрица может быть большой, утечки будут весьма заметными Matrix& operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2) { Matrix *result = new Matrix; // выполнить сложение... return *result; }
Однако это неприемлемо: происходит большая утечка памяти, так как ни одна из частей программы не отвечает за применение оператора delete к объекту по окончании его использования.
Вместо оператора сложения лучше применять именованную функцию, которой в качестве третьего параметра передается ссылка, где следует сохранить результат:
// это обеспечивает нужную эффективность, // но не является интуитивно понятным для пользователя void mat_add(Matrix &result, const Matrix& m1, const Matrix& m3) { // вычислить результат }
Таким образом, проблема производительности решается, но для класса уже нельзя использовать операторный синтаксис, так что теряется возможность инициализировать объекты
// более не поддерживается Matrix c = a + b;
и использовать их в выражениях:
// тоже не поддерживается if (a + b > c) ...
Неэффективный возврат объекта класса - слабое место С++. В качестве одного из решений предлагалось расширить язык, введя имя возвращаемого функцией объекта:
Matrix& operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2) name result { Matrix result; // ... return result; }
Тогда компилятор мог бы самостоятельно переписать функцию, добавив к ней третий параметр-ссылку:
// переписанная компилятором функция // в случае принятия предлагавшегося расширения языка void operator+(Matrix &result, const Matrix& m1, const Matrix& m2) name result { // вычислить результат }
и преобразовать все вызовы этой функции, разместив результат непосредственно в области, на которую ссылается первый параметр. Например:
Matrix c = a + b;
было бы трансформировано в
Matrix c; operator+(c, a, b);
Это расширение так и не стало частью языка, но предложенная оптимизация прижилась. Компилятор в состоянии распознать, что возвращается объект класса и выполнить трансформацию его значения и без явного расширения языка. Если дана функция общего вида:
ClassType functionName(paramList) { classType namedResult; // выполнить какие-то действия... return namedResult; }
то компилятор самостоятельно трансформирует как саму функцию, так и все обращения к ней:
Void functionName(classType &namedResult, paramList) { // вычислить результат и разместить его по адресу namedResult }
что позволяет уйти от необходимости возвращать значение объекта и вызывать копирующий конструктор. Чтобы такая оптимизация была применена, в каждой точке возврата из функции должен возвращаться один и тот же именованный объект класса.
И последнее замечание об эффективности работы с объектами в C++. Инициализация объекта класса вида
Matrix c = a + b;
всегда эффективнее присваивания. Например, результат следующих двух инструкций такой же, как и в предыдущем случае:
Matrix c; c = a + b;
но объем требуемых вычислений значительно больше. Аналогично эффективнее писать:
For (int ix = 0; ix
Matrix matSum; for (int ix = 0; ix
Причина, по которой присваивание всегда менее эффективно, состоит в том, что возвращенный локальный объект нельзя подставить вместо объекта в левой части оператора присваивания. Иными словами, в то время как инструкцию
Point3d p3 = operator+(p1, p2);
можно безопасно трансформировать:
// Псевдокод на C++ Point3d p3; operator+(p3, p1, p2);
преобразование
Point3d p3; p3 = operator+(p1, p2);
// Псевдокод на C++ // небезопасно в случае присваивания operator+(p3, p1, p2); небезопасно.
Преобразованная функция требует, чтобы переданный ей объект представлял собой неформатированную область памяти. Почему? Потому что к объекту сразу применяется конструктор, который уже был применен к именованному локальному объекту. Если переданный объект уже был сконструирован, то делать это еще раз с семантической точки зрения неверно.
Что касается инициализируемого объекта, то отведенная под него память еще не подвергалась обработке. Если же объекту присваивается значение и в классе объявлены конструкторы (а именно этот случай мы и рассматриваем), можно утверждать, что эта память уже форматировалась одним из них, так что непосредственно передавать объект функции небезопасно.
Вместо этого компилятор должен создать неформатированную область памяти в виде временного объекта класса, передать его функции, а затем почленно присвоить возвращенный временный объект объекту, стоящему в левой части оператора присваивания. Наконец, если у класса есть деструктор, то он применяется к временному объекту. Например, следующий фрагмент
Point3d p3; p3 = operator+(p1, p2);
трансформируется в такой:
// Псевдокод на C++ Point3d temp; operator+(temp, p1, p2); p3.Point3d::operator=(temp); temp.Point3d::~Point3d();
Майкл Тиманн (Michael Tiemann), автор компилятора GNU C++, предложил назвать это расширение языка именованным возвращаемым значением (return value language extension). Его точка зрения изложена в работе . В нашей книге “Inside the C++ Object Model” () приводится детальное обсуждение затронутых в этой главе тем.
Инициализация
Переменной в объявлении может быть присвоено начальное значение посредством инициализатора. Записи инициализатора в объявлении предшествует знак равенства
= <инициализатор >
Можно инициализировать переменные любого типа. Функции не инициализируются. Объявления, которые используют спецификацию класса памяти extern , не могут содержать инициализатор.
Переменная, объявленная на внешнем уровне без спецификации класса памяти, может быть инициализирована не более одного раза в каком-либо из исходных файлов, составляющих программу. Если же она явно не инициализирована ни в одном из исходных файлов, то компоновщик инициализирует ее нулевым значением.
Переменная класса памяти static , объявленная как на внешнем, так и на внутреннем уровне, может быть инициализирована константным выражением не более одного раза в исходном файле. Если ее явная инициализация отсутствует, то компилятор языка Си инициализирует ее нулевым значением.
Инициализация переменных класса памяти auto и register выполняется каждый раз при входе в блок (за исключением входа в блок по оператору goto ), в котором они объявлены. Если инициализатор опущен в объявлении переменной класса памяти auto или register , то ее начальное значение не определено. Инициализация переменных составных типов (массив, структура, объединение), имеющих класс памяти auto , запрещена в СП MSC, но допускается в СП ТС даже для переменных, объявленных с модификатором const . Переменные составного типа, имеющие класс памяти static , могут быть инициализированы на внутреннем уровне.
Инициализирующими значениями для переменных внешнего уровня, а также переменных класса памяти static внутреннего уровня должно быть константное выражение (см. раздел 4.2.9). Переменные классов памяти auto и register могут быть инициализированы не только константными выражениями, но и выражениями, содержащими переменные и вызовы функций.
Из книги C++ автора Хилл Мюррей5.2.4 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
Из книги Справочное руководство по C++ автора Страустрап Бьярн6.6 Присваивание и Инициализация Рассмотрим очень простой класс строк string:struct string (* char* p; int size; // размер вектора, на который указывает pstring(int sz) (* p = new char; *) ~string() (* delete p; *) *);Строка – это структура данных, состоящая из вектора сиволов и длины этого вектора. Вектор
Из книги Идиомы и стили С++ автора Makhmutov Albert Из книги Системное программирование в среде Windows автора Харт Джонсон МR.12.6 Инициализация Объект класса без конструкторов, без частных или защищенных членов, без виртуальных функций и без базовых классов можно инициализировать с помощью списка инициализаторов (§R.8.4.1). Объект класса с конструктором должен инициализироваться или иметь
Из книги Инфраструктуры открытых ключей автора Полянская Ольга Юрьевна Из книги Язык программирования Си для персонального компьютера автора Бочков C. О.Шаг 12 - Двухэтапная инициализация. Когда мы создаем нестековый экземпляр, то пишем такой код:CClass* cc = new CClass();Попробуем поразбираться. new - это глобальный оператор с определением:void* operator new (size_t bytes);Он получает от компилятора количество байт, необходимое для хранения объекта,
Из книги QNX/UNIX [Анатомия параллелизма] автора Цилюрик Олег ИвановичИнициализация Winsock Winsock API поддерживается библиотекой DLL (WS2_32.DLL), для получения доступа к которой следует подключить к программе библиотеку WS_232.LIB. Эту DLL следует инициализировать с помощью нестандартной, специфической для Winsock функции WSAStartup, которая должна быть первой из
Из книги Язык Си - руководство для начинающих автора Прата СтивенИнициализация На этапе инициализации в зависимости от входных параметров устанавливаются переменные состояния, необходимые для валидации пути сертификации . В переменных состояния сохраняются различные ограничения, учитываемые при валидации пути. Переменные
Из книги Программирование для Linux. Профессиональный подход автора Митчелл МаркИнициализация Переменной в объявлении может быть присвоено начальное значение посредством инициализатора. Записи инициализатора в объявлении предшествует знак равенства=<инициализатор>Можно инициализировать переменные любого типа. Функции не инициализируются.
Из книги C++ для начинающих автора Липпман СтенлиИнициализация параметров
int pthread_mutexattr_init(const pthread_mutexattr_t* attr);Функция инициализирует структуру атрибутов мьютекса, на которую указывает параметр attr. Тип данных pthread_mutexattr_t определен в файле
Инициализация мьютекса
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex, const pthread_mutexattr_t* attr);Структура данных pthread_mutex_t определена в файле
Инициализация структуры Мы видели, как инициализируются переменные и массивы: int count = 0;static int fibo={0, 1, 1, 2, 3, 5, 8};Можно ли инициализировать и структурную переменную? Да, если структурная переменная будет внешней или статической. Здесь следует иметь в виду, что
Из книги автора5.2.2. Инициализация семафоров Выделение и инициализация семафора - две разные операции. Чтобы проинициализировать семафор, вызовите функцию semctl(), задав второй аргумент равным нулю, а третий аргумент - равным константе SETALL. Четвертый аргумент должен иметь тип union semun, поле
Из книги автора7.9.2. Инициализация и присваивание Вспомним, что имя массива без указания индекса элемента интерпретируется как адрес первого элемента. Аналогично имя функции без следующих за ним скобок интерпретируется как указатель на функцию. Например, при вычислении
Из книги автора14.1. Инициализация класса Рассмотрим следующее определение класса:class Data {public:int ival;char *ptr;};Чтобы безопасно пользоваться объектом класса, необходимо правильно инициализировать его члены. Однако смысл этого действия для разных классов различен. Например, может ли ival
Из книги автора14.6. Почленная инициализация A Инициализация одного объекта класса другим объектом того же класса, как, например:Account oldAcct(" Anna Livia Plurabelle");Account newAcct(oldAcct);называется почленной инициализацией по умолчанию. По умолчанию - потому, что она производится автоматически, независимо