void operator delete (void* addr)

В качестве аргумента ей передается адрес, который в свое время возвратила операция new для данного объекта. Соответственно, для класса можно определить только одну операцию delete. Напомним, что операция delete ответственна только за освобождение занимаемой памяти. Деструктор объекта вызывается отдельно. Операция delete, которая будет вызывать стандартную форму, выглядит следующим образом:

13 Дополнительные возможности классов

13.1 Переопределение операций

Язык Си++ позволяет определять в классах особого вида методы – операции. Они называются операциями потому, что их запись имеет тот же вид, что и запись операции сложения, умножения и т.п. со встроенными типами языка Си++.

Определим две операции в классе String – сравнение на меньше и сложение:

class String

{

public:

. . .

String operator+(const String& s) const;

bool operator<(const String& s) const;

};

Признаком того, что переопределяется операция, служит ключевое слово operator, после которого стоит знак операции. В остальном операция мало чем отличается от обычного метода класса. Теперь в программе можно записать:

Объект s1 выполнит метод operator с объектом s2 в качестве аргумента.

Результатом операции сложения является объект типа String. Никакой из аргументов операции не изменяется. Описатель const при описании аргумента говорит о том, что s2 не может измениться при выполнении сложения, а описатель const в конце определения операции говорит то же самое об объекте, выполняющем сложение.

Реализация может выглядеть следующим образом:

При сравнении на меньше мы будем сравнивать строки в лексикографической последовательности. Проще говоря, меньше та строка, которая должна стоять раньше по алфавиту:

bool

String::operator<(const String& s) const

{

char* cp1 = str;

char* cp2 = s.str;

while (true) {

if (*cp1 < *cp2)

return true;

else if (*cp1 > *cp2)

return false;

else {

cp1++;

cp2++;

if (*cp2 == 0) // конец строки

return false;

else if (*cp1 == 0) // конец строки

return true;

}

}

}

13.2 Как определять операции

Если для класса определяют операции, то обычно определяют достаточно полный их набор, так, чтобы объекты этого класса могли участвовать в полноценных выражениях.

Прежде всего, определим операцию присваивания. Операция присваивания в качестве аргумента использует объект того же класса и копирует значение этого объекта. Однако, в отличие от копирующего конструктора, у объекта уже имеется какое-то свое значение, и его нужно аккуратно уничтожить.

class String

{

public:

// объявление операции присваивания

String& operator=(const String& s);

};

// Реализация присваивания

String&

String::operator=(const String& s)

{

if (this == &s)

return *this;

if (str != 0) {

delete [] str;

}

length = s.length;

str = new char[length + 1];

if (str == 0) {

// обработка ошибок

}

strcpy(str, s.str);

return *this;

}

Обратим внимание на несколько важных особенностей операции присваивания. Во-первых, в качестве результата операции присваивания объект возвращает ссылку на самого себя. Это дает возможность использовать строки в выражениях типа:

Во-вторых, в начале операции проверяется, не равен ли аргумент самому объекту. Таким образом, присваивание s1 = s1 выполняется правильно и быстро.

В-третьих, перед тем как скопировать новое значение, операция присваивания освобождает память, занимаемую старым значением.

Аналогично операции присваивания можно определить операцию   +=.

Набор операций, позволяющий задействовать класс String в различных выражениях, представлен ниже:

class String

{

public:

String();

String(const String& s);

String(const char*);

String& operator=(const String& s);

String& operator+=(const String& s);

bool operator==(const String& s) const;

bool operator!=(const String& s) const;

bool operator<(const String& s) const;

bool operator>(const String& s) const;

bool operator<=(const String& s) const;

bool operator>=(const String& s) const;

String operator+(const String& s) const;

};

13.3 Преобразования типов

Определяя класс, программист задает методы и операции, которые применимы к объектам этого класса. Например, при определении класса комплексных чисел была определена операция сложения двух комплексных чисел. При определении класса строк мы определили операцию конкатенации двух строк. Что же происходит, если в выражении мы попытаемся использовать ту же операцию сложения с типами, для которых она явно не задана? Компилятор пытается преобразовать величины, участвующие в выражении, к типам, для которых операция задана. Это преобразование, называемое преобразованием типов, выполняется в два этапа.

Первый этап – попытка воспользоваться стандартными преобразованиями типов, определенными в языке Си++ для встроенных типов. Если это не помогает, тогда компилятор пытается применить преобразования, определенные пользователем. "Помочь" компилятору правильно преобразовать типы величин можно, явно задав преобразования типов.

13.4 Явные преобразования типов

Если перед выражением указать имя в круглых скобках, то значение выражения будет преобразовано к указанному типу:

Такие преобразования типов использовались в языке Си. Их основным недостатком является полное отсутствие контроля. Явные преобразования типов традиционно использовались в программах на языке Си и, к сожалению, продолжали использоваться в Си++, что приводит и к ошибкам, и к путанице в программах. В большинстве своем ошибок в Си++ можно избежать. Тем не менее, иногда явные преобразования типов необходимы.

Для того чтобы преобразовывать типы, хотя бы с минимальным контролем, можно записать

static_cast < тип > (выражение)

Операция   static_cast позволяет преобразовывать типы, основываясь лишь на сведениях о типах выражений, известных во время компиляции. Иными словами, static_cast не проверяет типы выражений во время выполнения. С одной стороны, это возлагает на программиста большую ответственность, а с другой — ускоряет выполнение программ. С помощью static_cast можно выполнять как стандартные преобразования, так и нестандартные. Операция   static_cast позволяет преобразовывать типы, связанные отношением наследования, указатель к указателю, один числовой тип к другому, перечислимое значение к целому. В частности, с помощью операции   static_cast можно преобразовывать не только указатель на производный класс к базовому классу, но и указатель на базовый класс к производному, что в общем случае небезопасно.

Однако попытка преобразовать целое число к указателю приведет к ошибке компиляции. Если все же необходимо преобразовать совершенно не связанные между собой типы, можно вместо statistatic_cast записать reinterpret_cast:

void* addr;

int* intPtr = static_cast < int* > (addr);

Complex* cPtr = reinterpret_cast <

Complex* > (2000);

Если необходимо ограниченное преобразование типа, которое только преобразует неизменяемый тип к изменяемому (убирает описатель const), можно воспользоваться операцией   const_cast:

Использование static_cast, const_cast и reinterpret_cast вместо явного преобразования в форме (тип) имеет существенные преимущества. Во-первых, можно всегда применить "минимальное" преобразование, т. е. преобразование, которое меньше всего изменяет тип. Во-вторых, все преобразования можно легко обнаружить в программе. В-третьих, легче распознать намерения программиста, что важно при модификации программы. Сразу можно будет отличить неконтролируемое преобразование от преобразования неизменяемого указателя к изменяемому.

13.5 Стандартные преобразования типов

К стандартным преобразованиям относятся преобразования целых типов и преобразования указателей. Они выполняются компилятором автоматически. Часть правил преобразования мы уже рассмотрели ранее. Преобразования целых величин, при которых не теряется точность, сводятся к следующим:

• 
  Величины типа char, unsigned char, short или unsigned short преобразуются к типу int, если точность типа int достаточна, в противном случае они преобразуются к типу unsigned int.
  
• 
  Величины типа wchar_t и константы перечисленных типов преобразуются к первому из типов int, unsigned int, long и unsigned long, точность которого достаточна для представления данной величины.
  
• 
  Битовые поля преобразуются к типу int, если точность типа int достаточна, или к unsigned int, если точность unsigned int достаточна. В противном случае преобразование не производится.
  
• 
  Логические значения преобразуются к типу int, false становится 0 и true становится 1.
  

Язык Си (от которого Си++ унаследовал большинство стандартных преобразований) часто критиковали за излишне сложные правила преобразования типов и за их автоматическое применение без ведома пользователя. Основная рекомендация — избегать неявных преобразований типов, в особенности тех, при которых возможна потеря точности или знака.

Правила стандартных преобразований при выполнении арифметических операций следующие:

• 
  вначале, если в выражении один из операндов имеет тип long double, то другой преобразуется также к long double;
  
  • 
    в противном случае, если один из операндов имеет тип double, то другой преобразуется также к double;
    
  • 
    в противном случае, если один из операндов имеет тип float, то другой преобразуется также к float;
    
  • 
    в противном случае производится безопасное преобразование.
    
• 
  затем, если в выражении один из операндов имеет тип unsigned long, то другой также преобразуется к unsigned long;
  
  • 
    в противном случае, если один из операндов имеет тип long, а другой – unsigned int, и тип long может представить все значения unsigned int, то unsigned int преобразуется к long, иначе оба операнда преобразуются к unsigned long;
    
  • 
    в противном случае, если один из операндов имеет тип long, то другой преобразуется также к long;
    
  • 
    в противном случае, если один из операндов имеет тип unsigned, то другой преобразуется также к unsigned;
    
  • 
    в противном случае оба операнда будут типа int.
    

Все приведенные преобразования типов производятся компилятором автоматически, и обычно при компиляции даже не выдается никакого предупреждения, поскольку не теряются значащие цифры или точность результата.

Как мы уже отмечали ранее, при выполнении операции присваивания со стандартными типами может происходить потеря точности. Большинство компиляторов при попытке такого присваивания выдают предупреждение или даже ошибку. Например, при попытке присваивания

long x;

char c;

c = x;

если значение x равно 20, то и c будет равно 20. Но если x равно 500, значение c будет равно -12 (при условии выполнения на персональном компьютере), поскольку старшие биты, не помещающиеся в char, будут обрезаны. Именно поэтому большинство компиляторов выдаст ошибку и не будет транслировать подобные конструкции.

13.6 Преобразования указателей и ссылок

При работе с указателями и ссылками компилятор автоматически выполняет только два вида преобразований.

Если имеется указатель или ссылка на производный тип, а требуется, соответственно, указатель или ссылка на базовый тип.

Если имеется указатель или ссылка на изменяемый объект, а требуется указатель или ссылка на неизменяемый объект того же типа.

Если требуются какие-то другие преобразования, их необходимо указывать явно, но в этом случае вся ответственность за правильность преобразования лежит на программисте.

13.7 Преобразования типов, определенных в программе

В языке Си++ можно определить гораздо больше типов, чем в Си. Казалось бы, и правила преобразования новых типов должны стать намного сложнее. К счастью, этого не произошло. Все дело в том, что при определении классов программист может контролировать, какие преобразования допустимы и как они выполняются при преобразовании в данный тип или из данного типа в другой.

Прежде всего, выполнение тех или иных операций с аргументами разных типов можно регулировать с помощью методов и функций с разными аргументами. Для того чтобы определить операцию сложения комплексного числа с целым, нужно определить две функции в классе Complex:

class Complex {

. . .

friend Compex operator+(const Complex& x,

int y);

friend Compex operator+(int y,

const Complex& x);

};

При наличии таких функций никаких преобразований типа не производится в следующем фрагменте программы:

Тем не менее, в других ситуациях преобразования типа производятся. Прежде всего, компилятор старается обойтись стандартными преобразованиями типа. Если их не хватает, то выполняются преобразования либо с помощью конструкторов, либо с помощью определенных программистом операций   преобразования.

Задав конструктор класса, имеющий в качестве аргумента величину другого типа, программист тем самым определяет правило преобразования:

class Complex

{

public:

// неявное правило преобразования

// из целого типа в тип Complex

Complex(int x);

};

Операции   преобразования имеют вид:

Например, преобразование из комплексного числа в целое можно записать так:

При записи:

будет вызвана функция operator int().

14 Компоновка программ, препроцессор

14.1 Компоновка нескольких файлов в одну программу

Программа – это, прежде всего, текст на языке Си++. С помощью компилятора текст преобразуется в исполняемый файл – форму, позволяющую компьютеру выполнять программу.

Если мы рассмотрим этот процесс чуть более подробно, то выяснится, что обработка исходных файлов происходит в три этапа. Сначала файл обрабатывается препроцессором, который выполняет операторы #include, #define и еще несколько других. После этого программа все еще представлена в виде текстового файла, хотя и измененного по сравнению с первоначальным. Затем, на втором этапе, компилятор создает так называемый объектный файл. Программа уже переведена в машинные инструкции, однако еще не полностью готова к выполнению. В объектном файле имеются ссылки на различные системные функции и на стандартные функции языка Си++. Например, выполнение операции new заключается в вызове определенной системной функции. Даже если в программе явно не упомянута ни одна функция, необходим, по крайней мере, один вызов системной функции – завершение программы и освобождение всех принадлежащих ей ресурсов.

На третьем этапе компиляции к объектному файлу подсоединяются все функции, на которые он ссылается. Функции тоже должны быть скомпилированы, т.е. переведены на машинный язык в форму объектных файлов. Этот процесс называется компоновкой, и как раз его результат и есть исполняемый файл.

Системные функции и стандартные функции языка Си++ заранее откомпилированы и хранятся в виде библиотек. Библиотека – это некий архив объектных модулей, с которым удобно компоновать программу.

Основная цель многоэтапной компиляции программ – возможность компоновать программу из многих файлов. Каждый файл представляет собой законченный фрагмент программы, который может ссылаться на функции, переменные или классы, определенные в других файлах. Компоновка объединяет фрагменты в одну "самодостаточную" программу, которая содержит все необходимое для выполнения.

14.2 Проблема использования общих функций и имен

В языке Си++ существует строгое правило, в соответствии с которым прежде чем использовать в программе имя или идентификатор, его необходимо определить. Рассмотрим для начала функции. Для того чтобы имя функции стало известно программе, его нужно либо объявить, либо определить.

Объявление функции состоит лишь из ее прототипа, т.е. имени, типа результата и списка аргументов. Объявление функции задает ее формат, но не определяет, как она выполняется. Примеры объявлений функций:

Определение функции – это определение того, как функция выполняется. Оно включает в себя тело функции, программу ее выполнения.

Определение функции играет роль объявления ее имени, т.е. если в начале файла определена функция fact, в последующем тексте функций и классов ею можно пользоваться. Однако если в программе функция fact используется в нескольких файлах, такое построение программы уже не подходит. В программе должно быть только одно Определение функции.

Удобно было бы поместить Определение функции в отдельный файл, а в других файлах в начале помещать лишь объявление, прототип функции.

// начало файла main.cpp

long fact(long); // прототип функции

int main()

{

. . .

int x10 = fact(10); // вызов функции

. . .

}

// конец файла main.cpp

// начало файла fact.cpp

// определение функции

// вычисления факториала целого

// положительного числа

//

long fact(long x)

{

if (x == 1)

return 1;

else

return x * fact(x - 1);

}

// конец файла fact. cpp

Компоновщик объединит оба файла в одну программу.

Аналогичная ситуация существует и для классов. Любой класс в языке Си++ состоит из двух частей: объявления и определения. В объявлении класса говорится, каков интерфейс класса, какие методы и атрибуты составляют объекты этого класса. Объявление класса состоит из ключевого слова class, за которым следует имя класса, список наследования и затем в фигурных скобках - методы и атрибуты класса. Заканчивается объявление класса точкой с запятой.

class Book : public Item

{

public:

Book();

~Book();

String Title();

String Author();

private:

String title;

String author;

};

Определение класса – это определение всех его методов.

Определение класса должно быть только одно, и если класс используется во многих файлах, его удобно поместить в отдельный файл. В остальных файлах для того, чтобы использовать класс Book, например определить переменную класса Book, в начале файла необходимо поместить объявление класса.

Таким образом, в начале каждого файла будут сосредоточены прототипы всех используемых функций и объявления всех применяемых классов.

Программа работать будет, однако писать ее не очень удобно.

В начале каждого файла нам придется повторять довольно большие одинаковые куски текста. Помимо того, что это утомительно, очень легко допустить ошибку. Если по каким-то причинам потребуется изменить объявление класса, придется изменять все файлы, в которых он используется. Хотя возможно, что изменение никак не затрагивает интерфейс класса. Например, добавление нового внутреннего атрибута непосредственно не влияет на использование внешних методов и атрибутов этого класса.

14.3 Использование включаемых файлов

В языке Си++ реализовано удобное решение. Можно поместить объявления классов и функций в отдельный файл и включать этот файл в начало других файлов с помощью оператора #include.