Объектно-ориентированное программирование С++. Лекция 7 Карпов В.Э. - презентация

1 Объектно-ориентированное программирование С++. Лекция 7 Карпов В.Э.

2 ООП C++2 Дружественные функции и дружественные классы Иногда желательно дать функциям, не являющимися элементами, доступ к личной части объекта класса. Для этого в декларации класса помещается декларация функции, перед которой стоит ключевое слово friend. Особенности дружественных функций: дружественная функция может быть другом двух и более классов; декларация friend - это только декларация, вводящая имя функции в самую широкую область действия в программе; декларацию можно поместить как в private-, так и в public- части описания класса – компилятору это безразлично; дружественная функция лишь имеет права доступа к приватной части объекта: если она не является полноправной функцией-элементом, то у нее нет и указателя this. Иными словами, встретив ключевое слово friend, компилятор просто отключает проверку прав доступа. Замечание: Друзья не наследуются

3 ООП C++3 Пример 1 Функция - элемент одного класса может быть дружественной иному классу. class x {... void f(); }; class y {... friend void x::f(); // функция f() из класса x объявляется дружественной }; class x {... friend class y; //все функции класса y являются дружественными классу x }

4 ООП C++4 Пример 2 class X { private: int val; public: X(int=0) {val = v;}; friend int f(X&); friend int g(X); int h(X) { cout

5 ООП C++5 Переопределение операторов struct Complex { float re, im; Complex(float r=0, float i=0) { re = r; im = i; } Complex Plus(Complex &arg) { return Complex(re+arg.re, im+arg.im); } Complex Minus(Complex &arg) { return Complex(re-arg.re, im-arg.im); } }; … Complex a(1,1), b(2,3), c; c = a.Plus(b); c = a.Minus(b); Однако гораздо приятнее было бы использовать такие вызовы: c = a+b; c = a-b;

6 ООП C++6 Механизм переопределения Разрешены имена функций вида - некоторый зарезервированный в C++ оператор. Компилятор, встретив в программе выражение, в котором присутствует проверяет тип аргументов. Если аргументом является объект, то проверяется, была ли определена функция (в списке методов или еще где). Если да, то указание компилятор интерпретирует как вызов этой функции Использование оператора - это лишь сокращенная запись явного вызова функции оператора. Иными словами, имя функции – это При переопределении операторов нельзя менять старшинство операций и их синтаксис.

7 ООП C++7 Бинарные и унарные операторы Бинарные операторы: как функция-элемент с одним аргументом: как внешняя функция с двумя аргументами: Унарные операторы: как функция-элемент без аргументов: как внешняя функция с одним аргументом: Обычно в качестве внешних функций используют дружественные данному классу функции. По крайней мере, это бывает удобно.

8 ООП C++8 Пример class Compl {private:double re, im; public: void show() {cout

9 ООП C++9 Продолжение int Compl::operator[](int a) { cout

10 ООП C++10 Скобочные операторы При переопределении квадратных скобок ([]) компилятор требует наличия одного аргумента (любого типа). При переопределении круглых скобок количество аргументов произвольно. В частности, можно переопределять круглые скобки, используя неопределенное количество аргументов. class A { … int operator[](A x) { … } A operator()(int i, int j, int k) { … } A operator()(...); };

11 ООП C++11 Постфиксные и префиксные операторы При переопределении операторов вида '++' или '--' следует иметь в виду: эти операторы утрачивают свою порядковую значимость: Результат вычисления выражения b = a++; будет таким же, как и b = ++a; Т.е. сначала будет отработан оператор '++', а затем произойдет присваивание. Это связано с механизмом подстановки, когда вместо b = a++ и b = ++a компилятор сформирует вызов b = a.operator++();

12 ООП C++12 Операторы new и delete Ограничения на применение переопределения этих операторов достаточно естественны и касаются типов аргументов: void operator delete(void *x) {... } void *operator new(size_t x) {... }

13 ООП C++13 Объединения Объединение – это структура, в которой все элементы имеют одинаковый адрес. Обычно объединения применяются в целях экономии памяти. Например, если в каждый момент времени значимым является только один элемент структуры, то целесообразно применять именно объединение. Исходя из определения объединения как структуры (и, следовательно, класса), справедливыми должны быть все соглашения, касающиеся работы с объектами (определения методов, конструкторов, деструкторов и т.п.) Использование объединений имеет некоторые особенности и ограничения. В частности, объединение не может использоваться как родительский класс или иметь родителей.

14 ООП C++14 Пример union U { int i; char c; U(int n) { i=n; } U(char n) { c=n; } void show() { printf("i=%d, c='%c'\n",i,c+'0');}; }; void main(void) { U a(1); a.show(); a='2'; a.show(); }

15 ООП C++15 ВИРТУАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ И ВИРТУАЛЬНЫЕ КЛАССЫ Раннее и позднее связывание Те правила (или методы) объектов, которые рассматривались нами выше, являлись статическими, т.е. во время компиляции программы каждый метод объекта однозначно связывался с реализующей его процедурой. Это – т.н. раннее связывание (т.е. связывание на этапе компиляции).

16 ООП C++16 Позднее связывание Несмотря на сгенерированный компилятором код процедур методов, объекту не известны их адреса. Связь метода с реализующей процедурой определяется на этапе выполнения программы (позднее связывание). Указание компилятору того, что следует использовать именно позднее связывание, осуществляется введением ключевого слова virtual при описании метода. Такой метод называется виртуальным.

17 ООП C++17 "Обычный" объект struct Person { void f(void) { printf("A::f()\n"); } void say(void) { printf("Person::say()\n"); } ~Person() { printf("~Person.\n"); } };

18 ООП C++18 Добавление виртуальности struct Person { void f(void) { printf("A::f()\n"); } virtual void say(void) { printf("Person::say()\n"); } virtual ~Person() { printf("~Person.\n"); } };

19 ООП C++19 Структура классов задачи Задача – создать гибкую (удобную) систему управления объектми. Производные классы Dog и Man

20 ООП C++20 Дочерний класс Dog struct Dog: public Person { char *name; Dog(char *n) { name = n; } virtual void say(void) { printf("Dog: my name is %s\n", name); } virtual ~Dog() { printf("~Dog.\n"); } };

21 ООП C++21 Дочерний класс Man struct Man: public Person { char *name; Man(char *n) { name = n; } virtual void say(void) { printf("Man: my name is %s\n", name); } virtual ~Man() { printf("~Man.\n"); } };

22 ООП C++22 "Маленькие" и "большие" объекты Пока мы получили механизм косвенного вызова метода, который, очевидно, работает медленнее метода непосредственной адресации. Попробуем выделить память следующим образом: Person *p; p = new Dog("Pif"); Общее правило: Меньшему можно присвоить большее, но не наоборот. Обоснование: природа (компилятор) не терпит неопределенности:

23 ООП C++23 "Маленькие" и "большие" объекты Person *p; p = new Dog("Pif");

24 ООП C++24 Виртуальность Person *p1, *p2; p1 = new Dog("Pif"); p2 = new Man("Tom"); p1->say(); p1->f(); p2->say(); p2->f(); delete p1; delete p2; say(); p1->f(); p2->say(); p2->f(); delete p1; delete p2;">

25 ООП C++25 Таблица виртуальных методов На этапе компиляции программы в том случае, если в описании методов объекта встречается слово virtual, для данного объекта будет автоматически создана структура, называемая Таблицей Виртуальных Методов или VMT (Virtual Methods Table). Эта таблица размещается в инициализированной части сегмента данных и выглядит так: class A { virtual void Show(); virtual void Hide(); virtual void Edit(); };

26 ООП C++26 Конструктор Конструктор может иметь столько параметров, сколько необходимо. Конструктор может выполнять различные полезные действия, однако все это – побочный эффект. Главное предназначение конструктора заключается в том, что при его вызове происходит инициализация адресов в VMT, т.е. происходит связывание методов с реализующими процедурами (позднее связывание). В C++ конструктор есть всегда (конструктор по умолчанию)

27 ООП C++27 Еще раз о деструкторах struct Person { … virtual ~Person() { printf("~Person.\n"); } }; struct Dog: public Person { … virtual ~Dog() { printf("~Dog.\n"); } }; Person *p = new Dog("Pif"); … delete p; Сначала сработает деструктор ~Dog, а затем – деструктор ~Person. Это – общее правило вызовов деструкторов в иерархии классов. C *c; … delete c; ~C() ~B() ~A()

28 ООП C++28 Виртуальные базовые классы Проблема множественного наследования - это дублирование наследуемых методов и переменных. class C: public A, public B Экземпляр C будет содержать 2 экземпляра класса Base, унаследованных от обоих родителей.

29 ООП C++29 Виртуальные родители Чтобы избавиться от подобного дублирования, следует объявить классы A и B следующим образом: class A: virtual public Base class B: virtual public Base Тогда в C будет содержаться только один экземпляр класса Base. Class C: public A, public B {…} Нахождение подобного рода неопределенностей – это задача компилятора.

30 ООП C++30 Абстрактные классы class A { virtual void f() = 0; } "virtual void f()=0;" - это объявление чисто виртуальной функции. Это делается во избежание возможных ошибок, чтоб не забыть переопределить метод в дальнейшем (в Smalltalk'е описывается как «определено в подклассе»). Задача компилятора - выдать сообщение об ошибке при обращении к чисто виртуальной функции. A a; a.f(); // Ошибка

31 ООП C++31 Потоки Типо-безопасная (сохраняющая тип) и единообразная обработка операций ввода–вывода может быть осуществлена с помощью одного имени совмещенной функции. Например: put(int) put(char) put(char*) … При этом полезно бывает использовать форматированный вывод, реализуемый, например, с помощью функции form() char *form(char *format,...)

32 ООП C++32 Ввод-вывод в C++ Класс ios содержит базовые функции ввода–вывода низкого уровня. Класс ios большой, аппаратно–зависимый и потому некрасивый. С ним напрямую работать крайне тяжело. Класс ios является базовым классом для более удобных, интерфейсных классов – классов istream и ostream. Эти классы являются надстройкой класса ios.

> (istream& (*_f)(istream&)); istream& operat" title="ООП C++33 istream Служит для удобства ввода, реализует переопределение оператора '>>'. В нем можно найти функции почти "на все случаи жизни": class istream : virtual public ios { public: istream& operator>> (istream& (*_f)(istream&)); istream& operat" class="link_thumb"> 33 ООП C++33 istream Служит для удобства ввода, реализует переопределение оператора '>>'. В нем можно найти функции почти "на все случаи жизни": class istream : virtual public ios { public: istream& operator>> (istream& (*_f)(istream&)); istream& operator>> (ios& (*_f)(ios&) ); istream& operator>> (unsigned char&); istream& operator>> (int&); istream& operator>> (long&); … istream& operator>> (float&); istream& operator>> (long double&); } > (istream& (*_f)(istream&)); istream& operat"> > (istream& (*_f)(istream&)); istream& operator>> (ios& (*_f)(ios&) ); istream& operator>> (unsigned char&); istream& operator>> (int&); istream& operator>> (long&); … istream& operator>> (float&); istream& operator>> (long double&); }"> > (istream& (*_f)(istream&)); istream& operat" title="ООП C++33 istream Служит для удобства ввода, реализует переопределение оператора '>>'. В нем можно найти функции почти "на все случаи жизни": class istream : virtual public ios { public: istream& operator>> (istream& (*_f)(istream&)); istream& operat">

34 ООП C++34 ostream Устроен аналогично, реализует операции вывода: class ostream : virtual public ios { public: ostream& operator

35 ООП C++35 iostream iostream - обобщенный класс ввода–вывода: class iostream : public istream, public ostream { public: iostream(streambuf _FAR *); virtual ~iostream(); protected: iostream(); }

36 ООП C++36 istream_withassign и ostream_withassign Эти классы вводят лишь переопределение оператора присваивания (=) для установки связей потоков с другими потоками и буферами: class istream_withassign : public istream { public: istream_withassign(); virtual ~istream_withassign(); // gets buffer from istream and does entire initialization istream_withassign& operator= (istream&); // associates streambuf with stream and does entire initialization istream_withassign& operator= (streambuf _FAR *); } class ostream_withassign : public ostream { public: ostream_withassign(); virtual ~ostream_withassign(); // gets buffer from istream and does entire initialization ostream_withassign& operator= (ostream&); // associates streambuf with stream and does entire initialization ostream_withassign& operator= (streambuf _FAR *); }

37 ООП C++37 cin, cout и cerr extern istream_withassigncin; extern ostream_withassigncout; extern ostream_withassigncerr; Для нового типа (например, complex), оператор