Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Последние две главы этой части посвящены поддержке языком С++ объектно-ориентированного и обобщенного программирования.

Глава 15 рассматривает наследование и динамическое связывание. Наряду с абстракцией данных наследование и динамическое связывание — это основы объектно-ориентированного программирования. Наследование облегчает определение связанных типов, а динамическое связывание позволяет писать независимый от типов код, способный игнорировать различия между типами, которые связаны наследованием.

Глава 16 посвящена шаблонам классов и функций. Шаблоны позволяют писать обобщенные классы и функции, которые не зависят от типов. Новый стандарт ввел множество новых средств, связанных с шаблонами: шаблоны с переменным количеством аргументов, псевдонимы типов шаблона и новые способы контроля создания экземпляра.

Создание собственных объектно-ориентированных или обобщенных типов требует довольно хорошего понимания языка С++. К счастью, для их использования это не обязательно. Например, стандартная библиотека интенсивно использует средства, которые рассматриваются только в главах 15 и 16, но библиотечные типы и алгоритмы использовались уже с самого начала книги, даже без объяснения их реализации.

Поэтому читатели должны понимать, что часть III посвящена довольно сложным средствам. Написание шаблонов и объектно-ориентированных классов требует хорошего понимания основ языка С++ и глубокого знания того, как определяют базовые классы.

Глава 13

Управление копированием

Как упоминалось в главе 7, каждый класс является определением нового типа и операций, которые можно выполнять с объектами этого типа. В этой главе упоминалось также о том, что классы могут определять конструкторы, которые контролируют происходящее при создании объектов данного типа.

В этой главе мы изучим то, как классы могут контролировать происходящее при копировании, присвоении, перемещении и удалении объектов данного типа. Для этого классы имеют специальные функции-члены: конструктор копий, конструктор перемещения, оператор присвоения копии, оператор присваивания при перемещении и деструктор.

При определении класса разработчик (явно или неявно) определяет происходящее при копировании, перемещении, присвоении и удалении объектов данного класса. Класс контролирует эти операции, определяя пять специальных функций-членов: конструктор копий (copy constructor), оператор присвоения копии (copy-assignment operator), конструктор перемещения (move constructor), оператор присваивания при перемещении (move-assignment operator) и деструктор (destructor). Конструкторы копирования и перемещения определяют происходящее при инициализации объекта данными из другого объекта того же типа. Операторы копирования и присваивания при перемещении определяют происходящее при присвоении объекта данного класса другому объекту того же класса. Деструктор определяет происходящее в момент, когда объект данного типа прекращает существование. Все эти операции вместе мы будем называть управлением копированием (copy control).

Если класс определяет не все функции-члены управления копированием, компилятор сам определит недостающие. В результате многие классы могут не определять управление копированием (см. раздел 7.1.5). Но некоторые классы не могут полагаться на заданные по умолчанию определения. Зачастую наиболее трудная часть реализации операций управления копированием — это принятие решения об их необходимости.

Управление копированием — это важнейшая часть определения любого класса С++. У начинающих программистов С++ зачастую возникают затруднения при необходимости определения действий, происходящих при копировании, перемещении, присвоении и удалении объектов. Это затруднение обусловлено тем, что задавать их не обязательно, компилятор вполне может создать их сам, хотя результат этих действий может быть не совсем таким, как хотелось бы.

13.1. Копирование, присвоение и удаление

Начнем с наиболее простых операций: конструктора копий, оператора присвоения копии и деструктора. Операции перемещения (введенные новым стандартом) рассматриваются в разделе 13.6.

13.1.1. Конструктор копий

Если первый параметр конструктора — ссылка на тип класса, а все дополнительные параметры имеют значения по умолчанию, то это конструктор копий:

class Foo {

public:

 Foo(); // стандартный конструктор

 Foo(const Foo&); // конструктор копий

 // ...

}

По причинам, которые будут описаны ниже, первый параметр должен иметь ссылочный тип. Он почти всегда является ссылкой на константу, хотя вполне можно определить конструктор копий, получающий ссылку на не константу. При некоторых обстоятельствах конструктор копий используется неявно. Следовательно, конструктор копий обычно не следует объявлять как explicit (см. раздел 7.5.4).

Если конструктор копий не определен для класса явно, компилятор синтезирует его сам. В отличие от синтезируемого стандартного конструктора (см. раздел 7.1.4), конструктор копий синтезируется, даже если определены другие конструкторы.

Как будет продемонстрировано в разделе 13.1.6, синтезируемый конструктор копий (synthesized copy constructor) некоторых классов препятствует копированию объектов этого типа. В противном случае синтезируемый конструктор копий осуществляет почленное копирование (memberwise copy) членов своего аргумента в создаваемый объект (см. раздел 7.1.5). Компилятор по очереди копирует каждую нестатическую переменную-член заданного объекта в создаваемый.

Способ копирования каждой переменной-члена определяет ее тип: для типов класса применяется конструктор копий этого класса, а члены встроенного типа копируются непосредственно. Хотя нельзя непосредственно скопировать массив (см. раздел 3.5.1), синтезируемый конструктор копий копирует члены типа массива поэлементно. Элементы типа класса копируются с использованием конструкторов копий элементов.

Например, синтезируемый конструктор копий для класса Sales_data эквивалентен следующему:

class Sales_data {

public:

 // другие члены и конструкторы как прежде

 // объявление, эквивалентное синтезируемому конструктору копий

 Sales_data(const Sales_data&);

private:

 std::string bookNo;

 int units_sold = 0;

 double revenue = 0.0;

};

// эквивалент конструктора копий, синтезированный для класса Sales_data

Sales_data::Sales_data(const Sales_data &orig):

 bookNo(orig.bookNo), // использование конструктора копий string

 units_sold(orig.units_sold), // копирует orig.units_sold

 revenue(orig.revenue)        // копирует orig.revenue

{ }                           // пустое тело

Теперь можно полностью рассмотреть различия между прямой инициализацией и инициализацией копией (см. раздел 3.2.1):

string dots(10, '.');               // прямая инициализация

string s(dots);                     // прямая инициализация

strings2 = dots;                    // инициализация копией

string null_book = "9-999-99999-9"; // инициализация копией

string nines = string(100, '9');    // инициализация копией

При прямой инициализации от компилятора требуется использовать обычный выбор функции (см. раздел 6.4) для подбора конструктора, наилучшим образом соответствующего предоставленным аргументам. Когда используется инициализация копией (copy initialization), от компилятора требуется скопировать правый операнд в создаваемый объект, осуществляя преобразования в случае необходимости (см. раздел 7.5.4).

Инициализация копией обычно использует конструктор копий. Но, как будет продемонстрировано в разделе 13.6.2, если у класса есть конструктор перемещения, то инициализация копией иногда использует конструктор перемещения вместо конструктора копий, а пока достаточно знать, что при инициализации копией требуется либо конструктор копий, либо конструктор перемещения.

Инициализация копией осуществляется не только при определении переменных с использованием оператора =, но и при:

• передаче объекта как аргумента параметру не ссылочного типа;

• возвращении объекта из функции с не ссылочным типом возвращаемого значения;

• инициализации списком в скобках элементов массива или членов агрегатного класса (см. раздел 7.5.5)