Параметры-ссылки и параметры-указатели

Когда же лучше использовать параметры-ссылки, а когда – параметры-указатели? В конце концов, и те и другие позволяют функции модифицировать объекты, эффективно передавать в функцию большие объекты типа класса. Что выбрать: объявить параметр ссылкой или указателем?

Как было сказано в разделе 3.6, ссылка может быть один раз инициализирована значением объекта, и впоследствии изменить ее нельзя. Указатель же в течение своей жизни способен адресовать разные объекты или не адресовать вообще.

Поскольку указатель может содержать, а может и не содержать адрес какого-либо объекта, перед его использованием функция должна проверить, не равен ли он нулю:

class X;

void manip( X *px )

{

// проверим на 0 перед использованием

if ( px! = 0 )

   // обратимся к объекту по адресу...

}

Параметр-ссылка не нуждается в этой проверке, так как всегда существует именуемый ею объект. Например:

class Type { };

void operate( const Type& p1, const Type& p2 );

 

int main() {

Type obj1;

// присвоим objl некоторое значение

 

// ошибка: ссылка не может быть равной 0

Type obj2 = operate( objl, 0 );

}

Если параметр должен ссылаться на разные объекты во время выполнения функции или принимать нулевое значение (ни на что не ссылаться), нам следует использовать указатель.

Одна из важнейших сфер применения параметров-ссылок – эффективная реализация перегруженных операций. При этом использование операций остается простым и интуитивно понятным. (Подробнее данный вопрос рассматривается в главе 15.) Разберем маленький пример. Представим себе класс Matrix (матрица). Хорошо бы реализовать операции сложения и присваивания “привычным” способом:

Matrix a, b, c;

c = a + b;

Эти операции реализуются с помощью перегруженных операторов – функций с немного необычным именем. Для оператора сложения такая функция будет называться operator+. Посмотрим, как ее определить:

Matrix  // тип возврата - Matrix

operator+( // имя перегруженного оператора

Matrix m1, // тип левого операнда

Matrix m2 // тип правого операнда

)

{

Matrix result;

// необходимые действия

return result;

}

При такой реализации сложение двух объектов типа Matrix выглядит вполне привычно:

a + b;

но, к сожалению, оказывается совершенно неэффективным. Заметим, что параметры у нас передаются по значению. Содержимое двух матриц будет копироваться в область активации функции operator+(), а поскольку объекты типа Matrix весьма велики, затраты времени и памяти на создание копий могут быть совершенно неприемлемыми.

Представим себе, что мы решили использовать указатели в качестве параметров, чтобы избежать этих затрат. Вот модифицированный код operator+():

// реализация с параметрами-указателями

operator+( Matrix *ml, Matrix *m2 )

{

Matrix result;

// необходимые действия

return result;

}

Да, мы добились эффективной реализации, но зато теперь применение нашей операции вряд ли можно назвать интуитивно понятным. В качестве значений параметров-указателей требуется передавать адреса складываемых объектов. Поэтому для сложения двух матриц пришлось бы написать:

& a + & b; // допустимо, хотя и плохо

Хотя такая форма не может не вызвать критику, но все-таки два объекта сложить еще удается. А вот три уже крайне затруднительно:

// а вот это не работает

// & a + & b возвращает объект типа Matrix

& a + & b + & c;

Для того чтобы сложить три объекта, при подобной реализации нужно написать так:

// правильно: работает, однако...

& ( & a + & b ) + & c;

Трудно ожидать, что кто-нибудь согласится писать такие выражения. К счастью, параметры-ссылки дают именно то решение, которое требуется. Если параметр объявлен как ссылка, функция получает его l-значение, а не копию. Лишнее копирование исключается. И тип фактического аргумента может быть Matrix – это упрощает операцию сложения, как и для встроенных типов. Вот схема перегруженного оператора сложения для класса Matrix:

// реализация с параметрами-ссылками

operator+( const Matrix & m1, const Matrix & m2 )

{

Matrix result;

  // необходимые действия

return result;

}

При такой реализации сложение трех объектов Matrix выглядит вполне привычно:

a + b + c;

Ссылки были введены в С++ именно для того, чтобы удовлетворить двум требованиям: эффективная реализация и интуитивно понятное применение.

Параметры-массивы

Массив в С++ никогда не передается по значению, а только как указатель на его первый, точнее нулевой, элемент. Например, объявление

void putValues( int[ 10 ] );

рассматривается компилятором так, как будто оно имеет вид

void putValues( int* );

Размер массива неважен при объявлении параметра. Все три приведенные записи эквивалентны:

// три эквивалентных объявления putValues()

void putValues( int* );

void putValues( int[] );

void putValues( int[ 10 ] );

Передача массивов как указателей имеет следующие особенности:

· изменение значения аргумента внутри функции затрагивает сам переданный объект, а не его локальную копию. Если такое поведение нежелательно, программист должен позаботиться о сохранении исходного значения. Можно также при объявлении функции указать, что она не должна изменять значение параметра, объявив этот параметр константой:

void putValues( const int[ 10 ] );

· размер массива не является частью типа параметра. Поэтому функция не знает реального размера передаваемого массива. Компилятор тоже не может это проверить. Рассмотрим пример:

void putValues( int[ 10 ] ); // рассматривается как int*

int main() {

int i, j [ 2 ];

putValues( & i ); // правильно: & i is int*;

                // однако при выполнении возможна ошибка

putValues( j ); // правильно: j - адрес 0-го элемента - int*;

               // однако при выполнении возможна ошибка

При проверке типов параметров компилятор способен распознать, что в обоих случаях тип аргумента int* соответствует объявлению функции. Однако контроль за тем, не является ли аргумент массивом, не производится.

По принятому соглашению C-строка является массивом символов, последний элемент которого равен нулю. Во всех остальных случаях при передаче массива в качестве параметра необходимо указывать его размер. Это относится и к массивам символов, внутри которых встречается 0. Обычно для такого указания используют дополнительный параметр функции. Например:

void putValues( int[], int size ); int main() { int i, j[ 2 ]; putValues( & i, 1 ); putValues( j, 2 ); return 0; }

putValues() печатает элементы массива в следующем формате:

 

 ( 10 )< 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 >

 

где 10 – это размер массива. Вот как выглядит реализация putValues(), в которой используется дополнительный параметр:

#include < iostream>

 

const lineLength =12; // количество элементов в строке

void putValues( int *ia, int sz )

{

cout < < " ( " < < sz < < " )< ";

for (int i=0; i< sz; ++i )

{

   if ( i % lineLength == 0 & & i )

       cout < < " \n\t"; // строка заполнена

 

   cout < < ia[ i ];

 

   // разделитель, печатаемый после каждого элемента,

   // кроме последнего

   if ( i % lineLength! = lineLength-1 & &

            i! = sz-1 )

       cout < < ", ";

}

cout < < " > \n";

}

Другой способ сообщить функции размер массива-параметра – объявить параметр как ссылку. В этом случае размер становится частью типа, и компилятор может проверить аргумент в полной мере.

// параметр - ссылка на массив из 10 целых void putValues( int (& arr)[10] ); int main() { int i, j [ 2 ]; putValues(i); // ошибка:              // аргумент не является массивом из 10 целых putValues(j); // ошибка:              // аргумент не является массивом из 10 целых return 0; }

Поскольку размер массива теперь является частью типа параметра, новая версия putValues() способна работать только с массивами из 10 элементов. Конечно, это ограничивает ее область применения, зато реализация значительно проще:

#include < iostream>

 

void putValues( int (& ia)[10] )

{

cout < < " ( 10 )< ";

for ( int 1 =0; i < 10; ++i ) { cout < < ia[ i ];

 

// разделитель, печатаемый после каждого элемента,

// кроме последнего

if ( i! = 9 )

   cout < < ", ";

}

cout < < " > \n";

}

Еще один способ получить размер переданного массива в функции – использовать абстрактный контейнерный тип. (Такие типы были представлены в главе 6. В следующем подразделе мы поговорим об этом подробнее.)

Хотя две предыдущих реализации putValues() правильны, они обладают серьезными недостатками. Так, первый вариант работает только с массивами типа int. Для типа double* нужно писать другую функцию, для long* – еще одну и т.д. Второй вариант производит операции только над массивом из 10 элементов типа int. Для обработки массивов разного размера нужны дополнительные функции. Лучшим решением было бы использовать шаблон – функцию, или, скорее, обобщенную реализацию кода целого семейства функций, которые отличаются только типами обрабатываемых данных. Вот как можно сделать из первого варианта putValues() шаблон, способный работать с массивами разных типов и размеров:

template < class Type> void putValues( Type *ia, int sz ) { // так же, как и раньше }

Параметры шаблона заключаются в угловые скобки. Ключевое слово class означает, что идентификатор Type служит именем параметра, при конкретизации шаблона функции putValues() он заменяется на реальный тип – int, double, string и т.д. (В главе 10 мы продолжим разговор о шаблонах функций.)

Параметр может быть многомерным массивом. Для такого параметра должны быть заданы правые границы всех измерений, кроме первого. Например:

putValues( int matrix[][10], int rowSize );

Здесь matrix объявляется как двумерный массив, который содержит десять столбцов и неизвестное число строк. Эквивалентным объявлением для matrix будет:

int (*matrix)[10]

Многомерный массив передается как указатель на его нулевой элемент. В нашем случае тип matrix – указатель на массив из десяти элементов типа int. Как и для одномерного массива, граница первого измерения не учитывается при проверке типов. Если параметры являются многомерными массивами, то контролируются все измерения, кроме первого.

Заметим, что скобки вокруг *matrix необходимы из-за более высокого приоритета операции взятия индекса. Инструкция

int *matrix[10];

объявляет matrix как массив из десяти указателей на int.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: