Определенные пользователем преобразования

Предыдущая 55 56 57 58 59 60 616263 64 65 66 67 68 69 70 Следующая

Мы уже видели, как преобразования типов применяются к операндам встроенных типов: в разделе 4.14 этот вопрос рассматривался на примере операндов встроенных операторов, а в разделе 9.3 – на примере фактических аргументов вызванной функции для приведения их к типам формальных параметров. Рассмотрим с этой точки зрения следующие шесть операций сложения:

char ch; short sh;, int ival; /* в каждой операции один операнд * требует преобразования типа */ ch + ival; ival + ch; ch + sh; ch + ch;

ival + sh; sh + ival;

Операнды ch и sh расширяются до типа int. При выполнении операции складываются два значения типа int. Расширение типа неявно выполняется компилятором и для пользователя прозрачно.

В этом разделе мы рассмотрим, как разработчик может определить собственные преобразования для объектов типа класса. Такие определенные пользователем преобразования также автоматически вызываются компилятором по мере необходимости. Чтобы показать, зачем они нужны, обратимся снова к классу SmallInt, введенному в разделе 10.9.

Напомним, что SmallInt позволяет определять объекты, способные хранить значения из того же диапазона, что unsigned char, т.е. от 0 до 255, и перехватывает ошибки выхода за его границы. Во всех остальных отношениях этот класс ведет себя точно так же, как unsigned char.

Чтобы иметь возможность складывать объекты SmallInt с другими объектами того же класса или со значениями встроенных типов, а также вычитать их, реализуем шесть операторных функций:

class SmallInt { friend operator+( const SmallInt &, int ); friend operator-( const SmallInt &, int ); friend operator-( int, const SmallInt & ); friend operator+( int, const SmallInt & ); public: SmallInt( int ival ) : value( ival ) { } operator+( const SmallInt & ); operator-( const SmallInt & ); // ... private: int value;

};

Операторы-члены дают возможность складывать и вычитать два объекта SmallInt. Глобальные же операторы-друзья позволяют производить эти операции над объектами данного класса и объектами встроенных арифметических типов. Необходимо только шесть операторов, поскольку любой встроенный арифметический тип может быть приведен к типу int. Например, выражение

SmallInt si( 3 );

si + 3.14159

разрешается в два шага:

1. Константа 3.14159 типа double преобразуется в целое число 3.

2. Вызывается operator+(const SmallInt &,int), который возвращает значение 6.

Если мы хотим поддержать битовые и логические операции, а также операции сравнения и составные операторы присваивания, то сколько же необходимо перегрузить операторов? Сразу и не сосчитаешь. Значительно удобнее автоматически преобразовать объект класса SmallInt в объект типа int.

В языке C++ имеется механизм, позволяющий в любом классе задать набор преобразований, применимых к его объектам. Для SmallInt мы определим приведение объекта к типу int. Вот его реализация:

class SmallInt { public: SmallInt( int ival ) : value( ival ) { } // конвертер // SmallInt ==> int operator int() { return value; } // перегруженные операторы не нужны private: int value;

};

Оператор int() – это конвертер, реализующий определенное пользователем преобразование, в данном случае приведение типа класса к заданному типу int. Определение конвертера описывает, что означает преобразование и какие действия компилятор должен выполнить для его применения. Для объекта SmallInt смысл преобразования в int заключается в том, чтобы вернуть число типа int, хранящееся в члене value.

Теперь объект класса SmallInt можно использовать всюду, где допустимо использование int. Если предположить, что перегруженных операторов больше нет и в SmallInt определен конвертер в int, операция сложения

SmallInt si( 3 );

si + 3.14159

разрешается двумя шагами:

1. Вызывается конвертер класса SmallInt, который возвращает целое число 3.

2. Целое число 3 расширяется до 3.0 и складывается с константой двойной точности 3.14159, что дает 6.14159.

Такое поведение больше соответствует поведению операндов встроенных типов по сравнению с определенными ранее перегруженными операторами. Когда значение типа int складывается со значением типа double, то выполняется сложение двух чисел типа double (поскольку тип int расширяется до double) и результатом будет число того же типа.

В этой программе иллюстрируется применение класса SmallInt:

#include <iostream> #include "SmallInt.h" int main() { cout << "Введите SmallInt, пожалуйста: "; while ( cin >> si1 ) { cout << "Прочитано значение " << si1 << "\nОно "; // SmallInt::operator int() вызывается дважды cout << ( ( si1 > 127 ) ? "больше, чем " : ( ( si1 < 127 ) ? "меньше, чем " : "равно ") ) << "127\n"; cout << "\Введите SmallInt, пожалуйста \ (ctrl-d для выхода): "; } cout <<"До встречи\n";

}

Откомпилированная программа выдает следующие результаты:

Введите SmallInt, пожалуйста: 127

Прочитано значение 127

Оно равно 127

Введите SmallInt, пожалуйста (ctrl-d для выхода): 126

Оно меньше, чем 127

Введите SmallInt, пожалуйста (ctrl-d для выхода): 128

Оно больше, чем 127

Введите SmallInt, пожалуйста (ctrl-d для выхода): 256

*** Ошибка диапазона SmallInt: 256 ***

В реализацию класса SmallInt добавили поддержку новой функциональности:

#include <iostream> class SmallInt { friend istream& operator>>( istream &is, SmallInt &s ); friend ostream& operator<<( ostream &is, const SmallInt &s ) { return os << s.value; } public: SmallInt( int i=0 ) : value( rangeCheck( i ) ){} int operator=( int i ) { return( value = rangeCheck( i ) ); } operator int() { return value; } private: int rangeCheck( int ); int value;

};

Ниже приведены определения функций-членов, находящиеся вне тела класса:

istream& operator>>( istream &is, SmallInt &si ) { int ix; is >> ix; si = ix; // SmallInt::operator=(int) return is; } int SmallInt::rangeCheck( int i ) { /* если установлен хотя бы один бит, кроме первых восьми, * то значение слишком велико; сообщить и сразу выйти */ if ( i & ~0377 ) { cerr << "\n*** Ошибка диапазона SmallInt: " << i << " ***" << endl; exit( -1 ); } return i;

}

Конвертеры

Конвертер – это особый случай функции-члена класса, реализующий определенное пользователем преобразование объекта в некоторый другой тип. Конвертер объявляется в теле класса путем указания ключевого слова operator, за которым следует целевой тип преобразования.

Имя, находящееся за ключевым словом, не обязательно должно быть именем одного из встроенных типов. В показанном ниже классе Token определено несколько конвертеров. В одном из них для задания имени типа используется typedef tName, а в другом – тип класса SmallInt.

#include "SmallInt.h" typedef char *tName; class Token { public: Token( char *, int ); operator SmallInt() { return val; } operator tName() { return name; } operator int() { return val; } // другие открытые члены private: SmallInt val; char *name;

};

Обратите внимание, что определения конвертеров в типы SmallInt и int одинаковы. Конвертер Token::operator int() возвращает значение члена val. Поскольку val имеет тип SmallInt, то неявно применяется SmallInt::operator int() для преобразования val в тип int. Сам Token::operator int() неявно употребляется компилятором для преобразования объекта типа Token в значение типа int. Например, этот конвертер используется для неявного приведения фактических аргументов t1 и t2 типа Token к типу int формального параметра функции print():

#include "Token.h" void print( int i ) { cout << "print( int ) : " << i << endl; } Token t1( "integer constant", 127 ); Token t2( "friend", 255 ); int main() { print( t1 ); // t1.operator int() print( t2 ); // t2.operator int() return 0;

}

После компиляции и запуска программа выведет такие строки:

print( int ) : 127

print( int ) : 255

Общий вид конвертера следующий:

operator type();

где type может быть встроенным типом, типом класса или именем typedef. Конвертеры, в которых type – тип массива или функции, не допускаются. Конвертер должен быть функцией-членом. В его объявлении не должны задаваться ни тип возвращаемого значения, ни список параметров:

operator int( SmallInt & ); // ошибка: не член class SmallInt { public: int operator int(); // ошибка: задан тип возвращаемого значения operator int( int = 0 ); // ошибка: задан список параметров // ...

};

Конвертер вызывается в результате явного преобразования типов. Если преобразуемое значение имеет тип класса, у которого есть конвертер, и в операции приведения указан тип этого конвертера, то он и вызывается:

#include "Token.h" Token tok( "function", 78 ); // функциональная нотация: вызывается Token::operator SmallInt() SmallInt tokVal = SmallInt( tok ); // static_cast: вызывается Token::operator tName()

char *tokName = static_cast< char * >( tok );

У конвертера Token::operator tName() может быть нежелательный побочный эффект. Попытка прямого обращения к закрытому члену Token::name помечается компилятором как ошибка:

char *tokName = tok.name; // ошибка: Token::name - закрытый член

Однако наш конвертер, разрешая пользователям непосредственно изменять Token::name, делает как раз то, от чего мы хотели защититься. Скорее всего, это не годится. Вот, например, как могла бы произойти такая модификация:

#include "Token.h" Token tok( "function", 78 ); char *tokName = tok; // правильно: неявное преобразование

*tokname = 'P'; // но теперь в члене name находится Punction!

Мы намереваемся разрешить доступ к преобразованному объекту класса Token только для чтения. Следовательно, конвертер должен возвращать тип const char*:

typedef const char *cchar; class Token { public: operator cchar() { return name; } // ... }; // ошибка: преобразование char* в const char* не допускается char *pn = tok;

const char *pn2 = tok; // правильно

Другое решение – заменить в определении Token тип char* на тип string из стандартной библиотеки C++:

class Token { public: Token( string, int ); operator SmallInt() { return val; } operator string() { return name; } operator int() { return val; } // другие открытые члены private: SmallInt val; string name;

};

Семантика конвертера Token::operator string() состоит в возврате копии значения (а не указателя на значение) строки, представляющей имя лексемы. Это предотвращает случайную модификацию закрытого члена name класса Token.

Должен ли целевой тип точно соответствовать типу конвертера? Например, будет ли в следующем коде вызван конвертер int(), определенный в классе Token?

extern void calc( double ); Token tok( "constant", 44 ); // Вызывается ли оператор int()? Да // применяется стандартное преобразование int --> double

calc( tok );

Если целевой тип (в данном случае double) не точно соответствует типу конвертера (в нашем случае int), то конвертер все равно будет вызван при условии, что существует последовательность стандартных преобразований, приводящая к целевому типу из типа конвертера. (Эти последовательности описаны в разделе 9.3.) При обращении к функции calc() вызывается Token::operator int() для преобразования tok из типа Token в тип int. Затем для приведения результата от типа int к типу double применяется стандартное преобразование.

Вслед за определенным пользователем преобразованием допускаются только стандартные. Если для достижения целевого типа необходимо еще одно пользовательское преобразование, то компилятор не применяет никаких преобразований. Предположим, что в классе Token не определен operator int(), тогда следующий вызов будет ошибочным:

extern void calc( int ); Token tok( "pointer", 37 ); // если Token::operator int() не определен, // то этот вызов приводит к ошибке компиляции

calc( tok );

Если конвертер Token::operator int() не определен, то приведение tok к типу int потребовало бы вызова двух определенных пользователем конвертеров. Сначала фактический аргумент tok надо было бы преобразовать из типа Token в тип SmallInt с помощью конвертера

Token::operator SmallInt()

а затем результат привести к типу int – тоже с помощью пользовательского конвертера

Token::operator int()

Вызов calc(tok) помечается компилятором как ошибка, так как не существует неявного преобразования из типа Token в тип int.

Если логического соответствия между типом конвертера и типом класса нет, назначение конвертера может оказаться непонятным читателю программы:

class Date { public: // попробуйте догадаться, какой именно член возвращается! operator int(); private: int month, day, year;

};

Какое значение должен вернуть конвертер int() класса Date? Сколь бы основательными ни были причины для того или иного решения, читатель останется в недоумении относительно того, как пользоваться объектами класса Date, поскольку между ними и целыми числами нет явного логического соответствия. В таких случаях лучше вообще не определять конвертер.

Предыдущая 55 56 57 58 59 60 616263 64 65 66 67 68 69 70 Следующая

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: