Ëåêöèÿ 7. ÎÎÏ: èíêàïñóëÿöèÿ.

Åâãåíèé Ëèíñêèé

×åðíûé ÿùèê äëÿ äèíàìè÷åñêîãî ìàññèâà

int *array = new int[size];

array[i] = ...

...

delete [] array;

Çàäà÷è ïðîãðàììèñòà:

I íå çàáûòü ñîçäàòü

I íå âûéòè ñëó÷àéíî çà ãðàíèöû

I íå ïåðåïóòàòü ðàçìåð

I íå çàáûòü óäàëèòü

C++ 2 / 21

×åðíûé ÿùèê äëÿ äèíàìè÷åñêîãî ìàññèâà

array.h

class Array {

private:

size_t size;

int *data;

public:

Array(int s); // êîíñòðóêòîð

~Array (); // äåñòðóêòîð

};

array.cpp

#include "array.h"

Array :: Array(size_t s) {

size = s;

data = new int [size];

}

Array :: ~Array () {

delete [] data;

}

C++ 3 / 21

Òåðìèíîëîãèÿ

#include "array.h"

main() {

Array a(100); // âûçîâ êîíñòðóêòîðà Array(...)

// direct initialization

Array a(); // the most vexing parse??!

a.data [34] = 3434; //compilation error, data � private

} //âûçîâ äåñòðóêòîðà ~Array()

Ê private ìîæíî ïîëó÷èòü äîñòóï òîëüêî èç ìåòîäîâ òîãî æå êëàññà.Òåðìèíîëîãèÿ:

1 int a;

int � òèï ïåðåìåííîéa � èìÿ ïåðåìåííîé

2 Array a(100);

Array � êëàññ (class)a � îáúåêò/ýêçåìïëÿð êëàññà (object/instance)a.data � ïîëå (�eld)a.get_size() � ìåòîä (method)

C++ 4 / 21

Äîñòóï ê ïîëÿì

array.h

class Array {

private:

size_t size;

int *data;

public:

Array(int s);

int get(int i);

void set(int i, int v);

size_t get_size ();

~Array ();

};

C++ 5 / 21

Äîñòóï ê ïîëÿì

array.cpp

int Array ::get(int i) {

if((i < 0) || (i >= size))

return -1;

return data[i];

}

void Array ::set(int i, int val) {

if ((i < 0) || (i >= size))

return;

data[i] = val;

}

size_t Array:: get_size () {

return size;

}

1 ×òî íå òàê?

2 Îáðàáîòêà îøèáîê: get � íåëüçÿ îòëè÷èòü îøèáêó îò óñïåõà; set� îá îøèáêå íå óçíàåì â âûçûâàþùåì êîäå.

C++ 6 / 21

Äîñòóï ê ïîëÿì

array.cpp

int Array ::get(int i) {

if((i < 0) || (i >= size))

return -1;

return data[i];

}

void Array ::set(int i, int val) {

if ((i < 0) || (i >= size))

return;

data[i] = val;

}

size_t Array:: get_size () {

return size;

}

1 ×òî íå òàê?2 Îáðàáîòêà îøèáîê: get � íåëüçÿ îòëè÷èòü îøèáêó îò óñïåõà; set

� îá îøèáêå íå óçíàåì â âûçûâàþùåì êîäå.

C++ 6 / 21

Ñ style èíêàïñóëÿöèÿ

Ñ style

struct array_s {

size_t size;

int *data;

};

typedef array_t struct array_s;

void init(array_t *a, size_t s) {

a->size = s;

a->data = malloc(s * sizeof(int ));

}

void deinit(array_t *a) {

free(a->data);

}

int main() {

array_t a;

init(&a, 100);

deinit (&a);

}

C++ 7 / 21

Ðåàëèçàöèÿ èíêàïñóëÿöèè

Ïîñëå êîìïèëÿöèè (â îáúåêòíîì ôàéëå) îò êëàññà íè÷åãî�èíêàïñóëÿöèîííîãî� íå îñòàåòñÿ. Ìîæíî ñ÷èòàòü ÷òî êîìïèëÿòîðïðåîáðàçóåò ïðîãðàììó òàê:

struct Array {

size_t size;

int *data;

};

void Array :: Array(Array *this , size_t s) {

this ->size = s;

this ->data = new int [s];

}

void Array ::~ Array(Array *this) {

delete [] this ->data;

}

int main() {

Array a;

//ïðîñòî âûçîâ îáû÷íîé ôóíöèè ñ òàêèì ñòðàííûì èìåíåì

Array:: Array(&a, 100);

Array ::~ Array (&a);

}

C++ 8 / 21

Ðåàëèçàöèÿ èíêàïñóëÿöèè

class Array {

private:

...

};

//void Array::set(Array *this, int i, int val) ...

void Array ::set(int i, int val) { this ->data[i] = val; }

int main() {

Array a(100);

a.set(3, 10);

Array b(100);

b.set(5, 20)

}

I Âñå ïðîâåðêè private/public âûïîëíÿþòñÿ òîëüêî âî âðåìÿêîìïèëÿöèè (â äâîè÷íîì êîäå óæå íè÷åãî ïðèâàòíîãî íåò)

I Íóëåâîé ïàðàìåòð this âñåì ôóíêöèÿì äîáàâëÿåò äëÿ íàñêîìïèëÿòîð (this ìîæíî èñïîëüçîâàòü)

I Â ïðîãðàììå âûøå â ïàìÿòè áóäåò õðàíèòñÿ 2 íàáîðàïåðåìåííûõ (a è b) è 1 êîä ôóíêöèè set

C++ 9 / 21

Ïåðåãðóçêà (overloading) â C++

 C++ ìîæíî òàê:

int max(int a, int b) { ... }

int max(int a, int b, int c) { ... }

I Name mangling (ìàíãëèíã) � �ïðåîáðàçîâàíèå èìåíè ôóíêöèèêîìïèëÿòîðîì äëÿ ëèíêåðà�

I â C:

max(int a, int b) �> maxmax(int a, int b, int c) �> max

I â C++ (êàê-òî òàê):

max(int a, int b) �> max_int_intmax(int a, int b, int c) �> max_int_int_int

I Òî åñòü ìîæíî, íàïðèìåð, ñäåëàòü äâà êîíñòðóêòîðà

C++ 10 / 21

Êîíñòðóêòîð ïî óìîë÷àíèþ (default constructor)

class Array {

...

Array(int s) { size = s; data = new int [size]; }

Array() { size = 100; data = new int [size]; }

};

int main() {

Array a; // âûçîâ default êîíñòðóêòîðà

Array b(100);

}

Åñëè ó êëàññà íåò êîíñòðóêòîðà èëè äåñòðóêòîðà, òî êîìïèëÿòîðñãåíåðèðóåò òàêèå:

Array() { }

~Array() { }

C++ 11 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

int main() {

int a = 3;

int b = a;

}

Õî÷ó ïîëüçîâàòüñÿ îáúåêòàìè êàê îáû÷íûìè ïåðåìåííûìè.

1 int main() {

2 Array a(200);

3 a.set(3, 42);

4 Array b(a); // õî÷ó, ÷òîáû b áûë êîïèåé a

5 b.set(3, 24);

6 }

Ïî óìîë÷àíèþ ó îáúåêòîâ (êàê è ó ñòðóêòóð) ïðîèçîéäåò ïîáàéòîâîåêîïèðîâàíèå ïîëåé.

1 Íó è ÷òî?

2 Ïîëÿ data ó a è ó b áóäóò óêàçàûâàòü íà îäíî è òî æå ìåñòî âïàìÿòè (b.set(...) ïîìåíÿåò a).

3 Â ñòðîêå 6 ïðîèçîéäåò äâîéíîé âûçîâ delete íà îäèí è òîò æåàäðåñ �> ïðîãðàììà óïàäåò.

C++ 12 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

int main() {

int a = 3;

int b = a;

}

Õî÷ó ïîëüçîâàòüñÿ îáúåêòàìè êàê îáû÷íûìè ïåðåìåííûìè.

1 int main() {

2 Array a(200);

3 a.set(3, 42);

4 Array b(a); // õî÷ó, ÷òîáû b áûë êîïèåé a

5 b.set(3, 24);

6 }

Ïî óìîë÷àíèþ ó îáúåêòîâ (êàê è ó ñòðóêòóð) ïðîèçîéäåò ïîáàéòîâîåêîïèðîâàíèå ïîëåé.

1 Íó è ÷òî?2 Ïîëÿ data ó a è ó b áóäóò óêàçàûâàòü íà îäíî è òî æå ìåñòî â

ïàìÿòè (b.set(...) ïîìåíÿåò a).

3 Â ñòðîêå 6 ïðîèçîéäåò äâîéíîé âûçîâ delete íà îäèí è òîò æåàäðåñ �> ïðîãðàììà óïàäåò.

C++ 12 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

int main() {

int a = 3;

int b = a;

}

Õî÷ó ïîëüçîâàòüñÿ îáúåêòàìè êàê îáû÷íûìè ïåðåìåííûìè.

1 int main() {

2 Array a(200);

3 a.set(3, 42);

4 Array b(a); // õî÷ó, ÷òîáû b áûë êîïèåé a

5 b.set(3, 24);

6 }

Ïî óìîë÷àíèþ ó îáúåêòîâ (êàê è ó ñòðóêòóð) ïðîèçîéäåò ïîáàéòîâîåêîïèðîâàíèå ïîëåé.

1 Íó è ÷òî?2 Ïîëÿ data ó a è ó b áóäóò óêàçàûâàòü íà îäíî è òî æå ìåñòî â

ïàìÿòè (b.set(...) ïîìåíÿåò a).3 Â ñòðîêå 6 ïðîèçîéäåò äâîéíîé âûçîâ delete íà îäèí è òîò æå

àäðåñ �> ïðîãðàììà óïàäåò.C++ 12 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

class Array {

...

Array(const Array& a) {

size = a.size;

data = new int [size];

for(size_t i = 0; i < size; i++) data[i] = a.data[i];

}

};

Åùå êîíñòðóêòîð êîïèé íóæåí ïðè ïåðåäà÷å îáúåêòà ïî çíà÷åíèþ âôóíêöèþ:

void create_copy_and_fill_it(Array a) {

...

}

1 À ïî÷åìó Array(const Array& a), à íå Array(Array a)?

2 Áóäåò áåñêîíå÷íàÿ ðåêóðñèÿ.

C++ 13 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

class Array {

...

Array(const Array& a) {

size = a.size;

data = new int [size];

for(size_t i = 0; i < size; i++) data[i] = a.data[i];

}

};

Åùå êîíñòðóêòîð êîïèé íóæåí ïðè ïåðåäà÷å îáúåêòà ïî çíà÷åíèþ âôóíêöèþ:

void create_copy_and_fill_it(Array a) {

...

}

1 À ïî÷åìó Array(const Array& a), à íå Array(Array a)?

2 Áóäåò áåñêîíå÷íàÿ ðåêóðñèÿ.

C++ 13 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

void print(Array a) {

for(size_t i = 0; i < a.get_size (); i++ ){

print("%d ", a.get(i));

}

}

1 Õîðîøàÿ èäåÿ?

2 Íåò. Ëèøíèå íàêëàäíûå ðàñõîäû íà âûçîâ êîíñòðóêòîðà êîïèé.Ëó÷øå ïåðåäàòü ïî êîíñòàíòíîé ññûëêå print(const Array& a).

C++ 14 / 21

Êîíñòðóêòîð êîïèé (copy constructor)

void print(Array a) {

for(size_t i = 0; i < a.get_size (); i++ ){

print("%d ", a.get(i));

}

}

1 Õîðîøàÿ èäåÿ?

2 Íåò. Ëèøíèå íàêëàäíûå ðàñõîäû íà âûçîâ êîíñòðóêòîðà êîïèé.Ëó÷øå ïåðåäàòü ïî êîíñòàíòíîé ññûëêå print(const Array& a).

C++ 14 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment)

int main() {

int a = 3;

int b = 5;

b = a;

}

Õî÷ó ïîëüçîâàòüñÿ îáúåêòàìè êàê îáû÷íûìè ïåðåìåííûìè.

int main() {

Array a(200); a.set(3, 42);

Array b(20); b.set(3, 24);

b = a;

}

Ïî óìîë÷àíèþ ó îáúåêòîâ (êàê è ó ñòðóêòóð) ïðîèçîéäåò ïîáàéòîâîåêîïèðîâàíèå ïîëåé.

1 Áóäóò àíàëîãè÷íûå ïðîáëåìû, êàê è ó êîíñòðóêòîðà êîïèé.2  ÷åì ðàçíèöà îò ïðåäûäóùåãî ñëó÷àÿ?

3 Ñëó÷àé 1: îáúåêòà b íå áûëî è åãî íàäî ñîçäàòü êàê êîïèþ a.Ñëó÷àé 2: îáúåêò b óæå ñóùåñòâóåò, åãî íàäî �îáíóëèòü� è ïîòîìñîçäàòü êàê êîïèþ a.

C++ 15 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment)

int main() {

int a = 3;

int b = 5;

b = a;

}

Õî÷ó ïîëüçîâàòüñÿ îáúåêòàìè êàê îáû÷íûìè ïåðåìåííûìè.

int main() {

Array a(200); a.set(3, 42);

Array b(20); b.set(3, 24);

b = a;

}

Ïî óìîë÷àíèþ ó îáúåêòîâ (êàê è ó ñòðóêòóð) ïðîèçîéäåò ïîáàéòîâîåêîïèðîâàíèå ïîëåé.

1 Áóäóò àíàëîãè÷íûå ïðîáëåìû, êàê è ó êîíñòðóêòîðà êîïèé.2  ÷åì ðàçíèöà îò ïðåäûäóùåãî ñëó÷àÿ?3 Ñëó÷àé 1: îáúåêòà b íå áûëî è åãî íàäî ñîçäàòü êàê êîïèþ a.

Ñëó÷àé 2: îáúåêò b óæå ñóùåñòâóåò, åãî íàäî �îáíóëèòü� è ïîòîìñîçäàòü êàê êîïèþ a.

C++ 15 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment).

Âåðñèÿ 1.

void Array :: operator =(const Array& a) {

delete [] data;

size = a.size;

data = new int [size];

for(int i = 0; i < size; i++) data[i] = a.data[i];

}

C++ 16 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment).

Âåðñèÿ 2.

1 Array& Array :: operator =( const Array &a){

2 if (&a == this){

3 return *this;

4 }

5 delete [] data;

6 size = a.size;

7 data = new int [size];

8 for (int i = 0; i < size; i++){

9 data[i] = a.data[i];

10 }

11 return *this;

12}

1 Çà÷åì ñòðîêè 2-4 è 11?

2 2-4: a = a;

3 11: a = b = c;

C++ 17 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment).

Âåðñèÿ 2.

1 Array& Array :: operator =( const Array &a){

2 if (&a == this){

3 return *this;

4 }

5 delete [] data;

6 size = a.size;

7 data = new int [size];

8 for (int i = 0; i < size; i++){

9 data[i] = a.data[i];

10 }

11 return *this;

12}

1 Çà÷åì ñòðîêè 2-4 è 11?

2 2-4: a = a;

3 11: a = b = c;

C++ 17 / 21

Îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ (copy assignment).

Âåðñèÿ 2.

1 Array& Array :: operator =( const Array &a){

2 if (&a == this){

3 return *this;

4 }

5 delete [] data;

6 size = a.size;

7 data = new int [size];

8 for (int i = 0; i < size; i++){

9 data[i] = a.data[i];

10 }

11 return *this;

12}

1 Çà÷åì ñòðîêè 2-4 è 11?

2 2-4: a = a;

3 11: a = b = c;

C++ 17 / 21

Êîïèðóþùàÿ èíèöèàëèçàöèÿ (copy initialization)

= íå âñåãäà îçíà÷àåò ¾îïåðàòîð ïðèñâàèâàíèÿ¿:

int main() {

Array a;

// ...

Array b = a; // Âñåãäà âûçûâàåòñÿ Array(const Array&).

print(b); // Îáû÷íî âûçûâàåòñÿ Array(const Array&) äëÿ

// ñîçäàíèÿ àðãóìåíòà.

}

Array print(Array a) {

// ...

return a; // Copy init âîçâðàùàåìîãî çíà÷åíèÿ.

// Array(const Array&).

}

Ñìîòðèì íà êîíñòðóêòîðû ñ îäíèì ïàðàìåòðîì.

C++ 18 / 21

Íåÿâíûå ïðåîáðàçîâàíèÿ (implicit conversion)

Êîïèðóþùàÿ èíèöèàëèçàöèÿ âûãëÿäèò êàê ïðåîáðàçîâàíèå òèïîâ:

int main() {

Array a(10); // Array(10) ≈ Array(int).

Array b = 10; // Array(10) ≈ Array(int).

print (10); // Âûçûâàåòñÿ Array(int), ÷òîáû ñîçäàòü àðãóìåíò.

}

void print(Array a) { ... }

// void print(int i) { ... } // Ïåðåãðóçêà äîáàâèò âåñåëüÿ.

Array singleCellArray () {

return 10; // Array(10) ≈ Array(int).

}

C++ 19 / 21

Explicit-êîíñòðóêòîð (C++11)

 C++11 ìîæíî îòêëþ÷èòü êîíñòðóêòîð äëÿ êîïèðóþùåéèíèöèàëèçàöèè:

class Array {

...

explicit Array(int n) { ... }

...

};

int main() {

Array a(10); // Êîìïèëèðóåòñÿ.

Array b = 10; // Íå êîìïèëèðóåòñÿ.

print (10); // Íå êîìïèëèðóåòñÿ.

}

C++ 20 / 21

RVO, NRVO, copy elision

Array createArray () {

// Ñîçäà¼òñÿ âðåìåííûé îáúåêò, à ïîòîì êîïèðóåòñÿ?

// Return value optimization (îáÿçàòåëüíî ñ C++17).

return Array (10);

}

Array createArray () {

Array a(10); // Ñîçäà¼òñÿ ëîêàëüíàÿ ïåðåìåííàÿ.

// Ïåðåìåííàÿ êîïèðóåòñÿ â âîçâðàùàåìîå çíà÷åíèå è

// óíè÷òîæàåòñÿ?

// Íåîáÿçàòåëüíûé named return value optimization.

return a;

}

Êîìïèëÿòîð ìîæåò âûêèíóòü âûçîâ, äàæå åñëè â êîïèðóþùåìêîíñòðóêòîðå ïðîèñõîäèò ÷òî-òî, êðîìå êîïèðîâàíèÿ:

Array(const Array &a) { printf("copy!\n"); ... }

Ìîæíî âûêèíóòü íå òîëüêî ðÿäîì ñ return:

print(Array (10)); // Ìîæíî ñîçäàòü ñðàçó íà ìåñòå ïàðàìåòðà.

C++ 21 / 21