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

class="code">p — это пример проблемы, о которой мы предупреждали в разделе 19.5.1. Ой! Можно было бы применить класс auto_ptr. А еще лучше — вернуться назад и понять, что память для вектора — это ресурс; иначе говоря, мы можем определить класс vector_base для выражения фундаментальной концепции, которую используем все время. Эта концепция изображена на следующем рисунке, содержащем три элемента, определяющих использование памяти, предназначенной для вектора:

Добавив для полноты картины распределитель памяти, получим следующий код:

template<class T, class A>

struct vector_base {

  A alloc;    // распределитель памяти

  T* elem;    // начало распределения

  int sz;     // количество элементов

  int space;  // размер выделенной памяти

  vector_base(const A& a, int n)

  :alloc(a), elem(a.allocate(n)), sz(n), space(n) { }

  ~vector_base() { alloc.deallocate(elem,space); }

};

Обратите внимание на то, что класс vector_base работает с памятью, а не с типизированными объектами. Нашу реализацию класса vector можно использовать для владения объектом, имеющим желаемый тип элемента. По существу, класс vector — это просто удобный интерфейс для класса vector_base.

template<class T, class A = allocator<T> >

class vector:private vector_base<T,A> {

public:

  // ...

};

Теперь можно переписать функцию reserve(), сделав ее более простой и правильной.

template<class T, class A>

void vector<T,A>::reserve(int newalloc)

{

  if (newalloc<=space) return;  // размер никогда не уменьшается

  vector_base<T,A> b(alloc,newalloc);   // выделяем новую память

  for (int i=0; i<sz; ++i)

  alloc.construct(&b.elem[i], elem[i]); // копируем

  for (int i=0; i<sz; ++i)

    alloc.destroy(&elem[i]);            // освобождаем память

  swap< vector_base<T,A> >(*this,b);    // меняем представления

                                        // местами

}

При выходе из функции reserve() старая память автоматически освобождается деструктором класса vector_base, даже если выход был вызван операцией копирования, сгенерировавшей исключение. Функция swap() является стандартным библиотечным алгоритмом (из заголовка <algorithm>), меняющим два объекта местами. Мы использовали алгоритм swap<vector_base<T,A>>(*this,b), а не более простую функцию swap(*this,b), поскольку объекты *this и b имеют разные типы (vector и vector_base соответственно), поэтому должны явно указать, какую специализацию алгоритма swap следует выполнить. 

ПОПРОБУЙТЕ

Модифицируйте функцию reserve, чтобы она использовала класс auto_ptr. Помните о необходимости освободить память перед возвратом из функции. Сравните это решение с классом vector_base. Выясните, какое из них лучше и какое легче реализовать.

Задание

1. Определите класс template<class T> struct S { T val; };.

2. Добавьте конструктор, чтобы можно было инициализировать его типом T.

3. Определите переменные типов S<int>, S<char>, S<double>, S<string> и S<vector<int>>; инициализируйте их значениями по своему выбору.

4. Прочитайте эти значения и выведите их на экран.

5. Добавьте шаблонную функцию get(), возвращающую ссылку на значение val.

6. Разместите функцию get() за пределами класса.

7. Разместите значение val в закрытом разделе.

8. Выполните п. 4, используя функцию get().

9. Добавьте шаблонную функцию set(), чтобы можно было изменить значение val.

10. Замените функции get() и set() оператором operator[] ().

11. Напишите константную и неконстантную версии оператора operator[] ().

12. Определите функцию template<class T> read_val(T& v), выполняющую ввод данных из потока cin в переменную v.

13. Используйте функцию read_val(), чтобы считать данные в каждую из переменных, перечисленных в п. 3, за исключением переменной S<vector<int>>.

14. Бонус: определите класс template<class T> istream& operator<<(istream&, vector<T>&) так, чтобы функция read_val() также обрабатывала переменную S<vector<int>>. Не забудьте выполнить тестирование после каждого этапа.

Контрольные вопросы

1. Зачем нужно изменять размер вектора?

2. Зачем нужны разные векторы с разными типами элементов?

3. Почему мы раз и навсегда не резервируем большой объем памяти для векторов?

4. Сколько зарезервированной памяти мы выделяем для нового вектора?

5. Зачем копировать элементы вектора в новую память?

6. Какие операции класса vector могут изменять размер вектора после его создания?

7. Чему равен объект класса vector после копирования?

8. Какие две операции определяют копию вектора?

9. Какой смысл имеет копирование объектов класса по умолчанию?

10. Что такое шаблон?

11. Назовите два самых полезных вида шаблонных аргументов?

12. Что такое обобщенное программирование?

13. Чем обобщенное программирование отличается от объектно-ориентированного программирования?

14. Чем класс array отличается от класса vector?

15. Чем класс array отличается от массива встроенного типа?

 16. Чем функция resize() отличается от функции reserve()?

17. Что такое ресурс? Дайте определение и приведите примеры.

18. Что такое утечка ресурсов?

19. Что такое принцип RAII? Какие проблемы он решает?

20. Для чего предназначен класс auto_ptr?

Термины

Упражнения

В каждом из упражнений создайте и проверьте (с выводом на печать) набор объектов определенных классов и продемонстрируйте, что ваш проект и реализация действительно работают так, как вы ожидали. Там где задействованы исключения, может потребоваться тщательное обдумывание мест, где могут появиться ошибки.

1. Напишите шаблонную функцию, складывающую векторы элементов любых типов, допускающих сложение.

2. Напишите шаблонную функцию, получающую в качестве аргументов объекты типов vector<T> vt и vector<U> vu и возвращающую сумму всех выражений vt[i]*vu[i].

3. Напишите шаблонный класс Pair, содержащий пары значений любого типа. Используйте его для реализации простой таблицы символов, такой как в калькуляторе (см. раздел 7.8).

4. Превратите класс Link из раздела 17.9.3 в шаблонный. Затем выполните заново упр. 13 из главы 17 на основе класса Link<God>.

5. Определите класс Int, содержащий единственный член типа int. Определите конструкторы, оператор присваивания и операторы +, –, * и /. Протестируйте этот класс и при необходимости уточните его структуру (например, определите операторы << и >> для обычного ввода-вывода).

6. Повторите предыдущее упражнение с классом Number<T>, где T — любой числовой тип. Попытайте добавить в класс Number оператор % и посмотрите, что получится, когда вы попробуете применить оператор % к типам Number<double> и Number<int>.

7. Примените решение упр. 2 к нескольким объектам типа Number.

8. Реализуйте распределитель памяти (см. раздел 19.3.6), используя функции malloc() и free() (раздел