7. Klasy

Klasa jest kluczow� koncepcj� j�zyka C++, realizuj�c� abstrakcj� danych na bardzo wysokim poziomie. Odpowiednio zdefiniowane klasy stawiaj� do dyspozycji u�ytkownika wszystkie istotne mechanizmy programowania obiektowego: ukrywanie informacji, dziedziczenie, polimorfizm z wi�zaniem p�Ÿnym, a tak�e szablony klas i funkcji. Klasa jest deklarowana i definiowana z jednym z trzech s��w kluczowych: class, struct i union. Chocia� na pierwszy rzut oka mo�e to wygl�da� na rozwlek�oœ�, to jednak, jak poka�emy p�Ÿniej, jest ona zamierzona i celowa.

Elementami sk�adowymi klasy mog� by� struktury danych r�nych typ�w, zar�wno podstawowych, jak i zdefiniowanych przez u�ytkownika, a tak�e funkcje dla operowania na tych strukturach. Dost�p do element�w klasy okreœla zbi�r regu� dost�pu.

7.1. Deklaracja i definicja klasy

Klasa jest typem definiowanym przez u�ytkownika. Deklaracja klasy sk�ada si� z nag��wka, po kt�rym nast�puje cia�o klasy, uj�te w par� nawias�w klamro­wych; po zamykaj�cym nawiasie klamrowym musi wyst�pi� œrednik, ewentualnie poprzedzony list� zmiennych. W nag��wku klasy umieszcza si� s�owo kluczowe class (lub struct albo union), a po nim nazw� klasy, kt�ra od tej chwili staje si� nazw� nowego typu.

Klasa mo�e by� deklarowana:

• Na zewn�trz wszystkich funkcji programu. Zakres widzialnoœci takiej klasy rozci�ga si� na wszystkie pliki programu.

• Wewn�trz definicji funkcji. Klas� tak� nazywa si� lokaln�, poniewa� jej zakres widzialnoœci nie wykracza poza zasi�g funkcji.

• Wewn�trz innej klasy. Klas� tak� nazywa si� zagnie�d�on�, poniewa� jej zakres widzialnoœci nie wykracza poza zasi�g klasy zewn�trznej.

0. Deklaracji klas nie wolno poprzedza� s�owem kluczowym static.

0. Przyk�adowe deklaracje klas mog� mie� posta�:

0. class Pusta {};

0. class Komentarz { /* Komentarz */};

0. class Niewielka { int n; };

0. Wyst�pienia klasy deklaruje si� tak samo, jak zmienne innych typ�w, np.

0. Pusta pusta1, pusta2;

0. Niewielka nw1, nw2;

0. Niewielka* wsk = &nw1;

0. Zmienne pusta1, pusta2, nw1, nw2 nazywaj
   si
   obiektami, za
   wsk jest wska
   nikiem (zmienn
   typu Niewielka*) do typu Niewielka, zainicjowanym adresem obiektu nw1. N.b.
   atwo mo
   na si
   przekona
   ,
   e obiekty klasy Pusta maj
   niezerowy rozmiar.

0. Klasy w rodzaju Pusta i Komentarz u
   ywa si
   cz
   sto jako klasy-makiety podczas opracowywania programu.

0. Jak ju� wspomniano, dopuszczalna jest r�wnie� deklaracja obiekt�w bezpoœrednio po deklaracji klasy, np.

0. class Gotowa { double db; char znak; } ob1, ob2;

0. Dost�p do sk�adowej obiektu danej klasy uzyskuje si� za pomoc� operatora dost�pu “.”, np. nw1.n; dla zmiennej wska
   nikowej u
   ywa si
   operatora “->”, np. wsk->n, przy czym ostatni zapis jest r�wnowa
   ny (*wsk).n.

0. Przy deklarowaniu sk�adowych obowi�zuj� nast�puj�ce ograniczenia:

• deklarowana sk�adowa nie mo�e by� inicjowana w deklaracji klasy;

• nazwy sk�adowych nie mog� si� powtarza�;

• deklaracje sk�adowych nie mog� zawiera� s��w kluczowych auto, extern i register; natomiast mog� by� poprzedzone s�owem kluczowym static;

0. Deklaracje element�w sk�adowych klasy mo�na poprzedzi� etykiet� public:, protected:, lub private:. Je�eli sekwencja deklaracji element�w sk�adowych nie jest poprzedzona �adn� z tych etykiet, to kompilator przyjmuje domyœln� etykiet� private:. Oznacza to, �e dana sk�adowa mo�e by� dost�pna jedynie dla funkcji sk�adowych i tzw. funkcji zaprzyjaŸnionych klasy, w kt�rej jest zadeklarowana. Wyst�pienie etykiety public: oznacza, �e wyst�puj�ce po niej nazwy deklarowanych sk�adowych mog� by� u�ywane przez dowolne funkcje, a wi�c r�wnie� takie, kt�re nie s� zwi�zane z deklaracj� danej klasy. Znaczenie etykiety protected: przedstawimy przy omawianiu dziedziczenia.

0. Ze wzgl�du na sterowanie dost�pem do sk�adowych klasy, s�owa kluczowe public, protected i private nazywa si� specyfikatorami dost�pu.

0. Przyk�ad 6.1.

0. #include <iostream.h>

0. class Niewielka {

0. public:

0. int n;

0. };

0. void main() {

0. Niewielka nw1, nw2, *wsk;

0. nw1.n = 5;

0. nw2.n = 10;

0. wsk = &nw1;

0. cout << nw1.n << endl;

0. cout << wsk ->n << endl;

0. wsk = &nw2;

0. cout << (*wsk).n << endl;

0. }

0. Dyskusja. W klasie Niewielka zadeklarowano tylko jedn
   zmienn
   sk
   adow
   n typu int. Poniewa
   jest to sk
   adowa publiczna, mo
   na w obiektach nw1 i nw2 bezpo
   rednio przypisywa
   jej warto
   ci 5 i 10. Zwr�
   my jeszcze uwag
   na instrukcj
   deklaracji wska
   nika wsk do klasy Niewielka: wska
   nikiem jest identyfikator wsk, a nie *wsk. Jak wida
   z przyk
   adu, wska
   nikowi do danej klasy mo
   emy przypisywa
   kolejno dowolne obiekty tej klasy. Operator dost
   pu do zmiennej sk
   adowej n dla wska
   nika wsk jest w programie zapisywany w obu r�wnowa
   nych postaciach: jako wsk->n i jako (*wsk).n. W drugiej postaci konieczne by
   y nawiasy, poniewa
   operator dost
   pu do sk
   adowej “.” ma wy
   szy priorytet ni
   operator dost
   pu po
   redniego “*”.

0. Zakres widzialnoœci zmiennych sk�adowych obejmuje ca�y blok deklaracji klasy, bez wzgl�du na to, w kt�rym miejscu bloku znajduje si� ich punkt deklaracji.

0. Je�eli klasa zawiera funkcje sk�adowe, to ich deklaracje musz� wyst�pi� w deklaracji klasy. Funkcje sk�adowe mog� by� jawnie deklarowane ze s�owami kluczowymi inline, static i virtual; nie mog� by� deklarowane ze s�owem kluczowym extern. W deklaracji klasy mo�na r�wnie� umieszcza� definicje kr�tkich (1-2 instrukcje) funkcji sk�adowych; s� one w�wczas traktowane przez kompilator jako funkcje rozwijalne, tj. tak, jakby by�y poprzedzone s�owem kluczowym inline. W programach jednoplikowych d�u�sze funkcje sk�adowe deklaruje si� w nawiasach klamrowych zawieraj�cych cia�o klasy, zaœ definiuje si� bezpoœrednio po zamykaj�cym nawiasie klamrowym.

0. Deklaracja klasy wraz z definicjami funkcji sk�adowych (i ewentualnie innymi wymaganymi definicjami) stanowi definicj� klasy.

0. Funkcje sk�adowe klasy mog� operowa� na wszystkich zmiennych sk�adowych, tak�e prywatnych i chronionych. Mog� one r�wnie� operowa� na zmiennych zewn�trznych w stosunku do definicji klasy.

0. Przyk�ad 6.2.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. int x,y;

0. void init(int a, int b) {x = a; y = b; }

0. void ustaw(int, int);

0. };

0. void Punkt::ustaw(int a, int b)

0. { x = x + a; y = y + b; }

0. int main() {

0. Punkt punkt1;

0. Punkt* wsk = &punkt1;

0. punkt1.init(1,1);

0. cout << punkt1.x << endl;

0. cout << wsk -> y << endl;

0. punkt1.ustaw(10,15);

0. cout << punkt1.x << endl;

0. cout << (*wsk).y << endl;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. W klasie Punkt zar�wno atrybuty x, y, jak i funkcje init() oraz ustaw() s
   publiczne, a wi
   c dost
   pne na zewn
   trz klasy. Funkcja init() s
   u
   y do zainicjowania obiektu punkt1 klasy Punkt. Jej definicja wewn
   trz klasy jest r�wnowa
   na definicji poza cia
   em klasy o postaci:

0. inline void Punkt::init(int a, int b) {x = a; y = b; }

0. Dwuargumentowy (binarny) operator zasi�gu “::” poprzedzony nazw� klasy ustala zasi�g funkcji sk�adowych ustaw() i init(). Napis Punkt:: informuje kompilator,
   e nast
   puj
   ca po nim nazwa jest nazw
   funkcji sk
   adowej klasy Punkt; wywo
   anie takiej funkcji w programie mo
   e mie
   miejsce tylko tam, gdzie jest dost
   pna deklaracja klasy Punkt.

0. Zwr��my r�wnie� uwag� na spos�b zapisu wywo�ania funkcji sk�adowej: zapis ten ma tak� sam� posta�, jak odwo�anie do atrybutu x, b
   d
   y.

0. 7.1.1. Autoreferencja: wska
   nik this

0. Funkcje sk�adowe s� zwi�zane z definicj� klasy, a nie z deklaracjami obiekt�w tej klasy. Poci�ga to za sob� nast�puj�ce konsekwencje:

• Istnieje tylko jeden “egzemplarz” kodu definicji danej funkcji sk�adowej, b�d�cej “w�asnoœci�” klasy.

• Kod ten nie wchodzi w sk�ad �adnego obiektu.

• W ka�dym wywo�aniu funkcji sk�adowej klasy musi by� wskazany obiekt wo�aj�cy.

0. Wskazanie obiektu wo�aj�cego jest realizowane przez przekazanie do funkcji sk�adowej ukrytego argumentu aktualnego, kt�rym jest wskaŸnik do tego obiektu. WskaŸnikiem tym jest inicjowany niejawny argument * wskaŸnik * w definicji funkcji sk�adowej. Do wskaŸnika tego mo�na si� r�wnie� odwo�ywa� jawnie, u�ywaj�c s�owa kluczowego this. Tak wi�c mamy tutaj autorekursj�: poprzez wskaŸnik this odwo�ujemy si� do obiektu, dla kt�rego wywo�ywana jest pewna operacja (wywo�anie funkcji). W podanym ni�ej przyk�adzie pokazano dwie r�wnowa�ne deklaracje, przy czym druga z nich ilustruje mo�liwoœ� jawnego u�ycia wskaŸnika this.

0. Przyk�ad 6.3.

0. class Niejawna {

0. int m;

0. int funkcja() { return m; }

0. };

0. class Jawna {

0. int m;

0. int funkcja() { return this->m; }

0. };

0. Poniewa� this jest s�owem kluczowym, nie mo�e by� jawnie deklarowany jako zmienna sk�adowa. Mo�na natomiast wydedukowa�, �e w funkcji funkcja() klasy Niejawna wska
   nik this jest niejawnie zadeklarowany jako

0. Niejawna* const this;

0. a inicjowany adresem obiektu, dla kt�rego wo�ana jest funkcja sk�adowa funkcja(). Poniewa
   wska
   nik this jest deklarowany jako *const, czyli jako wska
   nik sta
   y, nie mo
   e on by
   zmieniany. Mo
   na natomiast wprowadza
   zmiany we wskazywanym przez niego obiekcie.

0. Zobaczmy jeszcze, jak wygl�da zastosowanie wskaŸnika this w nieco zmodyfikowanym programie, zawieraj�cym definicj� klasy Punkt.

0. Przyk�ad 6.4.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. int init(int a, int b)

0. { this->x = a; this->y = b; return x; }

0. int ustaw(int, int);

0. private:

0. int x, y;

0. };

0. int Punkt::ustaw(int a, int b) {

0. this->x = this->x + a; this->y = y + b; return x ;

0. }

0. int main() {

0. Punkt punkt1;

0. cout << punkt1.init(0,0) << endl;

0. cout << punkt1.ustaw(10,15) << endl;

0. return 0;

0. }

0. Z pokazanych wy�ej przyk�ad�w wida�, �e jawnych odwo�a� do wskaŸnika this nie op�aca si� u�ywa�, skoro poprawny syntaktycznie jest kr�tszy zapis. Wyj�tkami od tego zalecenia s� sytuacje, gdy jawne odwo�anie do wskaŸnika this jest nie tylko op�acalne, ale i konieczne; s� to definicje funkcji, kt�re operuj� na elementach tzw. list jedno- i dwukierunkowych.

0. 7.1.2. Statyczne elementy klasy

0. Cia�o klasy mo�e zawiera� deklaracje struktur danych i funkcji poprzedzone s�owem kluczowym static, b�d�cym, podobnie jak auto, register i extern, specyfikatorem klasy pami�ci. S�owo static (a tak�e extern) mo�e poprzedza� jedynie deklaracje zmiennych i funkcji oraz unii anonimowych; nie mo�e poprzedza� deklaracji funkcji wewn�trz bloku ani deklaracji argument�w formalnych funkcji. W og�lnoœci specyfikator static ma dwa znaczenia, kt�re s� cz�sto mylone. Pierwsze z nich m�wi kompilatorowi: przydziel danej wielkoœci ustalony adres w pami�ci i zachowuj go przez ca�y czas trwania programu. Drugie m�wi o zasi�gu: ustal zakres widzialnoœci danej wielkoœci pocz�wszy od miejsca, w kt�rym zosta�a zadeklarowana. Inaczej m�wi�c: wielkoœ� zadeklarowana jako static istnieje przez ca�y czas wykonania programu, ale jej zasi�g zale�y od miejsca deklaracji. Obydwa znaczenia odnosz� si� do statycznych zmiennych sk�adowych, natomiast tylko drugie z nich odnosi si� do statycznych funkcji sk�adowych.

0. Przyk�ad 6.5.

0. static int nn;

0. int main() {

0. nn = 10;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. W powy�szym przyk�adzie zmienna globalna nn istnieje przez ca
   y czas wykonania programu, ale jej zakres widzialno
   ci jest ograniczony do pliku, w kt�rym zosta
   a zadeklarowana (tutaj plik z funkcj
   main()). Oznacza to,
   e jest dopuszczalne u
   ywanie nazwy nn w innych plikach programu i w innym znaczeniu. Zmienna nn ma zasi
   g od punktu deklaracji do ko
   ca pliku. Gdyby
   my umie
   cili deklaracj
   zmiennej nn np. po bloku main, to ka
   da pr�ba wykonania na niej operacji wewn
   trz bloku by
   aby b
   
   dem syntaktycznym. Zmienn
   nn mo
   na inicjowa
   w jej deklaracji; poniewa
   tutaj tego nie uczyniono, kompilator nada jej domy
   ln
   warto
   
   pocz
   tkow
   0.

0. Zmienne sk�adowe klasy s� * u�ywaj�c terminologii j�zyka Smalltalk * zmiennymi wyst�pienia (ang. instance variables); dla ka�dego obiektu danej klasy tworzone s� oddzielne ich kopie. Deklaracje takich zmiennych s� jednoczeœnie ich definicjami; s� to zmienne lokalne o zasi�gu klasy i przypadkowych wartoœciach inicjalnych (deklarowane w bloku klasy zmienne nie mog� by� tam inicjowane).

0. Je�eli deklaracj� zmiennej sk�adowej poprzedzimy specyfikatorem static, to taka deklaracja staje si� deklaracj� referencyjn�, a wprowadzona ni� zmienna � zmienn� klasy. Konsekwencj� tego jest fakt, �e definicj� takiej zmiennej musimy umieœci� na zewn�trz deklaracji klasy. Statyczna zmienna klasy podlega tym samym regu�om dost�pu (sterowanym etykietami public:, protected: i private:) co zmienna wyst�pienia. Przy definiowaniu zmiennej statycznej mo�na jej nada� wartoœ� pocz�tkow� r�n� od zera; na czas tej operacji ograniczenia dost�pu zostaj� wy��czone. W rezultacie otrzymamy zmienn� o w�asnoœciach obiektu globalnego i zasi�gu pliku, skojarzon� z sam� klas�, a nie z jakimkolwiek jej wyst�pieniem, tj. obiektem. Poniewa� zmienna klasy jest zwi�zana z klas�, a nie z jej obiektami, mo�na na niej wykonywa� operacje w og�le bez tworzenia obiekt�w. W tym sensie jest ona samodzielnym obiektem. Je�eli jednak zadeklarujemy obiekty, to ka�dy z nich b�dzie mia� dost�p do tego samego adresu w pami�ci, kt�ry zosta� przydzielony przez kompilator statycznej zmiennej sk�adowej. Tak wi�c mamy tylko jedn� kopi� zmiennej sk�adowej, dost�pn� bez istnienia obiekt�w, b�dŸ wsp�dzielon� przez zadeklarowane obiekty.

0. Reasumuj�c: statyczna zmienna klasy jest to zmienna o zasi�gu ograniczonym do klasy, w kt�rej jest zadeklarowana. Wprowadzenie statycznych zmiennych sk�adowych pozwala unikn�� u�ywania zewn�trznych zmiennych globalnych wewn�trz klasy, co cz�sto daje niepo��dane efekty uboczne i narusza zasad� ukrywania informacji.

0. Sk�adni� deklaracji, definicji i operacji na zmiennej statycznej ilustruje poni�szy przyk�ad.

0. Przyk�ad 6.6.

0. #include <iostream.h>

0. class Test {

0. public:

0. int m;

0. static int n; // Tylko deklaracja

0. };

0. // Definicja obiektu statycznego n

0. int Test::n = 10;

0. void main() {

0. Test::n = 25;

0. cout << *Test::n= * << Test::n << endl;

0. Test t1,t2;

0. t1.m = 5; t2.m = 0;

0. cout << *t1.m= * << t1.m << endl;

0. cout << *t2.m= * << t2.m << endl;

0. cout << *t2.n= * << t2.n << endl;

0. }

0. Wydruk z programu ma posta�:

0. Test::n= 25

0. t1.m= 5

0. t2.m= 0

0. t2.n= 25

0. Dyskusja. W deklaracji klasy Test mamy deklaracj� zmiennej statycznej static int n;. Definicj
   tej zmiennej, o postaci int Test::n = 10; umieszczono bezpo
   rednio po deklaracji klasy. Pierwsz
   instrukcj
   w bloku funkcji main() jest instrukcja przypisania Test::n = 25;. Przypisan
   do zmiennej statycznej warto
   
   25 wyprowadzaj
   na ekran instrukcje:

0. cout << *Test::n= * << Test::n << endl;

0. oraz cout << *t2.n= * << t2.n << endl;

0. Obiekty t1 i t2 maj
   swoje prywatne kopie zmiennej m oraz dost
   p do jednej kopii zmiennej statycznej n.

0. Uwaga 1. Typ statycznej zmiennej sk�adowej nie obejmuje nazwy jej klasy; tak wi�c typem zmiennej Test::n jest int.

0. Uwaga 2. Statyczne sk�adowe klasy lokalnej (zadeklarowanej wewn�trz bloku funkcji) nie maj� okreœlonego zakresu widocznoœci i nie mog� by� definiowane na zewn�trz deklaracji klasy. Wynika st�d, �e klasa lokalna nie mo�e mie� zmiennych statycznych.

0. Uwaga 3. Zauwa�my, �e s�owo static nie jest ani potrzebne, ani dozwolone w definicji statycznej sk�adowej klasy. Gdyby by�o dopuszczalne, to mog�aby powsta� kolizja pomi�dzy znaczeniem static stosowanym do sk�adowych klasy, a znaczeniem, stosowanym do globalnych obiekt�w i funkcji.

0. S�owo kluczowe static mo�e r�wnie� poprzedza� deklaracj� (nie definicj�!) funkcji sk�adowej klasy. Taka statyczna funkcja sk�adowa mo�e operowa� jedynie na zmiennych statycznych nie ma dost�pu do zmiennych wyst�pienia (zwyk�e, niestatyczne funkcje sk�adowe mog� operowa� zar�wno na zmiennych niestatycznych, jak i statycznych). Wynika to st�d, �e statyczna funkcja sk�adowa nie ma wskaŸnika this, tak �e mo�e ona mie� dost�p do zmiennych niestatycznych swojej klasy jedynie przez zastosowanie operator�w selekcji “.” lub “->” do obiekt�w klasy.

0. Przyk�ad 6.7.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. static int init( int ); // Deklaracja init()

0. private:

0. static int x; // Deklaracja x

0. };

0. int Punkt::x; // Definicja x

0. // Definicja init()

0. int Punkt::init( int a) { x = a; return x; }

0. int main() {

0. cout << Punkt::init(10) << endl;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. Przyk�ad pokazuje dowodnie, �e dost�p do zmiennej statycznej i wywo�anie funkcji statycznej danej klasy nie wymagaj� istnienia obiekt�w tej klasy.

0. 7.2. Konstruktory i destruktory

0. Konstruktory i destruktory nale�� do grupy specjalnych funkcji sk�adowych. Grupa ta obejmuje: konstruktory i destruktory inicjuj�ce, konstruktor kopiuj�cy oraz tzw. funkcje operatorowe.

0. Konstruktor jest funkcj� sk�adow� o takiej samej nazwie, jak nazwa klasy. Nazw� destruktora jest nazwa klasy, poprzedzona znakiem tyldy (~).

0. Ka�da klasa zawiera konstruktor i destruktor, nawet gdy nie s� one jawnie zadeklarowane. Zadaniem konstruktora jest konstruowanie obiekt�w swojej klasy; jego wywo�anie w programie poci�ga za sob�:

• alokacj� pami�ci dla obiektu;

• przypisanie wartoœci do niestatycznych zmiennych sk�adowych;

• wykonanie pewnych operacji porz�dkuj�cych (np. konwersji typ�w).

Je�eli w klasie nie zadeklarowano konstruktora i destruktora, to zostan� one wygenerowane przez kompilator i automatycznie wywo�ane podczas tworzenia i destrukcji obiektu.

Przyk�ad 6.8.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(int, int);

void ustaw(int, int);

private:

int x,y;

};

Punkt::Punkt(int a, int b)

{ x = a; y = b; }

void Punkt::ustaw( int c, int d)

{ x = x + c; y = y + d; }

int main() {

Punkt punkt1(3,4);

return 0;

}

Dyskusja. Poniewa� klasa Punkt zawiera dwie prywatne zmienne sk
adowe: x oraz y, celowym jest zdefiniowanie konstruktora, kt�ry nadaje im warto
ci pocz
tkowe a oraz b. Warto
ci te (3 i 4) s
przekazywane w wywo
aniu konstruktora w bloku funkcji main(). Korzy
ci z wprowadzenia konstruktora s
oczywiste; w poprzednich przyk
adach, w kt�rych wyst
powa
a klasa Punkt, musieli
my zapisywa
w bloku funkcji main() dwie instrukcje: instrukcj
deklaracji obiektu, a nast
pnie instrukcj
wywo
ania funkcji init() dla przypisania zmiennym

danych warto
ci. Teraz te dwie operacje wykonuje jedna instrukcja deklaracji

Punkt punkt1(3,4);

Instrukcja ta jest r�wnowa�na instrukcji

Punkt punkt1 = Punkt(3,4);

kt�ra wo�a konstruktor Punkt::Punkt(int, int) dla zainicjowania atrybut�w obiektu punkt1 warto
ciami 3 i 4.

Poniewa� klasa Punkt nie zawiera destruktora, obiekt punkt1 zostanie zniszczony przez destruktor wywo
ywany w chwili zako
czenia programu, a wygenerowany w fazie kompilacji.

W nast�pnych definicjach konstruktor�w b�dziemy najcz�œciej wykorzystywa� notacj�, zapo�yczon� przez C++ z j�zyka Simula. Dla zainicjowania zmiennej jednego z typ�w podstawowych wartoœ� inicjaln� mo�emy umieœci� po znaku r�wnoœci, b�dŸ w nawiasach okr�g�ych, np.

int i = 7;

int i(7);

Wykorzystuj�c drug� z r�wnowa�nych notacji mo�emy zapisa� definicj� konstruktora klasy Punkt w postaci:

Punkt::Punkt(int a, int b):x(a),y(b) {}

W powy�szej definicji po nag��wku funkcji mamy list� zmiennych sk�adowych z wartoœciami inicjalnymi w nawiasach okr�g�ych, poprzedzon� pojedynczym dwukropkiem. Poniewa� ten prosty konstruktor nie wykonuje niczego wi�cej poza inicjowaniem zmiennych sk�adowych, jego blok jest pusty.

7.2.1. W
asno
ci konstruktor�w i destruktor�w

Konstruktory i destruktory posiadaj� szereg charakterystycznych w�asnoœci i podlegaj� pewnym ograniczeniom. Zacznijmy od ogranicze�.

Deklaracja konstruktora i destruktora nie mo�e zawiera� typu zwracanego (nawet void). W przypadku konstruktora jawna wartoœ� zwracana nie jest wskazana, poniewa� jest on przeznaczony do tworzenia obiekt�w, czyli przekszta�cania pewnego obszaru pami�ci w zorganizowane struktury danych. Gdyby dopuœci� do zwracania jakiejœ wartoœci, by�by to fragment informacji o implementacji obiektu, kt�ra powinna by� niewidoczna dla u�ytkownika. Podobne argumenty dotycz� destruktora.

Nie jest mo�liwy dost�p do adresu konstruktora i destruktora. Zasad­niczym powodem jest ukrycie szczeg��w fizycznej alokacji pami�ci, kt�re powinny by� niewidoczne dla u�ytkownika.

Deklaracje konstruktora i destruktora nie mog� by� poprzedzone s�owami kluczowymi const, volatile i static. (Modyfikator volatile wskazuje, �e obiekt mo�e by� w ka�dej chwili zmodyfikowany i to nie tylko instrukcj� programu u�ytkownika, lecz tak�e przez zdarzenia zewn�trzne, np. przez procedur� obs�ugi przerwania). Deklaracja konstruktora nie mo�e by� poprzedzona s�owem kluczowym virtual.

Konstruktory i destruktory nie s� dziedziczone.

Destruktor nie mo�e mie� parametr�w formalnych. Parametrami formal­nymi konstruktora nie mog� by� zmienne sk�adowe w�asnej klasy.

Wyliczymy teraz kolejno g��wne w�asnoœci konstruktor�w i destruktor�w.

Konstruktory i destruktory generowane przez kompilator s� public. Konstruktory definiowane przez u�ytkownika r�wnie� powinny by� public, aby istnia�a mo�liwoœ� tworzenia obiekt�w na zewn�trz deklaracji klasy. W pewnych przypadkach szczeg�lnych konstruktory mog� wyst�pi� po etykiecie protected:, a nawet private:.

Konstruktor jest wo�any automatycznie, gdy definiuje si� obiekt; destruktor gdy obiekt jest niszczony.

Konstruktory i destruktory mog� by� wywo�ywane dla obiekt�w const i volatile.

Z bloku konstruktora i destruktora mog� by� wywo�ywane funkcje sk�adowe ich klasy.

Deklaracja destruktora mo�e by� poprzedzona s�owem kluczowym virtual.

Konstruktor mo�e zawiera� referencj� do w�asnej klasy jako argument formalny. W takim przypadku jest on nazywany konstruktorem kopiuj�cym. Deklaracja konstruktora kopiuj�cego dla klasy X mo
e mie
posta
X(const X&); lub X(const X&, int=0);. Jest on wywo
ywany zwykle wtedy, gdy definiuje si
obiekt, inicjowany przez wcze
niej utworzony obiekt tej samej klasy, np.

X ob2 = ob1;.

Konstruktor jest wo�any wtedy, gdy ma by� utworzony obiekt jego klasy. Obiekt taki mo�e by� tworzony na wiele sposob�w:

• jako zmienna globalna;

• jako zmienna lokalna;

• przez jawne u�ycie operatora new;

• jako obiekt tymczasowy;

• jako zmienna sk�adowa, zagnie�d�ona w innej klasie.

0. Wprawdzie konstruktory i destruktory nie mog� by� funkcjami statycznymi, ale mog� operowa� na statycznych zmiennych sk�adowych swojej klasy. W podanym ni�ej przyk�adzie wykorzystano zmienn� statyczn� licznik do rejestrowania istniej
   cych w danej chwili obiekt�w. Klas
   Status mo
   na uwa
   a
   za fragment podsystemu zarz
   dzania pami
   ci
   programu.

0. Przyk�ad 6.9.

0. #include <iostream.h>

0. class Status {

0. public:

0. Status() { licznik++; }

0. ~Status() { licznik--}

0. int odczyt() { return licznik; }

0. private:

0. static licznik; //deklaracja

0. };

0. int Status::licznik = 0; // Definicja

0. int main() {

0. Status ob1,ob2, ob3;

0. cout << Mamy << ob1.odczyt() << obiekty\n;

0. Status *wsk;

0. wsk = new Status; //Alokuj dynamicznie

0. if (!wsk) {

0. cout << Nieudana alokacja\n;

0. return 1; }

0. cout << Mamy << ob1.odczyt()

0. << obiekty po alokacji\n;

0. // skasuj obiekt

0. delete wsk;

0. cout << Mamy << ob1.odczyt()

0. << obiekty po destrukcji\n;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. Wygl�d ekranu po wykonaniu programu b�dzie nast�puj�cy:

0. Mamy 3 obiekty

0. Mamy 4 obiekty po alokacji

0. Mamy 3 obiekty po destrukcji

0. Obiekty programu s� tworzone przez kolejne wywo�ania konstruktora Status(){licznik++;}. Najpierw s
   tworzone obiekty ob1, ob2 i ob3, a nast
   pnie obiekt dynamiczny *wsk. Po destrukcji wska
   nika wsk mamy trzeci wiersz wydruku. Oczywi
   cie pierwsze trzy obiekty zostan
   zniszczone przy wyj
   ciu z programu przez trzykrotne wywo
   anie tego samego co dla wsk destruktora ~Status() { licznik--}.

0. 7.2.2. Przeci
   
   anie konstruktor�w

0. Konstruktory, podobnie jak “zwyk�e” funkcje (tak�e funkcje sk�adowe klasy), mog� by� przeci��ane. Najcz�œciej ma to na celu tworzenie obiekt�w inicjowanych zadanymi wartoœciami zmiennych sk�adowych, lub te� obiekt�w bez podanych wartoœci inicjalnych. Dzi�ki temu mo�na zadeklarowa� wi�cej ni� jeden konstruktor dla danej klasy. Wywo�anie konstruktora w deklaracji obiektu pozwala kompilatorowi ustali�, w zale�noœci od liczby i typ�w podanych argument�w, kt�r� wersj� konstruktora nale�y wywo�a�.

0. W podanym ni�ej przyk�adzie obiektowi punkt1 nadano warto
   ci pocz
   tkowe (3 i 4), za
   obiektowi punkt2 nie. Gdyby usun
   
   z programu konstruktor domy
   lny Punkt() o pustym wykazie argument�w, program nie zosta
   by skompilowany, poniewa
   brak
   oby konstruktora, kt�ry mog
   by by
   dopasowany do wywo
   ania Punkt punkt2.

0. Przyk�ad 6.10.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. Punkt() {}

0. Punkt(int a, int b): x(a), y(b) {}

0. int x,y;

0. };

0. int main() {

0. Punkt punkt1(3,4);

0. cout << punkt1.x << endl;

0. Punkt punkt2;

0. cout << punkt2.x << endl;

0. return 0;

0. }

0. 7.2.3. Konstruktory z argumentami domy
   lnymi

0. Alternatyw� dla przeci��ania konstruktora jest wyposa�enie go w argumenty domyœlne, podobnie jak czyniliœmy to w stosunku do zwyk�ych funkcji. Przypomnijmy, �e argument domyœlny jest przyjmowany przez kompilator wtedy, gdy w wywo�aniu funkcji nie podano odpowiadaj�cego mu argumentu aktualnego.

0. Wartoœci domyœlne argument�w formalnych w deklaracji (nie w definicji!) zapisujemy w nast�puj�cy spos�b:

• Je�eli w deklaracji konstruktora umieszczono nazwy argument�w formalnych, to po nazwie argumentu piszemy znak r�wnoœci, a po nim odpowiedni� wartoœ�, np. Punkt ( int a = 0, int b = 0 );

• Je�eli deklaracja nie zawiera nazw argument�w, a jedynie ich typy, to znak r�wnoœci i nast�puj�c� po nim wartoœ� piszemy po identyfikatorze typu, np. Punkt ( int = 0, int = 0 );

0. Przyk�ad 6.11.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. int x,y;

0. Punkt(int = 0, int = 0);

0. };

0. Punkt::Punkt(int a, int b): x(a), y(b)

0. {

0. if (a==0 && b==0)

0. cout << Obiekt bez inicjowania...\n;

0. else cout << Obiekt z inicjowaniem...\n;

0. }

0. int main() {

0. Punkt punkt1(3,4);

0. cout << punkt1.x << endl;

0. Punkt punkt2;

0. cout << punkt2.x << endl;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. Powy�szy program zawiera wywo�ania, identyczne jak w przypadku konstruktor�w przeci��onych, ale tylko jedn� definicj� konstruktora. W definicji konstruktora Punkt() z zerowymi warto
   ciami domy
   lnymi umieszczono instrukcj
   if jedynie w tym celu, aby pokaza
   ,
   e instrukcja deklaracji Punkt punkt1(3,4); wywo
   uje konstruktor z inicjowaniem, a instrukcja deklaracji Punkt punkt2; wywo
   uje konstruktor bez inicjowania. Wydruk z programu ma posta
   :

0. Obiekt z inicjowaniem...

0. 3

0. Obiekt bez inicjowania...

0. 0

0. Zauwa�my �e konstruktor Punkt(int = 0, int = 0) nie jest r�wnowa�ny konstruktorowi bez argument�w, np. Punkt(). Prezentowana ni
   ej wersja klasy Punkt zawiera taki w
   a
   nie konstruktor bezargumentowy. Przyk
   ad nawi
   zuje tak
   e do przeprowadzonej w p. 5.2 dyskusji, w kt�rej zwr�cono uwag
   na zwi
   zki pomi
   dzy przeci
   
   aniem funkcji, a u
   ywaniem argument�w domy
   lnych.

0. Przyk�ad 6.12.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. Punkt(): x(0), y(0) {}

0. Punkt(int a, int b): x(a), y(a) {}

0. int fx() { return x; }

0. int fy() { return y; }

0. private:

0. int x,y;

0. };

0. int main() {

0. Punkt punkt1;

0. cout << punkt1.x= << punkt1.fx() << \n;

0. Punkt punkt2(3,2);

0. cout << punkt2.x= << punkt2.fx() << \n;

0. Punkt *wsk = new Punkt(2,2);

0. if (!wsk) return 1;

0. cout << wsk->fx()= << wsk->fx() << \n;

0. if (wsk)

0. {

0. delete wsk;

0. wsk = NULL; }

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. W klasie Punkt zmienne sk
   adowe x, y s
   teraz prywatne, w zwi
   zku z czym zadeklarowano publiczny interfejs w postaci dw�ch funkcji sk
   adowych fx() oraz fy(), kt�re daj
   dost
   p do tych zmiennych. Obiekty punkt1 i punkt2 s
   alokowane na stosie funkcji main(), natomiast obiekt wskazywany przez wsk na kopcu (w pami
   ci swobodnej). Zwr�
   my uwag
   na instrukcj
   if w bloku main(), w kt�rej wyst
   puje symbol NULL, oznaczaj
   cy wska
   nik pusty. Zapis if(wsk), r�wnowa
   ny if(wsk == NULL) jest testem, kt�ry zapobiega pr�bie niszczenia tego samego obiektu dwa razy (je
   eli wsk == NULL, to
   adna z dw�ch instrukcji w bloku if nie zostanie wykonana).

0. 7.3. Przeci
   
   anie operator�w

0. Wœr�d zdefiniowanych w j�zyku C++ operator�w wyst�puj� operatory polimorficzne. Mo�emy tu wyodr�bni� dwa rodzaje polimorfizmu:

• Koercj�, gdy dopuszcza si�, �e argumenty operatora mog� by� mieszanych typ�w. Ten rodzaj polimorfizmu jest charakterystyczny dla operator�w arytmetycznych: +, -, *, /; np. operator “+” mo�e s�u�y� do dodania dw�ch liczb ca�kowitych, liczby ca�kowitej do zmiennopozycyjnej, etc.

• Przeci��enie operatora, gdy ten sam symbol operatora stosuje si� w operacjach nie zwi�zanych semantycznie. Typowymi przyk�adami mog� by� operatory inicjowania i przypisania, oznaczane tym samym symbolem “=”, lub symbole “>>” oraz “<<”, kt�re, zale�nie od kontekstu, s� bitowymi operatorami przesuni�cia lub operatorami wprowadzania/wyprowadzania.

Wymienione rodzaje wbudowanego polimorfizmu wyst�puj� w wielu nowoczesnych j�zykach programowania. Wsp�ln� dla nich cech� jest to, �e s� one predefiniowane, a ich definicje stanowi� integraln� i niezmienn� cz�œ� definicji j�zyka.

U�ytkownikowi j�zyka C++ dano znacznie wi�ksze mo�liwoœci, spotykane w nielicznych wsp�czesnych j�zykach programowania. Ma on do dyspozycji mechanizm, kt�ry pozwala tworzy� nowe definicje dla istniej�cych operator�w. Dzi�ki temu programista mo�e tak zmodyfikowa� dzia�anie operatora, aby wykonywa� on operacje w narzucony przez niego spos�b. Jest to szczeg�lnie istotne w programach czysto obiektowych. Np. obiekty wielokrotnie redefinio­wanej klasy Punkt mo
emy uwa
a
za wektory w prostok
tnym uk
adzie wsp�
rz
dnych. W geometrii i fizyce dla takich obiekt�w s
np. okre
lone operacje dodawania i odejmowania. By
oby wskazane zdefiniowa
podobne operacje dla deklarowanych przez nas klas. Wykorzystamy do tego celu nast
puj
c
og�ln
posta
definicji tzw. funkcji operatorowej, tj. funkcji, kt�ra definiuje pewien operator “@”:

typ klasa::operator@(argumenty)

{ // wykonywane operacje }

gdzie s�owo typ oznacza typ zwracany przez funkcj
operatorow
, s
owo klasa jest nazw
klasy, w kt�rej funkcja definiuj
ca operator jest funkcj
sk
adow
, dwa dwukropki oznaczaj
operator zasi
gu, za
symbol “@” b
dzie zast
powany w konkretnej definicji przez symbol operatora (np. =, ==, +, ++, new). Nazwa funkcji definiuj
cej operator sk
ada si
ze s
owa kluczowego operator i nast
puj
cego po nim symbolu operatora; np., je
eli jest przeci

any operator “+”, to nazw
funkcji b
dzie operator+.

Przeci��enie operatora przypomina przeci��enie funkcji. I faktycznie jest to przypadek szczeg�lny przeci��enia funkcji. Poni�ej zestawiono wa�niejsze regu�y przeci��ania i w�asnoœci operator�w przeci��anych.

Operator @ jest zawsze przeci

any wzgl
dem klasy, w kt�rej jest zadeklarowana jego funkcja operator@. Zatem w innych kontekstach operator nie traci
adnego ze swych oryginalnych znacze
, ustalonych w definicji j
zyka, natomiast zyskuje znaczenia dodatkowe.

Funkcja definiuj�ca operator musi by� albo funkcj� sk�adow� klasy, albo mie� co najmniej jeden argument b�d�cy obiektem lub referencj� do obiektu klasy (wyj�tkiem s� funkcje, kt�re redefiniuj� znaczenie operator�w new i delete). Ograniczenie to gwarantuje, �e wyst�pienie operatora z argumentami typ�w nie b�d�cych klasami, jest jednoznaczne z wykorzystaniem jego standardowej, wbudowanej w j�zyk definicji. Jego intencj� jest rozszerzanie j�zyka, a nie zmiana wbudowanych definicji.

Nie mog� by� przeci��ane operatory “.”, “.*”, “::”, “?:”, “sizeof” oraz symbole “#” i “##”.

Nie jest mo�liwa zmiana priorytetu, regu� ��cznoœci, ani liczby argument�w operatora.

Funkcje definiuj�ce operatory, za wyj�tkiem funkcji operator=(), s
dziedziczone.

Przeci��any operator nie mo�e mie� argument�w domyœlnych.

Funkcje: operator=(), operator[](), operator() i operator->() nie mog
by
statycznymi funkcjami sk
adowymi.

Funkcja definiuj�ca operator nie mo�e pos�ugiwa� si� wy��cznie wskaŸnikami.

Operatory: “=” (przypisania), “&” (pobrania adresu) i “,” (przecinkowy) maj� predefiniowane znaczenia w odniesieniu do obiekt�w klas (o ile nie zosta�y na nowo zdefiniowane).

Za wyj�tkiem operator�w wymienionych wy�ej, mo�emy przeci��a� wszystkie operatory wbudowane w j�zyk zar�wno operatory jednoargumentowe (unarne), jak i dwuargumentowe (binarne). Podane ni�ej proste przyk�ady ilustruj� przeci��anie kilku takich operator�w.

Przyk�ad 6.13.

// Operator dodawania +

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(): x(0),y(0){}

Punkt(int a, int b): x(a),y(a) {}

int fx() { return x; }

int fy() { return y; }

Punkt operator+(Punkt);

private:

int x,y;

};

Punkt Punkt::operator+(Punkt p)

{

return Punkt(x + p.x, y + p.y);

}

int main() {

Punkt punkt1, punkt2, punkt3;

punkt1 = Punkt(2,2);

punkt2 = Punkt(3,1);

punkt3 = punkt1 + punkt2;

cout << punkt1.x= << punkt1.fx() << endl;

cout << punkt3.x= << punkt3.fx() << endl;

int i = 10, j;

j = i + 15; // Predefiniowany '+'

cout << j= << j << endl;

return 0;

}

Wydruk z programu ma posta�:

punkt1.x= 2

punkt3.x= 5

j= 25

Dyskusja. Instrukcja Punkt punkt1, punkt2, punkt3; wywo
uje trzykrotnie konstruktor Punkt(). Instrukcja przypisania

punkt1 = Punkt(2,2);

wywo�uje konstruktor Punkt(int,int). Nast
pnie kompilator generuje niejawny operator przypisania, kt�ry przypisuje obiektowi punkt1 obiekt,
wie
o utworzony przez konstruktor Punkt(int,int). Tak samo jest wykonywana druga instrukcja przypisania. Instrukcja dodawania

punkt3 = punkt1 + punkt2;

wo�a najpierw generowany przez kompilator konstruktor kopiuj�cy, kt�ry tworzy kopi� obiektu punkt2 i przekazuje j
jako parametr aktualny do funkcji operatorowej Punkt Punkt::operator+(Punkt p). Konieczno

wykonania tej operacji by
aby bardziej oczywista, gdyby
my instrukcj
dodawania obiekt�w zapisali w drugiej dopuszczalnej postaci

punkt3 = punkt1.operator+(punkt2);

Nast�pnie jest wywo�ywana funkcja operatorowa “+”, kt�ra z kolei wo�a konstruktor Punkt(int,int), aby utworzy
obiekt, b
d
cy “sum
” obiekt�w punkt1 i punkt2. Ko
cow
operacj
w tej instrukcji jest wywo
anie generowanego przez kompilator operatora przypisania “=”, aby przypisa
wynik do obiektu punkt3.

Omawiane niejawne operacje przypisania i kopiowania moglibyœmy przeœledzi�, uzupe�niaj�c definicj� klasy Punkt o w
asne konstrukcje programowe. I tak, operator przypisania dla klasy Punkt m�g
by mie
posta
:

Punkt& Punkt::operator=(const Punkt& p)

{ this->x = p.x; this->y = p.y; return *this }

zaœ konstruktor kopiuj�cy:

Punkt::Punkt(const Punkt& p) { x = p.x; y = p.y; }

Dalsze instrukcje s� wykonywane w spos�b standardowy i nie wymagaj� komentarzy. Zauwa�my jedynie, �e predefiniowany operator “+” nie straci� swojego znaczenia, co pokazano na operacjach ze zmiennymi i oraz j.

Przyk�ad 6.14.

// Operator relacyjny ==

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(): x(0),y(0) {}

Punkt(int a, int b): x(a),y(a) {}

int fx() { return x; }

int fy() { return y; }

int operator==(Punkt);

private:

int x,y;

};

int Punkt::operator==(Punkt p)

{

if( p.fx() == fx() && p.fy() == fy() )

return (-1);

else return (0);

}

int main() {

Punkt punkt1, punkt2;

punkt1 = Punkt(2,2);

punkt2 = Punkt(3,1);

if ( punkt1 == punkt2 ) cout << Rowne\n;

else cout << Nierowne\n;

int i = 5, j = 6, k;

k = i == j; // predefiniowany '=='

cout << k= << k << endl;

return 0;

}

Dyskusja. Instrukcja deklaracji Punkt punkt1, punkt2; wywo
uje dwukrotnie bezargumentowy konstruktor Punkt().

Instrukcja punkt1 = Punkt(2,2); najpierw wo
a konstruktor Punkt::Punkt(int,int), a nast
pnie generowany przez kompilator operator przypisania (por�wnaj poprzedni przyk
ad). Podobnie przebiega wykonanie drugiej instrukcji przypisania. Poniewa
instrukcj
if mo
na zapisa


w postaci:

if(punkt1.operator==(punkt2))...

zatem, podobnie jak w poprzednim przyk�adzie, wo�any jest niejawny konstruktor kopiuj�cy dla utworzenia kopii obiektu punkt2, a nast
pnie funkcja operatorowa “==”, kt�ra wywo
uje funkcj
sk
adow
fx(). Poniewa
sk
adowe x obu obiekt�w s
r�
ne (2 i 3), test na r�wno

na tym si
ko
czy, poniewa
pierwszy argument koniunkcji ma warto

zero. Podobnie jak w poprzednim przyk
adzie pokazano,
e operator “==” nie straci
swojego znaczenia, wbudowanego w j
zyk. Wydruk z programu ma posta
:

Nierowne

k= 0

Przytoczone przyk�ady ilustrowa�y przeci��anie operator�w binarnych. Dla operator�w unarnych sk�adnia deklaracji i definicji funkcji operatorowej jest taka sama z tym, �e funkcja przeci��aj�ca musi by� bezargumentowa. Ilustracj� tego jest poni�szy przyk�ad.

Przyk�ad 6.15.

// Unarne operatory + i -

#include <iostream.h>

class Firma {

public:

Firma(char* n, char s): nazwa(n),stan(s) {}

void operator+() { stan = '1'; }

void operator-() { stan = '0'; }

void podaj() { cout << stan: << stan << endl;}

private:

char* nazwa;

char stan;

};

int main() {

Firma frm1("firma1", '1');

-frm1;

+frm1;

frm1.podaj();

return 0;

}

Uwaga. Poprawne syntaktycznie stosowanie operator�w przeci��onych mo�e nie mie� sensu nawet w stosunku do obiekt�w tej samej klasy, je�eli obiekt ma by� dobr� abstrakcj� rzeczywistoœci fizycznej. WeŸmy dla przyk�adu dwa obiekty klasy Potrawa; niech ka�dy z nich ma sk�adow� char* smak. Je�eli wartoœ� tej sk�adowej w pierwszym obiekcie jest "s�ony", a w drugim "s�odki", to ma sens por�wnanie (==), ale nie ma sensu np. dodawanie tych dw�ch obiekt�w do siebie. Warto o tym pami�ta� przy tworzeniu system�w obiektowych.

7.3.1. Przeci

anie operator�w new i delete

Przypomnijmy (nigdy za wiele przypomnie�), �e obiekty j�zyka C++ mog� by� alokowane na trzy sposoby:

• na stosie (jest to tzw. pami�� automatyczna, a zmienne w niej lokowane s� nazywane zmiennymi automatycznymi lub lokalnymi),

• w pami�ci statycznej pod ustalonym adresem,

• w pami�ci swobodnej (dynamicznej), zorganizowanej w postaci listy kom�rek, nazywanej kopcem, stogiem, lub stert�.

0. Obiektom lokalnym jest przydzielana pami�� na stosie w chwili, gdy wywo�ywana jest funkcja z niepustym wykazem argument�w, lub w chwili, gdy obiekt jest tworzony w bloku funkcji. Pami�� dla obiekt�w statycznych jest przydzielana w fazie konsolidacji (po kompilacji, a przed faz� wykonania). Obiekty dynamiczne s� alokowane w pami�ci przez wywo�anie operatora new. Przy tworzeniu obiekt�w, w ka
   dym z tych przypadk�w najpierw jest przydzielany odpowiedni obszar pami
   ci, a nast
   pnie jest wo
   any konstruktor, kt�ry inicjuje w tym obszarze obiekt o
   
   danych w
   asno
   ciach. Wyra
   ne rozdzielenie alokacji pami
   ci od inicjowania jest najlepiej widoczne przy alokacji dynamicznej. Np. deklaracja

0. Test* wsk = new Test(10);

0. oznacza, �e operator new wywo
   uje pewn
   (niejawn
   ) procedur
   alokacji dla uzyskania pami
   ci, a nast
   pnie wo
   a konstruktor klasy Test z parametrem 10, kt�ry inicjuje t
   pami
   
   . Ta sekwencja operacji jest nazywana tworzeniem obiektu, czyli wyst
   pienia klasy.

0. W wi�kszoœci przypadk�w u�ytkownik nie musi si� interesowa� wspomnian� procedur� alokacji. Mo�na jednak wymieni� pewne szczeg�lne sytuacje, gdy u�ytkownik powinien sam decydowa� o sposobie przydzia�u pami�ci:

• Program tworzy i niszczy bardzo wiele ma�ych obiekt�w (np. w�z�y drzewa, powi�zania listy jednokierunkowej, punkty, linie, komunikaty). Alokacja i dealokacja takich licznych obiekt�w mo�e �atwo zdominowa� czas wykonania programu, a tak�e szybko wyczerpa� zasoby pami�ci. Du�y narzut czasowy jest pochodn� niskiej efektywnoœci standardowego alokatora. Narzut pami�ciowy jest powodowany fragmentacj� pami�ci swobodnej przy alokacji mieszaniny obiekt�w o r�nych rozmiarach.

• Program, kt�ry musi dzia�a� nieprzerwanie przez d�ugi czas przy bardzo ograniczonych zasobach. Jest to sytuacja typowa dla system�w czasu rzeczywistego, kt�re wymagaj� gwarantowanego kwantum pami�ci z minimalnym narzutem.

• Istniej�ce œrodowisko nie zapewnia procedur zarz�dzania pami�ci� (np. piszemy program, kt�ry ma obs�ugiwa� mikroprocesor bez systemu operacyjnego). W takiej sytuacji programista musi opracowa� procedury niskiego poziomu, odwo�uj�ce si� nawet do adres�w fizycznych kom�rek pami�ci.

0. W pierwszych dw�ch przypadkach zastosowanie w�asnych mechanizm�w przydzia�u pami�ci mo�e jak pokazuje praktyka przynieœ� popraw� efektywnoœci od dw�ch do nawet dziesi�ciu razy.

0. Operatory new i delete (podobnie jak pozosta
   e operatory standardowe) mo
   na przeci
   
   a
   wzgl
   dem danej klasy. Ich prototypy maj
   wtedy posta
   :

0. class X {

0. //...

0. void* operator new(size_t rozmiar);

0. void operator delete(void* wsk);

0. void* operator new [] (size_t rozmiar);

0. void operator delete [] (void* wsk);

0. };

0. gdzie typ size_t jest zale
   nym od implementacji typem ca
   kowitym, u
   ywanym do utrzymywania rozmiar�w obiekt�w; jego deklaracja znajduje si
   w pliku nag
   �wkowym <stddef.h>

0. Pierwsza para operator�w odnosi si� do alokacji pojedynczych obiekt�w, zaœ druga do tablic. Poniewa� funkcja X::operator new() jest wywo
   ywana przed konstruktorem, jej typ zwracany musi by
   void*, a nie X* (jeszcze nie ma obiektu X). Natomiast destruktor, wywo
   ywany przed funkcj
   operatorow
   X::operator delete(), “dekonstruuje” obiekt, pozostawiaj
   c do zwolnienia “niezorganizowan
   ” pami
   
   . Dlatego argumentem funkcji X::operator delete() nie jest X*, lecz void*. Ponadto definiowane w klasie X::operator new() i X::operator delete() s
   statycznymi funkcjami sk
   adowymi, bez wzgl
   du na to, czy s
   jawnie zadeklarowane ze s
   owem kluczowym static, czy te
   nie. W
   asno
   
   ta jest konieczna z tych samych powod�w, co wymienione wy
   ej: wywo
   anie statycznej funkcji sk
   adowej klasy nie wymaga istnienia obiektu tej klasy.

0. W trzecim z wy�ej przytoczonych przypadk�w programista podaje adres fizyczny lub adres symboliczny alokowanego obiektu. Mo�na si� wtedy pos�u�y� prototypem funkcji operatorowej new() z dwoma argumentami i z pokazanym ni
   ej przyk
   adowym blokiem:

0. void* operator new(size_t, void* wsk) { return wsk; }

0. gdzie wskaŸnik wsk podaje adres, pod kt�rym jest alokowany dany obiekt.

0. Poniewa� jest to konstrukcja programowa, kt�ra mo�e si� odwo�a� bezpoœrednio do sprz�tu, ustalono dla niej specjaln� sk�adni� wywo�ania. Je�eli np. adres pami�ci jest podany w postaci:

0. void* bufor = (void*) 0xF00F;

0. to wywo�anie alokatora X::operator new() mo
   e mie
   posta
   :

0. X* wskb = new(bufor)X;

0. Zauwa�my, �e ka�dy operator new() przyjmuje size_t jako sw�j pierwszy argument; zatem w ostatnim wywo
   aniu rozmiar alokowanego obiektu jest dostarczany niejawnie.

0. Podany ni�ej przyk�ad ilustruje sk�adni� deklaracji, definicji i wywo�a� przeci��onych operator�w new() i delete(). Jest to jedynie ilustracja, jako
   e ani nie tworzy si
   w programie wielu obiekt�w, ani te
   nie jest to nawet makieta systemu czasu rzeczywistego. W klasie Nowa zadeklarowano zmienn
   statyczn
   licznik, kt�ra s
   u
   y do zliczania obiekt�w po konstrukcji i destrukcji. Doliczanie i odliczanie odbywa si
   odpowiednio w konstruktorze i destruktorze klasy. W bloku main() wyj
   cie z p
   tli do-while nast
   puje po wprowadzeniu z klawiatury znaku “q” albo “Q”; niezale
   no
   
   od ma
   ej lub du
   ej litery zapewnia funkcja toupper(char), kt�ra jest zadeklarowana w pliku nag
   �wkowym ctype.h>.

0. Przyk�ad 6.16.

0. # include <iostream.h>

0. # include < stddef.h>

0. # include < ctype.h>

0. class Nowa {

0. public:

0. char znak_zliczany;

0. int liczba_znakow;

0. Nowa(char znak);

0. ~Nowa() { cout << Destruktor...\n; licznik--; }

0. void dodaj_znak() { liczba_znakow++; }

0. void* operator new(size_t rozmiar);

0. void operator delete(void* wsk);

0. static licznik;

0. };

0. int Nowa::licznik = 0;

0. Nowa::Nowa(char z)

0. {

0. cout << Konstruktor...\n;

0. znak_zliczany = z;

0. liczba_znakow = 0;

0. licznik++;

0. }

0. void* Nowa::operator new(size_t rozmiar)

0. {

0. cout << Alokacja: new...\n;

0. void* wsk = new char[rozmiar];

0. return wsk;

0. }

0. void Nowa::operator delete(void* wsk)

0. {

0. cout << Dealokacja: delete... ;

0. delete (void*) wsk;

0. }

0. int main() {

0. char we;

0. Nowa* wskNowa = new Nowa('x');

0. cout << Napisz kilka liter 'x'; 'q'-koniec:\n;

0. do { //wczytujemy iksy

0. cin >> we;

0. if(we == wskNowa->znak_zliczany)

0. wskNowa->dodaj_znak();

0. } while(toupper(we) != 'Q');

0. cout << \nLiczba znakow

0. << wskNowa->znak_zliczany << : ;

0. cout << wskNowa->liczba_znakow << endl;

0. cout << Liczba obiektow: << Nowa::licznik << endl;

0. delete wskNowa;

0. return 0;

0. }

0. Przyk�adowy wydruk mo�e mie� posta�:

0. Alokacja: new...

0. Konstruktor...

0. Napisz kilka liter 'x'; 'q' - koniec:

0. x

0. x

0. q

0. Liczba znakow x: 2

0. Liczba obiektow: 1

0. Destruktor...

0. Dealokacja: delete...

0. 7.4. Funkcje i klasy zaprzyja
   nione

0. Funkcje sk�adowe klasy mo�na uwa�a� za implementacj� koncepcji, nazywanej w j�zykach obiektowych przesy�aniem komunikat�w. Przy wywo�aniu takiej funkcji obiekt, dla kt�rego jest wywo�ywana, pe�ni rol� odbiorcy komunikatu; wartoœci zmiennych, adresy, czy te� obiekty, przekazywane jako argumenty aktualne funkcji, stanowi� treœ� komunikatu. Np. wywo�anie

0. punkt1.ustaw(c,d);

0. mo�na uwa�a� za adresowany do obiektu punkt1 komunikat o nazwie ustaw, kt�rego tre
   ci
   s
   warto
   ci dw�ch zmiennych: c oraz d.

0. Taki styl programowania jest charakterystyczny dla j�zyk�w czysto obiektowych, jak np. Smalltalk. Styl ten zapewnia pe�n� hermetycznoœ� (ukrywanie informacji) klas, kt�rych obiekty s� dost�pne wy��cznie za poœrednictwem funkcji sk�adowych, stanowi�cych ich publiczny interfejs.

0. Doœ� cz�sto jednak taki sztywny “gorset”, pod kt�rym ukrywa si� informacje prywatne, okazuje si� zbyt ciasny i niewygodny.

0. J�zyk hybrydowy, jakim jest C++, daje mo�liwoœ� rozluŸnienia tego gorsetu. Pozwala on zwyk�ym funkcjom i operatorom wykonywa� operacje na obiekcie w podobny spos�b, jak na “obiektach” typ�w podstawowych. Przy takim podejœciu moglibyœmy nasz� funkcj� sk
   adow
   ustaw() uczyni
   zwyk
   
   funkcj
   , ze zmienn
   punkt1 jako jednym z argument�w formalnych. Wtedy jej wywo
   anie mia
   oby posta
   :

0. ustaw(punkt1,c,d);

0. Tutaj punkt1 jest traktowany na r�wni z pozosta
   ymi argumentami. Zauwa
   my jednak,
   e teraz funkcja ustaw() b
   dzie operowa
   na kopii argumentu punkt1, a wi
   c nie b
   dzie mog
   a zmieni
   warto
   ci zmiennych sk
   adowych obiektu punkt1. Mo
   na temu
   atwo zaradzi
   , przesy
   aj
   c parametr punkt1 przez referencj
   , a nie przez warto
   
   . Co wi
   cej, funkcj
   ustaw() mo
   na przeci
   
   a
   , podaj
   c r�
   ne definicje, np. dla ustawienia punktu na jednej z osi uk
   adu wsp�
   rz
   dnych, na p
   aszczy
   nie, czy w przestrzeni tr�jwymiarowej. Mo
   na r�wnie
   pomy
   le
   o rozszerzeniu definicji funkcji ustaw() tak, aby mog
   a oddzia
   ywa
   na stan kilku obiekt�w jednocze
   nie; np. wywo
   anie

0. ustaw(punkt1, punkt2, c, d);

0. mog�oby przesy�a� wartoœci c oraz d z obiektu punkt1 do obiektu punkt2.

0. W podobnych do opisanego wy�ej przypadkach, gdy decydujemy si� ods�oni� cz�œ� informacji ukrytych w deklaracji klasy, mo�emy wykorzysta� mechanizm tzw. funkcji zaprzyjaŸnionych j�zyka C++. Jak sugeruje nazwa, funkcje zaprzyjaŸnione maj� te same przywileje, co funkcje sk�adowe, chocia� same nie s� funkcjami sk�adowymi klasy, w kt�rej zadeklarowano je jako zaprzyjaŸnione. W szczeg�lnoœci maj� one dost�p do tych element�w klasy, kt�rych deklaracje poprzedzaj� etykiety private: i protected:.

0. Deklaracj� funkcji zaprzyjaŸnionej (a tak�e klasy zaprzyjaŸnionej) poprzedza s�owo kluczowe friend. Przy tym jest oboj�tne, czy tak� deklaracj� umieszcza si� w publicznej, czy w prywatnej cz�œci deklaracji klasy.

0. Poniewa� funkcja zaprzyjaŸniona nie jest funkcj� sk�adow� klasy, zatem jej lista argument�w nie zawiera ukrytego wskaŸnika this. Zasi�g funkcji zaprzyjaŸnionej jest inny ni� zasi�g funkcji sk�adowych klasy: funkcja zaprzyjaŸniona jest widoczna w zasi�gu zewn�trznym, tj. takim samym zasi�gu, jak klasa, w kt�rej zosta�a zadeklarowana.

0. Przyk�ad 6.17.

0. // Funkcja zaprzyjazniona ustaw()

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. Punkt(int, int);

0. int fx() { return x; }

0. int fy() { return y; }

0. friend void ustaw(Punkt&, int,int);

0. private:

0. int x,y;

0. };

0. Punkt::Punkt(int a, int b): x(a),y(b) {}

0. void ustaw(Punkt& p, int c, int d)

0. { p.x += c; p.y += d; }

0. int main() {

0. Punkt punkt1(3,4);

0. cout << punkt1.x przed ustaw(): << punkt1.fx()

0. << endl;

0. ustaw(punkt1, 5, 5);

0. cout << punkt1.x po ustaw(): << punkt1.fx()

0. << endl;

0. return 0;

0. }

0. Wydruk z programu ma posta�:

0. punkt1.x przed ustaw(): 3

0. punkt1.x po ustaw(): 8

0. Dyskusja. Poniewa� funkcja ustaw() nie jest funkcj
   sk
   adow
   , jej definicja nie jest poprzedzona nazw
   klasy i operatorem zasi
   gu. Zauwa
   my,
   e w definicji nie wyst
   puje specyfikator friend. Zwr�
   my tak
   e uwag
   na fakt,
   e ze wzgl
   du na brak niejawnego wska
   nika this, funkcja zaprzyja
   niona nie mo
   e si
   odwo
   ywa
   do zmiennych sk
   adowych bezpo
   rednio, lecz poprzez obiekt p klasy Punkt. Argument aktualny punkt1 jest przekazywany przez referencj
   ; dzi
   ki temu stan obiektu punkt1 (tj. warto
   ci jego zmiennych sk
   adowych) mo
   e by
   modyfikowany przez funkcj
   ustaw().

0. Funkcja sk�adowa jednej klasy mo�e by� zaprzyjaŸniona z inn� klas�; ilustracj� tej mo�liwoœci jest poni�szy ci�g deklaracji:

0. class Pierwsza {

0. // ...

0. void f();

0. };

0. class Druga {

0. // ...

0. friend void Pierwsza::f();

0. };

0. Deklaracje funkcji, poprzedzone specyfikatorem friend pozwalaj� tak�e deklarowa� klasy, kt�re odwo�uj� si� do siebie nawzajem. Charakterystycznym przyk�adem mo�e by� deklaracja operatora mno�enia wektora przez macierz, jak pokazano ni�ej na przyk�adowym ci�gu deklaracji. Zauwa�my, �e w tym przypadku konieczne jest u�ycie deklaracji referencyjnej klasy Wektor przed w
   a
   ciwymi deklaracjami klas.

0. class Wektor;

0. class Macierz {

0. // ...

0. friend Wektor operator*(Macierz&, Wektor&);

0. };

0. class Wektor {

0. // ...

0. friend Wektor operator*(Macierz&, Wektor&);

0. };

0. 7.4.1. Zaprzyja
   niony operator '<<'

0. Dotychczas nie pomyœleliœmy o tym, jak u�atwi� sobie wyprowadzanie stanu obiektu. Wprawdzie dla nasze przyk�adowej klasy Punkt zdefiniowali
   my funkcje sk
   adowe fx() i fy() dla uzyskania dost
   pu do zmiennych prywatnych, ale ka
   de wyprowadzenie warto
   ci x oraz y do strumienia cout wymaga
   o pisania oddzielnych instrukcji z odpowiednimi argumentami dla operatora wstawiania “<<”. Obecnie wykorzystamy mo
   liwo
   
   przeci
   
   enia operatora “<<” dla wyprowadzenia pe
   nego stanu obiektu jedn
   instrukcj
   .

0. W pliku nag��wkowym <iostream.h> znajduje si
   deklaracja klasy strumieni wyj
   ciowych ostream oraz szereg definicji przeci
   
   aj
   cych operator “<<”, w kt�rych pierwszym jego argumentem jest obiekt klasy ostream. Definicje te pozwala
   y nam u
   ywa
   operatora “<<” do wyprowadzania warto
   ci r�
   nych typ�w, np. char, int, long int, double, czy char* (
   a
   cuch�w). Projektuj
   c w
   asne klasy, u
   ytkownik mo
   e wprowadza
   w
   asne definicje operatora “<<” (w razie potrzeby tak
   e “>>”). Maj
   one nast
   puj
   c
   posta
   og�ln
   :

0. ostream& operator<<(ostream& os, nazwa-klasy& ob)

0. {

0. // Cia
   o funkcji operator<<()

0. return os;

0. }

0. Pierwszym argumentem funkcji operator<<() jest referencja do obiektu typu ostream. Oznacza to,
   e os musi by
   strumieniem wyj
   ciowym. Do drugiego argumentu, ob, przesy
   a si
   w wywo
   aniu obiekt (adres) typu nazwa-klasy, kt�ry b
   dzie wyprowadzany na standardowe wyj
   cie. Zauwa
   my,
   e strumie
   wyj
   ciowy os musi by
   przekazywany przez referencj
   , poniewa
   jego wewn
   trzny stan b
   dzie modyfikowany przez operacj
   wyprowadzania. Funkcja operator<<() zawsze zwraca referencj
   do swojego pierwszego argumentu, tj. strumienia wyj
   ciowego os; ta w
   asno
   
   oraz fakt,
   e operator “<<” wi
   
   e od lewej do prawej, pozwala u
   ywa
   go wielokrotnie w tej samej instrukcji wyprowadzania. Np. w instrukcji

0. cout << ob1 << \n;

0. wyra�enie jest wartoœciowane tak, jak gdyby by�o zapisane w postaci:

0. ( cout << ob1 ) << \n

0. Wartoœciowanie wyra�enia w nawiasach okr�g�ych wstawia ob1 do cout i zwraca referencj
   do cout; ta referencja staje si
   pierwszym argumentem dla drugiego operatora “<<”. Tak wi
   c drugi operator “<<” jest przyk
   adany tak, jak gdyby napisano:

0. cout << \n;

0. Wyra�enie cout << \n r�wnie
   zwraca referencj
   do cout, a wi
   c mo
   e po nim wyst
   pi
   nast
   pny operator” “<<”, i.t.d.

0. Funkcja operator<<() nie powinna by
   funkcj
   sk
   adow
   klasy, na kt�rej obiektach ma operowa
   . Wynika to st
   d,
   e gdyby by
   a funkcj
   sk
   adow
   , to jej pierwszym z lewej argumentem, przekazywanym niejawnie poprzez wska
   nik this, by
   by obiekt, kt�ry generuje wywo
   anie tej funkcji. Tymczasem w naszej definicji pierwszym z lewej argumentem musi by
   strumie
   klasy ostream, natomiast prawy operand jest obiektem, kt�ry chcemy wyprowadzi
   na standardowe wyj
   cie (kolejno
   ci tej nie mo
   na zmieni
   , poniewa
   tak
   kolejno
   
   argument�w narzucaj
   definicje w <iostream.h>). Wobec tego funkcj
   operator<<() musimy zadeklarowa
   jako funkcj
   zaprzyja
   nion
   klasy, na kt�rej obiektach ma operowa
   . Ilustruje to pokazany ni
   ej prosty przyk
   ad.

0. Przyk�ad 6.18.

0. // Zaprzyjazniony operator <<

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. Punkt(int, int);

0. friend ostream& operator<<(ostream&, Punkt&);

0. private:

0. int x,y;

0. };

0. Punkt::Punkt(int a, int b): x(a),y(b) {}

0. ostream& operator<<(ostream& os, Punkt& ob)

0. {

0. os << ob.x << , << ob.y << \n;

0. return os;

0. }

0. int main() {

0. Punkt punkt1(3,4), punkt2(10,15);

0. cout << punkt1 << punkt2;

0. return 0;

0. }

0. Wydruk z programu b�dzie mia� posta�:

0. 3, 4

0. 10, 15

0. Dyskusja. Mo�e si� wydawa� dziwnym, �e w definicji operatora << u
   ywa si
   tego samego symbolu. Zauwa
   my jednak,
   e operatory << u
   ywane w definicji wyprowadzaj
   liczby ca
   kowite i
   a
   cuchy; zatem wywo
   uj
   one ju
   istniej
   ce w pliku <iostream.h> definicje, w kt�rych drugim operandem jest liczba typu int lub
   a
   cuch (typu char*). Drugim godnym uwagi faktem jest to,
   e instrukcja wyprowadzania w definicji operatora << wysy
   a warto
   ci x oraz y do zupe
   nie dowolnego strumienia klasy ostream, przekazywanego do funkcji operator<<() jako parametr aktualny. W wywo
   aniu operatora << w bloku main() u
   yli
   my cout jako parametru aktualnego. R�wnie dobrze mogliby
   my jednak skierowa
   wyj
   cie naszego programu do pliku, zamiast na konsol
   do
   
   czon
   do cout. W takim przypadku nale
   a
   oby wykorzysta
   definicje, zawarte w pliku nag
   �wkowym <fstream.h>.

0. 7.4.2. Klasy zaprzyja
   nione

0. Ka�da klasa mo�e mie� wiele funkcji zaprzyjaŸnionych; jest zatem naturalne, aby ca�� klas� uczyni� zaprzyjaŸnion� z inn� klas�. Je�eli klasa A ma by� zaprzyjaŸniona z klas� B, to deklaracja klasy A musi poprzedza� deklaracj� klasy B. Schemat deklaracji ilustruje poni�szy przyk�ad: ka�da funkcja sk�adowa klasy Pierwsza staje si
   funkcj
   zaprzyja
   nion
   klasy Druga. W rezultacie wszystkie sk
   adowe prywatne, publiczne, i chronione klasy Druga staj
   si
   dost
   pne dla klasy zaprzyja
   nionej Pierwsza.

0. class Pierwsza {

0. // ...

0. };

0. class Druga {

0. public:

0. Druga(int i = 0, int j = 0): x(i),y(j) {}

0. friend class Pierwsza;

0. private:

0. int x, y;

0. };

0. 7.5. Obiekty i funkcje

0. Prawie wszystkie prezentowane dot�d przyk�ady klas zawiera�y dwa rodzaje funkcji sk�adowych:

• Funkcje, kt�re mog�y zmienia� wartoœci zmiennych sk�adowych, tj. stan obiektu. Funkcje takie w j�zykach obiektowych nazywa si� operacjami mutacji (ang. mutator operations).

• Funkcje, kt�re jedynie podawa�y aktualne wartoœci zmiennych sk�adowych, tj. bie��cy stan obiektu. Funkcje takie w j�zykach obiektowych nazywa si� operacjami dost�pu (ang. accessor operations, lub field accessors); w j�zyku C++ nazywamy je funkcjami sta�ymi.

0. Obecnie zajmiemy si� bardziej szczeg�owo zagadnieniem zmian i zachowania stanu obiektu w aspekcie obu rodzaj�w funkcji.

0. 7.5.1. Obiekty i funkcje sta
   e

0. Obiekty klas, podobnie jak obiekty typ�w wbudowanych, mo�na deklarowa� jako sta�e symboliczne, poprzedzaj�c deklaracj� s�owem kluczowym const.

0. Np. dla klasy Punkt z konstruktorem domy
   lnym Punkt() mo
   emy utworzy
   obiekt sta
   y punkt1 instrukcj
   deklaracji:

0. const Punkt punkt1;

0. Do tego samego celu mo�na wykorzysta� konstruktor z parametrami:

0. const Punkt punkt2(3,2);

0. W obu przypadkach kompilator C++ zaakceptuje definicje zmiennych, kt�re zostan� odpowiednio zainicjowane przez konstruktory. Natomiast kompilator odrzuci ka�d� pr�b� zmiany stanu obiekt�w punkt1 i punkt2 zar�wno przez bezpo
   rednie przypisanie, jak i przez przypisanie za pomoc
   wska
   nik�w, np.

0. Punkt p1;

0. punkt1 = p1;

0. Punkt* wsk = &punkt1;

0. Gdyby jednak zadeklarowano wskaŸnik sta�y const Punkt* wsk; to oczywiœcie mo�na mu przypisa� adres obiektu sta�ego punkt1

0. wsk = &punkt1;

0. Pozostaje jednak otwarte pytanie: czy wolno dla obiektu sta�ego wywo�ywa� funkcje (np. funkcj� ustaw()), kt�re mog
   zmieni
   jego stan? Logika m�wi,
   e takie operacje nie powinny by
   dopuszczalne.

0. Dla tak prostej klasy jak Punkt, kompilator m�g
   by prawdopodobnie odr�
   ni
   funkcje, kt�re zmieniaj
   warto
   ci zmiennych sk
   adowych x oraz y od funkcji, kt�re pozostawiaj
   je bez zmian. W og�lno
   ci jednak nie jest to mo
   liwe. Tak wi
   c w praktyce programista musi pom�c kompilatorowi przez odpowiednie zadeklarowanie i zdefiniowanie tych funkcji, kt�re zachowuj
   stan obiektu. Wyr�
   nienie takich funkcji jest mo
   liwe przez dodanie s
   owa kluczowego const do ich deklaracji i definicji. Zasi
   g tych funkcji b
   dzie si
   pokrywa
   z zasi
   giem klasy, a ich deklaracje maj
   posta
   :

0. typ-zwracany nazwa-funkcji(parametry) const;

0. S�owo kluczowe const musi r�wnie� pojawi� si� po nag��wku w definicji funkcji. Np. definicja funkcji sta�ej fx(), umieszczona wewn�trz deklaracji klasy Punkt b
   dzie mie
   posta
   :

0. int fx() const { return x; }

0. Podany ni�ej przyk�ad ilustruje przeprowadzon� dyskusj�.

0. Przyk�ad 6.19.

0. #include <iostream.h>

0. class Punkt {

0. public:

0. Punkt(): x(0),y(0) {}

0. Punkt( int a, int b ): x(a),y(a) {}

0. void ustaw(int c, int d)

0. { x = x + c; y = y + d; }

0. int fx() const { return x; }

0. int fy() const { return y; }

0. private:

0. int x,y;

0. };

0. int main() {

0. const Punkt p0;

0. cout << p0.x= << p0.fx() << \n;

0. cout << p0.y= << p0.fy() << \n;

0. Punkt p1;

0. // p0 = p1; Niedopuszczalne

0. // Punkt* wsk = &p0; Niedopuszczalne

0. // p0.ustaw(3,4); Niedopuszczalne

0. return 0;

0. }

0. Analiza programu. Niedopuszczalnoœ� przypisania p0 = p1 oraz wywo
   ania p0.ustaw(3,4); jest oczywista, poniewa
   obiekt p0 jest obiektem sta
   ym i jego sk
   adowe nie mog
   by
   zmieniane w programie przez
   adn
   operacj
   . W drugiej b
   
   dnej instrukcji, Punkt* wsk = &p0; pr�buje si
   wska
   nikowi przypisa
   adres obiektu sta
   ego, co, podobnie jak dla sta
   ych typ�w wbudowanych, jest niedopuszczalne.

0. Uwaga 1. Niekt�re kompilatory (np. Borland C++,v.3.1) akceptuj� kod Ÿr�d�owy, w kt�rym funkcje, nie wyr�nione s�owem kluczowym const, mog� by� wywo�ywane dla obiektu sta�ego. Kompilatory te wprawdzie ostrzegaj� u�ytkownika, ale i tak produkuj� kod wykonalny, kt�ry zmienia stan obiekt�w sta�ych!

0. Przypomnijmy jeszcze, �e ka�da niestatyczna funkcja sk�adowa zawiera niejawny argument this, kt�ry (domy
   lnie) wyst
   puje jako pierwszy z lewej w wykazie argument�w. Domy
   lna deklaracja tego wska
   nika dla ka
   dej funkcji sk
   adowej pewnej klasy X ma posta
   : X *const this;. Dla sta
   ych funkcji sk
   adowych domy
   lna deklaracja b
   dzie: const X *const this;.

0. 7.5.2. Kopiowanie obiekt�w

0. W zasadzie istniej� dwa przypadki, w kt�rych wyst�puje potrzeba kopiowania obiekt�w:

• gdy deklarowany obiekt pewnej klasy inicjuje si� innym, wczeœniej utworzonym obiektem;

• gdy obiektowi przypisuje si� inny obiekt w instrukcji przypisania.

0. Obiekt jest r�wnie� kopiowany wtedy, gdy jest przekazywany przez wartoœ� jako parametr aktualny funkcji oraz gdy jest wynikiem zwracanym przez funkcj�.

0. Kopiowanie wyst�pie� (“obiekt�w”) typ�w wbudowanych, np. char, int, etc. oznacza po prostu kopiowanie ich wartoœci. Przyk�adowo mo�emy napisa�:

0. int i(10); // to samo co int i = 10;

0. int j = i;

0. W obu przypadkach operator “=” jest operatorem inicjowania, a nie przypisania.

0. Dla obiekt�w klasy, w kt�rej nie zdefiniowano specyficznych dla niej operacji, kopiowanie i przypisywanie obiekt�w tej klasy b�dzie wykonywane za pomoc� generowanego przez kompilator konstruktora kopiuj�cego i generowanego operatora przypisania. Np. dla klasy X b
   d
   generowane automatycznie: konstruktor kopiuj�cy X::X(const X&) oraz operator przypisania

0. X& operator=(const X&).

0. Funkcje te wykonuj� kopiowanie obiekt�w sk�adowa po sk�adowej. Np. dla klasy:

0. class Punkt { int x,y; public: Punkt(int, int); };

0. mo�emy zadeklarowa� obiekt:

0. Punkt p1(3,4);

0. a nast�pnie obiekt p2, kt�rego pola x, y b
   d
   inicjowane warto
   ciami p�l obiektu p1:

0. Punkt p2 = p1;

0. Zwr��my uwag� na nast�puj�cy fakt: gdyby deklaracja obiektu p2 mia
   a posta
   : Punkt p2;, to deklaracj
   klasy Punkt musieliby
   my rozszerzy
   o konstruktor domy
   lny, np. Punkt() { x = 0; y = 0; }. Tymczasem poprawna deklaracja Punkt p2 = p1; nie wymaga istnienia konstruktora domy
   lnego. Wniosek st
   d taki,
   e obiekt p2, inicjowany w deklaracji obiektem p1, nie jest tworzony przez
   aden zadeklarowany konstruktor klasy! I tak jest istotnie: obiekt p2 jest tworzony, sk
   adowa po sk
   adowej, przez generowany konstruktor kopiuj
   cy Punkt::Punkt(const Punkt& p1). Konstruktor ten jest wywo
   ywany niejawnie przez kompilator, przy czym obiekt p1 przechodzi przez referencj
   jako parametr aktualny. Zauwa
   my te
   ,
   e wprawdzie konstruktor kopiuj
   cy operuje bezpo
   rednio na obiekcie p1, a nie na jego kopii, to jednak obiekt p1 nie ulegnie
   adnym zmianom, poniewa
   argument formalny konstruktora kopiuj
   cego jest poprzedzony s
   owem kluczowym const.

0. Kopiowanie obiekt�w przez niejawne wywo�anie automatycznie generowanego konstruktora kopiuj�cego podlega, niestety, bardzo istotnemu ograniczeniu. Operacja ta sprawdza si� jedynie dla obiekt�w, kt�re nie zawieraj� wskaza� na inne obiekty. Je�eli obiekt jest wyst�pieniem klasy, w kt�rej zadeklarowano wskaŸnik do jej w�asnego obiektu lub obiektu innej klasy, to przy wy�ej opisanej procedurze zostan� wprawdzie skopiowane wskaŸniki, ale nie b�d� skopiowane obiekty wskazywane. Dlatego te� kopiowanie z niejawnym wywo�aniem generowanego przez kompilator konstruktora kopiuj�cego okreœla si� jako kopiowanie p�ytkie (ang. shallow copy). P�ytkie kopiowanie ma jeszcze jedn� wad�: je�eli w klasie zdefiniowano destruktor, to po ka�dej operacji kopiowania zmiennych wskaŸnikowych b�dziemy mie� po dwa wskazania na ten sam adres. W�wczas wywo�ywany przed zako�czeniem programu (lub funkcji) destruktor b�dzie dwukrotnie niszczy� ten sam obiekt! Pokazany ni�ej przyk�ad ilustruje taki w�aœnie przypadek.

0. Przyk�ad 6.20.

0. #include <iostream.h>

0. class Niepoprawna {

0. public:

0. Niepoprawna() { wsk = new int(10); }

0. ~Niepoprawna() { delete wsk; }

0. private:

0. int* wsk;

0. };

0. int main() {

0. Niepoprawna z1;

0. Niepoprawna z2 = z1;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. Druga instrukcja deklaracji w bloku main() wywo
   uje generowany konstruktor kopiuj
   cy, inicjuj
   c obiekt z2 obiektem z1. Wska
   nik wsk typu int* obiektu z2 zostaje zainicjowany kopi
   wska
   nika wsk obiektu z1. W rezultacie wsk obu obiekt�w wskazuj
   na ten sam obiekt typu int o warto
   ci 10. Przed zako
   czeniem programu wykonywany jest dwukrotnie destruktor, odpowiednio dla obiekt�w z1 i z2. Za ka
   dym razem niszczony jest ten sam obiekt typu int*, co mo
   e przynie
   
   niepo
   
   dane konsekwencje. Podobna sytuacja powstaje w przypadku kopiowania obiekt�w przez przypisanie.

0. Dla wi�kszoœci klas rozwi�zaniem ukazanego problemu jest zdefiniowanie w�asnego konstruktora kopiuj�cego i operatora przypisania. W�aœciwe zdefiniowanie tych funkcji pozwoli nam na tzw. kopiowanie g��bokie (ang. deep copy), przy kt�rym b�d� kopiowane nie tylko wskaŸniki, ale i obiekty przez nie wskazywane. Prawid�owo b�dzie te� przebiega� destrukcja obiekt�w.

0. Przyk�ad 6.21.

0. #include <iostream.h>

0. class Poprawna {

0. public:

0. Poprawna(): wsk(new int(10)) {}

0. ~Poprawna() { delete wsk; }

0. Poprawna(const Poprawna& nz)

0. { wsk = new int(*nz.wsk); }

0. Poprawna& operator=(const Poprawna& nz)

0. {

0. if(this != &nz)

0. {

0. delete wsk;

0. wsk = new int(*nz.wsk);

0. }

0. return *this;

0. }

0. private:

0. int* wsk;

0. };

0. int main() {

0. Poprawna z1;

0. Poprawna z2 = z1;

0. return 0;

0. }

0. Dyskusja. W programie zdefiniowano w�asny konstruktor kopiuj�cy i w�asny operator przypisania (nie u�ywany). Pierwsza instrukcja w bloku main() wywo
   uje konstruktor Poprawna() { wsk = new int(10); }, kt�ry tworzy obiekt z1, a w nim podobiekt typu int, na kt�ry wskazuje wsk. Druga instrukcja wywo
   uje konstruktor kopiuj
   cy Poprawna(const Poprawna&) z parametrem aktualnym z1; konstruktor ten tworzy nowy podobiekt typu int i umieszcza go pod innym adresem ni
   pierwszy (oczywi
   cie oba podobiekty maj
   t
   sam
   warto
   
   10). Dzi
   ki temu wywo
   ywany dwukrotnie przed zako
   czeniem programu destruktor niszczy za ka
   dym razem inny obiekt.

0. Uwaga. Instrukcj� Poprawna z2 = z1; mo�na tak�e zapisa� w postaci Poprawna z2(z1);, pokazuj�cej wyraŸnie, �e obiekt z2 jest inicjo­wany obiektem z1.

0. 7.5.3. Przekazywanie obiekt�w do/z funkcji

0. Syntaktyka i semantyka przekazywania obiekt�w do funkcji jest identyczna dla obiekt�w typ�w predefiniowanych (np. int, double), jak i obiekt�w klas definiowanych przez u�ytkownika. Dla typu zdefiniowanego przez u�ytkownika parametr formalny funkcji b�dzie klas�, wskaŸnikiem, lub referencj� do klasy. Funkcj� tak� wywo�ujemy z parametrem aktualnym, b�d�cym odpowiednio obiektem danej klasy, adresem obiektu, lub zmienn� referencyjn�. Podobnie jak dla typ�w wbudowanych, obiekty klas s� domyœlnie przekazywane przez wartoœ�, a semantyka przekazywania jest taka sama, jak semantyka inicjowania.

0. Obiekty przekazywane do funkcji tworzone s� jako automatyczne, tzn. takie, kt�re tworzy si� za ka�dym razem gdy jest wykonywana ich instrukcja deklaracji, i niszczy za ka�dym razem, gdy sterowanie opuszcza blok zawieraj�cy deklaracj�. Je�eli funkcja jest wywo�ywana wiele razy (co cz�sto si� zdarza), to tyle samo razy jest wykonywane tworzenie i niszczenie obiekt�w, a wi�c za ka�dym razem mamy nowy obiekt, z nowymi inicjalnymi wartoœciami zmiennych sk�adowych. Pokazany ni�ej przyk�ad ilustruje przekazywanie obiektu do funkcji przez wartoœ�.

0. Przyk�ad 6.22.

0. #include <iostream.h>

0. class Test {

0. public:

0. Test(int a): x(a) { cout << Konstrukcja...\n; }

0. Test(const Test& t)

0. { this->x = t.x; cout << Konstrukcja kopii...\n; }

0. ~Test() { cout << Destrukcja...\n; }

0. int podaj() { return x; }

0. void ustaw(int i) { x = i; }

0. private:

0. int x;

0. };

0. void f(Test arg) {

0. arg.ustaw(50);

0. cout << Funkcja f: ;

0. cout << t1.x == << arg.podaj() << '\n';

0. }

0. int main() {

0. Test t1(10);

0. cout << t1.x == << t1.podaj() << '\n';

0. f(t1);

0. cout << t1.x == << t1.podaj() <<'\n';

0. return 0;

0. }

0. Wydruk z programu ma posta�:

0. Konstrukcja...

0. t1.x == 10

0. Konstrukcja kopii...

0. Funkcja f: t1.x == 50

0. Destrukcja...

0. t1.x == 10

0. Destrukcja...

0. Analiza programu. Wykonanie instrukcji deklaracji Test t1(10); tworzy obiekt t1 za pomoc
   konstruktora Test(int), od kt�rego pochodzi pierwszy wiersz wydruku. W instrukcji cout wywo
   uje si
   funkcj
   sk
   adow
   podaj(), kt�ra wy
   wietla drugi wiersz wydruku. Instrukcja wywo
   ania funkcji f(t1), z argumentem przekazywanym przez warto
   
   , wywo
   uje konstruktor kopiuj
   cy

0. Test(const Test&), kt�ry generuje trzeci wiersz wydruku. Czwarty wiersz jest generowany przez funkcj
   f(); wypisuje ona warto
   
   pola x lokalnej kopii argumentu, tj. obiektu utworzonego przez konstruktor kopiuj
   cy. Zauwa
   my,
   e warto
   
   x w kopii obiektu zosta
   a zmieniona na 50 funkcj
   sk
   adow
   ustaw(), wywo
   an
   z bloku funkcji f(), co pokazuje czwarty wiersz wydruku. Po wydrukowaniu czwartego wiersza sterowanie opuszcza blok funkcji f(), wywo
   uj
   c destruktor ~Test(), kt�ry niszczy obiekt, utworzony przez konstruktor kopiuj
   cy (pi
   ty wiersz z tekstem Destrukcja...). Po opr�
   nieniu stosu funkcji f() sterowanie wraca do bloku main(), wywo
   uj
   c w instrukcji cout funkcj
   sk
   adow
   podaj() obiektu t1. Wykonanie tej instrukcji pokazuje,
   e warto
   
   pola x pozosta
   a bez zmiany, jako
   e zmiana x

0. na 50 by�a wykonywana przez funkcj� f() na kopii obiektu t1, a nie na samym obiekcie. Ostatni wiersz wydruku sygnalizuje destrukcj
   obiektu t1, gdy sterowanie opuszcza blok funkcji main().

0. W powy�szym przyk�adzie warto zwr�ci� uwag� na dwa momenty. Gdy jest tworzona kopia obiektu przekazywanego do argumentu formalnego funkcji, nie wywo�uje si� konstruktora obiektu, lecz konstruktor kopiuj�cy. Pow�d jest oczywisty: poniewa� konstruktor jest w og�lnoœci u�ywany do inicjowania obiektu (np. nadania wartoœci pocz�tkowych zmiennym sk�adowym), to nie mo�e by� wo�any gdy wykonuje si� kopi� ju� istniej�cego obiektu. Je�eli kopia ma zosta� przes�ana do funkcji, to zale�y nam przecie� na aktualnym stanie obiektu, a nie na jego stanie pocz�tkowym. Natomiast jest celowe i konieczne wywo�anie destruktora, gdy funkcja ko�czy dzia�anie. Jest to konieczne, poniewa� obiekt w bloku funkcji m�g�by by� u�yty do jakiejœ operacji, kt�ra musi zosta� uniewa�niona, gdy obiekt wychodzi poza sw�j zasi�g. Przyk�adem mo�e by� alokacja pami�ci dla kopii; pami�� ta musi by� zwolniona po wyjœciu z bloku funkcji.

0. Destrukcja kopii obiektu u�ywanej do wywo�ania funkcji mo�e by� Ÿr�d�em pewnych k�opot�w, szczeg�lnie w przypadku dynamicznej alokacji pami�ci. Je�eli np. obiekt u�yty jako argument alokuje pami�� na kopcu (ang. heap) i zwalnia j� po destrukcji, to i jego kopia b�dzie zwalnia� t� sam� pami��, gdy zostanie wywo�any jej destruktor. Jednym ze sposob�w na unikni�cie tego rodzaju “niespodzianek” jest przekazywanie do funkcji adresu obiektu zamiast samego obiektu. Wtedy, co jest oczywiste, nie b�dzie tworzony �aden nowy obiekt, i nie b�dzie wo�any �aden destruktor przy wyjœciu z bloku funkcji. Adresy obiekt�w mo�na przesy�a� do funkcji albo za pomoc� wskaŸnik�w, albo referencji. Przy tym, je�eli chcemy unikn�� zmiany argumentu aktualnego przez operacje wykonywane w bloku funkcji, to wystarczy w definicji funkcji zadeklarowa� argument formalny ze s�owem kluczowym const. Podany ni�ej przyk�ad ilustruje wariant ze wskaŸnikiem i z referencj�.

0. Przyk�ad 6.23.

0. #include <iostream.h>

0. class Test {

0. public:

0. Test(int a): x(a){ cout << Konstrukcja...\n; }

0. Test(const Test& t)

0. { this->x=t.x; cout<<Konstrukcja kopii...\n; }

0. ~Test() { cout << Destrukcja...\n; }

0. int podaj() { return x; }

0. void ustaw(int i) { x = i; }

0. private:

0. int x;

0. };

0. void fwsk(Test* arg)

0. { arg->ustaw(50); cout << Funkcja fwsk: ;

0. cout << arg.x == << arg->podaj() << '\n';

0. }

0. void fref(Test& arg)

0. { arg.ustaw(60); cout << Funkcja fref: ;

0. cout << arg.x == << arg.podaj() << '\n';

0. }

0. int main() {

0. Test t1(10);

0. cout << t1.x == << t1.podaj() << '\n';

0. fwsk(&t1);

0. // fref(t1);

0. cout << t1.x == << t1.podaj() << '\n';

0. return 0;

0. }

0. Wydruk z programu ma posta�:

0. Konstrukcja...

0. t1.x == 10

0. Funkcja fwsk: arg.x == 50

0. t1.x == 50

0. Destrukcja...

0. Dyskusja. Jak pokazuje wydruk, tworzony i niszczony jest tylko jeden obiekt. Argumentem funkcji fwsk() jest wska
   nik do obiektu klasy Test; wobec tego jej argument aktualny w wywo
   aniu musi by
   adresem obiektu tej klasy. Poniewa
   w bloku funkcji fwsk() jest wywo
   ywana funkcja sk
   adowa ustaw() zmieniaj
   ca warto
   
   x, to po wykonaniu funkcji fwsk() warto
   
   ta (50) zosta
   a wy
   wietlona przez bezpo
   rednie wywo
   anie funkcji podaj() dla obiektu t1. Gdyby w funkcjach fwsk() i fref() wyeliminowa
   wywo
   anie funkcji, zmieniaj
   cej stan obiektu, to ich prototypy mog
   yby mie
   posta
   :

0. void fwsk(const Test* arg);

0. i

0. void fref(const Test& arg);

0. Uwaga 1. W podanych wy�ej przyk�adach konstruktory kopiuj�ce i destruktory wprowadzono dla lepszego zobrazowania wydruk�w (obiekty nie zawieraj� wskaŸnik�w do innych obiekt�w). Gdyby ich nie zadeklarowano, kopiowanie i destrukcj� wykona�yby funkcje, generowane przez kompilator.

0. Uwaga 2. W dobrze skonstruowanym programie ma�e obiekty mog� by� przesy�ane przez wartoœ�, a du�e przez wskaŸniki lub referencje.

0. Podobnie jak dla typ�w wbudowanych, wynikiem prowadzonych w bloku funkcji oblicze� mo�e by� obiekt klasy zdefiniowanej przez u�ytkownika. Typowa definicja takiej funkcji mo�e mie� jedn� z postaci:

0. klasa nazwa-funkcji(klasa obiekt)

0. {

0. //...

0. return obiekt;

0. }

0. lub

0. klasa& nazwa-funkcji(klasa& obiekt)

0. {

0. //...

0. return obiekt;

0. }

0. W pierwszym przypadku, zar�wno przy wywo�aniu funkcji, jak i powrocie z funkcji, b�dzie wywo�ywany konstruktor kopiuj�cy (domyœlny lub zdefiniowany w klasie). W drugim przypadku obiekt b�dzie przes�any do funkcji przez referencj� (lub sta�� referencj�), i w taki sam spos�b przekazany z funkcji. Stosuj�c technik� referencji nale�y pami�ta� o niebezpiecze�stwie przekazania referencji do obiektu, kt�ry przestaje istnie� po wyjœciu z bloku funkcji, np.

0. Test& g() { Test ts; return ts; }

0. Tutaj zmienna lokalna ts przestaje istnie
   po wykonaniu funkcji, a wi
   c funkcja zwraca “wisz
   c
   referencj
   ” referencj
   do nieistniej
   cego obiektu.

0. Przyk�ad 6.24.

0. #include <iostream.h>

0. class Test {

0. public:

0. Test(int a): x(a) { cout << Konstrukcja...\n; }

0. Test(const Test&)

0. { this->x = t.x; cout << Konstrukcja kopii...\n; }

0. ~Test() { cout << DESTRUKCJA...\n; }

0. Test& operator=(const Test& t)

0. { this->x = t.x;

0. cout << Przypisanie...\n;

0. return *this;

0. }

0. int podaj() { return x; }

0. private:

0. int x;

0. };

0. Test g(Test arg)

0. {

0. cout << Funkcja g: ;

0. cout << arg.x == << arg.podaj() << '\n';

0. return arg;

0. }

0. int main() {

0. Test t1(10), t2(20);

0. t1 = g(t2);

0. cout << t1.x == << t1.podaj() << '\n';

0. return 0;

0. }

0. Wydruk z programu ma posta�:

0. Konstrukcja...

0. Konstrukcja...

0. Konstrukcja kopii...

0. Funkcja g: arg.x == 20

0. Konstrukcja kopii...

0. DESTRUKCJA...

0. Przypisanie...

0. DESTRUKCJA...

0. t1.x == 20

0. DESTRUKCJA...

0. DESTRUKCJA...

0. Analiza programu. Pierwsze dwa wiersze wydruku to (jedyne) dwa wywo�ania konstruktora Test(int). Wykonanie instrukcji t1 = g(t2); poci
   ga za sob
   nast
   puj
   c
   sekwencj
   czynno
   ci:

• wywo�anie konstruktora kopiuj�cego (Konstrukcja kopii...), kt�ry tworzy obiekt tymczasowy dla parametru arg

• wywo�anie funkcji g() z argumentem utworzonym przez konstruktor kopiuj
  cy

• wyœwietlenie napisu: Funkcja g: arg.x == 20, w kt�rym liczba 20 jest wynikiem wywo
  ania funkcji sk
  adowej podaj()

• wywo�anie konstruktora kopiuj�cego dla utworzenia obiektu tymczaso­wego (wyra�enia, przekazywanego przez instrukcj� return)

• destrukcj� pierwszego obiektu tymczasowego

• przypisanie wartoœci funkcji g() do t1 wykonywane przez wywo
  anie przeci
  
  onego operatora przypisania

• destrukcj� drugiego obiektu tymczasowego

• wyœwietlenie odpowiedzi z wywo�ania funkcji sk�adowej podaj()

• destrukcj� obiekt�w t1 i t2.

7.5.4. Konwersje obiekt�w

Kompilacja i wykonanie program�w w j�zyku C++ prawie zawsze wymaga wykonania wielu konwersji typ�w. Zdecydowana wi�kszoœ� tych konwersji wykonywana jest niejawnie, bez udzia�u programisty. Typowym przyk�adem mo�e by� proces dopasowania argument�w funkcji, w szczeg�lnoœci argumen­t�w funkcji przeci��onych. Oczywiœcie programista mo�e dokonywa� konwersji jawnych za pomoc� operatora konwersji “()”, ale nale�y to czyni� raczej oszcz�dnie i tylko w przypadkach naprawd� koniecznych.

Natomiast w dotychczasowej dyskusji o klasach i obiektach klas w zasadzie nie zwracaliœmy uwagi na fakt, �e konwersja towarzyszy kreowaniu obiekt�w. WeŸmy najbli�szy przyk�ad z p. 6.5.3. Utworzenie obiektu klasy Test wymaga
o u
ycia konstruktora Test::Test(int y), kt�ry zmienn
y typu int przekszta
ca
w obiekt typu Test. Przyk
ad ten mo
na uog�lni
: jednoargu­mentowy konstruktor klasy X mo
na traktowa
jako przepis, kt�ry z argumentu konstruktora tworzy obiekt klasy X. Zauwa
my,
e argument konstruktora nie musi by
typu wbudowanego; mo
e nim by
zmienna innej klasy, o ile tylko potrafimy zdefiniowa
metod
przekszta
cenia obiektu danej klasy w obiekt innej klasy.

Wykorzystanie konstruktora do konwersji nie jest mo�liwe, gdy chcemy dokona� konwersji w drug� stron�, tj. przekszta�ci� obiekt klasy do typu wbudowanego. W takich przypadkach definiujemy specjaln� funkcj� sk�adow� konwersji. Og�lna posta� funkcji konwersji dla klasy X jest nast�puj�ca:

X::operator T() { return w; }

gdzie T jest typem, do kt�rego dokonujemy konwersji, za
w wyra
eniem, kt�rego argumentami musz
by
sk
adowe klasy, poniewa
funkcja konwersji operuje na obiekcie, dla kt�rego jest wo
ana.

Zauwa�my, �e w definicji funkcji konwersji nie podaje si� ani typu zwracanego, ani argument�w.

Przyk�ad 6.25.

#include <iostream.h>

class Test {

public:

Test(int i): x(i) {}

operator int() { return x*x; };

private:

int x;

};

int main() {

int num1 = 2, num2 = 3;

Test t1(num1), t2(num2);

int ii;

ii = t1;

cout << ii << endl;

ii = 10 + t2;

cout << ii << endl;

return 0;

}

Wydruk z programu ma posta�:

4

19

Dyskusja. W przyk�adzie mamy konwersje w obie strony: jednoparametrowy konstruktor Test(int i) przekszta
ca argument i typu int w obiekt klasy Test, a funkcja konwersji operator int() { return x*x; }; pozwala u
ywa
obiekty typu Test w taki sam spos�b, jak obiekty typu int.

Przyk�ad 6.26.

#include <iostream.h>

class Boolean {

public:

enum logika { false = 0, true = 1 };

//konstruktory

Boolean(): z(true) {}

Boolean(int num): z(num != 0) { }

Boolean(double d) { z = (d != 0); }

Boolean (void* wsk): z(wsk != 0) { }

//Konwersja

operator int() const { return z; }

//Negacja

Boolean operator!() const { return !z; }

private:

char z;

};

Boolean pierwiastki(double a, double b, double c)

{

int pr = b*b >= 4*a*c;

cout << pr << endl;

return pr;

}

int main() {

Boolean b1(Boolean::true);

Boolean b2(5);

int ii = !b1 || b2;

cout << ii = << ii << endl;

int* wsk = new int(10);

Boolean b3(wsk);

Boolean b4(3.5);

double a = 1, b = 4, c = 3;

if(pierwiastki(a,b,c))

cout << Dwa << endl;

return 0;

}

Wydruk z programu ma posta�:

ii = 1

1

Dwa

Dyskusja. Klasa Boolean imituje predefiniowany typ bool, kt�ry dopiero ostatnio wprowadzono do standardu j
zyka C++. W klasie zdefiniowano cztery konstruktory, kt�re mog
tworzy
obiekty typu Boolean. Pierwszy z nich, domy
lny konstruktor bezparametrowy, wychodzi poza opisan
wcze
niej konwencj
, tym niemniej bywa u
yteczny, np. przy tworzeniu tablic warto
ci logicznych. W definicji konstruktora z parametrem typu int, Boolean(int num): z(num != 0) { } u
yto cz

ciej obecnie stosowanej notacji, ni
starsza, w kt�rej napisaliby
my:

Boolean(int num) { z = num != 0; }

Wartoœci logiczne prawda i fa�sz zosta�y zdefiniowane jako typ wyliczeniowy logika z jawnie zainicjowanymi sta
ymi true i false. Zdefiniowano tak
e przeci

ony operator negacji logicznej. Funkcja konwersji do typu int jest funkcj
sta

, podobnie jak funkcja operator!(). Obiekty klasy Boolean s
wykorzystywane w instrukcji przypisania int ii = !b1 || b2;

Wykonanie tej instrukcji przebiega nast�puj�co:

Dla obiektu b1 zostaje wywo
ana funkcja operator!(); powr�t z tej funkcji wymaga utworzenia obiektu tymczasowego. Obiekt taki jest tworzony przez wywo
anie konstruktora Boolean(int).

Po wykonaniu negacji zostaje dwukrotnie wywo�ana funkcja konwersji operator int() dla obiekt�w !b1 oraz b2, co pozwala obliczy
warto

alternatywy logicznej.

Wartoœ� alternatywy logicznej zostaje przypisana do ii.

Obiekt b3(wsk) jest tworzony przez wywo
anie konstruktora Boolean(void* wsk) { z = wsk != 0; }. Wykorzystuje si
tutaj w
asno

typu void*, do kt�rego mo
e by
automatycznie (niejawnie) przekszta
cony wska
nik dowolnego typu.

W instrukcji if wywo�ywana jest funkcja pierwiastki(). Poniewa
funkcja jest typu Boolean, przy powrocie tworzony jest obiekt tymczasowy wywo
aniem konstruktora Boolean(int), a nast
pnie zostaje wywo
ana dla tego obiektu funkcja konwersji, jako
e wyra
enie w instrukcji if musi dawa
warto

liczbow
.

7.5.5. Klasa String

Konwersje typ�w okazuj� si� szczeg�lnie przydatne w operacjach na �a�cuchach znak�w i dlatego poœwi�cimy temu tematowi osobny podrozdzia�.

Przypomnijmy, �e podstawowe operacje dla typu char* (obliczanie d�ugoœci �a�cucha, kopiowanie, konkatenacja �a�cuch�w, etc.) s� zadeklarowane w pliku nag��wkowym string.h, za
kilka operacji konwersji
a
cuch�w na liczby zadeklarowano w stdlib.h. Operacje te s
zapo
yczone z ANSI C. Zadeklarowane w pliku string.h bardzo u
yteczne funkcje operuj
na zako
­czonych znakiem '\0'
a
cuchach znak�w j
zyka C. Korzystanie z nich bywa jednak do

uci

liwe, szczeg�lnie w odniesieniu do zarz
dzania pami
ci
. We
my dla przyk
adu funkcj
, kt�ra bierze dwa
a
cuchy jako argumenty i scala je w jeden, pozostawiaj
c spacj
pomi
dzy
a
cuchami wej
ciowymi:

char* SPkonkat(const char* wyraz1, const char* wyraz2)

{

unsigned int rozmiar=strlen(wyraz1)+strlen(wyraz2)+1;

char* wynik = new char[rozmiar];

return

strcat(strcat(strcpy(wynik,wyraz1), ),wyraz2);

}

Pierwsza instrukcja w bloku funkcji oblicza d�ugoœ� wynikowego �a�cucha, uwzgl�dniaj�c rozdzielaj�c� wyrazy spacj� i terminalny znak zerowy ('\0'), a druga alokuje niezb�dn� pami��. Po przydzieleniu pami�ci trzecia instrukcja wykorzystuje dwie funkcje biblioteczne ( ze string.h): najpierw kopiuje
a
cuch wyraz1 do zmiennej wynik, do

cza rozdzielaj
c
spacj
, i na koniec do

cza drugi
a
cuch wyraz2. Ka
da z funkcji bibliotecznych zwraca wska
nik do swojego pierwszego argumentu (tj.
a
cucha docelowego), dzi
ki czemu mogli
my ustawi
w sekwencj
wywo
ania kolejnych funkcji. Funkcja wo
aj
ca jest “odpowiedzialna” za usuni
cie wynikowego
a
cucha:

char* wsk = SPkonkat(Jan, Kowalski);

// ...

delete wsk;

Jak wida� z powy�szego przyk�adu, celowym by�oby zdefiniowa� klas�, kt�ra stanowi�aby swego rodzaju “opakowanie” dla istniej�cych funkcji j�zyka C, u�atwiaj�c u�ytkownikowi operowanie na �a�cuchach znak�w za pomoc� kilku prostych operator�w.

Termin “opakowanie” odpowiada prawie dok�adnie temu, co okreœliliœmy wczeœniej jako hermetyzacj� albo ukrywanie informacji. Tutaj nasz� intencj� jest taka abstrakcja danych, aby szczeg�y reprezentacji �a�cuch�w j�zyka C, tj. typu char*, zosta�y ukryte przed u�ytkownikiem. Zamiast nich u�ytkownik powinien mie� do dyspozycji dobrze zaprojektowany interfejs (cz�œ� publiczn�) do klasy, kt�rej obiekty zachowywa�yby si� podobnie, jak �a�cuchy j�zyka C.

Podane ni�ej deklaracje, definicje i komentarze mo�na traktowa� jako prost� implementacj� takiej klasy.

Przyk�ad 6.27.

class String {

public:

//Publiczny interfejs uzytkownika:

//Redefinicja + dla konkatenacji - trzy przypadki:

String operator+(const String&) const;

friend String operator+(const char*, const String&);

friend String operator+(const String&, const char*);

int length() const; // Length of string in chars

String();

String(const char*);

String(const String&);

~String();

String& operator=(const String&);

operator const char*() const;

friend ostream& operator<<(ostream&, const String&);

char& operator [] (int);

private:

char* dane;

};

Dyskusja. Pierwsze spostrze�enie: zmienna char* dane, reprezentuj
ca
a
cuch znak�w j
zyka C, jest ukryta w cz

ci prywatnej klasy String i jest dost
pna jedynie dla jej funkcji sk
adowych i operator�w.

Klasa ma trzy konstruktory.

Konstruktor domyœlny String::String();

String::String()

{ dane = new char[1]; dane[0] = '\0'; }

kt�ry tworzy �a�cuch pusty. Konstruktor ten b�dzie wo�any np. przy tworzeniu wektora obiekt�w klasy String: String wektor[10];

Konstruktor String::String(const char*);

String::String(const char* st) {

int rozmiar = ::strlen(st) + 1;

dane = new char[rozmiar];

::strcpy(dane, s); }

kt�ry dokonuje wspomnianej uprzednio konwersji
a
cucha st w obiekt klasy String. W tej i w nast
pnych definicjach b
dziemy u
ywa
unarnego operatora zasi
gu “::” przy odwo
aniach do zmiennych i funkcji globalnych (z pliku string.h), aby unikn

konfliktu nazw. Rozmiar tworzonego dynamicznie podobiektu dane jest o 1 wi
kszy od d
ugo
ci
a
cucha st, aby zmie
ci
terminalny znak '\0'.

Konstruktor kopiuj�cy String::String(const String&);

String::String(const String& st); {

dane = new char[st.length() + 1];

// kopiuj stare dane na nowe

::strcpy(dane, st.dane); }

kt�ry jest wywo�ywany przy przesy�aniu parametr�w przez wartoœ� i niekiedy przy powrocie z funkcji.

Destruktor:

String::~String() { delete [] dane; }

Jego zadaniem jest zwolnienie wszystkich zasob�w, kt�re pozyska� obiekt dzi�ki wykonaniu konstruktor�w lub funkcji sk�adowych.

Operatorowa funkcja przypisania:

String& String::operator=(const String& st)

{

if(dane != st.dane) {

delete [] dane;

int rozmiar = st.length() + 1;

dane = new char[rozmiar];

::strcpy(dane, st.dane); }

return *this; // referencja do obiektu

}

Funkcja zwraca referencj� do klasy String, a wi
c nie jest tworzony
aden obiekt tymczasowy. W bloku funkcji najpierw sprawdza si
, czy nie jest to pr�ba przypisania obiektu do samego siebie; je
eli nie, to usuwa si
stare dane. Kolejna instrukcja tworzy obiekt w pami
ci swobodnej, a nast
pna kopiuje zawarto

pola st.dane argumentu funkcji do nowego obiektu dane. Wynik operacji, *this, jest referencj
do klasy String.

Funkcja konwersji z typu String do typu char*:

String::operator const char*() const { return dane; }

pozwala u�ywa� obiekty klasy String w tych samych kontekstach, co zwyk
e
a
cuchy znak�w. Zwr�
my uwag
na dwukrotne wyst
pienie modyfikatora const. Pierwszy z lewej ustala,
e zawarto

obszaru pami
ci wskazywanego przez warto

do kt�rej nast
puje konwersja (typu char*) nie mo
e by
zmieniona przez
adn
operacj
zewn
trzn
w stosunku do klasy. Drugi const oznacza,
e zdefinio­wana wy
ej funkcja sk
adowa operator const char*() const nie zmienia stanu obiektu klasy String, na kt�rym operuje.

Definicje przeci��onych operator�w '<<' i '[]' oraz funkcji przekazuj�cej d�ugoœ� �a�cucha s� typowe i nie wymagaj� komentarzy:

ostream& operator<<(ostream& os, const String& cs)

{ return os << cs.dane; }

char& String::operator [] (int indeks)

{ return dane[indeks]; }

int String::length() const

{ return ::strlen(dane); }

Natomiast szerszego komentarza wymagaj� operatory konkatenacji.

Operator konkatenacji dla klasy

String String::operator+(const String& st) const

{

char* buf = new char[st.length() + length() + 1];

::strcpy(buf, dane);

::strcat(buf, st.dane);

String retval(buf); //Obiekt tymczasowy

delete [] buf;

return retval;

}

Pierwsza instrukcja alokuje pami�� na wynikowy �a�cuch; druga kopiuje dane do tego �a�cucha, a trzecia scala te dane z danymi przekazanymi przez argument st. Nast
pnie ze zmiennej buf jest tworzony nowy, lokalny obiekt retval klasy String, usuwany ju
niepotrzebny buf, a przy powrocie funkcja przekazuje kopi
retval, tworzon
przez konstruktor kopiuj
cy. Korzysta si
z tej definicji w nast
puj
cy spos�b: je
eli s1 i s2 s
obiektami klasy String, to mo
emy je “doda
” do siebie, pisz
c: s1 + s2; lub s1.operator+(s2);

ZaprzyjaŸnione operatory konkatenacji

W klasie String zadeklarowano dwa operatory konkatenacji, aby by
o mo
liwe “dodawanie” obiekt�w klasy String do zwyk
ych
a
cuch�w znak�w, z obiektami klasy String zar�wno po prawej, jak i po lewej stronie operatora “+”.

String operator+(const char* sc, const String& st)

{

String retval;

retval.dane = new char[::strlen(sc) + st.length()];

::strcpy(retval.dane, sc);

::strcat(retval.dane, st.dane);

return retval;

}

String operator+(const String& st, const char* sc)

{

String retval;

retval.dane = new char[::strlen(sc) + st.length()];

::strcpy(retval.dane, st.dane);

::strcat(retval.dane, sc);

return retval;

}

Jak ju� wspomniano, musimy mie� dwie funkcje operatorowe dla zapewnienia symetrii. Dzi�ki tym definicjom mog� zosta� wykonane instrukcje:

String s1;

abcd + s1;

s1 + "abcd";

Symetri� mo�na te� zapewni� dla obiekt�w klasy, definiuj�c dodatkowy konstruktor dwuargumentowy:

String::String(const String& st1, const String& st2):

dane(strcat(strcpy(new char[st1.strlen() + st2.strlen()+1],st1.dane),st2.dane)) { }

i redefiniuj�c funkcj� sk�adow� operator+():

String operator+(const String& st1, const String& st2)

{ return String( st1, st2); }

Konstruktor bierze dwa obiekty klasy String, alokuje pami

dla po

czonego
a
cucha, kopiuje pierwszy argument do przydzielonego obszaru pami
ci i na koniec dokonuje konkatenacji drugiego argumentu z poprzednim wynikiem. Taki specjalizowany konstruktor bywa nazywany konstruktorem operatorowym. Definiuje si
go jedynie w celu implementacji danego operatora. Symetryczny operator “+” po prostu wywo�uje ten konstruktor dla wykonania konkatenacji swoich argument�w.

Podsumowanie. Zaprezentowana wy�ej klasa String nie mo
e pretendowa
do przyj
cia jej jako standardowej klasy bibliotecznej dla
a
cuch�w j
zyka C++, poniewa
przyj
li
my zbyt wiele za
o
e
upraszczaj
cych, np. nie sprawdzali
my powodzenia alokacji dynamicznej, etc. Pomin
li
my r�wnie
wiele mo
liwych do wprowadzenia u
ytecznych funkcji, np. operatory por�wnania
a
cuch�w, kopiowania fragment�w
a
cuch�w, wyszukiwania znak�w i ci
g�w znak�w w
a
cuchach, etc. Tym niemniej struktura tej klasy powinna u
atwi
u
ytkownikowi zrozumienie podobnych konstrukcji biblio­tecznych.

W charakterze wst�pnego treningu mo�na sprawdzi� dzia�anie podanego ni�ej programu, lokuj�c przedtem deklaracj� klasy String wraz z definicjami funkcji sk
adowych i zaprzyja
nionych w pliku nag
�wkowym wpstring.h (lub w dw�ch plikach: w jednym, wpstring.h, deklaracj
klasy, a w drugim, np. wpstring.cc albo wpstring.cpp, definicje funkcji).

#include <iostream.h>

#include wpstring.h

int main() {

String s1(ABC);

String s2 = s1;

String s3;// pusty

s3 = s2;

String s4;//pusty

s4 = s2 + s3;

// lub s4 = s2.operator+(s3);

"DEF" + s1;

s1 + ghi;

cout << s1[1] << endl;

cout << s1 + ghi << endl;

return 0;

}

Wydruk ma posta�:

B

ABCghi

7.6. Tablice obiekt�w

Kilkakrotnie ju� zwracaliœmy uwag� na fakt, �e obiekty klas s� zmiennymi typ�w definiowanych przez u�ytkownika i maj� analogiczne w�asnoœci, jak zmienne typ�w wbudowanych. Tak wi�c nic nie stoi na przeszkodzie, aby umieszcza� obiekty w tablicy. Deklaracja tablicy obiekt�w jest w pe�ni analogiczna do deklaracji tablicy zmiennych innych typ�w. Tak�e spos�b dost�pu do element�w takiej tablicy niczym si� nie r�ni od poznanych ju� zasad. Jedyn� istotn� cech� wyr�niaj�c� tablic� obiekt�w od innych tablic jest spos�b ich inicjowania. Tablic� obiekt�w danej klasy inicjuje si� przez jawne, b�dŸ niejawne wywo�ywanie konstruktora klasy tyle razy, ile element�w zawiera tablica. Je�eli w klasie zdefiniowano konstruktory, to mo�na je u�y� w wywo�aniu jawnym w taki sam spos�b, jak dla indywidualnych obiekt�w; parametry aktualne wywo�a� konstruktora b�d� wartoœciami inicjalnymi dla zmiennych sk�adowych ka�dego obiektu tablicy. Dla konstruktor�w domyœlnych, tj. z pustym wykazem argument�w, wartoœci inicjalne zmiennych sk�adowych b�d� zale�ne od tego, czy w bloku konstruktora podano wartoœci domyœlne: je�eli tak, to wartoœci inicjalne b�d� r�wne wartoœciom domyœlnym; je�eli nie, to b�d� przypadkowe.

Innym wygodnym sposobem jest zainicjowanie ka�dego elementu tablicy wczeœniej utworzonym obiektem, lub przypisanie ka�demu elementowi tablicy wczeœniej utworzonego obiektu. W pierwszym przypadku wywo�ywany jest (niejawnie) konstruktor kopiuj�cy generowany przez kompilator lub (jawnie) konstruktor kopiuj�cy, zdefiniowany w klasie. W drugim przypadku b�dzie to generowany lub zdefiniowany operator przypisania. Ponadto jednowymiarowe tablice obiekt�w, kt�rych konstruktor zawiera tylko jeden parametr, mo�na inicjowa� dok�adnie tak samo, jak tablice, kt�rych elementami s� zmienne typ�w podstawowych, podaj�c wartoœci inicjalne w nawiasach klamrowych.

Dla wprowadzenia w zagadnienie pos�u�ymy si� obiektami wielokrotnie ju� eksploatowanej klasy Punkt.

Przyk�ad 6.28.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt() {}

Punkt(int a): x(a) {}

int fx() { return x; }

private:

int x;

};

int main() {

Punkt p1[] = { Punkt(10), Punkt(20), Punkt(30) };

for (int i = 0; i < 3; i++)

cout << p1[ << i << ].x =

<< p1[i].fx() << '\t';

cout << '\n';

Punkt p2[] = { 15, 25, 35 };

Punkt p3[] = { Punkt(), Punkt(), Punkt() };

for (i = 0; i < 3; i++)

cout << p3[ << i << ].x =

<< p3[i].fx() << '\t';

cout << '\n';

Punkt p4[] = { Punkt(), Punkt(40), Punkt() };

for (i = 0; i < 3; i++)

cout << p4[ << i << ].x =

<< p4[i].fx() << '\t';

cout << '\n';

return 0;

}

Dyskusja. Klasa Punkt ma dwa konstruktory: bezparametrowy konstruktor domy
lny Punkt() oraz konstruktor z jednym parametrem Punkt(int a). Pierwsza instrukcja deklaracji tworzy tablic
z
o
on
z trzech obiekt�w, wywo
uj
c trzykrotnie konstruktor z parametrem. W instrukcji:

Punkt p2[] = { 15, 25, 35 };

mamy uproszczon� posta� zapisu wywo�a� konstruktora Punkt(15), Punkt(25) i Punkt(35). Instrukcja, tworz
ca tablic
p3[] wywo
uje trzykrotnie konstruktor domy
lny, za
instrukcja definiuj
ca tablic
p4[] wywo
uje dwukrotnie konstruktor domy
lny i jeden raz konstruktor z parametrem. Poniewa
wszystkie tablice by
y inicjowane

dan
liczb
obiekt�w, mo
na by
o opu
ci
w deklaracji wymiary tablic.

Wydruk z przedstawionego programu mo�e mie� posta�:

p1[0].x = 10 p1[1].x = 20 p1[2].x = 30

p3[0].x = 1160 p3[1].x = -14 p3[2].x = 8607

p4[0].x = 12950 p4[1].x = 40 p4[2].x = 0

(U�yto tutaj s�owa “mo�e”, poniewa� wartoœci inicjalne, uzyskiwane przez wywo�anie konstruktora domyœlnego, b�d� przypadkowe).

Przyk�ad 6.29.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(): x(0) {}

Punkt( int a ): x(a) {}

Punkt(const Punkt& p) { x = p.x; }

Punkt& operator=(const Punkt& p)

{ this->x = p.x; return *this; }

int fx() { return x; }

private:

int x;

};

int main() {

Punkt p0(7);

Punkt p1[] = { p0, p0, p0 };

Punkt p2[3];

for (int i = 0; i < 3; i++)

p2[i] = p1[i];

return 0;

}

Dyskusja. W programie wykorzystano trzy sposoby inicjowania tablicy obiekt�w. Instrukcja Punkt p1[]={p0,p0,p0}; inicjuje zmienn
sk
adow
x ka
dego obiektu trzyelementowej tablicy p1[] warto
ci
7, skopiowan
z obiektu p0. Kopiowanie ka
dego obiektu tablicy odbywa si
przez wywo
anie konstruktora kopiuj
cego Punkt(const Punkt& p). Zauwa
my,
e parametr aktualny (argument) dla konstruktora kopiuj
cego musi by
sta
y i przekazywany przez referencj
(gdyby przyj

przekazywanie przez warto

, to mieliby
my wywo
anie konstruktora kopiuj
cego, kt�ry w
a
nie definiujemy).

Z kolei ka�dy obiekt tablicy p2[] jest inicjowany warto
ci
zero przez konstruktor domy
lny Punkt(){x=0;}. Nast
pnie w p
tli for kolejnym obiektom tablicy p2[] jest przypisywany obiekt p1[i] uprzednio zainicjowanej tablicy p1[]. W tym przypadku za ka
dym razem jest wywo
ywany przeci

ony operator przypisania

Punkt& Punkt::operator=(const Punkt&)

Jak dla ka�dego operatora sk�adowego klasy, pierwszym argumentem funkcji operator=() jest wska
nik do obiektu, dla kt�rego jest wywo
ywana (zamiast x = p.x mo
na napisa
this->x = p.x). Drugi argument jest przekazywany przez referencj
i sta
y, co gwarantuje jego niezmienno

. Funkcja operator=() zwraca referencj
do obiektu klasy Punkt, wobec czego w instrukcji return wyst
puje jawnie nazwa tego obiektu, *this.

Konstruktor kopiuj�cy i przeci��ony operator przypisania zosta�y u�yte w tym przyk�adzie g��wnie dla cel�w dydaktycznych. Gdyby zabrak�o ich definicji, odpowiednie operacje zosta�yby wykonane przez operatory generowane. Faktyczna potrzeba takich definicji pojawia si� dopiero wtedy, gdy obiekt zawiera wskaŸniki do innych obiekt�w. W�wczas kopiowanie sk�adowych, wykonywane przez operatory generowane, przestaje by� w og�lnoœci wystarczaj�ce, poniewa� kopiuje si� wskaŸniki, a nie obiekty, do kt�rych wskaŸniki si� odwo�uj�.

Przyk�ad 6.30.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(): x(0) {}

Punkt( int a ): x(a){}

void ustaw(int b) { x = b; }

int fx() { return x; }

private:

int x;

};

int main() {

int i,j;

Punkt p1[2][3];

for (i = 0; i < 2; i++)

{

for (j = 0; j < 3; j++)

p1[i][j].ustaw(10 + j);

}

for(i = 0; i < 2; i++)

{

for (j = 0; j < 3; j++)

{

cout << p1[ << i << ][ << j << ].x = ;

cout << p1[i][j].fx() << '\n';

}

}

cout << endl;

return 0;

}

Dyskusja. W programie zadeklarowano tablic� p[2][3] o dw�ch wierszach i trzech kolumnach. Instrukcja deklaracji: Punkt p1[2][3]; wywo
uje sze
ciokrotnie konstruktor domy
lny Punkt() { x = 0; }, kt�ry ustawia zmienn
sk
adow
x na warto

zero. Tworzona w ten spos�b tablica jest inicjowana wierszami. W pierwszej p
tli for dla ka
dego obiektu tablicy jest wywo
ywana funkcja sk
adowa Punkt::ustaw(), kt�ra ustawia zmienne Punkt::x w kolejnych obiektach na warto
ci 10+j. Wydruk z programu ma posta
:

p[0][0].x = 10

p[0][1].x = 11

p[0][2].x = 12

p[1][0].x = 10

p[1][1].x = 11

p[1][2].x = 12

Zauwa�my, �e i w tym przypadku moglibyœmy ka�demu obiektowi tablicy p1[2][3] przypisa
wcze
niej utworzony obiekt. Np. tworz
c obiekt p0(7) instrukcj
deklaracji Punkt p0(7); tj. wywo
uj
c konstruktor z parametrem, mo
emy zamiast instrukcji

p1[i][j].ustaw(10 + j);

u�y� w p�tli for instrukcj


p1[i][j] = p0;

W tym przypadku dla ka�dego i,j b�dzie wo�any generowany przez kompilator operator przypisania dla obiekt�w klasy Punkt.

Innym mo�liwym wariantem omawianej instrukcji przypisania mog�aby by� instrukcja:

p1[i][j] = p0(i);

W tym przypadku dla ka�dego obiektu tablicy p1[][] b
d
wykonywane kolejno dwie operacje:

• Wywo�anie konstruktora Punkt::Punkt( int i ) { x = i; }

• Wywo�anie generowanego przez kompilator domyœlnego operatora przypisania Punkt& Punkt::operator=(const Punkt&).

Operator przypisania, podobnie jak zdefiniowany w poprzednim przyk�adzie, przypisuje sk�adowej x obiektu p[i][j] warto

sk
adowej x obiektu p0.

Przyk�ad 6.31.

// Alokacja dynamiczna - 1

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt() {};

void ustaw(int c, int d)

{ x = c; y = d; }

int fx() { return x; }

int fy() { return y; }

private:

int x,y;

};

int main() {

Punkt* wsk;

wsk = new Punkt [3];

if (!wsk)

{

cerr << Nieudana alokacja\n;

return 1;

}

for (int i = 0; i < 3; i++)

wsk[i].ustaw(i,i);

delete [] wsk;

return 0;

}

Dyskusja. Program tworzy tablic� trzech obiekt�w typu Punkt w pami
ci swobodnej. Poniewa
dla tablicy dynamicznej nie mo
na poda
warto
ci inicjuj
cych w jej deklaracji, w klasie Punkt zdefiniowano tylko konstruktor domy
lny. Inicjowanie tablicy odbywa si
w p
tli for, za pomoc
funkcji sk
adowej Punkt::ustaw(). Poniewa
w klasie Punkt nie zdefiniowano destruktora, zastosowano sk
adni
operatora delete bez symbolu “[]”.

Przyk�ad 6.32.

// Alokacja dynamiczna - 2

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

Punkt(): x(0),y(0) {};

~Punkt() { cout << Destrukcja...\n; }

int fx() { return x; }

int fy() { return y; }

private:

int x,y;

};

int main() {

Punkt* wsk;

wsk = new Punkt [3];

if (!wsk)

{

cerr << Nieudana alokacja\n;

return 1;

}

for (int i = 0; i < 3; i++)

cout << wsk[i].fx() << '\t'

<< wsk[i].fy() << endl;

delete [] wsk;

return 0;

}

Dyskusja. W tym przyk�adzie klasa Punkt zawiera definicj
destruktora; teraz odzyskiwanie pami
ci przydzielonej dla wsk jest nast
puje przez wywo
anie destruktora dla ka
dego obiektu sk
adowego tablicy. Ilustruje to wydruk z programu:

0 0

0 0

0 0

Destrukcja...

Destrukcja...

Destrukcja...

7.7. Wska
niki do element�w klasy

Poznane dot�d konwencje notacyjne nie dawa�y nam mo�liwoœci wyra�enia w spos�b jawny wskaŸnika do elementu sk�adowego klasy. Dla zmiennej sk�adowej klasy mo�liwoœ� tak� stwarza deklaracja o postaci:

klasa::*wsk = &klasa::zmienna;

gdzie: klasa jest nazw
klasy, w kt�rej jest zadeklarowana zmienna o nazwie zmienna, za
wsk jest wska
nikiem do tej zmiennej. Wska
nik jest inicjowany wyra
eniem z prawej strony operatora “=”.

Dla funkcji sk�adowej klasy stosuje si� nast�puj�c� posta� deklaracji wskaŸnika:

typ (klasa::*wskf)(arg) = &klasa::funkcja;

gdzie: typ jest typem warto
ci obliczonej przez funkcj
funkcja, wskf jest wska
nikiem do tej funkcji, za
arg jest wykazem argument�w (sygnatur
), z opcjonalnymi identyfikatorami. Wska
nik jest inicjowany wyra
eniem z prawej strony operatora “=”.

Zauwa�my, �e w powy�szych deklaracjach u�ywa si� binarnego operatora “::*”, kt�ry informuje kompilator, i� wskaŸniki wsk i wskf maj
zasi
g klasy. Wska
niki s
inicjowane adresami wskazywanych sk
adowych klasy. Przypomnijmy,
e dla dost
pu bezpo
redniego do element�w klasy u
ywali
my operatora “::”.

Inicjowanie wskaŸnik�w adresami element�w sk�adowych bezpoœrednio w ich deklaracji nie jest, rzecz jasna, obowi�zkowe. W instrukcji deklaracji wskaŸnik mo�na zainicjowa� zerem (0 lub NULL), lub te� mo�na mu przypisa� odpowiedni adres w instrukcji przypisania. Tak wi�c mo�emy np. zadeklarowa�:

klasa::*wsk1 = 0; // lub NULL

klasa::*wsk2 = &klasa::zmienna;

wsk1 = wsk2;

WskaŸniki do zmiennych sk�adowych klasy okaza�y si� u�yteczn� metod� wyra�ania “topografii” klasy, tj. wzgl�dnego po�o�enia element�w w klasie w spos�b niezale�ny od implementacji. Podany ni�ej przyk�ad ilustruje deklaracj� wskaŸnika oraz spos�b dost�pu do zmiennej sk�adowej x klasy Punkt.

Przyk�ad 6.33.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

int x;

};

int Punkt::*wskx = &Punkt::x;

int main() {

Punkt punkt1;

punkt1.*wskx = 10;

cout << punkt1.x << endl;

return 0;

}

Dyskusja. Zauwa�my, �e odwo�anie do zmiennej sk�adowej Punkt::x jest mo
liwe tylko poprzez wyst
pienie tej klasy, tj. obiekt punkt1. Posta
odwo
ania po
redniego (.*) r�
ni si
od bezpo
redniego (.) dodaniem symbolu “*”, za
typem wska
nika wskx jest Punkt::*. Zwr�
my te
uwag
na fakt,
e zmienna sk
adowa x jest publiczna w klasie. Gdyby zmienna sk
adowa by
a prywatna, to pr�ba dost
pu do adresu tej sk
adowej by
aby zasygnalizowana przez kompilator jako b

d. W takim przypadku nale
a
oby rozszerzy
deklaracj
klasy o odpowiedni
funkcj
zaprzyja
nion
, doda
w klasie Punkt definicj
funkcji, przekazuj
cej warto

x:

friend int f(Punkt& p)

{

int Punkt::*wskx = &Punkt::x;

p.*wskx = 10;

return p.x;

}

i wywo�a� j� dla obiektu punkt1, np w instrukcji:

cout << f(punkt1);

Przy deklarowaniu wskaŸnika do statycznej zmiennej (a tak�e funkcji) sk�adowej klasy nie mo�na mu nada� typu klasa::*, jak dla sk
adowej niestatycznej, poniewa
kompilator nie przydziela pami
ci dla sk
adowej statycznej w
adnym obiekcie danej klasy. Tak wi
c w tym przypadku mamy zwyk
y wska
nik.

Przyk�ad 6.34.

#include <iostream.h>

class Punkt {

public:

static int x;

};

int Punkt::x = 10;

int* wskx = &Punkt::x;

int main() {

cout << *wskx << endl;

return 0;

}

Dyskusja. Zgodnie z obowi�zuj�cymi zasadami sk�adowa statyczna x zosta
a zainicjowana poza blokiem klasy Punkt warto
ci
10. W deklaracji wska
nika do tej sk
adowej, wskx, nie wyst
pi
operator “::*”, lecz tylko “*”. Poniewa
x jest samodzielnym obiektem typu int, zatem wskx jest typu int*, a odwo
anie do warto
ci zmiennej x ma posta
*wskx.

Znacznie wi�cej korzyœci daje zadeklarowanie wskaŸnika do funkcji sk�adowej klasy. Jest to jeden ze sposob�w wprowadzenia zmiany zachowania si� funkcji w fazie wykonania. WskaŸnik do niestatycznej funkcji sk�adowej mo�emy wprowadzi� w deklaracji klasy i u�ywa� go do wywo�a� funkcji po uprzednim w�aœciwym zainicjowaniu. W deklaracji wskaŸnika nale�y poda� zar�wno typ klasy zawieraj�cej wskazywan� funkcj� sk�adow�, jak i sygnatur� tej funkcji. Podanie tych informacji jest wymagane przez kompilator, jako �e C++ jest j�zykiem o silnej typizacji i sprawdza nawet wskaŸniki do funkcji.

Maj�c zadeklarowany wskaŸnik mo�emy mu przypisywa� adresy innych funkcji sk�adowych pod warunkiem, �e funkcje te maj� t� sam� liczb� i typy parametr�w oraz typ obliczanej wartoœci. Podany ni�ej przyk�ad ilustruje u�ywan� w tym przypadku notacj�.

Przyk�ad 6.35.

#include <iostream.h>

class Firma {

public:

char* nazwa;

Firma(char* z): nazwa(z) {}; // Konstruktor

~Firma() {}; // Destruktor

void podaj(int x)

{

cout << nazwa << << x << '\n';

}

};

typedef void(Firma::*WSKFI) (int);

int main() {

Firma frm1(firma1);

Firma* wsk = &frm1;

WSKFI wskf = &Firma::podaj;

frm1.podaj(1);

(frm1.*wskf)(2);

(wsk->*wskf)(3);

return 0;

}

Wydruk z programu ma posta�:

firma1 1

firma1 2

firma1 3

Dyskusja. Deklaracja typedef void(Firma::*WSKFI) (int);

wprowadza nazw� WSKFI dla wska
nika do funkcji typu void o zasi
gu klasy Firma i jednym argumencie typu int. Identyfikator WSKFI u
ywa si
nast
pnie dla zadeklarowania wska
nika wskf, zainicjowanego adresem funkcji sk
adowej podaj() klasy Firma. W programie pokazano trzy sposoby drukowania zawarto
ci pola Firma::nazwa obiektu frm1:

instrukcja frm1.podaj(1);

korzysta z operatora “.” dost�pu bezpoœredniego;

instrukcja (frm1.*wskf)(2);

korzysta z operatora “.*” dost�pu poœredniego;

instrukcja (wsk->*wskf)(3);

korzysta z operatora “->*”, kt�ry jest operatorem dost�pu poœredniego dla wskaŸnika wsk do obiektu frm1.

Operatory .* i ->* wi��� wskaŸniki z konkretnym obiektem, daj�c w wyniku funkcj�, kt�ra mo�e by� u�yta w wywo�aniu. Binarny operator .* wi��e sw�j prawy operand, kt�ry musi by� typu "wskaŸnik do sk�adowej klasy T" z lewym operandem, kt�ry musi by� typu "klasy T". Wynikiem jest funkcja typu okreœlonego przez drugi operand. Analogicznie ->*. Priorytet () jest wy�szy ni� .* i ->*, tak �e nawiasy s� konieczne. Gdyby pomin�� nawiasy, to np. wyra�enie:

frm1.*wskf(2);

by�oby potraktowane jako

frm1.*(wskf(2))

czyli jako wartoœ� sk�adowej obiektu frm1, na kt�r
wskazuje warto

zwracana przez zwyk

funkcj
wskf().

Uwaga. Wartoœciowanie wyra�enia z operatorem '.*' lub '->*' daje l-wartoœ�, je�eli prawy operand jest l-wartoœci�.

Kolejny przyk�ad mo�na potraktowa� jako fragment oprogramowania systemu nadzorowania obiektu, w kt�rym sygna� przychodz�cy do miejsca oznaczonego jako przycisk wyzwala odpowiedni
reakcj
systemu. Sygna
0 oznacza stan normalny, sygna
1 ewentualne zagro
enie (alert), za
sygna
2 alarm. Stany te mog
by
wy
wietlane na ekranie (jak w programie), lub powodowa
inn
reakcj
(np. odpowiednie sygna
y d
wi
kowe).

Przyk�ad 6.36.

#include <iostream.h>

class Ochrona {

public:

char* nazwa;

Ochrona(char* z): nazwa(z) {}; // Konstruktor

~Ochrona() {}; // Destruktor

void (Ochrona::*przycisk) (int j); // Wskaznik

void kontrola(int);

void norma(int x)

{ cout << STAN NORMALNY << endl; }

void alert(int y) { cout << POGOTOWIE << endl; }

void alarm(int z) { cout << ALARM!!! << endl; }

};

void Ochrona::kontrola(int w)

{

switch (w) {

case 0: przycisk = &Ochrona::norma; norma(w);

break;

case 1: przycisk = &Ochrona::alert; alert(w);

break;

case 2: przycisk = &Ochrona::alarm; alarm(w);

break;

}

}

int main() {

Ochrona ob(System1);

typedef void (Ochrona::*WSKFI) (int);

WSKFI wskf = &Ochrona::kontrola;

int ii;

cin >> ii;

(ob.*wskf)(ii);

Ochrona* wsk = &ob;

(wsk->*wskf)(ii);

(ob.*(ob.przycisk))(ii);

return 0;

}

Przyk�adowy wydruk z programu dla ii==1, ma posta�:

ALARM!!!

ALARM!!!

ALARM!!!

Dyskusja. Podobnie jak w poprzednim przyk�adzie u�yto deklaracji typedef dla �atwiejszego odwo�ywania si� do wskaŸnik�w funkcji. W klasie Ochrona zadeklarowano “funkcj
sk
adow
” przycisk, kt�ra pos
u
y
a w ostatniej przed return instrukcji programu do sprawdzenia, jaki sygna
zosta
przekazany do systemu nadzorowania. Termin “funkcja sk
adowa” uj
li
my w znaki cudzys
owu, poniewa
przycisk nie jest funkcj
, lecz wska
nikiem funkcji, ustawianym w bloku funkcji kontrola na adres funkcji norma(), alert(), lub alarm(). W instrukcji switch jest podejmowana decyzja o tym, kt�r
z funkcji sk
adowych nale
y wywo
a
dla zadanego parametru aktualnego ii. Wykonanie programu przebiega nast
puj
co:

Pierwsza instrukcja w bloku main() wo
a konstruktor Ochrona(char*) i tworzy obiekt ob. W instrukcji WSKFI wskf = &Ochrona::kontrola; wska
nik wskf jest inicjowany na adres funkcji sk
adowej kontrola(). Po wczytaniu warto
ci ii (np. 2), wykonywana jest instrukcja (ob.*wskf)(ii);, tzn. przez wska
nik wskf zostaje wywo
ana funkcja sk
adowa kontrola(2). W funkcji kontrola() wska
nikowi przycisk zostaje przypisany adres funkcji sk
adowej alarm(), po czym zostaje wywo
ana funkcja alarm() z parametrem aktualnym 2. Po wykonaniu funkcji alarm(), a nast
pnie instrukcji break; program opuszcza blok funkcji kontrola(). W programie zadeklarowano r�wnie
wska
nik do obiektu klasy Ochrona i zainicjowano go adresem obiektu ob. Pos
u
y
o to do wywo
ania funkcji kontrola() z instrukcji (wsk->*wskf)(ii), w kt�rej wska
nik wsk odwo
uje si
do wska
nika wskf, a ten wywo
uje funkcj
kontrola(2) i dalej proces biegnie jak poprzednio. Ostatnia instrukcja, (ob.*(ob.przycisk))(ii) odwo
uje si
bezpo
rednio do funkcji alarm(), poniewa
wska
nik przycisk zosta
ju
wcze
niej ustawiony na adres tej funkcji. Program ko
czy wykonanie wywo
aniem destruktora ~Ochrona().

7.8. Klasy w programach wieloplikowych

Przyj
tym standardem dla program�w wieloplikowych jest umieszczanie deklaracji klas w pliku (plikach) nag
�wkowym. Definicje funkcji sk
adowych oraz definicje inicjuj
ce zmienne statyczne klas s
umieszczane w pliku (plikach)
r�d
owym. Mo
liwa jest wtedy oddzielna kompilacja plik�w
r�d
owych, kt�ra oszcz
dza czas, poniewa
w przypadku zmian w programie powt�rna kompilacja jest wymagana tylko dla plik�w, kt�re zosta
y zmienione. Ponadto wiele implementacji zawiera program o nazwie make, kt�ry zarz
dza ca

kompilacj
i konsolidacj
dla projektu programistycznego; program make rekompiluje tylko te pliki, kt�re zosta
y zmienione od czasu ostatniej kompilacji. Zauwa
my te
,
e rozdzielna kompilacja zach
ca programist�w do tworzenia og�lnie u
ytecznych plik�w tymczasowych (pliki z rozszerzeniem nazwy .o pod systemem Unix, lub .obj pod systemem MS-DOS) i bibliotek, kt�re mog
wielokrotnie wykorzystywa
w swoich w
asnych programach i dzieli
je z innymi u
ytkownikami.

Podany ni
ej przyk
ad ilustruje wykorzystanie w programie wieloplikowym tzw. bezpiecznych tablic. Przymiotnika “bezpieczny” u
ywamy tutaj nie bez powodu. Dotychczas pomijali
my milczeniem fakt,
e j
zyk C++ nie ma wbudowanego mechanizmu kontroli zakresu tablic. Wskutek tego jest mo
liwe np. wpisywanie warto
ci do element�w tablicy poza zakresem wcze
niej zadeklarowanych indeks�w. Ten niepo

dany efekt odnosi si
zar�wno do przekroczenia zakresu od do
u (ang. underflow), jak i od g�ry (ang. overflow), i to w r�wnym stopniu do tablic alokowanych w pami
ci statycznej, na stosie funkcji, czy te
w przypadku alokacji dynamicznej w pami
ci swobodnej. I tutaj, jak w wielu innych przypadkach, przychodzi nam z pomoc
mechanizm klas. W podanym ni
ej przyk
adzie zdefiniowano trzy klasy tablic z elementami typu int, double oraz char*. Wszystkie trzy klasy zawieraj
dwa rodzaje funkcji sk
adowych pierwsza, wstaw(), s
u
y do zapisywania informacji w tablicy, za
druga, pobierz(), s
u
y do wyszukiwania informacji w tablicy. Te dwie funkcje s
w stanie sprawdza
w fazie wykonania programu, czy zakresy tablicy nie zosta
y przekroczone.

Przyk
ad 6.37.

// Plik TABLICA.H pod DOS, tablica.h pod Unix

// Bezpieczna tablica: elementy typu int

class tabint {

public:

tabint(int liczba);

int& wstaw(int i);

int pobierz(int i);

private:

int rozmiar, *wsk;

};

// Bezpieczna tablica: elementy typu double

class tabdouble {

double* wsk;

public:

tabdouble(int liczba);

double& wstaw(int i);

double pobierz(int i);

private:

int rozmiar;

};

// Bezpieczna tablica: elementy typu char

class tabchar {

public:

tabchar(int liczba);

char& wstaw(int i);

char pobierz(int i);

private:

int rozmiar;

char* wsk;

};

// Plik Tablica.CPP pod DOS, tablica.c pod Unix

// Definicje funkcji klas tabint, tabdouble, tabchar

#include tablica.h

#include <iostream.h>

#include <stdlib.h>

// Funkcje klasy tabint

// Konstruktor

tabint::tabint(int liczba) {

wsk = new int [liczba];

if (!wsk) {

cout << Brak alokacji\n;

exit (1); }

rozmiar = liczba; }

// Wstaw element do tablicy.

int& tabint:: wstaw (int i) {

if(i < 0 || i >= rozmiar) {

cout << Przekroczenie zakresu!!!\n;

exit (1);

}

return wsk[i]; // zwraca referencje do wsk[i]

}

// Pobierz element z tablicy.

int tabint::pobierz(int i) {

if (i < 0 || i > rozmiar)

{

cout << Przekroczenie zakresu!!!\n;

exit(1);

}

return wsk[i]; // zwraca element

}

// Funkcje klasy tabdouble

tabdouble::tabdouble(int liczba)

{

wsk = new double [liczba];

if (!wsk)

{

cout << Brak alokacji\n;

exit (1);

}

rozmiar = liczba;

}

double& tabdouble:: wstaw (int i)

{

if(i < 0 || i >= rozmiar)

{

cout << Przekroczenie zakresu!!!\n;

exit (1);

}

return wsk[i]; // zwraca referencje do wsk[i]

}

double tabdouble::pobierz(int i)

{

if (i < 0 || i > rozmiar)

{

cout << Przekroczenie zakresu!!!\n;

exit(1);

}

return wsk[i]; // zwraca element

}

// Funkcje klasy tabchar

tabchar::tabchar(int liczba) {

wsk = new char [liczba];

if (!wsk) {

cout << Brak alokacji\n;

exit (1); }

rozmiar = liczba;

}

char& tabchar:: wstaw (int i) {

if(i < 0 || i >= rozmiar) {

cout << Przekroczenie zakresu!!!\n;

exit (1); }

return wsk[i]; // zwraca referencje do wsk[i]

}

char tabchar::pobierz(int i)

{

if (i < 0 || i > rozmiar)

{

cout << "Przekroczenie zakresu!!!\n";

exit(1);

}

return wsk[i]; // zwraca element

}

// Plik MAINTAB.CPP pod DOS, maintab.c pod Unix

#include tablica.h

#include <iostream.h>

int main() {

tabint tab(5);

tab.wstaw(3) = 13;

tab.wstaw(2) = 12;

cout << tab.pobierz(3) << endl

<< tab.pobierz(2) << endl;

// Teraz przekroczenie zakresu

tab.wstaw(6) = '!';

return 0;

}

7.9. Szablony klas i funkcji

Szablony lub wzorce (ang. template), nazywane r�wnie
typami parametryzo­wanymi, pozwalaj
definiowa
wzorce dla tworzenia klas i funkcji. Dla lepszego zrozumienia podstawowych koncepcji pos
u
ymy si
analogi
z matematyki.

Matematyka operuje cz
sto poj
ciem r�wnania parametrycznego, kt�re pozwala generowa
jedno- lub wieloparametrowe rodziny krzywych i prostych. W takich r�wnaniach wyst
puj
og�lne wyra
enia matematyczne, kt�rych warto
ci s
zale
ne od zmiennych lub sta
ych, nazywanych parametrami. Tak wi
c parametr mo
na okre
li
jako zmienn
lub sta

, kt�ra wyr�
nia przypadki szczeg�lne og�lnego wyra
enia. Np. og�lna posta
r�wnania prostej

y = mx + b

gdzie m jest sta

, pozwala generowa
rodzin
prostych r�wnoleg
ych o nachyleniu m. Podobnie r�wnanie

(x-a)2+(y-b)2=r2

przy ustalonej warto
ci r, s
u
y do generacji rodziny okr
g�w o po
o
eniu
rodka zale
nym od parametr�w a i b.

Koncepcja klasy nawi
zuje w pewnym stopniu do tych idei. Klas
mo
na traktowa
jako generator rodziny obiekt�w, w kt�rej ka
demu obiektowi przydziela si
niejawny parametr, ustalaj
cy jego to
samo

. Ponadto rodzin
obiekt�w mo
na parametryzowa
przez nadawanie r�
nych warto
ci ich zmiennym sk
adowym. Mo
na wtedy wyr�
ni
dwa charakterystyczne przypadki.

Obiekt jest tworzony za pomoc
konstruktora generowanego przez kompilator.

Obiekt jest tworzony za pomoc
konstruktora zdefiniowanego przez programist
.

W pierwszym przypadku zmiennym sk
adowym r�
nych obiekt�w mo
na nadawa
r�
ne warto
ci po uprzednim utworzeniu obiekt�w z warto
ciami domy
lnymi. W przypadku drugim u
ytkownik ma wi
cej mo
liwo
ci: mo
e on np. zdefiniowa
konstruktor z pust
list
argument�w, z argumentami domy
lnymi, b
d
definiowa
konstruktory przeci

one.

Wszystko to jednak dzieje si
na poziomie jednej rodziny obiekt�w, w ramach jednej definicji klasy. Nasuwa si
w zwi
zku z tym pytanie: czy mo
na zmieni
deklaracj
klasy w taki spos�b, aby stworzy
sobie mo
liwo

generowania wielu roz

cznych rodzin obiekt�w?

Skoro zacz
li
my od analogii matematycznej dla schematu klasa-rodzina obiekt�w, spr�bujmy poszuka
nast
pnej analogii. W geometrii analitycznej rozwa
a si
m.in. przekroje sto
ka ko
owego p
aszczyznami. W zale
no
ci od nachylenia p
aszczyzny tn
cej otrzymuje si
szereg rodzin parametryzowanych krzywych: rodzin
okr
g�w, rodzin
elips, rodzin
parabol i rodzin
hiperbol.

By
mo
e, i
takie w
a
nie analogie nasuwa
y si
tw�rcom obowi
zuj
cej obecnie wersji 4.0 kompilatora j
zyka C++. Wprowadzona w tej wersji deklaracja szablonu ma nast
puj
c
posta
og�ln
:

template<argumenty> deklaracja

gdzie:

• s
  owo kluczowe (specyfikator) template sygnalizuje kompilatorowi wyst
  pienie deklaracji szablonu,

• s
  owo argumenty oznacza list
  argument�w (parametr�w) szablonu,

• s
  owo deklaracja oznacza deklaracj
  klasy lub funkcji.

Lista argument�w szablonu mo
e si
sk
ada
z rozdzielonych przecinkami argument�w, przy czym ka
dy argument musi by
postaci class nazwa, lub deklaracj
argumentu. Wynika st
d,
e nazwy argument�w mog
si
odnosi
zar�wno do klas, jak i do typ�w wbudowanych, b
d
zdefiniowanych przez u
ytkownika.

Deklaracja szablonu mo
e wyst
powa
jedynie jako deklaracja globalna, a nazwy u
ywane w szablonie stosuj
si
do wszystkich regu
dost
pu i kontroli.

7.9.1. Szablony klas

Deklaracj
szablonu mo
na wykorzystywa
do definiowania klas wzorcowych. W takim przypadku po zamykaj
cym nawiasie k
towym umieszcza si
definicj
odpowiedniej klasy, np.

template <class T> class stream { /* ... */ };

Wyst
puj
ca we wzorcu nazwa klasy stream mo
e by
nast
pnie u
ywana wsz
dzie tam, gdzie dopuszcza si
u
ywanie nazwy klasy, np. w bloku funkcji mo
emy zadeklarowa
wska
niki do tej klasy:

class stream<char> *firststream, *secondstream;

Przyk
ad 6.38.

#include <iostream.h>

template<class Typ>

class Tablica {

// Klasa parametryzowana typem element�w tablicy

public:

Tablica(int); // Deklaracja konstruktora

~Tablica() { delete [] tab; } // Destruktor

Typ& operator [] (int j) { return tab[j]; }

private:

Typ* tab; // Wskaz do tablicy

int rozmiar;

};

template<class Typ>

Tablica<Typ>::Tablica(int n) // Konstruktor

{ tab = new Typ[n]; rozmiar = n; }

int main() {

// Tablica 10-elementowa. Elementy typu int

Tablica<int> x(10);

for(int i = 0; i < 10; ++i) x[i] = i;

for(i = 0; i < 10; ++i) cout << x[i] << ' ';

cout << endl;

// Tablica 5-elementowa. Elementy typu double

Tablica<double> y(5);

// Tablica 6-elementowa. Elementy typu char

Tablica<char> z(6);

return 0;

}

Dyskusja. Ka
de wyst
pienie nazwy klasy Tablica wewn
trz deklaracji klasy jest skr�tem zapisu Tablica<Typ>, np. gdyby deklaracj
konstruktora zast
pi
definicj
, to mia
aby ona posta
:

Tablica<int n> {tab = new Typ[n]; rozmiar = n; }

Deklaracja Tablica<int> x(10); wywo
uje konstruktor z parametrem 10 przekazywanym przez warto

. Konstruktor tworzy 10-elementow
tablic
dynamiczn
o elementach typu int. Deklarator tablicy, [], zosta
zdefiniowany w tre
ci klasy jako przeci

ony operator[]. Dzi
ki temu obiekty klasy Tablica<Typ> mo
na indeksowa
tak samo, jak zwyk
e tablice. Warto r�wnie
zwr�ci
uwag
na zwi
z
o

zapisu: deklaracje tablic typu double oraz char korzystaj
z tego samego szablonu, co tablica typu int
adna z nich nie wymaga uprzedniej definicji.

Gdyby pisanie nazwy klasy wzorcowej z obowi
zuj
cymi nawiasami k
towymi okaza
o si
nu

ce dla u
ytkownika, mo
na u
y
konstrukcji z typedef dla wprowadzenia synonim�w. Mo
na np. wprowadzi
zast
pcze nazwy deklaracjami

typedef Tablica<int> tabint;

typedef Tablica<char> tabchar;

i stosowa
te nazwy dla tworzenia odpowiednich tablic

tabint x(10);

tabchar z(6);

7.9.2. Szablony funkcji

Szablon funkcji okre
la spos�b konstrukcji poszczeg�lnych funkcji. Np. rodzina funkcji sortuj
cych mo
e by
zadeklarowana w postaci:

template <class Typ> void sort(Tablica<Typ>);

Szablon funkcji wyznacza de facto nieograniczony zbi�r (przeci

onych) funkcji. Generowan
z szablonu funkcj
nazywa si
funkcj
wzorcow
. Przy wywo
aniach funkcji wzorcowych nie podaje si
jawnie argument�w wzorca. Zamiast tego u
ywa si
mechanizmu rozpoznawania (ang. resolution) wywo
ania. Dopuszcza si
przy tym przeci

anie funkcji wzorcowej przez zwyk
e funkcje o takiej samej nazwie, lub przez inne funkcje wzorcowe o takiej samej nazwie. W omawianych przypadkach stosowany jest nast
puj
cy algorytm rozpoznawania.

Sprawd
, czy istnieje dok
adne dopasowanie wywo
ania do prototypu funkcji. Je
eli tak, to wywo
aj funkcj
.

Poszukaj szablonu funkcji, z kt�rego mo
e by
wygenerowana funkcja dok
adnie dopasowana do wywo
ania. Je
eli znajdziesz taki szablon, wywo
aj go.

Wypr�buj zwyk
e metody dopasowania argument�w (promocja,konwersja) dla funkcji przeci

onych. Je
eli znajdziesz odpowiedni
funkcj
, wywo
aj j
.

Taki sam proces rozpoznawania jest stosowany dla wska
nik�w do funkcji.

Podany ni
ej elementarny przyk
ad jest ilustracj
kroku 2 algorytmu. Jedyn
, jak si
wydaje, korzy
ci
z zastosowanego tutaj szablonu jest kr�tki kod
r�d
owy. Gdyby
my zastosowali poznany wcze
niej mechanizm przeci

ania funkcji, to by
oby konieczne podanie trzech oddzielnych definicji odpowiednio dla typ�w int, double oraz char.

Przyk
ad 6.39.

#include <iostream.h>

// Szablon

template <class T>

T max( T a, T b ) { return a > b ? a : b; }

int main() {

int i = 2, j = max(i,0);

cout << Max integer: << j << endl;

double db = 1.7, dc = max(db,3.14);

cout << Max double: << dc << endl;

char z1 = 'A', z2 = max(z1,'B');

cout << Max char: << z2 << endl;

return 0;

}

Interesuj
cym przyk
adem zastosowania szablon�w mo
e by
definicja funkcji, kt�rej zadaniem jest kopiowanie sekwencyjnych struktur danych. Definicj
t
zastosujemy do kopiowania sekwencji znak�w.

Przyk
ad 6.40.

#include <iostream.h>

template < class We, class Wy >

Wy copy ( We start, We end, Wy cel )

{

while ( start != end )

*cel++=*start++;

return cel;

}

void main () {

char* hello = Hello ;

char* world = world;

char komunikat[15];

char* wsk = komunikat;

wsk = copy ( hello, hello+6, wsk );

wsk = copy ( world, world+5, wsk );

*wsk = '\0';

cout << komunikat << endl;

}

Analiza programu. Pierwsze wywo
anie funkcji copy kopiuje warto

Hello" do pierwszych sze
ciu znak�w (zwr�
my uwag
na spacj
po znaku 'o') tablicy komunikat, za
druga kopiuje warto

"world" do nast
pnych pi
ciu znak�w tablicy. Po tych operacjach zmienna p wskazuje na znak (nieokre
lony, poniewa
tablica komunikat nie zosta
a zainicjowana) wyst
puj
cy bezpo
rednio po literze 'd' s
owa "world". Nast
pnie do wskazania *p przypisujemy znak zerowy '\0', aby otrzyma
normaln
posta

a
cucha stosowan
w j
zyku C++. Ostatni
instrukcj
wstawiamy zmienn
komunikat do strumienia cout.

7.10. Klasy zagnie
d
one

Klasa mo
e by
deklarowana wewn
trz innej klasy. Je
eli klas
B zadeklarujemy wewn
trz klasy A, to klas
B nazywamy zagnie
d
on
w klasie A. Klasa zagnie
d
ona jest widoczna tylko w zasi
gu zwi
zanym z deklaracj
klasy wewn
trznej. Miejscem deklaracji klasy zagnie
d
onej mo
e by
cz


publiczna, prywatna, lub chroniona klasy otaczaj
cej. Zauwa
my,
e zagnie
d
enie jest przyk
adem asocjacji: klasa wewn
trzna jest deklarowana jedynie w tym celu, aby umo
liwi
wykorzystanie jej zmiennych i funkcji sk
adowych klasie zewn
trznej. Typowym przyk
adem mo
e tu by
asocjacja grupuj
ca; np. w klasie Komputer mo
emy zagnie
dzi
klasy Procesor i Pami

. Je
eli pami

potraktujemy jako tablic
jednowymiarow
, to wykonanie operacji dodaj liczb
a do liczby b b
dzie wymaga
zadeklarowania obiektu klasy Procesor z funkcjami pobierz() i wykonaj() oraz z licznikiem rozkaz�w, kt�ry b
dzie wskazywa
kolejne adresy pami
ci.

Przyk
ad 6.41.

#include <iostream.h>

class Otacza {

public:

class Zawarta {

public:

Zawarta(int i): y(i) {} //Konstruktor

int podajy() { return y; }

private:

int y;

};

Otacza(int j): x(j){} //Konstruktor

int podajx() { return x; }

private:

int x;

};

int main() {

Otacza zewn(7);

int m,n;

m = zewn.podajx();

cout << m << endl;

Otacza::Zawarta wewn(9);

n = wewn.podajy();

cout << n << endl;

return 0;

}

Dyskusja. Instrukcja deklaracji Otacza zewn(7); wywo
uje konstruktor klasy zewn
trznej Otacza(int j){x=j;} z parametrem aktualnym j=7, inicjuj
c x na warto

7. Instrukcja m=zewn.podajx(); wywo
uje funkcj
sk
adow
podajx() klasy zewn
trznej. Obiekt wewn klasy Zawarta jest tworzony instrukcj
deklaracji Otacza::Zawarta wewn(9);.

7.11. Struktury i unie jako klasy

W j
zyku C++ struktury i unie s
w zasadzie “pe
noprawnymi” klasami. Poni
ej wyliczono te cechy struktur i unii, kt�re wyr�
niaj
je w stosunku do klas, deklarowanych ze s
owem kluczowym class.

• Struktura jest klas
  , deklarowan
  ze s
  owem kluczowym struct; elementy sk
  adowe struktury oraz jej klasy bazowe s
  domy
  lnie publiczne.

• Unia jest klas
  , deklarowan
  ze s
  owem kluczowym union; elementy sk
  adowe unii s
  domy
  lnie publiczne; unia utrzymuje w danym momencie czasu tylko jedn
  sk
  adow
  .

• Struktura mo
  e zawiera
  funkcje sk
  adowe, w
  
  cznie z konstruktorami i destruktorami.

• Unia nie mo
  e dziedziczy
  
  adnej klasy, ani nie mo
  e by
  klas
  bazow
  dla klasy pochodnej.

• Unia nie mo
  e zawiera
  
  adnej sk
  adowej statycznej, tj. deklarowanej ze s
  owem kluczowym static.

• Unia nie mo
  e zawiera
  obiektu, kt�ry ma konstruktor lub destruktor. Tym niemniej unia mo
  e mie
  konstruktor i destruktor.

• Niekt�re kompilatory nie akceptuj
  prywatnych sk
  adowych unii.

Tak wi
c struktura r�
ni si
od klasy, deklarowanej ze s
owem kluczowym class jedynie tym,
e je
eli jej sk
adowe nie s
poprzedzone etykiet
private:, to s
one publiczne. Oznacza to,
e wszystkie zmienne i funkcje sk
adowe s
dost
pne za pomoc
operatora selekcji '.' lub w przypadku wska
nika do obiektu operatora “->”. Wobec” tego deklaracje:

class Punkt { public: int x,y; };

oraz

struct Punkt { int x,y; };

s
r�wnowa
ne. Podobnie r�wnowa
ne b
d
deklaracje:

class Punkt { int x,y; };

oraz

struct Punkt { private: int x,y; };

Pokazany ni
ej przyk
ad jest nieznaczn
modyfikacj
poprzedniego; w programie wyeliminowano funkcje sk
adowe podajx() oraz podajy(), poniewa
sk
adowe x oraz y s
teraz publiczne, a wi
c dost
pne bezpo
rednio.

Przyk
ad 6.42.

#include <iostream.h>

struct Otacza {

int x;

struct Zawarta

{

int y;

Zawarta(int i): y(i) {} //Konstruktor

};

Otacza(int j): x(j) {} //Konstruktor

};

int main() {

Otacza zewn(7);

int m,n;

cout << zewn.x << endl;

Otacza::Zawarta wewn(9);

cout << wewn.y << endl;

return 0;

}

Chocia
struktury maj
w zasadzie te same mo
liwo
ci co klasy, wi
kszo

programist�w stosuje struktury bez funkcji sk
adowych. S
one wtedy odpowiednikami struktur j
zyka C, b
d
rekord�w, definiowanych w j
zykach Pascal, czy Modula-2. Zalet
takiego stylu programowania jest wi
ksza czytelno

program�w: tam, gdzie nie jest wymagane ukrywanie informacji, u
ywa si
struktur w przeciwnym przypadku klas.

Pami
tamy z wcze
niejszego wprowadzenia,
e wprawdzie unia mo
e grupowa
sk
adowe r�
nych typ�w, ale tylko jedna ze sk
adowych mo
e by
“aktywna” w danym momencie. Jest to cecha, istotna w aspekcie ukrywania informacji: u
ywaj
c unii mo
emy tworzy
klasy, w kt�rych wszystkie dane wsp�
dziel
ten sam obszar w pami
ci. Jest to co
, czego nie da si
zrobi
, u
ywaj
c klas, deklarowanych ze s
owem kluczowym class.

Przyk
ad 6.43.

#include <iostream.h>

union bity {

bity (int n); //Deklaracja konstruktora

void podajbity();

int d;

unsigned char z[sizeof(int)];

};

bity::bity(int n): d(n) {} //Definicja konstruktora

void bity::podajbity()

{

int i,j;

for (j = sizeof(int)-1; j >= 0; j--)

{

cout << Wzorzec bitowy w bajcie << j << : ;

for (i = 128; i; i >>= 1)

if (i & z[j]) cout << 1;

else cout << 0;

cout << \n;

}

}

int main() {

bity obiekt(255);

obiekt.podajbity();

return 0;

}

Dyskusja. Przyk
ad prezentuje wykorzystanie unii do wy
wietlenia uk
adu bit�w w kolejnych bajtach liczby (255), podanej w wywo
aniu konstruktora. Wykonanie programu powinno da
wydruk o postaci:

Wzorzec bitowy w bajcie 1: 00000000

Wzorzec bitowy w bajcie 0: 11111111

---