Стандартные манипуляторы ввода-вывода

Это следующие манипуляторы:

// Simple manipulators: ios& oct(ios& ); // в восьмеричной записиios& dec(ios& ); // в десятичной записиios& hex(ios& ); // в шестнадцатеричной записиostream& endl(ostream& ); // добавить '\n' и вывестиostream& ends(ostream& ); // добавить '\0' и вывестиostream& flush(ostream& ); // выдать потокistream& ws(istream& ); // удалить обобщенные пробелы// Манипуляторы имеют параметры: SMANIP< int> setbase(int b); SMANIP< int> setfill(int f); SMANIP< int> setprecision(int p); SMANIP< int> setw(int w); SMANIP< long> resetiosflags(long b); SMANIP< long> setiosflags(long b);

Например,

cout < < 1234 < < ' ' < < hex < < 1234 < < ' ' < < oct < < 1234 < < endl;

напечатает

1234 4d2 2322

cout < < setw(4) < < setfill('#') < < '(' < < 12 < < " )\n"; cout < < '(' < < 12 < < " )\n";

напечатает

(##12)(12)

Не забудьте включить файл < iomanip.h>, если используете манипуляторы с параметрами.

Члены ostream

В классе ostream есть лишь несколько функций для управления выводом, большая часть таких функций находится в классе ios.

class ostream: public virtual ios { //...public: ostream& flush(); ostream& seekp(streampos); ostream& seekp(streamoff, seek_dir); streampos tellp(); //...};

Как мы уже говорили, функция flush() опустошает буфер в выходной поток.Остальные функции используются для позиционирования в ostream при записи. Окончание на букву p указывает, что именно позиция используется при выдаче символов в заданный поток. Конечно эти функции имеют смысл, только если поток присоединен к чему-либо, что допускает позиционирование, например файл. Тип streampos представляет позицию символа в файле, а тип streamoff представляет смещение относительно позиции, заданной seek_dir. Все они определены в классе ios:

class ios { //... enum seek_dir { beg=0, // от начала файла cur=1, // от текущей позиции в файле end=2 // от конца файла }; //...};

Позиции в потоке отсчитываются от 0, как если бы файл был массивом изn символов:

char file[n-1];

и если fout присоединено к file, то

fout.seek(10); fout< < '#';

поместит # в file[10].

Члены istream

Как и для ostream, большинство функций форматирования и управления вводом находится не в классе iostream, а в базовом классе ios.

class istream: public virtual ios { //...public: int peek() istream& putback(char c); istream& seekg(streampos); istream& seekg(streamoff, seek_dir); streampos tellg(); //...};

Функции позиционирования работают как и их двойники из ostream.Окончание на букву g показывает, что именно позиция используется при вводе символов из заданного потока. Буквы p и g нужны, поскольку мы можем создать производный класс iostreams из классов ostream иistream, и в нем необходимо следить за позициями ввода и вывода.

С помощью функции peek() программа может узнать следующий символ, подлежащий вводу, не затрагивая результата последующего чтения. С помощью функции putback(), как показано в §10.3.3, можно вернуть ненужный символ назад в поток, чтобы он был прочитан в другое время.

Файлы и потоки

Ниже приведена программа копирования одного файла в другой. Имена файлов берутся из командной строки программы:

#include < fstream.h> #include < libc.h> void error(char* s, char* s2 =" " ){ cerr < < s < < ' ' < < s2 < < '\n'; exit(1); }int main(int argc, char* argv[]){ if (argc! = 3) error(" wrong number of arguments" ); ifstream from(argv[1]); if (! from) error(" cannot open input file", argv[1]); ostream to(argv[2]); if (! to) error(" cannot open output file", argv[2]); char ch; while (from.get(ch)) to.put(ch); if (! from.eof() || to.bad()) error(" something strange happened" ); return 0; }

Для открытия выходного файла создается объект класса ofstream -выходной поток файла, использующий в качестве аргумента имя файла.Аналогично, для открытия входного файла создается объект классаifstream - входной файловый поток, также использующий в качестве аргумента имя файла. В обоих случаях следует проверить состояние созданного объекта, чтобы убедиться в успешном открытии файла, а если это не так, операции завершатся не успешно, но корректно.

По умолчанию ifstream всегда открывается на чтение, а ofstreamоткрывается на запись. В ostream и в istream можно использовать необязательный второй аргумент, указывающий иные режимы открытия:

class ios {public: //... enum open_mode { in=1, // открыть на чтение out=2, // открыть как выходной ate=4, // открыть и переместиться в конец файла app=010, // добавить trunc=020, // сократить файл до нулевой длины nocreate=040, // неудача, если файл не существует noreplace=0100 // неудача, если файл существует }; //...};

Настоящие значения для open_mode и их смысл вероятно будут зависеть от реализации. Будьте добры, за деталями обратитесь к руководству по вашей библиотеке или экспериментируйте. Приведенные комментарии могут прояснить их назначение. Например, можно открыть файл с условием, что операция открытия не выполнится, если файл уже не существует:

void f(){ ofstream mystream(name, ios:: out|ios:: nocreate); if (ofstream.bad()) { //... } //...}

Также можно открыть файл сразу на чтение и запись:

fstream dictionary(" concordance", ios:: in|ios:: out);

Все операции, допустимые для ostream и ostream, можно применять кfstream. На самом деле, класс fstream является производным от iostream, который является, в свою очередь, производным от istream и ostream.Причина, по которой информация по буферизации и форматированию дляostream и istream находится в виртуальном базовом классе ios, в том, чтобы заставить действовать всю эту последовательность производных классов. По этой же причине операции позиционирования в istream иostream имеют разные имена - seekp() и seekg(). В iostream есть отдельные позиции для чтения и записи.

Закрытие потоков

Файл может быть закрыт явно, если вызвать close() для его потока:

mystream.close();

Но это неявно делает деструктор потока, так что явный вызов close()может понадобиться, если только файл нужно закрыть до достижения конца области определенности потока.

Здесь возникает вопрос, как реализация может обеспечить создание предопределенных потоков cout, cin и cerr до их первого использования и закрытие их только после последнего использования.Конечно, разные реализации библиотеки потоков из < iostream.h> могут по-разному решать эту задачу. В конце концов, решение - это прерогатива реализации, и оно должно быть скрыто от пользователя. Здесь приводится только один способ, примененный только в одной реализации, но он достаточно общий, чтобы гарантировать правильный порядок создания и уничтожения глобальных объектов различных типов.

Основная идея в том, чтобы определить вспомогательный класс, который по сути служит счетчиком, следящим за тем, сколько раз< iostream.h> был включен в раздельно компилировавшиеся программные файлы:

class Io_init { static int count; //...public: Io_init(); ^Io_init(); }; static Io_init io_init;

Для каждого программного файла определен свой объект с именем io_init.Конструктор для объектов io_init использует Io_init:: count как первый признак того, что действительная инициализация глобальных объектов потоковой библиотеки ввода-вывода сделана в точности один раз:

Io_init:: Io_init(){ if (count++ == 0) { // инициализировать cout // инициализировать cerr // инициализировать cin // и т.д. }}

Обратно, деструктор для объектов io_init использует Io_count, как последнее указание на то, что все потоки закрыты:

Io_init:: ^Io_init(){ if (--count == 0) { // очистить cout (сброс, и т.д.) // очистить cerr (сброс, и т.д.) // очистить cin // и т.д. } }

Это общий прием работы с библиотеками, требующими инициализации и удаления глобальных объектов. Впервые в С++ его применил Д. Шварц.В системах, где при выполнении все программы размещаются в основной памяти, для этого приема нет помех. Если это не так, то накладные расходы, связанные с вызовом в память каждого программного файла для выполнения функций инициализации, будут заметны. Как всегда, лучше, по возможности, избегать глобальных объектов. Для классов, в которых каждая операция значительна по объему выполняемой работы, чтобы гарантировать инициализацию, было бы разумно проверять такие первые признаки (наподобие Io_init:: count) при каждой операции.Однако, для потоков такой подход был бы излишне расточительным.

Строковые потоки

Как было показано, поток может быть привязан к файлу, т.е. массиву символов, хранящемуся не в основной памяти, а, например, на диске. Точно так же поток можно привязать к массиву символов в основной памяти.Например, можно воспользоваться выходным строковым потоком ostrstreamдля форматирования сообщений, не подлежащих немедленной печати:

char* p = new char[message_size]; ostrstream ost(p, message_size); do_something(arguments, ost); display(p);

С помощью стандартных операций вывода функция do_something может писать в поток ost, передавать ost подчиняющимся ей функциям и т.п. Контроль переполнения не нужен, поскольку ost знает свой размер и при заполнении перейдет в состояние, определяемое fail(). Затем функция display может послать сообщение в " настоящий" выходной поток. Такой прием наиболее подходит в тех случаях, когда окончательная операция вывода предназначена для записи на более сложное устройство, чем традиционное, ориентированное на последовательность строк, выводное устройство.Например, текст из ost может быть помещен в фиксированную область на экране.

Аналогично, istrstream является вводным строковым потоком, читающим из последовательности символов, заканчивающейся нулем:

void word_per_line(char v[], int sz)/* печатать " v" размером " sz" по одному слову в строке*/{ istrstream ist(v, sz); // создать istream для v char b2[MAX]; // длиннее самого длинного слова while (ist> > b2) cout < < b2 < < " \n"; }

Завершающий нуль считается концом файла.

Строковые потоки описаны в файле < strstream.h>.

Буферизация

Все операции ввода-вывода были определены без всякой связи с типом файла, но нельзя одинаково работать со всеми устройствами без учета алгоритма буферизации. Очевидно, что потоку ostream, привязанному к строке символов, нужен не такой буфер, как ostream, привязанному к файлу. Такие вопросы решаются созданием во время инициализации разных буферов для потоков разных типов. Но существует только один набор операций над этими типами буферов, поэтому в ostream нет функций, код которых учитывает различие буферов. Однако, функции, следящие за переполнением и обращением к пустому буферу, являются виртуальными.Это хороший пример применения виртуальных функций для единообразной работы с эквивалентными логически, но различно реализованными структурами, и они вполне справляются с требуемыми алгоритмами буферизации.Описание буфера потока в файле < iostream.h> может выглядеть следующим образом:

class streambuf { // управление буфером потокаprotected: char* base; // начало буфера char* pptr; // следующий свободный байт char* gptr; // следующий заполненный байт char* eptr; // один из указателей на конец буфера char alloc; // буфер, размещенный с помощью " new" //... // Опустошить буфер: // Вернуть EOF при ошибке, 0 - удачаvirtual int overflow(int c = EOF); // Заполнить буфер: // Вернуть EOF в случае ошибки или конца входного потока, // иначе вернуть очередной символ virtual int underflow(); //... public: streambuf(); streambuf(char* p, int l); virtual ~streambuf(); int snextc() // получить очередной символ { return (++gptr==pptr)? underflow(): *gptr& 0377; } int allocate(); // отвести память под буфер //...};

Подробности реализации класса streambuf приведены здесь только для полноты представления. Не предполагается, что есть общедоступные реализации, использующие именно эти имена. Обратите внимание на определенные здесь указатели, управляющие буфером; с их помощью простые посимвольные операции с потоком можно определить максимально эффективно (и причем однократно) как функции-подстановки. Только функции overflow() и underflow() требует своей реализации для каждого алгоритма буферизации, например:

class filebuf: public streambuf {protected: int fd; // дескриптор файла char opened; // признак открытия файлаpublic: filebuf() { opened = 0; } filebuf(int nfd, char* p, int l): streambuf(p, l) { /*... */ } ~filebuf() { close(); } int overflow(int c=EOF); int underflow(); filebuf* open(char *name, ios:: open_mode om); int close() { /*... */ } //...}; int filebuf:: underflow() // заполнить буфер из " fd" { if (! opened || allocate()==EOF) return EOF; int count = read(fd, base, eptr-base); if (count < 1) return EOF; gptr = base; pptr = base + count; return *gptr & 0377; // & 0377 предотвращает размножение знака }

За дальнейшими подробностями обратитесь к руководству по реализации класса streambuf.

Ввод-вывод в С

Поскольку текст программ на С и на С++ часто путают, то путают иногда и потоковый ввод-вывод С++ и функции ввода-вывода семейства printf для языка С. Далее, т.к. С-функции можно вызывать из программы на С++, то многие предпочитают использовать более знакомые функции ввода-вывода С.

По этой причине здесь будет дана основа функций ввода-вывода С.Обычно операции ввода-вывода на С и на С++ могут идти по очереди на уровне строк. Перемешивание их на уровне посимвольного ввода-вывода возможно для некоторых реализаций, но такая программа может быть непереносимой. Некоторые реализации потоковой библиотеки С++ при допущении ввода-вывода на С требуют вызова статической функции-членаios:: sync_with_stdio().

В общем, потоковые функции вывода имеют перед стандартной функцией С printf() то преимущество, что потоковые функции обладают определенной типовой надежностью и единообразно определяют вывод объектов предопределенного и пользовательского типов.

Основная функция вывода С есть

int printf(const char* format, ...)

и она выводит произвольную последовательность параметров в формате, задаваемом строкой форматирования format. Строка форматирования состоит из объектов двух типов: простые символы, которые просто копируются в выходной поток, и спецификации преобразований, каждая из которых преобразует и печатает очередной параметр. Каждая спецификация преобразования начинается с символа %, например

printf(" there were %d members present.", no_of_members);

Здесь %d указывает, что no_of_members следует считать целым и печатать как соответствующую последовательность десятичных цифр. Еслиno_of_members==127, то будет напечатано

there were 127 members present.

Набор спецификаций преобразований достаточно большой и обеспечивает большую гибкость печати. За символом % может следовать:

- необязательный знак минус, задающий выравнивание влево в указанном поле для преобразованного значения;
d необязательная строка цифр, задающая ширину поля; если в преобразованном значении меньше символов, чем ширина строки, то оно дополнится до ширины поля пробелами слева (или справа, если дана спецификация выравнивания влево); если строка ширины поля начинается с нуля, то дополнение будет проводится нулями, а не пробелами;
. необязательный символ точка служит для отделения ширины поля от последующей строки цифр;
d необязательная строка цифр, задающая точность, которая определяет число цифр после десятичной точки для значений в спецификациях e или f, или же задает максимальное число печатаемых символов строки;
* для задания ширины поля или точности может использоваться * вместо строки цифр. В этом случае должен быть параметр целого типа, который содержит значение ширины поля или точности;
h необязательный символ h указывает, что последующая спецификация d, o, x или u относится к параметру типа короткое целое;
l необязательный символ l указывает, что последующая спецификация d, o, x или u относится к параметру типа длинное целое;
% обозначает, что нужно напечатать сам символ %; параметр не нужен;
c символ, указывающий тип требуемого преобразования.Символы преобразования и их смысл следующие:

d Целый параметр выдается в десятичной записи;
o Целый параметр выдается в восьмеричной записи;
x Целый параметр выдается в шестнадцатеричной записи;
f Вещественный или с двойной точностью параметр выдается в десятичной записи вида [-]ddd.ddd, где число цифр после точки равно спецификации точности для параметра. Если точность не задана, печатается шесть цифр; если явно задана точность 0, точка и цифры после нее не печатаются;
e Вещественный или с двойной точностью параметр выдается в десятичной записи вида [-]d.ddde+dd; здесь одна цифра перед точкой, а число цифр после точки равно спецификации точности для параметра; если она не задана печатается шесть цифр;
g Вещественный или с двойной точностью параметр печатается по той спецификации d, f или e, которая дает большую точность при меньшей ширине поля;
c Символьный параметр печатается. Нулевые символы игнорируются;
s Параметр считается строкой (символьный указатель), и печатаются символы из строки до нулевого символа или до достижения числа символов, равного спецификации точности; но, если точность равна 0 или не указана, печатаются все символы до нулевого;
p Параметр считается указателем и его вид на печати зависит от реализации;
u Беззнаковый целый параметр печатается в десятичной записи.Несуществующее поле или поле с шириной, меньшей реальной, приведет к усечению поля. Дополнение пробелами происходит, если только спецификация ширины поля больше реальной ширины.

Ниже приведен более сложный пример:

char* src_file_name; int line; char* line_format = " \n#line %d \" %s\" \n"; main(){ line = 13; src_file_name = " C++/main.c"; printf(" int a; \n" ); printf(line_format, line, src_file_name); printf(" int b; \n" ); }

в котором печатается

int a; #line 13 " C++/main.c" int b;

Использование printf() ненадежно в том смысле, что нет никакого контроля типов. Так, ниже приведен известный способ получения неожиданного результата - печати мусорного значения или чего похуже:

char x; //...printf(" bad input char: %s", x);

Однако, эти функции обеспечивают большую гибкость и знакомы программирующим на С.

Как обычно, getchar() позволяет знакомым способом читать символы из входного потока:

int i;: while ((i=getchar())! =EOF) { // символьный ввод C // используем i}

Обратите внимание: чтобы было законным сравнение с величиной EOF типаint при проверке на конец файла, результат getchar() надо помещать в переменную типа int, а не char.

За подробностями о вводе-выводе на С отсылаем к вашему руководству по С или книге Кернигана и Ритчи " Язык программирования С".

Порядок выполнения работы.

1. При домашней подготовке необходимо изучить литературу по теме лабораторной работы.

2. Получить задание у преподавателя.

3. Разработать алгоритм решения задачи и написать программу, реализующую задание.

4. Проверить правильность ее работы.

5. Составить отчет и защитить работу.

Требования к отчету.

Отчет по лабораторной работе должен соответствовать требованиям, предъявляемым стандартами ТулГУ. Он должен содержать титульный лист, цели и задачи работы, текст задания, алгоритм и программную реализацию решения, теоретические положения, которые были использованы при выполнении лабораторной работы и контрольные примеры.

Варианты заданий.

1. Построить класс complex. Переопределить операторы ввода-вывода.

2. Построить класс matrix. Переопределить операторы ввода-вывода.

3. Построить класс vector. Переопределить операторы ввода-вывода.

4. Построить класс line. Переопределить операторы ввода-вывода.

5. Построить класс ellips. Переопределить операторы ввода-вывода.

6. Построить класс poligon. Переопределить операторы ввода-вывода.

7. Построить класс list. Переопределить операторы ввода-вывода.

8. Построить класс queue. Переопределить операторы ввода-вывода.

9. Построить класс tree. Переопределить операторы ввода-вывода.

10. Построить класс graph. Переопределить операторы ввода-вывода.

11. Построить класс polinom. Переопределить операторы ввода-вывода.

12. Построить класс string. Переопределить операторы ввода-вывода.

6. Контрольные вопросы.

Лабораторная работа № 15.
Обобщенное программирование в языке С++

Цели и задачи работы

Теоретические положения.

Назначение шаблонов

Алгоритм выполнения какого-либо действия можно записывать независимо от того, какого типа данные обрабатываются. Простейшим примером служит определение минимума из двух величин.

if (a < b) x = a; else x = b;

Независимо от того, к какому именно типу принадлежат переменные a, b и x, если это один и тот же тип, для которого определена операция " меньше", запись будет одна и та же. Было бы естественно определить функцию min, возвращающую минимум из двух своих аргументов. Возникает вопрос, как описать аргументы этой функции? Конечно, можно определить min для всех известных типов, однако, во-первых, пришлось бы повторять одну и ту же запись многократно, а во-вторых, с добавлением новых классов добавлять новые функции.

Аналогичная ситуация встречается и в случае со многими сложными структурами данных. В классе, реализующем связанный список целых чисел, алгоритмы добавления нового атрибута списка, поиска нужного атрибута и так далее не зависят от того, что атрибуты списка – целые числа. Точно такие же алгоритмы нужно будет реализовать для списка вещественных чисел или указателей на класс Book.

Механизм шаблонов в языке Си++ позволяет эффективно решать многие подобные задачи.

Функции-шаблоны

Запишем алгоритм поиска минимума двух величин, где в качестве параметра используется тип этих величин.

template < class T> const T& min(const T& a, const T& b){ if (a < b) return a; else return b; }

Данная запись еще не создала ни одной функции, это лишь шаблон для определенной функции. Только тогда, когда происходит обращение к функции с аргументами конкретного типа, будет выполнена генерация конкретной функции.

int x, y, z; String s1, s2, s3;...// генерация функции min для класса Strings1 = min(s2, s3);...// генерация функции min для типа intx = min(y, z);

Первое обращение к функции min генерирует функцию

const String& min(const String& a, const String& b);

Второе обращение генерирует функцию

const int& min(const int& a, const int& b);

Объявление шаблона функции min говорит о том, что конкретная функция зависит от одного параметра – типа T. Первое обращение к min в программе использует аргументы типа String. В шаблон функции подставляется тип String вместо T. Получается функция:

const String& min(const String& a, const String& b){ if (a < b) return a; else return b; }

Эта функция компилируется и используется в программе. Аналогичные действия выполняются и при втором обращении, только теперь вместо параметра T подставляется тип int. Как видно из приведенных примеров, компилятор сам определяет, какую функцию надо использовать, и автоматически генерирует необходимое определение.

У функции-шаблона может быть несколько параметров. Так, например, функция find библиотеки STL (стандартной библиотеки шаблонов), которая ищет первый элемент, равный заданному, в интервале значений, имеет вид:

template < class InIterator, class T> InIteratorfind(InIterator first, InIterator last, const T& val);

Класс T – это тип элементов интервала. Тип InIterator – тип указателя на его начало и конец.

Шаблоны классов

Шаблон класса имеет вид:

template < список параметров> class объявление_класса

Список параметров класса-шаблона аналогичен списку параметров функции-шаблона: список классов и переменных, которые подставляются в объявление класса при генерации конкретного класса.

Очень часто шаблоны используются для создания коллекций, т.е. классов, которые представляют собой набор объектов одного и того же типа. Простейшим примером коллекции может служить массив. Массив, несомненно, очень удобная структура данных, однако у него имеется ряд существенных недостатков, к которым, например, относятся необходимость задавать размер массива при его определении и отсутствие контроля использования значений индексов при обращении к атрибутам массива.

Попробуем при помощи шаблонов устранить два отмеченных недостатка у одномерного массива. При этом по возможности попытаемся сохранить синтаксис обращения к атрибутам массива. Назовем новую структуру данных вектор vector.

template < class T> class vector{public: vector(): nItem(0), items(0) {}; ~vector() { delete [] items; }; void insert(const T& t) { T* tmp = items; items = new T[nItem + 1]; memcpy(items, tmp, sizeof(T)* nItem); items[nItem++] = t; delete tmp; } void remove(void) { T* tmp = items; items = new T[--nItem]; memcpy(items, tmp, sizeof(T) * nItem); delete tmp; } const T& operator[](int index) const { if ((index < 0) || (index > = nItem)) throw IndexOutOfRange; return items[index]; } T& operator[](int index) { if ((index < 0) || (index > = nItem)) throw IndexOutOfRange; return items[index]; }private: T* items; int nItem; };

Кроме конструктора и деструктора, у нашего вектора есть только три метода: метод insert добавляет в конец вектора новый элемент, увеличивая длину вектора на единицу, метод remove удаляет последний элемент вектора, уменьшая его длину на единицу, и операция [] обращается к n-ому элементу вектора.

vector< int> IntVector; IntVector.insert(2); IntVector.insert(3); IntVector.insert(25); // получили вектор из трех атрибутов: // 2, 3 и 25// переменная x получает значение 3int x = IntVector[1]; // произойдет исключительная ситуацияint y = IntVector[4]; // изменить значение второго атрибута вектора.IntVector[1] = 5;

Обратите внимание, что операция [] определена в двух вариантах – как константный метод и как неконстантный. Если операция [] используется справа от операции присваивания (в первых двух присваиваниях), то используется ее константный вариант, если слева (в последнем присваивании) – неконстантный. Использование операции индексирования [] слева от операции присваивания означает, что значение объекта изменяется, соответственно, нужна неконстантная операция.

Параметр шаблона vector – любой тип, у которого определены операция присваивания и стандартный конструктор. (Стандартный конструктор необходим при операции new для массива.)

Так же, как и с функциями-шаблонами, при задании первого объекта типа vector< int> автоматически происходит генерация конкретного класса из шаблона. Если далее в программе будет использоваться вектор вещественных чисел или строк, значит, будут сгенерированы конкретные классы и для них. Генерация конкретного класса означает, что генерируются все его методы, соответственно, размер исходного кода растет. Поэтому из небольшого шаблона может получиться большая программа. Ниже мы рассмотрим одну возможность сокращения размера программы, использующей почти однотипные шаблоны.

Сгенерировать конкретный класс из шаблона можно явно, записав:

template vector< int>;

Этот оператор не создаст никаких объектов типа vector< int>, но, тем не менее, вызовет генерацию класса со всеми его методами.

" Интеллигентный указатель"

Рассмотрим еще один пример использования класса-шаблона. С его помощью мы попытаемся " усовершенствовать" указатели языка Си++. Если указатель указывает на объект, выделенный с помощью операции new, необходимо явно вызывать операцию delete тогда, когда объект становится не нужен. Однако далеко не всегда просто определить, нужен объект или нет, особенно если на него могут ссылаться несколько разных указателей. Разработаем класс, который ведет себя очень похоже на указатель, но автоматически уничтожает объект, когда уничтожается последняя ссылка на него. Назовем этот класс " интеллигентный указатель" (Smart Pointer). Идея заключается в том, что настоящий указатель мы окружим специальной оболочкой. Вместе со значением указателя мы будем хранить счетчик – сколько других объектов на него ссылается. Как только значение этого счетчика станет равным нулю, объект, на который указатель указывает, пора уничтожать.

Структура Ref хранит исходный указатель и счетчик ссылок.

template < class T> struct Ref{ T* realPtr; int counter; };

Теперь определим интерфейс " интеллигентного указателя":

template < class T> class SmartPtr{public: // конструктор из обычного указателя SmartPtr(T* ptr = 0); // копирующий конструктор SmartPtr(const SmartPtr& s); ~SmartPtr(); SmartPtr& operator=(const SmartPtr& s); SmartPtr& operator=(T* ptr); T* operator-> () const; T& operator*() const; private: Ref< T> * refPtr; };

У класса SmartPtr определены операции обращения к элементу ->, взятия по адресу " *" и операции присваивания. С объектом класса SmartPtr можно обращаться практически так же, как с обычным указателем.

struct A{ int x; int y; }; SmartPtr< A> aPtr(new A); int x1 = aPtr-> x; (*aPtr).y = 3; // создать новый указатель // обратиться к элементу A // обратиться по адресу

Рассмотрим реализацию методов класса SmartPtr. Конструктор инициализирует объект указателем. Если указатель равен нулю, то refPtr устанавливается в ноль. Если же конструктору передается ненулевой указатель, то создается структура Ref, счетчик обращений в которой устанавливается в 1, а указатель – в переданный указатель:

template < class T> SmartPtr< T>:: SmartPtr(T* ptr){ if (ptr == 0) refPtr = 0; else { refPtr = new Ref< T>; refPtr-> realPtr = ptr; refPtr-> counter = 1; }}

Деструктор уменьшает количество ссылок на 1 и, если оно достигло 0, уничтожает объект

template < class T> SmartPtr < T>:: ~SmartPtr(){ if (refPtr! = 0) { refPtr-> counter--; if (refPtr-> counter < = 0) { delete refPtr-> realPtr; delete refPtr; } }}

Реализация операций -> и * довольно проста:

template < class T> T* SmartPtr< T>:: operator-> () const{ if (refPtr! = 0) return refPtr-> realPtr; else return 0; }template < class T> T& SmartPtr< T>:: operator*() const{ if (refPtr! = 0) return *refPtr-> realPtr; else throw bad_pointer; }

Самые сложные для реализации – копирующий конструктор и операции присваивания. При создании объекта SmartPtr – копии имеющегося – мы не будем копировать сам исходный объект. Новый " интеллигентный указатель" будет ссылаться на тот же объект, мы лишь увеличим счетчик ссылок.

template < class T> SmartPtr< T>:: SmartPtr(const SmartPtr& s): refPtr(s.refPtr){ if (refPtr! = 0) refPtr-> counter++; }

При выполнении присваивания, прежде всего, нужно отсоединиться от имеющегося объекта, а затем присоединиться к новому, подобно тому, как это сделано в копирующем конструкторе.

template < class T> SmartPtr& SmartPtr< T>:: operator=(const SmartPtr& s){ // отсоединиться от имеющегося указателя if (refPtr! = 0) { refPtr-> counter--; if (refPtr-> counter < = 0) { delete refPtr-> realPtr; delete refPtr; } } // присоединиться к новому указателю refPtr = s.refPtr; if (refPtr! = 0) refPtr-> counter++; }

В следующей функции при ее завершении объект класса Complex будет уничтожен:

void foo(void){ SmartPtr< Complex> complex(new Complex); SmartPtr< Complex> ptr = complex; return; }

Задание свойств класса

Одним из методов использования шаблонов является уточнение поведения с помощью дополнительных параметров шаблона. Предположим, мы пишем функцию сортировки вектора:

template < class T> void sort_vector(vector< T> & vec){ for (int i = 0; i < vec.size() -1; i++) for (int j = i; j < vec.size(); j++) { if (vec[i] < vec[j]) { T tmp = vec[i]; vec[i] = vec[j]; vec[j] = tmp; } }}

Эта функция будет хорошо работать с числами, но если мы захотим использовать ее для массива указателей на строки (char*), то результат будет несколько неожиданный. Сортировка будет выполняться не по значению строк, а по их адресам (операция " меньше" для двух указателей – это сравнение значений этих указателей, т.е. адресов величин, на которые они указывают, а не самих величин). Чтобы исправить данный недостаток, добавим к шаблону второй параметр:

template < class T, class Compare> void sort_vector(vector< T> & vec){ for (int i = 0; i < vec.size() -1; i++) for (int j = i; j < vec.size(); j++) { if (Compare:: less(vec[i], vec[j])) { T tmp = vec[i]; vec[i] = vec[j]; vec[j] = tmp; } }}

Класс Compare должен реализовывать статическую функцию less, сравнивающую два значения типа T. Для целых чисел этот класс может выглядеть следующим образом:

class CompareInt{ static bool less(int a, int b) { return a < b; }; };

Сортировка вектора будет выглядеть так:

vector< int> vec; sort_vector< int, CompareInt> (vec);

Для указателей на байт (строк) можно создать класс

class CompareCharStr{ static bool less(char* a, char* b) { return strcmp(a, b) > = 0; }};

и, соответственно, сортировать с помощью вызова

vector< char*> svec; sort_vector< char*, CompareCharStr> (svec);

Как легко заметить, для всех типов, для которых операция " меньше" имеет нужный нам смысл, можно написать шаблон класса сравнения:

template< class T> Compare{ static bool less(T a, T b) { return a < b; }; };

и использовать его в сортировке (обратите внимание на пробел между закрывающимися угловыми скобками в параметрах шаблона; если его не поставить, компилятор спутает две скобки с операцией сдвига):

vector< double> dvec; sort_vector< double, Compare< double> > (dvec);

Чтобы не загромождать запись, воспользуемся возможностью задать значение параметра по умолчанию. Так же, как и для аргументов функций и методов, для параметров шаблона можно определить значения по умолчанию. Окончательный вид функции сортировки будет следующий:

template < class T, class C = Compare< T> > void sort_vector(vector< T> & vec){ for (int i = 0; i < vec.size() -1; i++) for (int j = i; j < vec.size(); j++) { if (C:: less(vec[i], vec[j])) { T tmp = vec[i]; vec[i] = vec[j]; vec[j] = tmp; } }}

Второй параметр шаблона иногда называют параметром-штрих, поскольку он лишь модифицирует поведение класса, который манипулирует типом, определяемым первым параметром.

Порядок выполнения работы.

1. При домашней подготовке необходимо изучить литературу по теме лабораторной работы.

2. Получить задание у преподавателя.

3. Разработать алгоритм решения задачи и написать программу, реализующую задание.

4. Проверить правильность ее работы.

5. Составить отчет и защитить работу.

Требования к отчету.

Варианты заданий.

1. Спроектировать шаблон класса complex

2. Спроектировать шаблон класса vector

3. Спроектировать шаблон класса matrix

4. Спроектировать шаблон класса list

5. Спроектировать шаблон класса qeue

6. Спроектировать шаблон класса tree

7. Спроектировать шаблон класса graph

8. Спроектировать шаблон класса set

9. Спроектировать шаблон класса line

10. Спроектировать шаблон класса triangl

11. Спроектировать шаблон класса ellips

12. Спроектировать шаблон класса polinom

6. Контрольные вопросы.

Лабораторная работа № 16.
Визуальное проектирование программ в среде VisualStudio. Основные компоненты.

Цели и задачи работы

Теоретические положения.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒