Штерн В. - Основы C++. Методы программной инженерии - 2003

Если эта программа была написана, чтобы выполнить преобразование из Other в int, прекрасно. (Лучше было бы использовать явное приведение типов.) Если по ошибке объект а использовался вместо целого, компилятор не сообш^ит вам об этом. Заш.ита строгого контроля типов удалена, а ошибка обнаруживается во время рабочего тестирования и отладки.

С+Н- является языком со слабым контролем числовых типов. Можно свободно выполнять преобразование из одного числового типа в другой и явное приведение типов не требуется. Будьте осторожны, чтобы не сделать ошибку.

В С + + ведется строгий контроль типов, определенных программистом. Язык не обеспечивает приведение типов для числовых типов и типов, определенных пользователем, или разных типов, заданных пользователем. Ошибка помечается как синтаксическая, и ее можно скорректировать до выполнения программы.

Конструкторы и операторы преобразований ослабляют систему строгого конт­ роля типов в C-I-+ для типов, определенных пользователем. Они допускают явные и неявные преобразования цифровых типов и типов, определенных программи­ стом, но сделанная при этом ошибка не помечается как синтаксическая.

В той степени, в которой это касается указателей (или ссылок), C + + обеспе­ чивает смесь сильного и слабого контроля типов. Указатели не обозначают объек­ ты с типами, отличаюш.имися от их собственного типа. Однако они могут свободно преобразовываться в указатели любого другого типа. Следует использовать явное приведение типов (в отличие от числовых значений неявные приведения не допус­ каются, даже для указателей на числовые типы). Важно, чтобы память, на кото­ рую указывают указатели (или ссылки), использовалась после этого приведения правильно.

Преобразование классов, связанных наследованием

Использование наследования вводит дополнительные возможности для приме­ нения объекта одного типа, когда предполагается объект другого типа. Классы, связанные обш,едоступным наследованием, не являются полностью несовмести­ мыми, поскольку объект производного класса содержит все операции и элементы набора данных, которые имеются у объекта базового класса. Вы можете назначить объект одного класса для объекта другого типа (возможно, используя явное при­ ведение типов). Вы можете передать объект одного класса как параметр, когда ожидается параметр другого класса.

Правила C + + ддя преобразования классов, связанных наследованием, не очень сложны. Кажется, однако, что они выполняются вопреки широко распространен­ ной интуиции программирования. Если это так, то постарайтесь направить ин­ туицию в нужном направлении.

Помните: когда производный класс открыто наследуется из базового класса, C + + поддерживает явные стандартные преобразования из производных объектов в открытые базовые классы. Кроме того, допускаются преобразования из базового объекта в производный класс, но для них потребуется явное приведение. Это пра­ вило применяется к объектам классов, ссылкам на объекты классов и указателям на объекты.

Чтобы это правило стало понятным, рассмотрим несколько примеров и пред­ ставим диаграммы, иллюстрируюш,ие преобразования из одного типа в другой.

Важными являются концепции безопасных и опасных преобразований.

Безопасные и опасные преобразования

Рассмотрим фрагменты программы, в которых используются числовые пере­ менные и которые показывают обработку переменных разных типов.

i nt b = 10; double d;

652Часть IV* Расш.,:..,

Вэтом примере небольшой объем данных (4 байта на машине автора) пересы­ лается в большую часть данных (8 байт на машине автора). Какие бы значения не содержала целая переменная, она может быть сохранена в переменной с плаваюш^ей точкой двойной точности. При пересылке она не теряет ни точность, ни значение. Именно поэтому это преобразование считается безопасным, и ком­ пилятор C + + не выдает никаких предупреждений для программы такого типа.

Рассмотрим движение данных в обратном направлении.

i nt b; double d = 3.14;

b = d; / / из "большего" в "меньший" тип : опасная пересылка

В данном случае значение в 8 байт с плаваюидей точкой двойной д/шны может не поместиться в меньшей области, выделяемой для переменной целого типа. Дробная часть будет потеряна. Если значение двойной длины находится вне до­ пустимого диапазона для целых чисел, то также будет потеряно и само значение. Поэтому такое преобразование является опасным, и для подобных программ компиляторы C++ могут выдавать предупреждения.

Однако C++ не считает такое присваивание незаконным. Прежде всего, не все опасные операции являются неверными. Значение двойной длины может быть не­ большим, поэтому его можно легко сохранить в значении целого типа. В рассмат­ риваемый момент у значения двойной длины может отсутствовать дробная часть.

Только программист может оценить язык C + + . Если он знает, что делает (какое значение преобразуется и что случится с ним в результате пересылки), и доволен полученными результатами, прекрасно. Если нет, то C++ не будет выступать в роли "старшего брата".

Обсудим преобразование переменных разных классов. В отличие от предыду- ш,ей части, в которой обсуждалось преобразование объектов несвязанных клас­ сов, предположим, что классы связаны наследованием.

Рассмотрим классы Base (содержит один целый элемент данных с размером

Применим этулогику "соответствия размерам" к передаче данных между пере­

менными двух классов.

Подобно предыдущему примеру с числовыми размерами, передадим "меньшее" значение (4 байта) большему значению (8 байт). У объекта назначения места для осуществления перемещения с избытком, причем данные не будут потеряны. Те­ перь переместим данные в противоположном направлении.

Это все еще синтаксическая ошибка, потому что объект Base не может предо­ ставить отсутствующие данные. Возможно, вам захочется использовать нули для установки элементов данных класса Derived, которые не могут быть инициализи­ рованы из объекта Base (здесь это элемент данных у). Однако это невозможно выполнить по умолчанию: компилятору не известно, допустимы ли нули. Чтобы уведомить об этом компилятор, можно перегрузить оператор присваивания класса Derived. Передайте ему параметр Base, скопируйте поля параметра и установите остальные поля в любое значение.

Другие примеры операторов присваивания классов можно найти в главе 11 Там операторы присваивания включают параметр либо того же класса, что и класс назначения присваивания, либо тип одного из компонентов класса. Здесь пред­ ставлен оператор присваивания, параметр которого относится к классу Base. Это замечательно, поскольку перегруженный оператор присваивания представляет со­ бой просто функцию C-f-H-, и можно спроектировать функции C + + с помощью параметров любого типа. Объект базового класса является одним из компонентов объекта производного класса.

Почему тело оператора присваивания настолько сложно? Почему необходимо относиться к классу Base очень внимательно? Почему используется операция яв­ ного задания объекта, а также функция show()? Прежде всего, элемент данных х защищен в классе Base, не правда ли? Возникает много вопросов. Главный из них: можно ли упростить оператор присваивания и записать его следующим образом?

Ответ на этот вопрос будет дан позже в этой главе.

Второй вопрос: в программе имеются две строки, которые пытаются скопиро­ вать объект класса Base в объект класса Derived. Какую строку поддерживает этот оператор назначения?

Оператор назначения поддерживает первую строку. Вторая строка не вызывает оператор присваивания, поэтому это делается в первой строке. Уже говорилось, что всегда следует помнить о различии между присваиванием и инициализацией, поскольку в языке C + + это разные вещи. Для поддержки второй строки тре­ буется функция-член, которая будет вызываться при компиляции оператора приведения. Что такое приведение типов? Приведение типов означает вызов конструктора. Конструктор принадлежит к классу приведения типов. Следователь­ но, для поддержки второй строки программы необходимо записать следующее:

Теперь имя конструктора известно. Тип данного параметра предполад^ается ис­ пользовать для инициализации полей объекта класса Derived. Согласно строке программы параметр должен иметь тип Base.

Обратите внимание, что часто в обсуждении используются слова "строка программы, которую требуется поддерживать" в различных видах. Причина за­ ключается в следующем: внешний вид серверных классов определяется исходя

из принятого решения о том, что требуется поддержать в клиентской программе. Вам надо скопировать параметр в часть Ва^е объекта класса Derived и как-то изменить часть Derived объекта, что сохранит объект в согласованном состоянии. Подобно оператору присваивания, можно установить элемент данных Derived в ноль.

Это неверно. Здесь не был учтен совет, что надо постоянно помнить о процессе построения объекта. Предполагалось, что конструктор вызывается при построе­ нии объекта, а не после того.

При построении объекта его компонентам выделяется область памяти. Конст­ руктор для каждого компонента вызывается до того, как следующему компоненту выделяется память. Сначала для объекта класса Derived размещается компонент Base. Следовательно, вызывается конструктор Base. Какой конструктор? Посколь­ ку части Base не передавались никакие данные, это конструктор по умолчанию. Определим класс Base и проверим, содержит ли он конструктор по умолчанию. Нет, он содержит конструктор преобразования без установленного по умолчанию значения параметра. Значит, попытка вызвать спроектированный конструктор приведет к вызову пропущенного конструктора Base, в результате чего появится синтаксическая ошибка. Помните об этих моментах.

Вам необходимо сделать доступным определяемый по умолчанию конструктор Base. Можно добавить конструктор к классу Base или значение параметра по умолчанию к существующему конструктору преобразования Base. Кроме того, рекомендуем воспользоваться списком функции инициализации в проектируемом конструкторе Derived, а не предоставлять конструктор по умолчанию классу Base. Используем список инициализации.

Но это также неверно. Элемент данных х в классе Base не является общедоступ­ ным, следовательно, к нему нет доступа из-за пределов области действия класса. Некоторые программисты доказывают, что код конструктора, который соответст­ вует оператору Derived::scope, находится в классе Derived, а у класса Derived есть доступ к незакрытым элементам данных в Base. Это действительно так. Но объект-параметр b отличается от цели сообщения, и методы класса Derived не могут осуществлять доступ к его не общедоступным данным. Оператор присваи­ вания класса Derived может осуществлять доступ только к своей внутренней организации, определенной в Base. Именно поэтому должна использоваться функция-член Base.

Это правильно, но, вероятно, слишком совершенно. Вызывается функция-член show() в Base, возвращаемое значение передается в конструктор преобразова­ ния Base. Проще вызвать конструктор копирования Base. Он всегда доступен. Поскольку класс Base не осуществляет динамическое управление своей памятью, то не требуется для себя писать специальный конструктор копирования.

Когда устанавливается мощный указатель класса Derived для указания на сла­ бый объект класса Base, он может извлекать намного больше, чем объект может предоставить. Из приведенных выше двух строк, расположенных за назначением указателя pd = pb, первая строка (вызов show()) правильная, а вторая (вызов accessO) — нет, в Base отсутствует access(). Именно поэтому C + + объявляет преобразование pd = pb синтаксической ошибкой, чтобы воспрепятствовать таким вызовам, как pd->access(x, у). Сам по себе вызов является синтаксически пра­ вильным (pd принадлежит классу Derived), но семантически бессмысленным — объект Base не может ответить на это сообщение.

Конечно, компилятор может видеть то, что уже знаете вы. Он понимает, что указатель pd класса Derived указывает на объект Base, следовательно, вызов pd->show() должен быть доступен, а вызов pd->access(x. у) — не разрешен. Но в этом случае проектировщик компилятора должен уметь делать очень много. В языке C + + часто отдается предпочтение проектировщику компилятора. От компилятора C++ не требуется выполнения анализа потока данных. Вы же должны изучить правила преобразования.

Итак, преобразование pd = pb не является безопасным и помечается как син­ таксическая ошибка. Но если у вас были только самые лучшие намерения? Что, если предполагалось только вызвать функции Base (например, show()), а не функ­ ции Derived (например, accessO)? Должен существовать механизм для указания компилятору того, что неизвестно ему, но знакомо вам, а именно, что будут ис­ пользоваться только возможности класса Base. Такой механизм действительно существует (см. главу 6). Он называется приведение типов.

Используя приведение типов, от компилятора запрашивается выполнение бе­ зопасного преобразования. При желании "расправиться без суда" надо вызвать pd->show(), а не pd->access(x, у).

Обратите внимание, что имя приведения типов включает не просто имя класса, но и указатель. Было бы неправильно опустить нотацию указателя. Также не до­ пускается использование функциональной записи. Рекомендуем ее использовать, только когда имя типа является идентификатором, а Derived* не представляет собой идентификатор (вспомните, что звездочка в идентификаторах C + + не до­ пускается).

Если требуется использовать функциональную запись, применяйте typedef для составления имени типа, например DerivedPtr.

Создадим объект класса Derived в динамически распределяемой области памя­ ти. Используя указатель класса Derived (большого, мощного, дальнего действия), можно вызвать возможности, унаследованные из класса Base, так и определенные в классе Derived. И это нормально, поскольку объект класса Derived (большой и мощный) располагает всеми этими возможностями.

Это преобразование является безопасным. Компилятор в данном фрагменте программы помечает вызов метода access(x,y) класса Derived как синтаксиче­ скую ошибку. Компилятору известно, что указатель рЬ принадлежит классу Base, а в классе Base отсутствует какой-либо метод access(). Поскольку компилятор C + + не выполняет анализ потока данных, у него есть право не знать то, что известно вам. Компилятор не знает, что указатель рЬ обозначает вполне развитый объект Derived, который способен ответить на сообщение accessO, как и любой другой объект Derived. Разработчик компилятора C + + отдыхает, а нам остается найти метод, чтобы сообщить компилятору то, что известно нам.

Вам известно, как указать контроллеру, что этот небольшой указатель обозна­ чает большой объект. Чтобы сообщить компилятору то, что известно вам, следует воспользоваться приведением. Необходимо выполнить приведение этого слабого указателя Base (который может извлечь возможности класса Derived) к мощному указателю Derived, так что методы Derived станут досягаемыми.