184
virtual Foo* makeClone() { return new PFoo(foo->makeClone()); }
};
class Bar : public Foo { protected:
Bar(Bar&); // Конструктор копий public:
virtual Foo* makeClone();
};
Foo* Bar::makeClone()
{
return new Bar(*this);
}
Наконец мы добрались и до применения настоящего конструктора копий. Указатель создает копию — не только свою, но и указываемого объекта. В свою очередь, указываемый объект перекладывает всю тяжелую работу на свой собственный конструктор копий. Обратите внимание: чтобы это стало возможным, мы сделали конструктор копий Foo защищенным.
Присваивание
Присваивание для невидимых ведущих указателей похоже на присваивание для любых других типов ведущих указателей. И снова мы продолжаем с того места, на котором остановились при присваивании неведущих указателей.
class Foo { public:
virtual Foo& operator=(const Foo&);
};
// В файле foo.cpp
class PFoo : public Foo { private:
Foo* foo; public:
virtual Foo& operator=(const Foo& f)
{
if (this == &f) return *this; delete foo;
foo = f.foo->makeClone(); return *this;
}
};
Foo& Foo::operator=(const Foo&)
{
return *this;
}
Снова о двойной передаче
Невидимые указатели позволяют элегантно решить многие проблемы. Одна из таких проблем — улучшенная инкапсуляция двойной передачи, и в том числе решение неприятной проблемы, связанной с оператором +=. Мы объединим двойную передачу с концепцией переходных типов, о которых говорилось давным-давно, в главе 7.
185
Удвоенная двойная передача
Итак, давайте попробуем реализовать двойную передачу для невидимых указателей. Этот раздел представляет собой элементарное распространение приемов, которыми мы пользовались без связи с указателями.
Первая попытка
Сейчас мы сделаем первый заход на арифметические операции с невидимыми указателями. Он работает, но обладает некоторыми ограничениями, на которые следует обратить внимание и должным образом исправить. Чтобы избежать проблем, связанных с возвращением ссылок на временные значения (см. окончание главы 11), я перехожу на использование оператора new. Проблемы сборки мусора будут рассматриваться позже.
// В файле number.h
class NBase; // Клиентам об этом ничего знать не нужно class Number {
protected:
Number(const Number&) {} Number() {}
public:
virtual NBase& operator+(const NBase&) = 0; virtual Number& operator+(const Number&) = 0; // И т.д.
};
// В файле number.cpp class Integer;
class Real;
class PNumber : public Number { private:
NBase* number; protected:
virtual NBase& operator+(const NBase& n) const { return *number + n; } // #2
public:
PNumber(NBase* n) : number(n) {}
virtual Number& operator+(const Number& n) const
{ return *(new PNumber(&(n + *number))); } // #1
};
class NBase : public Number {
//Промежуточный базовый класс
//Традиционная двойная передача в NBase public:
virtual NBase& operator+(const Integer&) const = 0; virtual NBase& operator+(const Real&) const = 0;
// И т.д.
virtual NBase& operator+(const NBase&) const = 0; virtual Number& operator+(const Number& n) const
{ return Integer(0); } |
// Заглушка не вызывается |
}; |
|
class Integer : public NBase { |
|
186
private:
int value; protected:
virtual NBase& operator+(const Integer& i) const
{ return *(new Integer(value + i.value)); } // #4
public:
Integer(int i) : value(i) {}
virtual NBase& operator+(const NBase& n) const
{ return n + *this; } |
// #3 |
}; |
|
class Real : public NBase { ... }; |
|
Как и в исходном варианте двойной передачи, постарайтесь не сосредотачивать взгляд и медленно отодвигайте страницу от носа, пока ну ловите суть происходящего. Ниже подробно расписано, что происходит, когда клиент пытается сложить два Number (а на самом деле — два PNumber, но клиент об этом не знает). Предположим, складываются два Integer:
1. Вызывается операторная функция PNumber::operator+(const Number&) левого указателя. Выражение переворачивается, и вызывается аналогичная функция правого указателя, при этом аргументом является левый указываемый объект. Однако перед тем, как это случается, функция создает PNumber для результата.
2.Вызывается операторная функция PNumber::operator+(const NBase&) левого указателя. Вызов делегируется оператору + указываемого объекта.
3.Вызывается операторная функция Integer::operator+(const NBase&) правого указываемого объекта. Выражение снова переворачивается.
4.Вызывается операторная функция Integer::opeator+(const Integer&) левого указываемого объекта, где наконец и выполняется реальная операция вычисления суммы.
Витоге происходит четыре передачи — две для указателей и две для указываемых объектов. Отсюда и название — удвоенная двойная передача. Мы обходимся без преобразований типов, но зато о существовании NBase приходится объявлять на первых страницах газет.
Сокращение до трех передач
Если мы разрешим программе «знать», что изначально слева и справа стоят PNumber, и выполним соответствующее приведение типов, количество передач можно сократить до трех: оставить одну передачу для операторной функции PNumber::operator+(const Number&) плюс две обычные двойные передачи. Первый PNumber приходит к выводу, что справа также стоит PNumber, выполняет понижающее преобразование от Number к PNumber, а затем напрямую обращается к указываемому объекту. При этом удается обойтись без PNumber::operator+(const NBase&). Есть и дополнительное преимущество — при должной осторожности можно удалить из файла .h все ссылки на NBase.
Проблема заключается в том, что какой-нибудь идиот может вопреки всем предупреждениям породить от Number свой класс, выходящий за пределы вашей тщательно построенной иерархии. Это будет означать, что не все Number будут обязательно «запакованы» в PNumber. Только что показанная методика предотвращает создание производных от Number классов за пределами файла .cpp и даже правильно работает с производными классами без оболочек (Number без PNumber) при условии, что они правильно реализуют схему удвоенной двойной передачи.
Как долго результат остается действительным?
В показанной выше реализации клиент должен помнить о необходимости избавляться от Number, вызывая delete &aResult. Это серьезное ограничение среди прочего усложняет вложенные вычисления, поскольку для всех промежуточных результатов приходится создавать указатель для их последующего удаления. В комитет ANSI поступило предложение (так и не принятое), в соответствии с которым компилятор должен гарантировать, что временная величина в стеке остается действительной
187
до полного вычисления самого большого вмещающего выражения. Если ваш компилятор следует этому правилу, то строку
{return *(new Integer(&(value + i.value)); }
можно записать в виде
{return Integer(value + i.value); }
Аналогично создается и PNumber. Возвращаемое значение будет оставаться действительным внутри вычисляемого выражения. Любая ссылка, которая может существовать за пределами вмещающего выражения, должна быть получена вызовом функции makeClone(). Эта функция создает PNumber в куче или присваивает другой Number виртуальным оператором = для невидимых ведущих указателей, о которых говорилось выше. Чтобы ликвидировать эти раздражающие мелкие утечки памяти, можно воспользоваться приемами уплотнения и сборки мусора, рассмотренными в части 4.
Самомодификация и переходимость
Невидимый ведущий указатель, как и любой умный указатель, может интерпретироваться как переходный тип. Если просто заменить указываемый объект каким-нибудь производным классом, вы фактически изменяете тип всей видимой клиенту комбинации. На этом основано решение проблемы оператора +=, которая требует самомодификации левого операнда, а также возможного оперативного изменения типа «на ходу». Если правый операнд Complex складывается с левым операндом Integer, тип левого операнда приходится менять.
// В файле number.h
class NBase; // Клиентам об этом ничего знать не нужно class Number {
protected:
Number(const Number&) {} Number() {}
public:
virtual NBase& AddTo(const NBase&) = 0; virtual Number& operator+(const Number&) = 0; // И т.д.
};
// В файле number.cpp class Integer;
class Real;
class PNumber : public Number { private:
NBase* number; protected:
virtual NBase& AddTo(const NBase& n) const { return number->AddTo(n); } // #2
public:
PNumber(NBase* n) : number(n) {}
virtual Number& operator+(const Number& n) const
{
number |
= &(n.AddTo(*number)); |
// #1 - замена |
return |
*this; |
|
}
};
class NBase : public Number { // Промежуточный базовый класс
188
// Традиционная двойная передача в NBase public:
virtual NBase& operator+=(const Integer&) const = 0; virtual NBase& operator+=(const Real&) const = 0;
// И т.д.
virtual NBase& AddTo(const NBase&) const = 0; virtual Number& operator+(const Number& n) const
{ return Integer(0); } |
// Заглушка не вызывается |
}; |
|
class Integer : public NBase { |
|
private: |
|
int value; |
|
protected: |
|
virtual NBase& operator+=(const Integer& i) const
{
if (value + i.value достаточно мало) { value += i.value;
return *this;
}
else {
ArbitraryPrecisionInteger api(value); api += i.value;
delete this; return api;
}
public:
Integer(int i) : value(i) {}
virtual NBase& AddTo(const NBase& n) const { return n + *this; } // #3
};
class Real : public NBase { ... };
Все как и раньше, разве что операторы + превратились в +=, а двойная передача теперь проходит через +=(левый, правый) и AddTo(правый, левый), чтобы мы могли различать два порядка аргументов. Это важно, поскольку в конечном счете мы хотим заменить указываемый объект левого операнда новым. Это происходит в двух местах:
1. Операторная функция PNumber::operator+=(const Number&) автоматически заменяет число полученным новым значением.
2.Операторная функция Integer::operator+=(const Integer&) возвращает управление, если ей не приходится изменять тип; в противном случае после удаления своего объекта она возвращает новый объект другого типа.
По вполне понятным причинам я назову вторую из этих функций заменяющей. Заменяющие функции обладают одной экзотической (если не выразиться сильнее) особенностью: нельзя рассчитывать, что адрес объекта перед вызовом остается действительным и после вызова. Разумеется, пользоваться этим обстоятельством можно лишь в том случае, если эту логику удастся запрятать в самую глубокую и темную дыру, чтобы никто в нее не сунулся, но если это удается сделать, хлопотные алгоритмы невероятно упрощаются.
Показанный пример надежно работает, пока PNumber действует как ведущий указатель и пока можно гарантировать, что ни один объект, производный от NBase, не будет существовать без ссылающегося на него PNumber. В нашем случае, когда все прячется в файле .cpp, дело обстоит именно так.