Язык программирования C++. Вводный курс. С для начинающих

• Название: С для начинающих
• Дата: 24.08.2022
• Размер: 5.41 Mb.
• Имя файла: Язык программирования C++. Вводный курс.pdf
• Тип: Документы; #652350
• страница: 64 из 93

666
} то компилятор сначала проверяет, определен ли для класса Account конструктор по умолчанию. Возникает одна из следующих ситуаций:
1. Такой конструктор определен. Тогда он применяется к acct.
2. Конструктор определен, но не является открытым. В данном случае определение acct помечается компилятором как ошибка: у функции main() нет прав доступа.
3. Конструктор по умолчанию не определен, но есть один или несколько конструкторов, требующих задания аргументов. Определение acct помечается как ошибка: слишком мало аргументов у конструктора.
4. 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:
};
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):
} int main()
{
Account acct;
// ... class Account { public: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance;
// 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;
// ...

С++ для начинающих
667
Однако объекты, определенные локально или распределенные динамически, в начальный момент будут содержать случайный набор битов, оставшихся в стеке программы:
}
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:
};
3
Для тех, кто раньше программировал на C: приведенное выше определение класса Account на C выглядело бы так: typedef struct { char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance;
} Account;
// локальные и распределенные из хипа объекты не инициализированы
// до момента явной инициализации или присваивания
Account bar()
{
Account local_acct;
Account *heap_acct = new Account;
// ... class Account { friend class vector< Account >; public: explicit Account( const char*, double = 0.0 );
// ... private:
Account();
// ...

С++ для начинающих
668
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:
}
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 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();

С++ для начинающих
669
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?
1. У класса должен быть хотя бы один конструктор.
2. Конструктор по умолчанию – это конструктор с пустым списком параметров.
3. Если разумных начальных значений у членов класса нет, то не следует предоставлять конструктор по умолчанию.
4. 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:
};
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
•
Дата
•
Служащий
•
Транспортное средство
•
Объект
•
Дерево
Упражнение 14.4
Пользуясь приведенным определением класса: class NoName { public:
// здесь должны быть конструкторы
// ... protected: char *pstring; int ival; double dval;

С++ для начинающих
670
}; объясните, что происходит в результате следующих определений:
(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 );
// ...
(a) Account acct;
(b) Account acct2 = acct;
(c) Account acct3 = "Rena Stern";
(d) Account acct4( "Anna Engel", 400.00 );

С++ для начинающих
671
}
Обратите внимание, что в нашем деструкторе не сбрасываются значения членов:
}
Делать это необязательно, поскольку отведенная под члены объекта память все равно будет освобождена. Рассмотрим следующий класс:
};
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 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 ); inline
Account::Account()
{
// необходимо delete [] _name; return_acct_number( _acct_nnmbr );
// необязательно
_name = 0;
_balance = 0.0;
_acct_nmbr = 0; class Point3d { public:
// ... private: float x, y, z;

С++ для начинающих
672
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:
}
Чтобы убедиться в том, что мы понимаем поведение деструктора (да и конструктора тоже), разберем следующий пример:
(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
{
// начало критического участка программы
#ifdef PROFILE
Timer t;
#endif
// критический участок
// t уничтожается автоматически
// отображается затраченное время ...
(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;

С++ для начинающих
673
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: 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):
}
4
См. статью Джерри Шварца в [LIPPMAN96b], где приводится дискуссия по этому поводу и описывается решение, остающееся пока наиболее распространенным.
// необязательно: неявно выполняется компилятором
#include
#include "Account.h"
Account global( "James Joyce" ); int main()
{
Account local( "Anna Livia Plurabelle", 10000 );
Account &loc_ref = global; auto_ptr pact( new Account( "Stephen Dedalus" ));
{
Account local_too( "Stephen Hero" );
}
// объект auto_ptr уничтожается здесь

С++ для начинающих
674
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: 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 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.
// плохо: не только вызывает деструктор, но и освобождает память
// деструктор не вызывается

С++ для начинающих
675
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
} 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: return;
Упражнение 14.6
Напишите подходящий деструктор для приведенного набора членов класса, среди которых pstring адресует динамически выделенный массив символов:
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
// 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

С++ для начинающих