straustrup2 (852740), страница 38
Текст из файла (страница 38)
В идеале такое изменение никак не должно отражаться на131Бьерн Страуструп.Язык программирования С++пользователях класса. К сожалению, обычно бывает не так. Для размещения переменной, имеющей типкласса, транслятор должен знать размер объекта класса. Если размер объекта изменится, нужноперетранслировать файлы, в которых использовался класс. Можно написать системную программу (иона даже уже написана), которая будет определять минимальное множество файлов, подлежащихперетрансляции после изменения класса. Но такая программа еще не получила широкогораспространения.Возможен вопрос: почему С++ был спроектирован таким образом, что после изменения частной частикласса требуется перетрансляция программ пользователя? Почему вообще частная часть классаприсутствует в описании класса? Иными словами, почему описания частных членов присутствуют взаголовочных файлах, доступных пользователю, если все равно недоступны для него в программе?Ответ один - эффективность.
Во многих системах программирования процесс трансляции ипоследовательность команд, производящая вызов функции, будет проще, если размер автоматических(т.е. размещаемых в стеке) объектов известен на стадии трансляции.Можно не знать определения всего класса, если представлять каждый объект как указатель на"настоящий" объект.
Это позволяет решить задачу, поскольку все указатели будут иметь одинаковыйразмер, а размещение настоящих объектов будет проводиться только в одном файле, в которомдоступны частные части классов. Однако, такое решение приводит к дополнительному расходу памятина каждый объект и дополнительному обращению к памяти при каждом использовании члена. Ещехуже, что каждый вызов функции с автоматическим объектом класса требует вызовов функцийвыделения и освобождения памяти. К тому же становится невозможной реализация подстановкойфункций-членов, работающих с частными членами класса.
Наконец, такое изменение сделаетневозможным связывание программ на С++ и на С, поскольку транслятор С будет по другомуобрабатывать структуры (struct). Поэтому такое решение было сочтено неприемлемым для С++.С другой стороны, С++ предоставляет средство для создания абстрактных типов, в которых связьмежду интерфейсом пользователя и реализацией довольно слабая. В главе 6 вводятся производныеклассы и описываются абстрактные базовые классы, а в $$13.3 поясняется, как с помощью этих средствреализовать абстрактные типы. Цель этого - дать возможность определять пользовательские типыстоль же эффективныеи конкретные, как и стандартные, и дать основные средства определения более гибких вариантов типов,которые могут оказаться и не столь эффективными.5.3.2 Законченный пример классаПрограммирование без упрятывания данных (в расчете на структуры) требует меньшегопредварительного обдумывания задачи, чем программирование с упрятыванием данных (в расчете наклассы).
Структуру можно определить не очень задумываясь о том, как ее будут использовать. Когдаопределяется класс, внимание концентрируется на том, чтобы обеспечить для нового типа полныйнабор операций. Это важное смещение акцента в проектировании программ. Обычно время,затраченное на разработку нового типа, многократно окупается в процессе отладки и развитияпрограммы.Вот пример законченного определения типа intset, представляющего понятие "множество целых":class intset {int cursize, maxsize;int *x;public:intset(int m, int n);~intset();int member(int t) const;void insert(int t);void start(int& i) constvoid ok(int& i) constvoid next(int& i) const};// не более m целых из 1..n// является ли t членом?// добавить к множеству t{ i = 0; }{ return i<cursize; }{ return x[i++]; }Для проверки этого класса вначале создадим, а затем распечатаем множество случайных целых чисел.Это простое множество целых можно использовать для проверки, есть ли повторения в их132Бьерн Страуструп.Язык программирования С++последовательности.
Но для большинства задач нужен, конечно, более развитый тип множества. Каквсегда возможны ошибки, поэтому нужна функция:#include <iostream.h>void error(const char *s){cerr << "set: " << s << '\n';exit(1);}Класс intset используется в функции main(), для которой должно быть задано два параметра: первыйопределяет число создаваемых случайных чисел, а второй - диапазон их значений:int main(int argc, char* argv[]){if (argc != 3) error("нужно задавать два параметра");int count = 0;int m = atoi(argv[1]);// число элементов множестваint n = atoi(argv[2]);// из диапазона 1..nintset s(m,n);while (count<m) {int t = randint(n);if (s.member(t)==0) {s.insert(t);count++;}}print_in_order(&s);}Значение счетчика параметров программы argc равно 3, хотя программа имеет только два параметра.Дело в том, что в argv[0] всегда передается дополнительный параметр, содержащий имя программы.Функцияextern "C" int atoi(const char*)является стандартной библиотечной функцией, преобразующей целое из строкового представления вовнутреннюю двоичную форму.
Как обычно, если вы не хотите иметь такое описание в своей программе,то вам надо включить в нее соответствующий заголовочный файл, содержащий описания стандартныхбиблиотечных функций. Случайные числа генерируются с помощью стандартной функции rand:extern "C" int rand();int randint(int u){int r = rand();if (r < 0) r = -r;return 1 + r%u;}// будьте осторожны:// числа не совсем случайные// диапазон 1..uПодробности реализации класса мало интересны для пользователя, но в любом случае будутиспользоваться функции-члены. Конструктор размещает массив целых с размером, равным заданномумаксимальному размеру множества, а деструктор удаляет этот массив:intset::intset(int m, int n)// не более m целых в 1..n{if (m<1 || n<m) error("недопустимый размер intset");cursize = 0;maxsize = m;x = new int[maxsize];}133Бьерн Страуструп.Язык программирования С++intset::~intset(){delete x;}Целые добавляются таким образом, что они хранятся во множестве в возрастающем порядке:void intset::insert(int t){if (++cursize > maxsize) error("слишком много элементов");int i = cursize-1;x[i] = t;while (i>0 && x[i-1]>x[i]) {int t = x[i];// поменять местами x[i] и x[i-1]x[i] = x[i-1];x[i-1] = t;i--;}}Чтобы найти элемент, используется простой двоичный поиск:int intset::member(int t) const // двоичный поиск{int l = 0;int u = cursize-1;while (l <= u) {int m = (l+u)/2;if (t < x[m])u = m-1;else if (t > x[m])l = m+1;elsereturn 1;// найден}return 0;// не найден}Наконец, нужно предоставить пользователю набор операций, с помощью которых он мог быорганизовать итерацию по множеству в некотором порядке (ведь порядок, используемый впредставлении intset, от него скрыт).
Множество по своей сути не является внутренне упорядоченным, инельзя позволить просто выбирать элементы массива (а вдруг завтра intset будет реализовано в видесвязанного списка?).Пользователь получает три функции: start() - для инициализации итерации, ok() - для проверки, есть лиследующий элемент, и next() - для получения следующего элемента:class intset {// ...void start(int& i) constint ok(int& i) constint next(int& i) const};{ i = 0; }{ return i<cursize; }{ return x[i++]; }Чтобы обеспечить совместную работу этих трех операций, надо запоминать тот элемент, на которомостановилась итерация. Для этого пользователь должен задавать целый параметр.
Поскольку нашепредставление множества упорядоченное, реализация этих операций тривиальна. Теперь можноопределить функцию print_in_order:void print_in_order(intset* set){int var;set->sart(var);134Бьерн Страуструп.Язык программирования С++while (set->ok(var)) cout << set->next(var) << '\n';}Другой способ построения итератора по множеству приведен в $$7.8.5.4 Еще о классахВ этом разделе описаны дополнительные свойства класса. Описан способ обеспечить доступ к частнымчленам в функциях, не являющихся членами ($$5.4.1). Описано, как разрешить коллизии имен членов($$5.4.2) и как сделать описания классов вложенными ($$5.4.3), но при этом избежать нежелательнойвложенности ($$5.4.4).
Вводится понятие статических членов (static), которые используются дляпредставления операций и данных, относящихся к самому классу, а не к отдельным его объектам($$5.4.5). Раздел завершается примером, показывающим, как можно построить дискриминирующее(надежное) объединение ($$5.4.6).5.4.1 ДрузьяПусть определены два класса: vector (вектор) и matrix (матрица). Каждый из них скрывает своепредставление, но дает полный набор операций для работы с объектами его типа.
Допустим, надоопределить функцию, умножающую матрицу на вектор. Для простоты предположим, что вектор имеетчетыре элемента с индексами от 0 до 3, а в матрице четыре вектора тоже с индексами от 0 до 3. Доступк элементам вектора обеспечивается функцией elem(), и аналогичная функция есть для матрицы.Можно определить глобальную функцию multiply (умножить) следующим образом:vector multiply(const matrix& m, const vector& v);{vector r;for (int i = 0; i<3; i++) { // r[i] = m[i] * v;r.elem(i) = 0;for (int j = 0; j<3; j++)r.elem(i) +=m.elem(i,j) * v.elem(j);}return r;}Это вполне естественное решение, но оно может оказаться очень неэффективным.
При каждом вызовеmultiply() функция elem() будет вызываться 4*(1+4*3) раз. Если в elem() проводится настоящий контрольграниц массива, то на такой контроль будет потрачено значительно больше времени, чем навыполнение самой функции, и в результате она окажется непригодной для пользователей. С другойстороны, если elem() есть некий специальный вариант доступа без контроля, то тем самым мызасоряем интерфейс с вектором и матрицей особой функцией доступа, которая нужна только дляобхода контроля.Если можно было бы сделать multiply членом обоих классов vector и matrix, мы могли бы обойтись безконтроля индекса при обращении к элементу матрицы, но в то же время не вводить специальнойфункции elem(). Однако, функция не может быть членом двух классов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
