5.4 Друзья и Объединения

В это разделе описываются еще некоторые особенности, касающиеся классов. Показано, как предоставить функции не члену доступ к закрытым членам. Описывается, как разрешать конфликты имен членов, как можно делать вложенные описания классов, и как избежать нежелательной вложенности. Обсуждается также, как объекты класса могут совместно использовать члены данные, и как использовать указатели на члены. Наконец, приводится пример, показывающий, как построить дискриминирующее (экономное) объединение.

5.4.1 Друзья

Предположим, вы определили два класса, vector и matrix (вектор и матрица). Каждый скрывает свое представление и предоставляет полный набор действий для манипуляции объектами его типа. Теперь определим функцию, умножающую матрицу на вектор. Для простоты допустим, что в векторе четыре элемента, которые индексируются 0...3, и что матрица состоит из четырех векторов, индексированных 0...3. Допустим также, что доступ к элементам вектора осуществляется через функцию elem(), которая осуществляет проверку индекса, и что в matrix имеется аналогичная функция. Один подход состоит в определении глобальной функции multiply() (перемножить) примерно следующим образом:

  vector multiply(matrix& m, 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;
  }

  class matrix;
  class vector {
      float v[4];
      // ...
      friend vector multiply(matrix&, vector&);
  };
  class matrix {
      vector v[4];
      // ...
      friend vector multiply(matrix&, vector&);
  };

  vector multiply(matrix& m, vector& v);
  {
      vector r;
      for (int i = 0; i<3; i++) {    // r[i] = m[i] * v;
          r.v[i] = 0;
          for (int j = 0; j<3; j++)
              r.v[i] += m.v[i][j] * v.v[j];
      }
      return r;
  }

  class x {
      // ...
      void f();
  };
  class y {
      // ...
      friend void x::f();
  };

  class x {
      friend class y;
      // ...
  };

5.4.2 Уточнение*¹ Имени Члена

Иногда полезно делать явное различие между именами членов класса и прочими именами. Для этого используется операция :: разрешения области видимости:

  class x {
      int m;
  public:
      int readm()      { return x::m; }
      void setm(int m) { x::m = m; }
  };

  class my_file {
      // ...
  public:
      int open(char*, char*);
  };
  int my_file::open(char* name, char* spec)
  {
      // ...
      if (::open(name,flag)) { // использовать open() из UNIX(2)
          // ...
      }
      // ...
  }

5.4.3 Вложенные Классы

Описание класса может быть вложенным. Например:

  class set {
      struct setmem {
          int mem;
          setmem* next;
          setmem(int m, setmem* n) { mem=m; next=n; }
      };
      setmem* first;
  public:
      set() { first=0; }
      insert(int m) { first = new setmem(m,first);}
      // ...
  };

  class set {
      struct setmem {
          int mem;
          setmem* next;
          setmem(int m, setmem* n)
      };
      // ...
  };
      setmem::setmem(int m, setmem* n) { mem=m, next=n}
      setmem m1(1,0);

  class setmem {
  friend class set;        // доступ только с помощью членов set
      int mem;
      setmem* next;
      setmem(int m, setmem* n) { mem=m; next=n; }
      };
  class set {
      setmem* first;
  public:
      set() { first=0; }
      insert(int m) { first = new setmem(m,first);}
      // ...
  };

5.4.4 Статические Члены

Класс - это тип, а не объект данных, и в каждом объекте класса имеется своя собственная копия данных, членов этого класса. Однако некоторые типы наиболее элегантно реализуются, если все объекты этого типа могут совместно использовать (разделять) некоторые данные. Предпочтительно, чтобы такие разделяемые данные были описаны как часть класса. Например, для управления задачами в операционной системе или в ее модели часто бывает полезен список всех задач:

  class task {
      // ...
      task* next;
      static task* task_chain;
      void shedule(int);
      void wait(event);
      // ...
  };

  task::task_chain

5.4.5 Указатели на Члены

Можно брать адрес члена класса. Получение адреса функции члена часто бывает полезно, поскольку те цели и причины, которые приводились в #4.6.9 относительно указателей на функции, в равной степени применимы и к функциям членам. Однако, на настоящее время в языке имеется дефект: невозможно описать выражением тип указателя, который получается в результате этой операции. Поэтому в текущей реализации приходится жульничать, используя трюки. Что касается примера, который приводится ниже, то не гарантируется, что он будет работать. Используемый трюк надо локализовать, чтобы программу можно было преобразовать с использованием соответствующей языковой конструкции, когда появится такая возможность. Этот трюк использует тот факт, что в текущей реализации this реализуется как первый (скрытый) параметр функции члена:

  #include
  struct cl
  {
      char* val;
      void print(int x) { cout << val << x << "\n"; };
      cl(char* v) { val = v; }
  };
  // ``фальшивый'' тип для функций членов:
  typedef void (*PROC)(void*, int);
  main()
  {
      cl z1("z1 ");
      cl z2("z2 ");
      PROC pf1 = PROC(&z1.print);
      PROC pf2 = PROC(&z2.print);
      z1.print(1);
      (*pf1)(&z1,2);
      z2.print(3);
      (*pf2)(&z2,4);
  }

5.4.6 Структуры и Объединения

По определению struct - это просто класс, все члены которого общие, то есть

  struct s { ...
есть просто сокращенная запись
  class s { public: ...

  union tok_val {
      char* p;          // строка
      char v[8];        // идентификатор (максимум 8 char)
      long i;           // целые значения
      double d;         // значения с плавающей точкой
  };

  void strange(int i)
  {
      tok_val x;
      if (i)
          x.p = "2";
      else
          x.d = 2;
      sqrt(x.d);            // ошибка если i != 0
  }

  tok_val curr_val = 12;    // ошибка: int присваивается tok_val'у

  union tok_val {
      char* p;          // строка
      char v[8];        // идентификатор (максимум 8 char)
      long i;           // целые значения
      double d;         // значения с плавающей точкой
      tok_val(char*);     // должна выбрать между p и v
      tok_val(int ii)     { i = ii; }
      tok_val()           { d = dd; }
  };

  void f()
  {
      tok_val a = 10;      // a.i = 10
      tok_val b = 10.0;    // b.d = 10.0
  }

  tok_val::tok_val(char* pp)
  {
      if (strlen(pp) <= 8)
          strncpy(v,pp,8);  // короткая строка
      else
          p = pp;           // длинная строка
  }

  class tok_val {
      char tag;
  union {
      char* p;
      char v[8];
      long i;
      double d;
      };
      int check(char t, char* s)
          { if (tag!=t) { error(s); return 0; } return 1; }
  public:
      tok_val(char* pp);
      tok_val(long ii)   { i=ii; tag='I'; }
      tok_val(double dd) { d=dd; tag='D'; }
      long& ival()       { check('I',"ival"); return i; }
      double& fval()     { check('D',"fval"); return d; }
      char*& sval()      { check('S',"sval"); return p; }
      char*  id()        { check('N',"id");   return v; }
  };

  tok_val::tok_val(char* pp)
  {
      if (strlen(pp) <= 8) {       // короткая строка
          tag = 'N'
          strncpy(v,pp,8);         // скопировать 8 символов
      }
      else {                       // длинная строка
          tag = 'S'
          p = pp;                  // просто сохранить указатель
      }
  }

  void f()
  {
      tok_val t1("short");        // короткая, присвоить v
      tok_val t2("long string");  // длинная строка, присвоить p
      char s[8];
      strncpy(s,t1.id(),8);       // ok
      strncpy(s,t2.id(),8);       // проверка check() не пройдет
  }

5.5 Конструкторы и Деструкторы

Если у класса есть конструктор, то он вызывается всегда, когда создается объект класса. Если у класса есть деструктор, то он вызывается всегда, когда объект класса уничтожается. Объекты могут создаваться как:
[1] Автоматический объект: создается каждый раз, когда его описание встречается при выполнении программы, и уничтожается каждый раз при выходе из блока, в котором оно появилось;
[2] Статический объект: создается один раз, при запуске программы, и уничтожается один раз, при ее завершении;
[3] Объект в свободной памяти: создается с помощью операции new и уничтожается с помощью операции delete;
[4] Объект член: как объект другого класса или как элемент вектора.
Объект также может быть сконструирован с помощью явного применения конструктора в выражении (см. #6.4), в этом случае он является автоматическим объектом. В следующих подразделах предполагается, что объекты принадлежат классу, имеющему конструктор и деструктор. Примером может служит класс table из #5.3.

5.5.1 Предостережение

Если x и y - объекты класса cl, то x=y в стандартном случае означает побитовое копирование y в x (см. #2.3.8). Такая интерпретация присваивания может привести к изумляющему (и обычно нежелательному) результату, если оно применяется к объектам класса, для которого определены конструктор и деструктор. Например:

  class char_stack {
      int size;
      char* top;
      char* s;
  public:
      char_stack(int sz) { top=s=new char[size=sz]; }
      ~char_stack()      { delete s; }     // деструктор
      void push(char c)  { *top++ = c; }
      char pop()         { return *--top; }
  };
  void h()
  {
      char_stack s1(100);
      char_stack s2 = s1;  // неприятность
      char_stack s3(99);
      s3 = s2;             // неприятность
  }

5.5.2 Статическая Память

Рассмотрим следующее:

  table tbl1(100);
  void f() {
      static table tbl2(200);
  }
  main()
  {
      f();
  }

  void g(int a)
  {
      static table t(a);  // ошибка
  }

5.5.3 Свободная Память

Рассмотрим:

  main() {
      table* p = new table(100);
      table* q = new table(200);
      delete p;
      delete p;             // возможно, ошибка
  }

5.5.4 Объекты Класса и Члены

Рассмотрим

  class classdef {
      table members;
      int no_of_members;
      // ...
      classdef(int size);
      ~classdef();
  };

  classdef::classdef(int size)
  : members(size)
  {
      no_of_members = size;
      // ...
  }

  class classdef {
      table members;
      table friends;
      int no_of_members;
      // ...
      classdef(int size);
      ~classdef();
  };

  classdef::classdef(int size)
  : friends(size), members(size)
  {
      no_of_members = size;
      // ...
  }

  classdef::classdef(int size)
  : friends(size=size/2), members(size);      // дурной стиль
  {
      no_of_members = size;
      // ...
  }

  classdef::classdef(int size)
  : members(size)
  {
      no_of_members = size;
      // ...
  }

  class classdef {
      table* members;
      table* friends;
      int no_of_members;
      // ...
      classdef(int size);
      ~classdef();
  };
  classdef::classdef(int size)
  {
      members = new table(size);
      friends = new table;          // размер таблицы по умолчанию
      no_of_members = size;
      // ...
  }

  classdef::~classdef()
  {
      // ...
      delete members;
      delete friends;
  }

5.5.5 Вектора Объектов Класса

Чтобы описать вектор объектов класса, имеющего конструктор, этот класс должен иметь конструктор, который может вызываться без списка параметров. Нельзя использовать даже параметры по умолчанию. Например:

  table tblvec[10];

  class table {
      // ...
      void init(int sz);    // как старый конструктор
  public:
      table(int sz)         // как раньше, но без по умолчанию
          { init(sz); }
      table()               // по умолчанию
          { init(15); }
  }

  void f()
  {
      table* t1 = new table;
      table* t2 = new table[10];
      delete t1;  // одна таблица
      delete t2;  // неприятность: 10 таблиц
  }

  void g(int sz)
  {
      table* t1 = new table;
      table* t2 = new table[sz];
      delete t1;
      delete[] t2;
  }

5.5.6 Небольшие Объекты

Когда вы используете много небольших объектов, размещаемых в свободной памяти, то вы можете обнаружить, что ваша программа тратит много времени выделяя и освобождая память под эти объекты. Первое решение - это обеспечить более хороший распределитель памяти общего назначения, второе для разработчика классов состоит в том, чтобы взять под контроль управление свободной памятью для объектов некоторого класса с помощью подходящих конструкторов и деструкторов.
Рассмотрим класс name, который использовался в примерах table. Его можно было бы определить так:

  struct name {
      char* string;
      name* next;
      double value;
      name(char*, double, name*);
      ~name();
  };

  const NALL = 128;
  name* nfree;

  name::name(char* s, double v, name* n)
  {
      register name* p = nfree;       // сначала выделить
      if (p)
          nfree = p->next;
      else {                          // выделить и сцепить
          name* q = (name*)new char[ NALL*sizeof(name) ];
          for (p=nfree=&q[NALL-1]; qnext = p-1;
          (p+1)->next = 0;
      }
      this = p;                       // затем инициализировать
      string = s;
      value = v;
      next = n;
  }

  name* q = new name[NALL];

  name::~name()
  {
      next = nfree;
      nfree = this;
      this = 0;
  }

5.5.7 Предостережение

Когда в конструкторе производится присваивание указателю this, значение this до этого присваивания не определено. Таким образом, ссылка на член до этого присваивания не определена и скорее всего приведет к катастрофе. Имеющийся компилятор не пытается убедиться в том, что присваивание указателю this происходит на всех траекториях выполнения:

  mytype::mytype(int i)
  {
      if (i) this = mytype_alloc();
      // присваивание членам
  };

  mytype::mytype(int i)
  {
      if (this == 0) this = mytype_alloc();
      // присваивание членам
  };

5.5.8 Объекты Переменного Размера

Когда пользователь берет управление распределением и освобождением памяти, он может конструировать объекты, размер которых во время компиляции недетерминирован. В предыдущих примерах вмещающие (или контейнерные - перев.) классы vector, stack, intset и table реализовывались как структуры доступа фиксированного размера, содержание указатели на реальную память. Это подразумевает, что для создания таких объектов в свободной памяти необходимо две операции по выделению памяти, и что любое обращение к хранимой информации будет содержать дополнительную косвенную адресацию. Например:

  class char_stack {
      int size;
      char* top;
      char* s;
  public:
      char_stack(int sz) { top=s=new char[size=sz]; }
      ~char_stack()      { delete s; }     // деструктор
      void push(char c)  { *top++ = c; }
      char pop()         { return *--top; }
  };

  class char_stack {
      int size;
      char* top;
      char s[1];
  public:
      char_stack(int sz);
      void push(char c)  { *top++ = c; }
      char pop()         { return *--top; }
  };
  char_stack::char_stack(int sz)
  {
      if (this) error("стек не в свободной памяти");
      if (sz < 1) error("размер стека < 1");
      this = (char_stack*) new char[sizeof(char_stack)+sz-1];
      size = sz;
      top = s;
  }

5.6 Упражнения

1. (*1) Модифицируйте настольный калькулятор из Главы 3, чтобы использовать класс table.
2. (*1) Разработайте tnode (#с.8.5) как класс с конструкторами, деструкторами и т.п. Определите дерево из tnode'ов как класс с конструкторами, деструкторами и т.п.
3. (*1) Преобразуйте класс intset (#5.3.2) в множество строк.
4. (*1) Преобразуйте класс intset в множество узлов node, где node - определяемая вами структура.
5. (*3) Определите класс для анализа. хранения, вычисления и печати простых арифметических выражений, состоящих из целых констант и операций +, -, * и /. Открытый интерфейс должен выгляедть примерно так:

          class expr {
              // ...
          public:
              expr(char*);
              int eval();
              void print();
          }
   

   
   Параметр строка конструктора expr::expr() является выражением. Функция expr::eval() возвращает значение выражение, а expr::print() печатает представление выражения в cout. Программа может выглядеть, например, так:

          expr x("123/4+123*4-3");
          cout << "x = " << x.eval() << "\n";
          x.print();
   

   
   Определите класс expr два раза: один раз используя в качестве представления связанный список узлов, а другой раз - символьную строку. Поэкспериментируйте с разными способами печати выражения: с полностью расставленными скобками, в постфиксной записи, в ассемблерном коде и т.д.
6. (*1) Определите класс char_queue (символьная очередь) таким образом, чтобы открытый интерфейс не зависел от представления. Реализуйте char_queue как (1) связанный список и как (2) вектор. О согласованности не заботьтесь.
7. (*2) Определите класс histogram (гистограмма), в котором ведется подсчет чисел в определенных интервалах, которые задаются как параметры конструктора histogram. Обеспечьте функцию вывода гистограммы на печать. Сделайте обработку значений, выходящих за границы. Подсказка: .
8. (*2) Определите несколько классов, предоставляющих случайные числа с определенными распределениями. Каждый класс имеет конструктор, задающий параметры распределения, и функцию draw, которая возвращает "следующее" значение. Подсказка: . Посмотрите также класс intset.
9. (*2) Перепишите пример date (#5.8.2), пример char_stack (#5.2.5) и пример intset (#5.3.2) не используя функций членов (даже конструкторов и деструкторов). Используйте только class и friend. Сравните с версиями, в которых использовались функции члены.
10. (*3) Для какого-нибудь языка спроектируйте класс таблица имен и класс вхождение в таблицу имен. Чтобы посмотреть, как на самом деле выглядит таблица имен, посмотрите на компилятор этого языка.
11. (*2) Модифицируйте класс выражение из Упражнения 5 так, чтобы обрабатывать переменные и операцию присваивания =. Используйте класс таблица имен из Упражнения 10.
12. (*1) Дана программа:

           #include
           main()
           {
               cout << "Hello, world\n";
           }
    

    
    модифицируйте ее, чтобы получить выдачу

           Initialize
           Hello, world
           Clean up
    

    
    Не делайте никаких изменений в main().

    *¹ Иногда называется также квалификацией. (прим. перев.)
    *² Более поздние версии C++ поддерживают понятие указатель на член: cl::* означает "указатель на член класса cl". Например:

      typedef void (cl::*PROC)(int);
      PROC pf1 = &cl::print;    // приведение к типу ненужно
      PROC pf2 = &cl::print;
    

    
    Для вызовов через указатель на функцию член используются операции . и ->. Например:

      (z1.*pf1)(2);
      ((&z2)->*pf2)(4);
    

    (прим. автора)
    [Назад] [Содержание] [Вперед]
    к оглавлению   к C-Builder
    
    
    Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
    Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
    На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
    Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
    Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
    "Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
    Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

    НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

    10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.