Опубликован: 10.10.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 6107 / 466 | Оценка: 4.26 / 3.88 | Длительность: 31:30:00
Лекция 5:

Классы

5.3 Интерфейсы и реализации

Что представляет собой хороший класс? Это нечто, обладающее хорошо определенным множеством операций. Нечто, рассматриваемое как "черный ящик", управлять которым можно только посредством этих операций. Нечто, чье фактическое представление можно изменить любым мыслимым способом, но не изменяя при этом способа использования операций. Нечто, что может потребоваться в нескольких экземплярах.

Очевидные примеры хороших классов дают контейнеры разных видов: таблицы, множества, списки, вектора, словари и т.д. Такой класс имеет операцию занесения в контейнер. Обычно имеется и операция проверки: был ли данный член занесен в контейнер? Могут быть операции упорядочивания всех членов и просмотра их в определенном порядке. Наконец, может быть операция удаления члена. Обычно контейнерные классы имеют конструкторы и деструкторы.

5.3.1 Альтернативные реализации

Пока описание общей части класса и функций-членов остается неизменным, можно, не влияя на пользователей класса, менять его реализацию. В подтверждение этого рассмотрим таблицу имен из программы калькулятора, приведенной в "лекции 3" . Структура ее такова:

struct name {
   char* string;
   name* next;
   double value;
 };

А вот вариант класса table (таблица имен):

// файл table.h
 class table {
name* tbl;
 public:
table() { tbl = 0; }

name* look(char*, int = 0);
name* insert(char* s) { return look(s,1); }
 };

Эта таблица отличается от определенной в "лекции 3" тем, что это настоящий тип. Можно описать несколько таблиц, завести указатель на таблицу и т.д. Например:

#include "table.h"

 table globals;
 table keywords;
 table* locals;

 main()
 {
   locals = new table;
   // ...
 }

Приведем реализацию функции table::look(), в которой используется линейный поиск в списке имен таблицы:

#include <string.h>

 name* table::look(char* p, int ins)
 {
   for (name* n = tbl; n; n=n->next)
   if (strcmp(p,n->string) == 0) return n;
   if (ins == 0) error("имя не найдено");

   name* nn = new name;
   nn->string = new char[strlen(p)+1];
   strcpy(nn->string,p);
   nn->value = 1;
   nn->next = tbl;
   tbl = nn;
   return nn;
 }

Теперь усовершенствуем класс table так, чтобы поиск имени шел по ключу (хэш-функции от имени), как это и было сделано в примере с калькулятором. Сделать это труднее, если соблюдать ограничение, требующее, чтобы не все программы, использующие приведенную версию класса table, надо было изменять:

class table {
 name** tbl;
 int size;
  public:
 table(int sz = 15);
 ~table();

 name* look(char*, int = 0);
 name* insert(char* s) { return look(s,1); }
  };

Изменения в структуре данных и конструкторе произошли потому, что для хэширования таблица должна иметь определенный размер. Задание конструктора со стандартным значением параметра гарантирует, что старые программы, в которых не использовался размер таблицы, останутся верными. Стандартные значения параметров полезны в таких случаях, когда нужно изменить класс, не влияя на программы пользователей класса. Теперь конструктор и деструктор создают и уничтожают хэшированные таблицы:

table::table(int sz)
  {
if (sz < 0) error("размер таблицы отрицателен");
tbl = new name*[size = sz];
for ( int i = 0; i<sz; i++) tbl[i] = 0;
  }

  table::~table()
  {
for (int i = 0; i<size; i++) {
    name* nx;
    for (name* n = tbl[i]; n; n=nx) {
        nx = n->next;
        delete n->string;
        delete n;
    }
}
delete tbl;
}

Описав деструктор для класса name, можно получить более ясный и простой вариант table::~table(). Функция поиска практически совпадает с приведенной в примере калькулятора:

name* table::look(const char* p, int ins)
  {
int ii = 0;
char* pp = p;
while (*pp) ii = ii<<1 ^ *pp++;
if (ii < 0) ii = -ii;
ii %= size;

for (name* n=tbl[ii]; n; n=n->next)
    if (strcmp(p,n->string) == 0) return n;

 name* nn = new name;
 nn->string = new char[strlen(p)+1];
 strcpy(nn->string,p);
 nn->value = 1;
 nn->next = tbl[ii];
 tbl[ii] = nn;
 return nn;
   }

Очевидно, что функции-члены класса должны перетранслироваться всякий раз, когда в описание класса вносится какое-либо изменение. В идеале такое изменение никак не должно отражаться на пользователях класса. К сожалению, обычно бывает не так. Для размещения переменной, имеющей тип класса, транслятор должен знать размер объекта класса. Если размер объекта изменится, нужно перетранслировать файлы, в которых использовался класс. Можно написать системную программу (и она даже уже написана), которая будет определять минимальное множество файлов, подлежащих перетрансляции после изменения класса. Но такая программа еще не получила широкого распространения.

Возможен вопрос: почему С++ был спроектирован таким образом, что после изменения частной части класса требуется перетрансляция программ пользователя? Почему вообще частная часть класса присутствует в описании класса? Иными словами, почему описания частных членов присутствуют в заголовочных файлах, доступных пользователю, если все равно недоступны для него в программе? Ответ один - эффективность. Во многих системах программирования процесс трансляции и последовательность команд, производящая вызов функции, будет проще, если размер автоматических (т.е. размещаемых в стеке) объектов известен на стадии трансляции.

Можно не знать определения всего класса, если представлять каждый объект как указатель на "настоящий" объект. Это позволяет решить задачу, поскольку все указатели будут иметь одинаковый размер, а размещение настоящих объектов будет проводиться только в одном файле, в котором доступны частные части классов. Однако, такое решение приводит к дополнительному расходу памяти на каждый объект и дополнительному обращению к памяти при каждом использовании члена. Еще хуже, что каждый вызов функции с автоматическим объектом класса требует вызовов функций выделения и освобождения памяти. К тому же становится невозможной реализация подстановкой функций-членов, работающих с частными членами класса. Наконец, такое изменение сделает невозможным связывание программ на С++ и на С, поскольку транслятор С будет по другому обрабатывать структуры (struct). Поэтому такое решение было сочтено неприемлемым для С++.

С другой стороны, С++ предоставляет средство для создания абстрактных типов, в которых связь между интерфейсом пользователя и реализацией довольно слабая. В "лекции 6" вводятся производные классы и описываются абстрактные базовые классы. Цель этого - дать возможность определять пользовательские типы столь же эффективные и конкретные, как и стандартные, и дать основные средства определения более гибких вариантов типов, которые могут оказаться и не столь эффективными.

Дарья Федотова
Дарья Федотова
Сергей Березовский
Сергей Березовский

В рамках проф. переподготовки по программе "Программирование"

Есть курсы, которые я уже прошел. Но войдя в курс я вижу, что они не зачтены (Язык Ассемблера и архитектура ЭВМ, Программирование на С++ для профессионалов). Это как?

Роман Островский
Роман Островский
Украина
Оксана Пагина
Оксана Пагина
Россия, Москва