Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание - Бьёрн Страуструп

(таких как указатели и ссылки), говорят, что они имеют семантику указателей (pointer semantics) или ссылок (reference semantics), т.е. копируют адреса. О типах, осуществляющих глубокое копирование (таких как string и vector), говорят, что они имеют семантику значений (value semantics), т.е. копируют значения, на которые ссылаются. С точки зрения пользователя типы с семантикой значений функционируют так, будто никакие указатели не используются, а существуют только значения, которые копируются. С точки зрения копирования типы, обладающие семантикой значений, мало отличаются от типа int. 

18.3. Основные операции

 

 Настал момент, когда мы можем приступить к обсуждению того, какие конструкторы должен иметь класс, должен ли он содержать деструктор и требуется ли копирующее присваивание. Следует рассмотреть пять важных операций.

• Конструкторы с одним или несколькими аргументами.

• Конструктор по умолчанию.

• Копирующий конструктор (копирование объектов одинаковых типов).

• Копирующее присваивание (копирование объектов одинаковых типов).

• Деструктор.

Обычно класс должен иметь один или несколько конструкторов, аргументы которых инициализируют объект.

string s(" Триумф "); // инициализируем объект s строкой "Триумф"

vector<double> v(10); // создаем вектор v, состоящий из 10 чисел

                      // double

Как видим, смысл и использование инициализатора полностью определяются конструктором. Стандартный конструктор класса string использует в качестве начального значения символьную строку, а стандартный конструктор класса vector в качестве параметра получает количество элементов. Обычно конструктор используется для установки инварианта (см. раздел 9.4.3). Если мы не можем определить хороший инвариант для класса, то, вероятно, плохо спроектировали класс или структуру данных.

Конструкторы, имеющие аргументы, сильно зависят от класса, в котором они реализованы. Остальные операции имеют более или менее стандартную структуру.

Как понять, что в классе необходим конструктор по умолчанию? Он требуется тогда, когда мы хотим создавать объекты класса без указания инициализатора. Наиболее распространенный пример такой ситуации возникает, когда мы хотим поместить объекты класса в стандартный контейнер, имеющий тип vector. Приведенные ниже инструкции работают только потому, что для типов int, string и vector<int> существуют значения, предусмотренные по умолчанию.

vector<double> vi(10); // вектор из 10 элементов типа double,

                       // каждый из них инициализирован 0.0

vector<string> vs(10); // вектор из 10 элементов типа string,

                       // каждый из них инициализирован ""

vector<vector< int> > vvi(10); // вектор из 10 векторов,

                               // каждый из них

                               // инициализирован конструктором vector()

Итак, иметь конструктор по умолчанию часто бывает полезно. Возникает следующий вопрос: а когда именно целесообразно иметь конструктор по умолчанию? Ответ: когда мы можем установить инвариант класса с осмысленным и очевидным значением по умолчанию. Для числовых типов, таких как int и double, очевидным значением является 0 (для типа double оно принимает вид 0.0). Для типа string очевидным выбором является "". Для класса vector можно использовать пустой вектор. Если тип T имеет значение по умолчанию, то оно задается конструктором T(). Например, double() равно 0.0, string() равно "", а vector<int>() — это пустой vector, предназначенный для хранения переменных типа int.

 

 Если класс обладает ресурсами, то он должен иметь деструктор. Ресурс — это то, что вы “где-то взяли” и должны вернуть, когда закончите его использовать. Очевидным примером является память, выделенная с помощью оператора new, которую вы должны освободить, используя оператор delete или delete[]. Для хранения своих элементов наш класс vector требует память, поэтому он должен ее вернуть; следовательно, он должен иметь деструктор. Другие ресурсы, которые используются в более сложных программах, — это файлы (если вы открыли файл, то должны его закрыть), блокировки (locks), дескрипторы потоков (thread handles) и двунаправленные каналы (sockets), используемые для обеспечения взаимосвязи между процессами и удаленными компьютерами.

 

 Другой признак того, что в классе необходим деструктор, — это наличие членов класса, которые являются указателями или ссылками. Если одним из членов класса является указатель или ссылка, скорее всего, в нем требуются деструктор и операции копирования.

 

 Класс, который должен иметь деструктор, практически всегда требует наличия копирующего конструктора и копирующего присваивания. Причина состоит в том, что если объект обладает ресурсом (и имеет указатель — член класса, ссылающийся на это ресурс), то копирование по умолчанию (почленное поверхностное копирование) почти наверняка приведет к ошибке. Классическим примером является класс vector.

 

 Если производный класс должен иметь деструктор, то базовый класс должен иметь виртуальный деструктор (см. раздел 17.5.2).

18.3.1. Явные конструкторы

Конструктор, имеющий один аргумент, определяет преобразование типа этого аргумента в свой класс. Это может оказаться очень полезным. Рассмотрим пример.

class complex {

public:

  complex(double); // определяет преобразование double в complex

  complex(double,double);

  // ...

};

complex z1 = 3.18; // OK: преобразует 3.18 в (3.18,0)

complex z2 = complex(1.2, 3.4);

 

 Однако неявные преобразования следует применять скупо и осторожно, поскольку они могут вызвать неожиданные и нежелательные эффекты. Например, наш класс vector, определенный выше, имеет конструктор, принимающий аргумент типа int. Отсюда следует, что он определяет преобразование типа int в класс vector. Рассмотрим пример.

class vector {

  // ...

vector(int);

  // ...

};

vector v = 10;  // создаем вектор из 10 элементов типа double

v = 20;         // присваиваем вектору v новый вектор

                // из 20 элементов типа double to v

void f(const vector&);

f(10);          // Вызываем функцию f с новым вектором,

                // состоящим из 10 элементов типа double

 

 Кажется, мы получили больше, чем хотели. К счастью, подавить такое неявное преобразование довольно просто. Конструктор с ключевым словом explicit допускает только обычную семантику конструирования и не допускает неявные преобразования. Рассмотрим пример.

class vector {

  // ...

  explicit vector(int);

  // ...

};

vector v = 10;  // ошибка: преобразования int в vector нет

v = 20;         // ошибка: преобразования int