25
Автоматическое удаление — второе большое преимущество стековых объектов, поэтому программисты часто создают маленькие вспомогательные стековые классы, которые играют роль «обертки» для динамических объектов. В следующем забавном примере динамический класс Foo «упаковывается» в стековый класс PFoo. Конструктор выделяет память для Foo; деструктор освобождает ее. Если вы незнакомы с операторами преобразования, обратитесь к соответствующему разделу этой главы. В двух словах, функция operator Foo*() позволяет использовать класс PFoo везде, где должен использоваться Foo* — например, при вызове функции g().
class PFoo { private:
Foo* f; public:
PFoo() : f(new Foo) {} ~PFoo() { delete f; } operator Foo*() { return f; }
}
void g(Foo*);
{
PFoo p;
g(p); // Вызывает функцию operator Foo*() для преобразования // Уничтожается p, а за ним – Foo
}
Обратите внимание, что этот класс не совсем безопасен, поскольку адрес, возвращаемый функцией operator Foo*(), становится недействительным после удаления вмещающего PFoo. Мы разберемся с этим чуть позже.
Мы еще не раз встретимся с подобными фокусами. Вся соль заключается в том, что стековые объекты могут пригодиться просто из-за того, что их не приходится удалять вручную. Вскоре я покажу вам, как организовать автоматическое удаление динамических объектов, но эта методика очень сложна и вряд ли пригодна для повседневного применения.
У стековых объектов есть еще одно преимущество — если ваш компилятор поддерживает ANSIсовместимую обработку исключений (exception). Когда во время раскрутки стека происходит исключение, деструкторы стековых объектов вызываются автоматически. Для динамических объектов этого не случается, и ваша куча может превратиться в настоящий хаос. Рискуя повториться, я скажу, что мы вернемся к этой теме позднее.
Области действия и функции
Одно из значительных преимуществ C++ над С — возможность ограничения области действия символических имен. Впрочем, это палка о двух концах, поскольку правила определения области действия иногда довольно запутанны. Кроме того, в C++ появилась перегрузка функций и — как ее расширение — перегрузка операторов. Предполагается, что вы уже знакомы с азами, поэтому в своем кратком обзоре я ограничусь лишь некоторыми нетривиальными особенностями функций и областей действия.
Области действия
Область действия создается следующими конструкциями:
•класс;
•структура;
•объединение;
•блок;
•глобальное пространство имен.
26
Символические имена, объявленные в области действия, относятся только к данной области. Они не ограничиваются перечислениями и простыми переменными. Структуры, классы и функции также могут определяться в конкретной области действия.
Классы
Класс в C++ — нечто большее, чем простая структура данных. Это аналог модуля из других языков программирования, средство упорядочения символьных имен.
class Foo { |
|
public: |
|
static int y; |
// Глобальная переменная |
static void GFn(); |
// Глобальная функция |
int x; |
// Переменная класса |
Foo(); |
// Конструктор |
void Fn(); |
// Функция класса |
typedef int (*IntFn)(); |
// Тип |
enum Status { kOpen = 0, kClosed }; // Другой тип |
|
struct Bar { |
// Вложенная структура |
int a; |
|
int b; |
|
static void BarFn();
}
private:
void Hn();
};
В этом фрагменте приведены некоторые вариации на тему классов. Переменная у — глобальная переменная, a GFn() — глобальная функция, хотя область действия их имен ограничивается классом Foo. Во всех функциях класса Foo к ним можно обращаться просто по имени, но за его пределами необходимо использовать оператор области действия :::
Foo::Foo() |
|
{ |
|
GFn(); |
// Мы уже находимся в области действия Foo |
} |
|
void f() |
|
{ |
|
Foo::GFn(); |
// Необходимо задать область действия |
} |
|
Аналогично, определение типа IntFn, перечисление Status и даже вложенную структуру Bar также можно использовать без указания области действия в функциях класса Foo, но в любом другом месте эту область необходимо задать. Для вложенных типов с открытой видимостью синтаксис указания области действия может принять несколько устрашающий вид, как видно из следующего примера для структуры Ваr:
Foo::Bar b;
Foo::Bar::BarFn();
По этой причине вложенные структуры либо делаются тривиальными, либо доступ к ним ограничивается.
Члены класса х, Foo и Fn(), имеют смысл лишь в контексте конкретного экземпляра (instance) этого класса. Для обращения к ним используются операторы-селекторы членов класса, . и ->. Широкие массы (и, как я выяснил на собственном горьком опыте, даже разработчики компиляторов C++) почти не знают о том, что с помощью селекторов можно вызывать статические функции класса и обращаться
27
к статическим переменным класса. Следующий фрагмент верен, хотя бедные читатели вашей программы придут в такое замешательство, что подобное можно проделывать только в последний день перед увольнением:
Foo f; |
|
f.Gfn(); |
// То же, что и Foo::GFn(); |
Структуры
Структура в C++ — почти что полноценный класс. Со структурой можно делать все, что можно делать с классом. Например, структуры могут участвовать в наследовании; в них можно объявлять секции public, private, protected и даже виртуальные функции. Тем не менее, для структур действуют несколько иные правила: по умолчанию все члены считаются открытыми (public), чтобы готовые программы на С не приходилось переписывать заново под каноны C++.
Теория — вещь хорошая, но давайте вернемся на землю. Стоит ли демонстрировать свою «крутизну» и объявлять структуру с множественным наследованием и виртуальными функциями? На практике структуры используются вместо классов лишь при соблюдении следующих условий:
•Структура не содержит виртуальных функций.
•Структура не является производной от чего-либо, кроме разве что другой структуры.
•Структура не является базовой для чего-либо, кроме разве что другой структуры.
Нормальные программисты C++ обычно используют структуры лишь для маленьких удобных наборов данных с тривиальными функциями. В частности, структуры часто используются в ситуациях, когда объект C++ должен быть совместим на битовом уровне с внешней структурой данных (особенно со структурами С). При этом можно запросто объявлять конструкторы и невиртуальные функции (особенно тривиальные встроенные), поскольку для них не создается v-таблица, которая могла бы нарушить битовую совместимость.
Объединения
Объединения C++ почти не отличаются от объединений С. Они позволяют сэкономить несколько байт за счет наложения различных структур данных поверх друг друга. Объединения могут содержать невиртуальные функции, в том числе конструкторы и деструкторы, но при этом они должны подчиняться довольно жестким ограничениям:
•Члены объединения не могут иметь конструкторов (хотя само объединение — может).
•Объединение не может быть производным от чего-либо.
•Ничто не может быть производным от объединения.
•Деструкторы членов не вызываются, хотя деструктор самого объединения, если он есть, вызывается.
Поскольку объединения не участвуют в иерархии наследования, нет смысла объявлять в них виртуальные функции или защищенные члены. Члены объединений разрешается объявлять закрытыми (private) или открытыми (public). Объединения пригодятся лишь тогда, когда вам действительно нужно сэкономить память, когда вы не собираетесь делать объединение производным или базовым, а также включать в него виртуальные функции или конструкторы. Иначе говоря, пользы от них не так уж много.
Блоки
Все, что стоило бы сказать о блоках, уже известно вам из С или из предыдущего описания стековых объектов.
Глобальные пространства имен
Глобальные пространства имен C++ настолько сложны, что в моем представлении процесс компиляции глобальных конструкций напоминает магический ритуал с дымом благовоний и пением мантр. Я постараюсь изложить эти правила как можно проще. Область действия глобальных типов
28
ограничивается файлом, в котором они объявляются. Глобальные переменные и функции к тому же подчиняются правилам компоновки для нескольких исходных файлов. Рассмотрим следующую ситуацию:
//В файле Foo.cpp typedef int Symbol;
//В файле Bar.cpp typedef void (*Symbol)();
Никакого конфликта не возникнет, если только по мазохистским соображениям вы не включите один файл с расширением .срр в другой директивой #include. Символическое имя Symbol известно компилятору лишь в тех исходных файлах, в которых оно встречается, поэтому в разных исходных файлах его можно использовать по-разному. Следующий фрагмент неверен, поскольку на этот раз символическое имя соответствует переменной, а не типу. Имя переменной должно быть уникальным для всех файлов, передаваемых компоновщику.
//В файле Foo.cpp int Symbol;
//В файле Bar.cpp void (*Symbol)();
Единственное исключение из этого правила относится к перегрузке функций, о которой будет рассказано в следующем разделе. Конечно, конфликты имен часто возникают в любом достаточно большом проекте, в котором несколько программистов работают над разными исходными файлами. Одно из возможных решений — использование статических членов; другое — объявление глобальных переменных и функций статическими. Если переменная или функция объявляется статической, она определена лишь в границах исходного файла.
//В файле Foo.cpp static int Symbol;
//В файле Bar.cpp static void (*Symbol)();
Увидев ключевое слово static, компилятор проследит за тем, чтобы компоновщик не перепутал две разные версии одного символического имени при условии что исходные файлы не компилируются вместе; будут сгенерированы две разные переменные.
К любому символическому имени, объявленному в глобальном пространстве имен, можно обратиться с помощью оператора :: без указания области действия:
::Fn(); |
// Вызвать глобальную функцию с заданным именем |
int x = ::i; |
// Присвоить x значение глобальной переменной |
::SomeType y; |
// Использовать глобально объявленный тип |
Явно заданная область действия всегда отменяет все символические имена, определенные локально — например, внутри блока или класса.
Перегрузка
В C++ существует несколько способов многократного использования имен функций. В частности, пространства имен функций формируются на основе классов. Одноименные функции в классах, не связанных друг с другом, выполняют совершенно разные задачи. Перегрузка функций развивает великую традицию разделения пространств имен функций и позволяет многократно использовать имена функций в границах одной области действия.
Аргументы
Две функции с одинаковыми именами считаются разными, если они отличаются по количеству, порядку или типу аргументов.
void Fn();