Programowanie obiektowe Wykład 3. Dariusz Wardowski. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 1/21

Transkrypt

1 Dariusz Wardowski dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 1/21

2 Przydzielanie pamięci Poniżej przedstawiono w C++ dwie klasy obrazujące sposób rezerwacji pamięci. class Osoba char imie[30]; char nazwisko[30]; int wiek; class Osoba char* imie; char* nazwisko; int wiek; ; Osoba() Osoba(char i[], char n[], int w); Osoba::Osoba(char i[], char n[], int w) strcpy(imie,i); strcpy(nazwisko,n); wiek = w; ; Osoba(); Osoba(char* i, char* n, int w); ~Osoba(); Osoba::Osoba() imie = new char[1]; imie[0]= \0 ; nazwisko = new char[1]; nazwisko[0]= \0 ; Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; Osoba::~Osoba() delete [] imie; delete [] nazwisko; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 2/21

3 Pamięć dynamiczna new i delete Do zaalokowania pamięci w sposób dynamiczny używamy operatoa new. Zastosowanie tego operatora wiąże się jednak z podjęciem dodatkowych czynności takich jak rozbudowanie destruktora klasy oraz zsynchronizowanie rezerwacji pamięci w konstruktorach z jej zwolnieniem w destruktorze za pomocą operatora delete. Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; Osoba::~Osoba() delete [] imie; delete [] nazwisko; W przypadku dynamicznego przydzielania pamięci konieczne jest również utworzenie odpowiednich metod, które będą obsługiwały inicjalizację i przypisanie. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 3/21

4 Pole statyczne klasy Statyczna składowa klasy ma specjalną właściwość polegająca na tym, że program tworzy tylko jedną jej kopię, niezależnie od tego, ile obiektów danej klasy zostanie utworzonych. Innymi słowy pole statyczne klasy jest współdzielone przez wszystkie obiekty klasy. class Osoba static int ileosob; char* imie; char* nazwisko; int wiek; int Osoba::ileOsob = 0; Osoba::Osoba() imie = new char[1]; imie[0]= \0 ; nazwisko = new char[1]; nazwisko[0]= \0 ; ileosob++; int w); ; Osoba(); Osoba(char* i, char* n, ~Osoba(); Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; ileosob++; Osoba::~Osoba() ileosob--; delete [] imie; delete [] nazwisko; Pole statyczne inicjalizowane jest niezależnie poza deklaracją klasy i poza konstruktorami. Możliwe jest natomiast zainicjalizowanie stałego pola statycznego w deklaracji klasy. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 4/21

5 Pole statyczne klasy Statyczna składowa klasy ma specjalną właściwość polegająca na tym, że program tworzy tylko jedną jej kopię, niezależnie od tego, ile obiektów danej klasy zostanie utworzonych. Innymi słowy pole statyczne klasy jest współdzielone przez wszystkie obiekty klasy. class Osoba static int ileosob; char* imie; char* nazwisko; int wiek; int Osoba::ileOsob = 0; Osoba::Osoba() imie = new char[1]; imie[1]= \0 ; nazwisko = new char[1]; nazwisko[1]= 0 ; ileosob++; int w); ; Osoba(); Osoba(char* i, char* n, ~Osoba(); Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; ileosob++; Osoba::~Osoba() ileosob--; delete [] imie; delete [] nazwisko; Pole statyczne inicjalizowane jest niezależnie poza deklaracją klasy i poza konstruktorami. Możliwe jest natomiast zainicjalizowanie stałego pola statycznego w deklaracji klasy. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 5/21

6 char * Pola składowe imie oraz nazwisko w konstruktorze klasy Osoba są wskaźnikami, a zatem konstruktor musi zaalokować pamięć odpowiednią dla danego łańcucha znaków przekazanego jako argument do konstruktora. Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; ileosob++; strlen(char*) Funkcja zwraca długość łańcucha (nie uwzględnia końcowego znaku null) strcpy(cel, źródło) Funkcja kopiująca łańcuch znaków. Należy pamiętać, że instrukcja: nazwisko = n spowoduje tylko skopiowanie adresu. Przy czym wskaźnik do łańcucha można przekazać do konstruktora podczas inicjalizacji obiektu: Osoba o( Jan, Kowalski,37); dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 6/21

7 Konstruktor kopiujący Podczas inicjalizacji jednego obiektu drugim, kompilator automatycznie generuje konstruktor zwany konstruktorem kopiującym. Zadaniem tego konstruktora jest kopiowanie obiektu istniejącego do obiektu nowo tworzonego. Konstruktor ten jest używany podczas inicjalizacji, a nie podczas przypisania. Osoba o1( Jan, Dzik, 47); Osoba o2 = o1; //działa konstruktor kopiujący Osoba o3; o3 = o1; // nie jest używany konstruktor kopiujący Prototyp konstruktora kopiującego: NazwaKlasy(const NazwaKlasy &); dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 7/21

8 Kiedy działa konstruktor kopiujący? Konstruktor kopiujący zostaje wywołany wówczas, gdy nowo tworzony obiekt jest inicjalizowany istniejącym obiektem tej samej klasy. Osoba o1( Jan, Dzik, 47); Osoba o2 = o1; Kompilator używa konstruktora kopiującego, gdy program generuje kopię obiektu (np. w sytuacji, gdy obiekt przekazywany jest do funkcji przez wartość). void f(osoba o); //funkcja, do której przekazywany jest obiekt przez wartość. Osoba o1( Alicja, Lis, 32); f(o1); Niektóre kompilatory używają konstruktora kopiującego, gdy funkcja zwraca obiekt. Osoba g() return Osoba( Jan, Kowalski,23); dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 8/21

9 Co robi konstruktor kopiujący? Domyślny konstruktor kopiujący wykonuje tzw. kopiowanie płytkie, tzn. kopiuje tylko do nowotworzonego obiektu wartość każdej niestatycznej składowej kopiowanego obiektu. (Statyczne składowe nie są kopiowane, gdyż należą one do całej klasy, a nie pojedynczych obiektów). class A ; static int i; int x; double y; bool z; A(int _x, double _y, bool _z) x = _x; y = _y; z = _z; a x = 2 y = 4 z = true Zmienna statyczna i nie jest kopiowana. i = 0 b x = 2 y = 4 z = true int A::i = 0; int main() A a(2,4,true); A b = a; //domyślny konstruktor kopiujący Obiekt b jest kopią obiektu a. return 0; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 9/21

10 Przykład użycia jawnego konstruktora kopiującego Jeśli klasa zawiera pole statyczne, którego wartość jest zmieniana przez konstruktor (np. zliczanie utworzonych obiektów), wówczas należy zdefiniować w sposób jawny konstruktor kopiujący, który będzie aktualizował pole statyczne. class A ; static int i; int x; double y; bool z; A(int _x, double _y, bool _z) x = _x; y = _y; z = _z; i++; ~A()i--; A(const A & a) //konstruktor //kopiujący i++; x = a.x; y = a.y; z = a.z; int main() A a(2,4,true); A b = a; //działą jawny konstruktor kopiujący return 0; int A::i = 0; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 10/21

11 Domyślny konstruktor kopiujący a łańcuchy znaków class B char* tekst; int x; B(char* t, int _x) tekst = new char[strlen(t)+1]; strcpy(tekst,t); x = _x; int main() B b1( Ala ma kota,10); B b2 = b1; return 0; Adres 0xbf ; ~B() delete [] tekst; b1 tekst = 0xbf x = 10 Ala ma kota b2 tekst = 0xbf x = 10 Obiekt b2 jest kopią obiektu b1. Jeżeli pole składowe klasy jest wskaźnikiem do łańcucha znaków, wówczas domyślny konstruktor kopiujący kopiuje jedynie adresy, a nie cały łańcuch znaków. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 11/21

12 Domyślny konstruktor kopiujący a łańcuchy znaków c.d. class B ; char* tekst; int x; B(char* t, int _x) tekst = new char[strlen(t)+1]; strcpy(tekst,t); x = _x; ~B() delete [] tekst; wypisz() cout << tekst << << x << endl; int main() B b1( Ala ma kota,10); f(b1); b1.wypisz(); return 0; Działanie programu: Ala ma kota (ewentualnie wystąpi błąd) void f(b b) // obiekt przekazywany przez wartość b.wypisz(); dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 12/21

13 Rozwiązanie problemu Jeśli klasa posiada składowe, które są wskaźnikami inicjalizowanymi za pomocą operatora new, wówczas należy napisać jawny konstruktor kopiujący, który skopiuje całe dane wskazywane przez wskaźniki. Jest to tzw. głębokie kopiowanie. class B char* tekst; int x; B(char* t, int _x) tekst = new char[strlen(t)+1]; strcpy(tekst,t); x = _x; B(const B & a) x = a.x; tekst = new char[strlen(a.tekst)+1]; strcpy(tekst,a.tekst); ; ~B() delete [] tekst; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 13/21

14 Rozwiązanie problemu c.d. void f(b b) b.wypisz(); int main() B b1( Ala ma kota,10); f(b1); b1.wypisz(); return 0; Argument rzeczywisty Argument formalny (parametr) b1 tekst = 0xbf x = 10 b tekst = 0xbf x = 10 Adres 0xbf Ala ma kota Adres 0xbf Ala ma kota dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 14/21

15 Problemy z operatorem = Analogiczne problemy, które pojawiają się podczas kopiowania obiektu, mogą się pojawić podczas przypisania jednego obiektu drugim. Operacja przypisania wykonywana jest poprzez operator przypisania (=), który podobnie jak konstruktor kopiujący może być przeciążony przez programistę. Prototyp operatora przypisania: NazwaKlasy & NazwaKlasy::operator=(const NazwaKlasy &); Operator = używany jest wówczas, gdy do utworzonego obiektu przypisujemy drugi, jak w przykładzie poniżej: Osoba o1( Jan, Kowalski, 45); Obiekt o2 = o1; //działa konstruktor kopiujący Osoba o3; o3 = o1; //działa operator przypisania Inicjalizacja obiektu obiektem istniejącym zawsze powoduje wywołanie konstruktora kopiującego, ponadto w niektórych kompilatorach użycie operatora = powoduje wywołanie funkcji operator=. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 15/21

16 Działanie operatora = Operator przypisania w postaci niejawnej (nieprzeciążonej przez użytkownika) podobnie jak domyślny konstruktor kopiujący kopiuje pola składowe obiektu (poza statycznymi). Jest to również tzw. płytkie kopiowanie, czego konsekwencją będzie wskazywanie tego samego łańcucha znaków poprzez wskaźnik w oryginalnym obiekcie jak i jego kopii. class Osoba char* imie; char* nazwisko; int wiek; Osoba::~Osoba() ileosob--; delete [] imie; delete [] nazwisko; ; Osoba() ; Osoba(char* i, char* n, int w); ~Osoba(); int main() Osoba janek( Jan, Kowalski, 43); Osoba jan; jan = janek; Osoba::Osoba(char* i, char* n, int w) imie = new char[strlen(i)+1]; strcpy(imie,i); nazwisko = new char[strlen(n)+1]; strcpy(nazwisko,n); wiek = w; ileosob++; return 0; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 16/21

17 Działanie domyślnego operatora = Po wywołaniu destruktora obiektu janek janek imie = 0xbf nazwisko = 0xbf wiek = 43 jan imie = 0xbf nazwisko = 0xbf wiek = 43 Adres 0xbf Jan Adres 0xbf Kowalski dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 17/21

18 Przeciążanie operatora = Aby uniknąć problemów związanych z operatorem przypisania, należy jawnie zdefiniować funkcję przeciążającą operator =, która wykona tzw. głęboką kopię. Mechanizm działania przeciążonego operatora = jest podobny do konstruktora kopiującego, przy czym należy pamiętać o następujących istotnych uwagach: 1. Obiekt do którego będzie przypisywany drugi może odnosić się do danych, które zostały zaalokowane operatorem new, zatem operator = powinien zwolnić pamięć. 2. W związku z punktem powyższym, nowa funkcja = nie powinna pozwolić na przypisanie do obiektu jego samego. 3. Przeciążony operator = powinien zwracać referencję do obiektu, dzięki czemu możliwe będzie łączenie operatorów =. dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 18/21

19 Przeciążony operator = Osoba & Osoba::operator=(const Osoba & o) //uwaga 3 (funkcja zwraca referencję) if (this == &o) return *this; //uwaga 2 (brak możliwości przypisania obiektu do samego siebie) delete [] imie; delete [] nazwisko; //uwaga 1 (zwolnienie niepotrzebnej pamięci) imie = new char[strlen(o.imie)+1]; strcpy(imie, o.imie); nazwisko = new char[strlen(o.nazwisko)+1]; strcpy(nazwisko, o.nazwisko); return *this; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 19/21

20 Metoda statyczna class C ; int C::ile = 0; C::C(int _y) y = _y; licz++; C::~C() licz--; int C::ile() return licz; static int licz; int y; C(int _y); ~C(); static int ile(); Słowo kluczowe static występuje tylko w deklaracji, nie w definicji. Metoda statyczna nie może być wywołana przez obiekt (C++). Do metody statycznej odwołujemy się poprzez nazwę klasy i operator zasięgu :: Metoda statyczna może korzystać wyłącznie z pól statycznych klasy. int main() C c(2); C c(10); cout << Ilość utworzonych obiektów: << C::ile(); return 0; dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ 20/21

21 Dziękuję za uwagę dr Dariusz Wardowski, Katedra Analizy Nieliniowej, WMiI UŁ. 21/21