Programowanie obiektowe Wykład 3

(1)

Programowanie obiektowe Wykład 3

Dariusz Wardowski

(2)

Przydzielanie pamięci

Poniżej przedstawiono w C++ dwie klasy obrazujące sposób rezerwacji pamięci.

class Osoba {

private:

char imie[30];

char nazwisko[30];

int wiek;

public:

Osoba(){}

Osoba(char i[], char n[], int w);

};

Osoba::Osoba(char i[], char n[], int w) {

strcpy(imie,i);

strcpy(nazwisko,n);

wiek = w;

}

class Osoba {

private:

char* imie;

char* nazwisko;

int wiek;

public:

Osoba();

Osoba(char* i, char* n, int w);

~Osoba();

};

Osoba::Osoba()

{imie = new char[1]; imie[1]=‘\0’;

nazwisko = new char[1]; nazwisko[1]=‘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;

(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.

W przypadku dynamicznego przydzielania pamięci konieczne jest również utworzenie odpowiednich metod, które będą obsługiwały inicjalizację i przypisanie.

strcpy(imie,i);

strcpy(nazwisko,n);

wiek = w;

}

Osoba::~Osoba() {

delete [] imie;

delete [] nazwisko;

}

(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 {

private:

static int ileOsob;

char* imie;

char* nazwisko;

int wiek;

public:

Osoba();

~Osoba();

};

int Osoba::ileOsob = 0;

Osoba::Osoba() {

imie = new char[1]; imie[1]=‘\0’;

ileOsob++;

}

strcpy(imie,i);

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.

(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 {

private:

static int ileOsob;

char* imie;

char* nazwisko;

int wiek;

public:

Osoba();

~Osoba();

};

int Osoba::ileOsob = 0;

Osoba::Osoba() {

imie = new char[1]; imie[1]=‘\0’;

ileOsob++;

}

strcpy(imie,i);

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.

(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.

strcpy(imie,i);

strcpy(nazwisko,n);

wiek = w;

ileOsob++;

}

Przy czym wskaźnik do łańcucha można przekazać do konstruktora podczas inicjalizacji obiektu:

Osoba o(„Jan”,”Kowalski”,37);

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.

(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.

Prototyp konstruktora kopiującego:

NazwaKlasy(const NazwaKlasy &);

Osoba o1(„Jan”, „Dzik”, 47);

Osoba o2 = o1; //działa konstruktor kopiujący Osoba o3;

o3 = o1; // nie jest używany konstruktor kopiujący

(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);

}

(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 {

private:

static int i;

int x;

double y;

bool z;

public:

A(int _x, double _y, bool _z) {

x = _x; y = _y; z = _z;

} };

int A::i = 0;

int main() {

A a(2,4,true);

A b = a; //domyślny konstruktor kopiujący return 0;

}

a

x = 2 y = 4 z = true

b

x = 2 y = 4 z = true i = 0

Obiekt b jest kopią obiektu a.

Zmienna statyczna i nie jest kopiowana.

(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 {

private:

static int i;

int x;

double y;

bool z;

public:

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 A::i = 0;

int main() {

A a(2,4,true);

A b = a; //działą jawny konstruktor kopiujący return 0;

}

(11)

Domyślny konstruktor kopiujący a łańcuchy znaków

class B {

private:

char* tekst;

int x;

public:

B(char* t, int _x) {

tekst = new char[strlen(t)+1];

strcpy(tekst,t);

x = _x;

}

~B() {

delete [] tekst;

} };

int main() {

B b1(„Ala ma kota”,10);

B b2 = b1;

return 0;

}

b1

tekst = 0xbf858054 x = 10

Ala ma kota

Obiekt b2 jest kopią obiektu b1.

Adres 0xbf858054

b2

tekst = 0xbf858054 x = 10

Jeżeli pole składowe klasy jest wskaźnikiem do łańcucha znaków, wówczas domyślny konstruktor kopiujący kopiuje jedynie adresy, a nie cały łańcuch znaków.

(12)

Domyślny konstruktor kopiujący a łańcuchy znaków c.d.

class B {

private:

char* tekst;

int x;

public:

strcpy(tekst,t);

x = _x;

}

~B() {

delete [] tekst;

}

wypisz() {

cout << tekst << „ „ << x << endl;

} };

void f(B b) // obiekt przekazywany przez wartość {

b.wypisz();

}

int main() {

f(b1);

b1.wypisz();

return 0;

}

Działanie programu:

Ala ma kota 10

10 (ewentualnie wystąpi błąd)

(13)

Rozwiązanie problemu

class B {

private:

char* tekst;

int x;

public:

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;

} };

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.

(14)

Rozwiązanie problemu c.d.

void f(B b) {

b.wypisz();

}

int main() {

f(b1);

b1.wypisz();

return 0;

}

b1

tekst = 0xbf858054 x = 10

Ala ma kota Adres 0xbf858054

b

tekst = 0xbf858098 x = 10 Argument rzeczywisty

Argument formalny (parametr)

Ala ma kota Adres 0xbf858098

(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=.

(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 {

private:

char* imie;

char* nazwisko;

int wiek;

public:

Osoba() {};

~Osoba();

};

strcpy(imie,i);

strcpy(nazwisko,n);

wiek = w;

ileOsob++;

}

Osoba::~Osoba() {

ileOsob--;

delete [] imie;

delete [] nazwisko;

}

int main() {

Osoba janek(„Jan”, „Kowalski”, 43);

Osoba jan;

jan = janek;

return 0;

}

(17)

Działanie domyślnego operatora =

Po wywołaniu destruktora obiektu janek

janek

imie = 0xbf234354 nazwisko = 0xbf234390

wiek = 43

Jan

Adres 0xbf234354

jan

wiek = 43

Kowalski Adres 0xbf234390

jan

wiek = 43

(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 =.

(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;

}

(20)

Metoda statyczna

class C {

private:

static int licz;

int y;

public:

C(int _y);

~C();

static int ile();

};

int C::ile = 0;

C::C(int _y) {

y = _y;

licz++;

}

C::~C() {

licz--;

}

int C::ile() {

return licz;

}

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;

}

(21)

Programowanie obiektowe Wykład 3