C++

6.11 Предостережение

Как и большую часть возможностей в языках программировния, перегрузку операций можно использовать как правильно, так и неправильно. В частности, можно так воспользоваться возможностью определять новые значения старых операций, что они станут почти совсем непостижимы. Представьте, например, с какими сложностями столкнется человек, читающий программу, в которой операция + была переопределена для обозначения вычтания.

Изложенный аппарат должен уберечь программиста/читателя от худших крайностей применения перегрузки, потому что прораммист предохранен от изменения значения операций для осноных типов данных вроде int, а также потому, что синтаксис вражений и приоритеты операций сохраняются.

Может быть, разумно применять перегрузку операций главным образом так, чтобы подражать общепринятому применению операций. В тех случаях, когда нет общепринятой операции или имеющееся в С++ множество операций не подходит для имитации общепринятого применения, можно использовать запись вызова функции.

6.12 Упражнения

1. (*2) Определите итератор для класса string. Определите операцию конкатенации + и операцию «добавить в конец» +=. Какие еще операции над string вы хотели бы иметь возможность осуществлять?

2. (*1.5) Задайте с помощью перегрузки () операцию выделния подстроки для класса строк.

3. (*3) Постройте класс string так, чтобы операция выделния подстроки могла использоваться в левой части присвивания. Напишите сначала версию, в которой строка может присваиваться подстроке той же длины, а потом версию, где эти длины могут быть разными.

4. (*2) Постройте класс string так, чтобы для присваивания, передачи параметров и т.п. он имел семантику по значнию, то есть, когда копируется строковое представление, а не просто управляющая структура данных класса sring.

5. (*3) Модифицируйте класс string из предыдущего примера таким образом, чтобы строка копировалась только когда это необходимо. То есть, храните совместно используемое представление двух строк, пока одна из этих строк не бдет изменена. Не пытайтесь одновременно с этим иметь операцию выделения подстроки, которая может использваться в левой части.

6. (*4) Разработайте класс string с семантикой по значению, копированием с задержкой и операцией подстроки, которая может стоять в левой части.

7. (*2) Какие преобразования используются в каждом выражнии следующей программы:

struct X (* int i; X(int); operator+(int); *);

struct Y (* int i; Y(X); operator+(X); operator int(); *);

X operator* (X,Y); int f(X);

X x = 1; Y y = x; int i = 2;

main() (* i + 10; y + 10; y + 10 * y; x + y + i; x * x + i; f(7); f(y); y + y; 106 + y; *)

Определите X и Y так, чтобы они оба были целыми типами. Измените программу так, чтобы она работала и печатала значения всех допустимых выражений.

8. (*2) Определите класс INT, который ведет себя в точности как int. Подсказка: определите INT::operator int().

9. (*1) Определите класс RINT, который ведет себя в точноти как int за исключением того, что единственные возмоные операции – это + (унарный и бинарный), – (унарный и бинарный), *, /, %. Подсказка: не определяйте INT::operator int().

10. (*3) Определите класс LINT, ведущий себя как RINT, за исключением того, что имеет точность не менее 64 бит.

11. (*4) Определите класс, который реализует арифметику с произвольной точностью. Подсказка: вам надо управлять памятью аналогично тому, как это делалось для класса string.

12. (*2) Напишите программу, доведенную до нечитаемого сотояния с помощью макросов и перегрузки операций. Вот идея: определите для INT + так, чтобы он означал -, и наоборот, а потом с помощью макроопределения определите int как INT. Переопределение часто употребляемых фунций, использование параметров ссылочного типа и несколко вводящих в заблуждение комментариев помогут устроить полную неразбериху.

13. (*3) Поменяйтесь со своим другом программами, которые у вас получились в предыдущем упражнении. Не запуская ее попытайтесь понять, что делает программа вашего друга. После выполнения этого упражнения вы будете знать, чего следует избегать.

14. (*2) Перепишите примеры с comlpex (#6.3.1), tiny (#6.3.2) и string (#6.9) не используя friend функций. Используйте только функции члены. Протестируйте каждую из новых версий. Сравните их с версиями, в которых используются функции друзья. Еще раз посмотрите Упражнение 5.3.

15. (*2) Определите тип vec4 как вектор их четырех float. Определите operator[] для vec4. Определите операции +, -, *, /, =, +=, -=, *=, /= для сочетаний векторов и чсел с плавающей точкой.

16. (*3) Определите класс mat4 как вектор из четырех vec4. Определите для mat4 operator[], возвращающий vec4. Опрделите для этого типа обычные операции над матрицами. Определите функцию, выполняющие для mat4 исключение Гусса.

17. (*2) Определите класс vector, аналогичный vec4, но с длиной, которая задается как параметр конструктора vector::vector(int).

18. (*3) Определите класс matrix, аналогичный mat4, но с размерностью, задаваемой параметрами конструктора matrix::matrix(int,int).

Глава 7 Производные Классы

Не надо размножать объекты без необходимости

У. Оккам

В этой главе описывается понятие производного класса в С ++. Производные классы дают простой, гибкий и эффективный апарат задания для класса альтернативного интерфейса и опредления класса посредством добавления возможностей к уже имещемуся классу без перепрограммирования или перекомпиляции. С помощью производных классов можно также обеспечить общий итерфейс для нескольких различных классов так, чтобы другие части программы могли работать с объектами этих классов однаковым образом. При этом обычно в каждый объект помещается информация о типе, чтобы эти объекты могли обрабатываться сответствующим образом в ситуациях, когда их тип нельзя узнать во время компиляции. Для элегантной и надежной обработки тких динамических зависимостей типов имеется понятие виртуалной функции. По своей сути производные классы существуют для того, чтобы облегчить программисту формулировку общности.

7.1 Введение

Представим себе процесс написания некоторого универсалного средства (например, тип связанный список, таблица имен или планировщик для системы моделирования), которое преднаначается для использования многими разными людьми в различных обстоятельствах. Очевидно, что в кандидатах на роль таких средств недостатка нет, и выгоды от их стандартизации огроны. Кажется, любой опытный программист написал (и отладил) дюжину вариантов типов множества, таблицы имен, сортирующей функции и т.п., но оказывается, что каждый программист и кадая программа используют свою версию этих понятий, из-за чего программы слишком трудно читать, тяжело отлаживать и сложно модифицировать. Более того, в большой программе вполне может быть несколько копий идентичных (почти) частей кода для рабты с такими фундаментальными понятиями.

Причина этого хаоса частично состоит в том, что предствить такие общие понятия в языке программирования сложно с концептуальной точки зрения, а частично в том, что средства, обладающие достаточной общностью, налагают дополнительные расходы по памяти и/или по времени, что делает их неудобными для самых простых и наиболее напряженно используемых средств (связанные списки, вектора и т.п.), где они были бы наиболее полезны. Понятие производного класса в С++, описываемое в #7.2, не обеспечивают общего решения всех этих проблем, но оно дает способ справляться с довольно небольшим числом ваных случаев. Будет, например, показано, как определить эффетивный класс обобщенного связанного списка таким образом, чтобы все его версии разделяли код.

Написание общецелевых средств – задача непростая, и чато основной акцент в их разработке другой, чем при разработке программ специального назначения. Конечно, нет четкой границы между средствами