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: 66 из 93

687
} 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:
}
Мы удалили ненужное присваивание _name из тела конструктора. Явный же вызов конструктора по умолчанию string излишен. Ниже приведена эквивалентная, но более компактная версия:
}
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:
{} inline Account::
Account()
{
_name = "";
_balance = 0.0;
_acct_nmbr = 0; inline Account::
Account() : _name( string() )
{
_balance = 0.0;
_acct_nmbr = 0; inline Account::
Account()
{
_balance = 0.0;
_acct_nmbr = 0;
// предпочтительный стиль инициализации inline Account::
Account() : _balance( 0.0 ), _acct_nmbr( 0 )

С++ для начинающих
688
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:
}
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:
{ 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:
}; то порядок инициализации для такой реализации конструктора по умолчанию
{} 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
// правильно: инициализируются константные члены и ссылки
ConstRef::
ConstRef( int ii )
: ci( ii ), ri ( i ) class Account { public:
// ... private: unsigned int _acct_nmbr; double _balance; string _name; inline Account::
Account() : _name( string() ), _balance( 0.0 ), _acct_nmbr( 0 )

С++ для начинающих
689
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:
} 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:
};
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:
X::X( int val ) : i( val ) { j = i; }
Упражнение 14.12
Что неверно в следующих определениях конструкторов? Как бы вы исправили обнаруженные ошибки? inline Account::
Account( const char* name, double bal )
: _name( name ), _balance( bal )
{
_acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr(); class X { int i; int j; public:
// видите проблему?
X( int val )
: j( val ), i( j )
{}
// ...
// предпочтительная идиома

С++ для начинающих
690
}
}
};
14.6.
Почленная инициализация A
Инициализация одного объекта класса другим объектом того же класса, как, например:
(a) Word::Word( char *ps, int count = 1 )
: _ps( new char[strlen(ps)+1] ),
_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 *pmap, string key )
: _text( key ), _loc( (*pmap)[key] ) {}
// ... private: location _loc; string _text;
Account oldAcct( "Anna Livia Plurabelle" );

С++ для начинающих
691
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:
}; то можно представить, что копирующий конструктор по умолчанию определен так:
}
Почленная инициализация одного объекта класса другим встречается в следующих ситуациях:
•
явная инициализация одного объекта другим:
Account newAcct( oldAcct );
•
передача объекта класса в качестве аргумента функции:
// ...
•
передача объекта класса в качестве возвращаемого функцией значения: class Account { public:
// ... private: char *_name; unsigned int _acct_nmbr; double _balance; inline Account::
Account( const Account &rhs )
{
_name = rhs._name;
_acct_nmbr = rhs._acct_nmbr;
_balance = rhs._balance; extern bool cash_on_hand( Account acct ); if ( cash_on_hand( oldAcct ))

С++ для начинающих
692
}
•
определение непустого последовательного контейнера: 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.)
•
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: extern Account consolidate_accts( const vector< Account >& )
{
Account final_acct;
// выполнить финансовую операцию return final_acct;
// вызывается пять копирующих конструкторов класса string

С++ для начинающих
693
}
Альтернативой написанию копирующего конструктора является полный запрет почленной инициализации. Это можно сделать следующим образом:
1. Объявить копирующий конструктор закрытым членом. Это предотвратит почленную инициализацию всюду, кроме функций-членов и друзей класса.
2. 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:
};
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; 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; class Account { public:
Account();
Account( const char*, double=0.0 );
// ... private:
Account( const Account& );
// ...

С++ для начинающих
694
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):
}
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?
}
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 )
{
_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 );
// не совсем правильно... inline Account::
Account( const Account &rhs )
{
_name = rhs._name;
_balance = rhs._balance;
_acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr();

С++ для начинающих
695
}
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?
1. Представление Point3w, содержащее четыре числа с плавающей точкой.
2. Класс matrix, в котором память для хранения матрицы выделяется динамически в конструкторе и освобождается в деструкторе.
3. Класс payroll (платежная ведомость), где каждому объекту приписывается уникальный идентификатор.
4. 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.
};
}; inline Account::
Account( const Account &rhs )
: _name( rhs._name )
{
_balance = rhs._balance;
_acct_nmbr = get_unique_acct_nmbr();
(a) class BinStrTreeNode { public:
// ... private: string _value; int _count;
BinStrTreeNode *_leftchild;
BinStrTreeNode *_rightchild;
(b) class BinStrTree { public:
// ... private:
BinStrTreeNode *_root;

С++ для начинающих
696
};
};
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:
}
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;
(c) class iMatrix { public:
// ... private: int _rows; int _cols; int *_matrix;
(d) class theBigMix { public:
// ... private:
BinStrTree _bst; iMatrix _im; string _name; vectorMfloat> *_pvec;
Point global;
Point foo_bar( Point arg )
{
Point local = arg;
Point *heap = new Point( global );
*heap = local;
Point pa[ 4 ] = { local, *heap }; return *heap;

С++ для начинающих
697
по умолчанию присваивает каждому нестатическому члену newAcct значение соответственного члена oldAcct. Компилятор генерирует следующий копирующий оператор присваивания:
}
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:
}
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: inline Account&
Account:: operator=( const Account &rhs )
{
_name = rhs._name;
_balance = rhs._balance;
_acct_nmbr = rhs._acct_nmbr;
// 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;

С++ для начинающих
698
}
Когда один объект класса присваивается другому, как, например, в инструкции: newAcct = oldAcct; выполняются следующие шаги:
1. Выясняется, есть ли в классе явный копирующий оператор присваивания.
2. Если есть, проверяются права доступа к нему, чтобы понять, можно ли его вызывать в данном месте программы.
3. Оператор вызывается для выполнения присваивания; если же он недоступен, компилятор выдает сообщение об ошибке.
4. Если явного оператора нет, выполняется почленное присваивание по умолчанию.
5. При почленном присваивании каждому члену встроенного или составного члена объекта в левой части присваивается значение соответственного члена объекта в правой части.
6. 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:
}
Account&
Account:: operator=( const Account &rhs )
{
// не надо присваивать самому себе if ( this != &rhs )
{ delete [] _name;
_name = new char[strlen(rhs._name)+1]; strcpy( _name,rhs._name );
_balance = rhs._balance;
_acct_nmbr = rhs._acct_nmbr;
} return *this; 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 );

С++ для начинающих