Выбор между значениями по умолчанию и перегруженными функциями

В листингах 10.1 и 10.2 выполняются одни и те же задачи, но использование перегруженных функций в листинге 10.1 делает программу более естественной и читабельной. Кроме того, если в программе потребуется третий вариант функции, например, для того, чтобы пользователь мог задать только один размер геометрической фигуры, а другой оставить по умолчанию, не составит труда добавить новую перегруженную функцию.

Как решить, что следует использовать в программе — перегруженные функции или значения по умолчанию? Примите к сведению следующие положения. Использование перегруженных функций предпочтительнее, если:

• не существует стандартных общепринятых значений, которые можно было бы использовать по умолчанию;

• в программе в зависимости от ситуации необходимо использовать различные алгоритмы;

• необходимо иметь возможность изменять тип значений, передаваемых в функцию.

Конструктор, принятый по умолчанию

На шестом занятии, изучая базовые классы, вы узнали, что в случае отсутствия явного объявления конструктора класса используется конструктор по умолчанию, который не содержит параметров и никак себя не проявляет в программе. Не составляет труда создать собственный конструктор, применяемый по умолчанию, который также не будет принимать никаких параметров, но позволит управлять созданием объектов класса.

Конструктор, предоставляемый компилятором, называется заданным по умолчанию. В то же время конструктором по умолчанию называется также любой другой конструктор класса, не содержащий параметров. Это может показаться странным, но ситуация прояснится, если посмотреть на дело с точки зрения применения данного конструктора на практике.

Примите к сведению, что если в программе был создан какой-либо конструктор, то компилятор не будет предлагать свой конструктор по умолчанию. Поэтому, если вам нужен конструктор без параметров, а в программе уже создан один конструктор, то конструктор по умолчанию нужно будет создать самостоятельно!

Перегрузка конструкторов

Конструктор предназначен для создания объекта. Например, назначение конструктора Rectangle состоит в создании объекта прямоугольник. До запуска конструктора прямоугольник в программе отсутствует. Существует только зарезервированная для него область памяти. По завершении выполнения конструктора в программе появляется готовый для использования объект.

Конструкторы, как и все другие функции, можно перегружать. Перегрузка конструкторов — мощное средство повышения эффективности и гибкости программы.

Например, рассматриваемый нами объект Rectangle может иметь два конструктора. В первом задается ширина и длина прямоугольника, а второй не имеет параметров и для установки размеров использует значения по умолчанию. Эта идея реализована в листинге 10.3.

Листинг 10.3. Перегрузка канструктора

1: // Листинг 10.3.

2: // Перегрузка конструктора

3:

4: #include <iostream.h>

5:

6: class Rectangle

7: {

8: public:

9: Rectangle();

10: Rectangle(int width, int length);

11: ~Rectangle() { }

12: int GetWidth() const { return itsWidth; }

13: int GetLength() const { return itsLength; }

14: private:

15: int itsWidth;

16: int itsLength;

17: };

18:

19: Rectangle::Rectangle()

20: {

21: itsWidth = 5;

22: itsLength = 10;

23: }

24:

25: Rectangle::Rectangle (int width, int length)

26: {

27: itsWidth = width;

28: itsLength = length;

29: }

30:

31: int main()

32: {

33: Rectangle Rect1;

34: cout << "Rect1 width: " << Rect1.GetWidth() << endl;

35: cout << "Rect1 length: " << Rect1.GetLength() << endl;

36:

37: int aWidth, aLength;

38: cout << "Enter a width: ";

39: cin >> aWidth;

40: cout << "\nEnter a length: ";

41: cin >> aLength;

42:

43: Rectangle Rect2(aWidth, aLength);

44: cout << "\nRect2 width: " << Rect2.GetWidth() << endl;

45: cout << "Rect2 length: " << Rect2.GetLength() << endl;

46: return 0;

47: }

Результат:

Rect1 width: 5

Rect1 length: 10

Enter a width: 20

Enter a length: 50

Rect2 width: 20

Rect2 length: 50

Анализ: Класс Rectangle объявляется в строках с 6 по 17. В классе представлены два конструктора: один использует значения по умолчанию (строка 9), а второй принимает значения двух целочисленных параметров (строка 10). В строке 33 прямоугольный объект создается с использованием первого конструктора. Значения размеров прямоугольника, принятые по умолчанию, выводятся на экран в строках 34 и 35. Строки программы с 37 по 41 выводят на экран предложения пользователю ввести собственные значения ширины и длины прямоугольника. В строке 43 вызывается второй конструктор, использующий два параметра с только что установленными значениями. И наконец, значения размеров прямоугольника, установленные пользователем, выводятся на экран в строках 44 и 45.

Как и при использовании других перегруженных функций, компилятор выбирает нужное объявление конструктора, основываясь на числе и типе параметров.

Инициализация объектов

До сих пор переменные-члены объектов задавались прямо в теле конструктора. Выполнение конструктора происходит в два этапа: инициализация и выполнение тела конструктора.

Большинство переменных может быть задано на любом из этих этапов: как во время инициализации, так и во время выполнения конструктора. Но логически правильнее, а зачастую и эффективнее, инициализировать переменные-члены во время инициализации конструктора. В следующем примере показана инициализация переменных-членов:

CAT(): // имя конструктора и список параметров

itsAge(5), // инициализация списка

itsWeigth(8)

{} // тело конструктора

После скобки закрытия списка параметров конструктора ставится двоеточие. Затем перечисляются имена переменных-членов. Пара круглых скобок со значением за именем переменной используется для инициализации этой переменной. Если инициализируется сразу несколько переменных, то они должны быть отделены запятыми. В листинге 10.4 показана инициализация переменных конструкторов, взятых из листинга 10.3. В данном примере инициализация переменных используется вместо присвоения им значений в теле конструктора.

Листинг 10.4. Фрагмент программного кода с инициализацией переменных-членов

1: Rectangle::Rectangle():

2: itsWidth(5),

3: itsLength(10)

4: {

5: }

6:

7: Rectangle::Rectangle (int width, int length):

8: itsWidth(width),

9: itsLength(length)

10: {

11: }

Результат: Отсутствует

Анализ: Некоторые переменные можно только инициализировать и нельзя присваивать им значения: например, в случае использования ссылок и констант. Безусловно, переменной-члену можно присвоить значение прямо в теле конструктора, но для упрощения программы лучше по возможности устанавливать значения переменных-членов на этапе инициализации конструктора.

Конструктор-копировщик

Помимо конструктора и деструктора, компилятор по умолчанию предоставляет также конструктор-копировщик, который вызывается всякий раз, когда нужно создать копию объекта.

Когда объект передается как значение либо в функцию, либо из функции в виде возврата, всегда создается его временная копия. Если в программе обрабатывается объект, созданный пользователем, то для выполнения этих операций вызывается конструктор- копировщик класса, как было показано на предыдущем занятии в листинге 9.6.

Все копировщики принимают только один параметр — ссылку на объект в том же классе. Разумно будет сделать эту ссылку константной, так как конструктор не должен изменять передаваемый в него объект. Например:

CAT(const CAT & theCat);

В данном случае конструктор CAT принимает константную ссылку на объект класса CAT. Цель использования конструктора-копировщика состоит в создании копии объекта theCat.

Копировщик, заданный компилятором по умолчанию, просто копирует все переменные-члены из указанного в параметре объекта в переменные-члены нового объекта. Такое копирование называется поверхностным; и, хотя оно подходит для большинства случаев, могут возникнуть серьезные проблемы, если переменные-члены окажутся указателями на ячейки динамической памяти.

Поверхностное копирование создает несколько переменных-членов в разных объектах, которые ссылаются на одни и те же ячейки памяти. Глубинное копирование переписывает значения переменных по новым адресам.

Например, класс CAT содержит переменную-член theCat, которая указывает на ячейку в области динамической памяти, где сохранено некоторое целочисленное значение. Копировщик по умолчанию скопирует переменную theCat из старого класса CAT в переменную theCat в новом классе CAT. При этом оба объекта будут указывать на одну и ту же ячейку памяти (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Использование копировщика, заданного по умолчанию

Проблемы могут возникнуть, если программа выйдет за область видимости одного из классов CAT. Как уже отмечалось при изучении указателей, назначение деструктора состоит в том, чтобы очищать память от ненужных объектов. Если деструктор исходного класса CAT очистит свои ячейки памяти, а объекты нового класса CAT все так же будут ссылаться на эти ячейки, то над программной нависнет смертельная опасность. Эта проблема проиллюстрирована на рис. 10.2.

Рис. 10.2 Возникновение ошибочного указателя

Чтобы предупредить возникновение подобных проблем, нужно вместо копировщика по умолчанию создать и использовать собственный копировщик, который будет осуществлять глубинное копирование с перемещением значений переменных-членов в новые адреса памяти. Этот процесс показан в листинге 10.5

Листинг 10.5. Конструктор-копировщик

1: // Листинг 10.5.

2: // Конструктор-копировщик

3:

4: #include <iostream.h>

5:

6: class CAT

7: {

8: public:

9: CAT(); // конструктор по умолчанию

10: CAT (const CAT &); // конструктор-копировщик

11: ~CAT(); // деструктор

12: int GetAge() const { return *itsAge; }

13: int GetWeight() const { return *itsWeight; }

14: void SetAge(int age) { *itsAge = age; }

15:

16: private:

17: int *itsAge;

18: int *itsWeight;

19: };

20:

21: CAT::CAT()

22: {

23: itsAge = new int;

24: itsWeight = new int;

25: *itsAge = 5;

26: *itsWeight = 9;

27: }

28:

29: CAT::CAT(const CAT & rhs)

30: {

31: itsAge = new int;

32: itsWeight = new int;

33: *itsAge = rhs.GetAge(); // открытый метод доступа

34: *itsWeight = *(rhs.itsWeight); // закрытый метод доступа

35: }

36:

37: CAT::~CAT()

38: {

39: delete itsAge;

40: itsAge = 0;

41: delete itsWeight;

42: itsWeight = 0;

43: }

44:

45: int main()

46: {

47: CAT frisky;

48: cout << "frisky's age: " << frisky.GetAge() << endl;

49: cout << "Setting frisky to 6...\n";

50: frisky.SetAge(6);

51: cout << "Creating boots from frisky\n";

52: CAT boots(frisky);

53: cout << "frisky's age: " << frisky.GetAge() << endl;

54: cout << "boots' age; " << boots.GetAge() << endl;

55: cout << "setting frisky to 7...\n";

56: frisky.SetAge(7);

57: cout << "frisky's age: " << frisky.GetAge() << endl;

58: cout << "boot's age: " << boots.GetAge() << endl;

59: return 0;

60: }

Результат:

frisky's age: 5

Setting frisky to 6...

Creating boots from frisky

frisky's age: 6

boots' age: 6

setting frisky to 7...

frisky's age: 7

boots' age: 6

Анализ: В строках программы с 6 по 19 объявляется класс CAT. Обратите внимание, что в строке 9 объявляется конструктор по умолчанию, а в строке 10 — конструктор-копировщик.

В строках 17 и 18 объявляется две переменные-члены, представляющие собой указатели на целочисленные значения. В реальной жизни трудно вообразить, для чего может понадобиться создание переменных-членов как указателей на целочисленные значения. Но в данном случае такие переменные являются отличными объектами для демонстрации методов управления переменными-членами, сохраненными в динамической области памяти.

Конструктор по умолчанию в строках с 21 по 27 выделяет для переменных области динамической памяти и инициализирует эти переменные.

Работа копировщика начинается со строки 29. Обратите внимание, что в копировщике задан параметр rhs. Использовать в параметрах копировщиков символику rhs, что означает right-hand side (стоящий справа), — общепринятая практика. Если вы посмотрите на строки 33 и 34, то увидите, что в выражениях присваивания имена параметров копировщика располагаются справа от оператора присваивания (знака равенства).

Вот как работает копировщик. Строки 31 и 32 выделяют свободные ячейки в области динамической памяти. Затем, в строках 33 и 34 в новые ячейки переписываются значения из существующего класса CAT.

Параметр rhs соответствует объекту классу CAT, который передается в копировщик в виде константной ссылки. Как объект класса CAT, rhs содержит все переменные- члены любого другого класса CAT.

Любой объект класса CAT может открыть доступ к закрытым переменным-членам для любого другого объекта класса CAT. В то же время для внешних обращений всегда лучше создавать открытые члены, где это только возможно. Функция-член rhs.GetAge() возвращает значение, сохраненное в переменной-члене itsAge, адрес которой представлен в rhs.

Процедуры, осуществляемые программой, продемонстрированы на рис. 10.3. Значение, на которое ссылалась переменная-член исходного класса CAT, копируется в новую ячейку памяти, адрес которой представлен в такой же переменной-члене нового класса CAT.

В строке 47 вызывается объект frisky из класса CAT. Значение возраста, заданное в frisky, выводится на экран, после чего в строке 50 переменной возраста присваивается новое значение — 6. В строке 52 методом копирования объекта frisky создается новый объект boots класса CAT. Если бы в качестве параметра передавался объект frisky, то вызов копировщика осуществлялся бы компилятором.

В строках 53 и 54 выводится возраст обеих кошек. Обратите внимание, что в обоих случаях в объектах frisky и boots записан возраст 6, тогда как если бы объект boots создавался не методом копирования, то по умолчанию было бы присвоено значение 5. В строке 56 значение возраста в объекте было изменено на 7 и вновь выведены на экран значения обоих объектов. Значение объекта frisky действительно изменилось на 7, тогда как в boots сохранилось прежнее значение возраста 6. Это доказывает, что переменная объекта frisky была скопирована в объект boots по новому адресу.

Рис. 10.3 Пример глубинного копирования

Когда выполнение программы выходит за область видимости класса CAT, автоматически запускается деструктор. Выполнение деструктора класса CAT показано в строках с 37 по 43. Оператор delete применяется к обоим указателям — itsAge и itsWeigth, после чего оба указателя для надежности обнуляются.

Перегрузка операторов

Язык C++ располагает рядом встроенных типов данных, включая int, real, char и т.д. Для работы с данными этих типов используются встроенные операторы — суммирования (+) и умножения (<<). Кроме того, в C++ сушествует возможность добавлять и перегружать эти операторы для собственных классов.

Чтобы в деталях рассмотреть процедуру перегрузки операторов, в листинге 10.6 создается новый класс Counter. Объект класса Counter будет использоваться в других приложениях для подсчета циклов инкрементации, декрементации и других повторяющихся процессов.

Листинг 10.6. Класс Counter

1: // Листинг 10.6.

2: // Класс Counter

3:

4: int

5: #include <iostream.h>

6:

7: class Counter

8: {

9: public:

10: Counter();

11: ~Counter(){ }

12: int GetItsVal()const { return itsVal; }

13: void SetItsVal(int x) { itsVal = x; }

14:

15: private:

16: int itsVal;

17:

18: };

19:

20: Counter::Counter():

21: itsVal(0)

22: { }

23:

24: int main()

25: {

25: Counter i;

27: cout << "The value of i is " << i.GetItsVal() << endl;

28: return 0;

29: }

Результат:

The value of i is 0

Анализ: Судя по определению в строках программы с 7 по 18, это совершенно бесполезный класс. В нем объявлена единственная переменная-член типа int. Конструктор по умолчанию, который объявляется в строке 10 и выполняется в строке 20, инициализирует переменную-член нулевым значением.

В отличие от обычной переменной типа int, объект класса Counter не может использоваться в операциях приращения, прибавляться, присваиваться или подвергаться другим манипуляциям. В связи с этим выведение значения данного объекта на печать также сопряжено с рядом трудностей.

Запись Функции инкремента

Ограничения использования объекта нового класса, которые упоминались выше, можно преодолеть путем перегрузки операторов. Например, существует несколько способов восстановления возможности приращения объекта класса Counter. Один из них состоит в том, чтобы перегрузить функцию инкрементации, как показано в листинге 10.7.

Листинг 10.7. Добавление в класс оператора инкремента

1: // Листинг 10.7.

2: // Добавление в класс Counter оператора инкремента

3:

4: int

5: #include <iostream.h>

6:

7: class Counter

8: {

9: public:

10: Counter();

11: ~Counter(){ }

12: int GetItsVal()const { return itsVal; }

13: void SetItsVal(int x) { itsVal = x; }

14: void Increment() { ++itsVal; }

15:

16: private:

17: int itsVal;

18:

19: };

20:

21: Counter::Counter():

22: itsVal(0)

23: { }

24:

25: int main()

26: {

27: Counter i;

28: cout << "The value of i is " << i.GetItsVal() << endl;

29: i.Increment();

30: cout << "The value of i is " << i.GetItsVal() << endl;

31: return 0;

32: }

Результат:

The value of i is 0

The vglue of i is 1

Анализ:В листинге 10.7 добавляется функция оператора инкремента, определенная в строке 14. Хотя программа работает, выглядит она довольно неуклюже. Программа из последних сил старается перегрузить ++operator, но это можно реализовать другим способом.