СиППО (15-23) (Ответы на все вопросы), страница 2

Порядок вызова конструкторов

Если класс не содержит собственных конструкторов, он инициализируется так, словно компилятор создал конструктор без аргументов за вас. Этот конструктор вызывает конструкторы без аргументов базовых классов и переменных класса. Четко определенный порядок вызова конструкторов не зависит от того, используются конструкторы стандартные или перегруженные, с аргументами или без:

1. Сначала вызываются конструкторы базовых классов в порядке их перечисления в списке наследования (еще один список, в котором после символа : перечисляются базовые классы, разделенные запятыми).

2. Затем вызываются конструкторы переменных класса в порядке их объявления в объявлении класса.

3. После того как будут сконструированы все базовые классы и переменные, выполняется тело вашего конструктора.

Описанный порядок применяется рекурсивно, то есть первым конструируется первый базовый класс первого базового класса... и т. д. Он не зависит от порядка, указанного в списке инициализации членов.

Если бы дело обстояло иначе, для разных перегруженных конструкторов мог бы использоваться разный порядок конструирования. Тогда компилятору было бы трудно гарантировать, что деструкторы будут вызываться в порядке, обратном порядку вызова конструкторов.

Гарантируется, что порядок вызова деструкторов будет обратным порядку вызова конструкторов. Это относится как к локальным переменным, так и к переменным и базовым классам объектов.

20.   Конструктор копирования на С++.

Конструктором копирования (в англоязычной литературе используется термин copy constructor) называется специальный конструктор в языке программированияC++, применяемый для создания нового объекта как копии уже существующего. Такой конструктор принимает как минимум один аргумент: ссылку на копируемый объект.

Обычно компилятор автоматически создает конструктор копирования для каждого класса (известные как неявные конструкторы копирования, т.е. конструкторы копирования, заданные неявным образом), но в некоторых случаях программист создает конструктор копирования, называемый в таком случае явным конструктором копирования (или "конструктором копирования, заданным явным образом"). В подобных случаях компилятор не создает неявные конструкторы.

Конструктор копирования в основном необходим когда объект имеет указатель или неразделяемую ссылку, как например, на файл, в этом случае вам обычно также потребуется деструктор и оператор присваивания (см. Правило трех).

В языке С++ конструктор вида T(const T&) называется конструктором копирования для типа T. Любую инициализацию объектов типа T он выполняет с помощью значения некоторого другого объекта типа T. Помимо явной инициализации конструкторы вида T(const T&) используются для передачи параметров по значению и получения возвращаемого функцией значения.

Копирование объектов выполняется за счет использования конструктора копирования и копирования оператора присваивания. Конструктор копирования в качестве первого параметра (типа const или volatile) принимает ссылку на собственный тип класса. Он может еще принимать аргументы, но все остальные тогда должны иметь связанные с этими аргументами значения по умолчанию. Следующий пример демонстрирует корректные конструкторы копирования для класса X:

X(X const&); X(X&); X(X const volatile&); X(X volatile&); X(X const&, int = 10); X(X const&, double = 1.0, int = 40);

Первый конструктор должен применяться в случае отсутствия остальных конструкторов. Одно из отличий между первым и вторым конструктором состоит в том, что переменные могут быть скопированы первым конструктором. Например:

X a = X(); // корректно, если есть X(X const&) и не корректно, если есть X(X&) // так как второй вариант не поддерживает переменные

Другое отличие между ними довольно наглядно:

X const a; X b = a; // корректно, если есть X(X const&) и не корректно, если есть X(X&) // так как второй не поддерживает тип const X&

Вид X& конструктора копирования используется когда необходимо изменить копируемый объект. Это довольно редкая ситуация, но она предусмотрена в стандартной библиотеке вызовом std::auto_ptr. Ссылка должна реализовывать:

X a; X b = a; // корректно, если определен любой из конструкторов копирования // с момента передачи ссылки

Следующие конструкторы копирования (или постоянные конструкторы) некорректны:

X(X); X(X const);

так как вызов этих конструкторов потребует очередного копирования, что приведет к бесконечному рекурсивному вызову (т.е. бесконечный цикл).

Существует четыре случая вызова конструктора копирования:

1. Когда объект возвращает значение

2. Когда объект передается (функции) по значению в качестве аргумента

3. Когда объект конструируется на основе другого объекта (того же класса)

4. Когда компилятор генерирует временный объект (как в первом и втором случаях выше; как явное преобразование и т.д.)

Объект может быть инициализирован любым из следующих способов.

a. При помощи объявления

Object B = A; // транслируется как Object::Object(const Object&) 

b. При помощи аргументов функции

type function (Object a); 

c. При помощи возвращаемого значения функции

Object a = function(); 

Конструктор копирования используется только в последнем случае (инициализации) и не используется вместо присваивания (т.е. там, где используется оператор присваивания).

Неявный конструктор копирования класса вызывает базовые конструкторы копирования и копии их членов, соответствующие их типу. Если это тип класса, то вызывается конструктор копирования. Если это скалярный тип, то используется встроенный оператор присваивания. И наконец, если это массив, то каждый элемент копируется соответствующим их типу образом.

Применением явного конструктора копирования программист может определить дальнейшие действия после копирования объекта.

21.  Статические члены классов на С++.

Класс - это тип, а не некоторое данное, и для каждого объекта класса создается своя копия членов, представляющих данные. Однако, наиболее удачная реализация некоторых типов требует, чтобы все объекты этого типа имели некоторые общие данные. Лучше, если эти данные можно описать как часть класса. Например, в операционных системах или при моделировании управления задачами часто нужен список задач:

class task {

// ...

static task* chain;

// ...

};

Описав член chain как статический, мы получаем гарантию, что он будет создан в единственном числе, т.е. не будет создаваться для каждого объекта task. Но он находится в области видимости класса task, и может быть доступен вне этой области, если только описан в общей части. В этом случае имя члена должно уточняться именем класса:

if (task::chain == 0) // какие-то операторы

В функции-члене его можно обозначать просто chain. Использование статических членов класса может заметно сократить потребность в глобальных переменных. 

Описывая член как статический, мы ограничиваем его область видимости и делаем его независимым от отдельных объектов его класса. Это свойство полезно как для функций-членов, так и для членов, представляющих данные: 

class task {

// ...

static task* task_chain;

static void shedule(int);

// ...

};

Но описание статического члена - это только описание, и где-то в программе должно быть единственное определение для описываемого объекта или функции, например, такое:

task* task::task_chain = 0;

void task::shedule(int p) { /* ... */ }

Естественно, что и частные члены могут определяться подобным образом. 

Отметим, что служебное слово static не нужно и даже нельзя использовать в определении статического члена класса. Если бы оно присутствовало, возникла бы неоднозначность: указывает ли оно на то, что член класса является статическим, или используется для описания глобального объекта или функции? Слово static одно из самых перегруженных служебных слов в С и С++. К статическому члену, представляющему данные, относятся оба основных его значения: "статически размещаемый" , т.е. противоположный объектам, размещаемым в стеке или свободной памяти, и "статический" в смысле с ограниченной областью видимости, т.е. противоположный объектам, подлежащим внешнему связыванию. К функциям-членам относится только второе значение static.

22. Перегрузка операции на С++.

Обычно в программах используются объекты, являющиеся конкретным представлением абстрактных понятий. Например, в С++ тип данных int вместе с операциями +, -, *, / и т.д. реализует (хотя и ограниченно) математическое понятие целого. Обычно с понятием связывается набор действий, которые реализуются в языке в виде основных операций над объектами, задаваемых в сжатом, удобном и привычном виде.

К сожалению, в языках программирования непосредственно представляется только малое число понятий. Так, понятия комплексных чисел, алгебры матриц, логических сигналов и строк в С++ не имеют непосредственного выражения. Возможность задать представление сложных объектов вместе с набором операций, выполняемых над такими объектами, реализуют в С++ классы. Позволяя программисту определять операции над объектами классов, мы получаем более удобную и традиционную систему обозначений для работы с этими объектами по сравнению с той, в которой все операции задаются как обычные функции. Приведем пример:

class complex { double re, im; public: complex(double r, double i) { re=r; im=i; } friend complex operator+(complex, complex); friend complex operator*(complex, complex); };

Здесь приведена простая реализация понятия комплексного числа, когда оно представлено парой чисел с плавающей точкой двойной точности, с которыми можно оперировать только с помощью операций + и *.

Интерпретацию этих операций задает программист в определениях функций с именами operator+ и operator*. Так, если b и c имеют тип complex, тоb+c означает (по определению) operator+(b,c). Теперь можно приблизиться к привычной записи комплексных выражений:

void f() { complex a = complex(1,3.1); complex b = complex(1.2,2); complex c = b; a = b+c; b = b+c*a; c = a*b+complex(1,2); }

Сохраняются обычные приоритеты операций, поэтому второе выражение выполняется как b=b+(c*a), а не как b=(b+c)*a.

Операторная функция должна быть либо членом, либо иметь по крайней мере один параметр, являющийся объектом класса (для функций, переопределяющих операции new и delete, это не обязательно). Это правило гарантирует, что пользователь не сумеет изменить интерпретацию выражений, не содержащих объектов пользовательского типа. В частности, нельзя определить операторную функцию, работающую только с указателями. Этим гарантируется, что в С++ возможны расширения, но не мутации (не считая операций =, &, и , для объектов класса).

Операторная функция, имеющая первым параметр основного типа, не может быть функцией-членом. Так, если мы прибавляем комплексную переменную aa к целому 2, то при подходящем описании функции-члена aa+2 можно интерпретировать как aa.operator+(2), но 2+aa так интерпретировать нельзя, поскольку не существует класса int, для которого + определяется как 2.operator+(aa). Даже если бы это было возможно, для интерпретации aa+2 и 2+aa пришлось иметь дело с двумя разными функциями- членами. Этот пример тривиально записывается с помощью функций, не являющихся членами.

Каждое выражение проверяется для выявления неоднозначностей. Если пользовательские операции задают возможную интерпретацию выражения, оно проверяется в соответствии с правилами $$R.13.2.

Как и всякое другое языковое средство, перегрузка операций может использоваться разумно и неразумно. В частности, возможностью придавать новый смысл обычным операциям можно воспользоваться так, что программа будет совершенно непостижимой. Представьте, каково будет читателю, если в своей программе вы переопределили операцию + так, чтобы она обозначала вычитание. Описанный здесь механизм перегрузки будет защищать программиста и пользователя от таких безрассудств. Поэтому программист не может изменить ни смысл операций над основными типами данных, такими, как int, ни синтаксис выражений и приоритеты операций для них.

По всей видимости перегрузку операций имеет смысл использовать для подражания традиционному использованию операций. Запись с обычным вызовом функции можно использовать в тех случаях, когда традиционной записи с базовой операцией не существует, или, когда набор операций, которые допускают перегрузку, не достаточен, чтобы записать с его помощью нужные действия.

23.  Виртуальные и чисто виртуальные функции на С++, абстрактные классы.

Виртуальный метод (виртуальная функция) — в объектно-ориентированном программировании метод (функция) класса, который может быть переопределён вклассах-наследниках так, что конкретная реализация метода для вызова будет определяться во время исполнения. Таким образом, программисту необязательно знать точный тип объекта для работы с ним через виртуальные методы: достаточно лишь знать, что объект принадлежит классу или наследнику класса, в котором метод объявлен.

Виртуальные методы — один из важнейших приёмов реализации полиморфизма. Они позволяют создавать общий код, который может работать как с объектами базового класса, так и с объектами любого его класса-наследника. При этом, базовый класс определяет способ работы с объектами и любые его наследники могут предоставлять конкретную реализацию этого способа.

Базовый класс может и не предоставлять реализации виртуального метода, а только декларировать его существование. Такие методы без реализации называются «чисто виртуальными» (калька с англ. pure virtual) или абстрактными. Класс, содержащий хотя бы один такой метод, тоже будет абстрактным. Объект такого класса создать нельзя (в некоторых языках допускается, но вызов абстрактного метода приведёт к ошибке). Наследники абстрактного класса должны предоставить реализацию для всех его абстрактных методов, иначе они, в свою очередь, будут абстрактными классами.

class Abstract {

public:

   virtual void pure_virtual() = 0;

};