PB161 Programování v jazyce C++
Přednáška 4
Přetěžování funkcí
Konstruktory a destruktory
Lehký úvod do I/O
Nikola Beneš, Vladimír Štill
9. října 2018
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 1 / 24
Přetěžování funkcí
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 2 / 24
Přetěžování (overloading)
lecture04_01.cpp, lecture04_02.cpp
různé funkce/metody se stejným jménem, ale různou definicí
musí se lišit typem nebo počtem parametrů nebo const (u metod)
Pozor! V C++ nestačí, pokud se liší pouze návratovým typem; proč?
void f(int x) {
std::cout << "f s parametrem int: " << x << '\n';
}
void f() {
std::cout << "f bez parametrů\n";
}
void f(double d) {
std::cout << "f s parametrem double: " << d << '\n';
}
f(3); // zavolá void f(int)
f(5.0); // zavolá void f(double)
f(); // zavolá void f()
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 3 / 24
Přetěžování (overloading) – pokr.
Pravidla pro přetěžování
přesná shoda
typové konverze, …
class File {
// ...
public:
void write(int num);
void write(std::string str);
// ...
};
File f;
// ...
f.write("Hello"); // volá File::write(std::string)
f.write(0.0); // volá File::write(int);
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 4 / 24
Přetěžování a reference
nekonstantní reference má přednost
lecture04_03.cpp
void f(int&);
void f(const int&);
int x;
f(x); // zavolá se první funkce
f(5); // zavolá se druhá funkce
int& ref = x;
const int& cref = x;
f(ref); // první
f(cref); // druhá
přetěžování pro referenci a hodnotu
– nejednoznačnost (ambiguity)
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 5 / 24
Přetěžování a NULL
lecture04_04.cpp
v C++03: NULL je definováno jako 0
void f(int x);
void f(char * s);
f(NULL); // zavolá se PRVNÍ funkce!
poznámka: moderní kompilátory raději ohlásí chybu
proto máme od C++11 speciální ukazatel nullptr
f(nullptr); // OK, zavolá se druhá funkce
NULL může být od C++11 definováno různě, proto je lépe jej
nepoužívat a zvyknout si na používání nullptr
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 6 / 24
Přetěžování (overloading)
Pro zvídavé: Jak to ve skutečnosti funguje?
překladač C++ mění jména funkcí, přidává k nim typy parametrů
tzv. name mangling
není žádný standard, závisí na konkrétním překladači
příklad (gcc, clang):
void fun(int, char) → _Z3funic
int fun(int&) → _Z3funRi
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 7 / 24
Implicitní parametry
Parametry s implicitní hodnotou
funkce, metody, konstruktory, …
musí být nejvíce vpravo v seznamu parametrů
void f(int x, int y = 10, int z = 20);
f(3, 4, 5); // zavolá se f(3, 4, 5)
f(3, 4); // zavolá se f(3, 4, 20)
f(3); // zavolá se f(3, 10, 20)
void g(int x = 10, int y); // chyba!
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 8 / 24
Implicitní parametry (pokr.)
Oddělení deklarace a definice
// soubor.h
void f(int x = 10, int y = 20);
// soubor.cpp
void f(int x /* = 10 */, int y /* = 20 */) {
// ...
}
implicitní parametry mohou být jen v první deklaraci
pro čitelnost je zvykem je v komentářích zopakovat
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 9 / 24
Konstruktory a destruktory
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 10 / 24
Konstruktory
Už víte:
konstruktor je speciální metoda volaná při inicializaci objektu
konstruktor má tzv. inicializační sekci
jméno konstruktoru = jméno třídy
Možná nevíte:
konstruktor není vždy nutné psát, vygeneruje se defaultní
Přetěžování konstruktorů
lecture04_05.cpp
jako přetěžování funkcí/metod
(od C++11) konstruktory můžou v inicializační sekci volat jiné
konstruktory (tzv. delegující konstruktory)
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 11 / 24
Konstruktory (pokr.)
Pořadí volání konstruktorů
lecture04_06.cpp, lecture04_07.cpp
konstruktory atributů se volají před konstruktorem objektu
ve skutečnosti se volají v rámci inicializační sekce
konstruktory se volají v pořadí deklarací ve třídě
(pozor! ne v pořadí daném inicializační sekcí)
varování kompilátoru -Wreorder
volání konstruktorů při dědičnosti (později, v přednášce o OOP)
Kdy se volá konstruktor
lokální objekty (na zásobníku): v místě deklarace
atributy objektů (viz výše)
globální objekty: složitější
doporučení: pokud možno nepoužívat globální proměnné
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 12 / 24
Kopírování
lecture04_08.cpp
Hodnotová sémantika: Inicializace/přiřazení je kopírování.
Implicitní kopírování
všechny atributy jsou zkopírovány (inicializace/přiřazení)
to je většinou to, co chceme
co když chceme jiné chování? (proč chceme jiné chování?)
Kopírovací konstruktor
popisuje, jak se objekt kopíruje při inicializaci
syntax: Object(const Object& object)
konstruktor, bere konstantní referenci na objekt stejného typu
proč referenci?
proč konstantní?
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 13 / 24
Kopírování
lecture04_08.cpp
Hodnotová sémantika: Inicializace/přiřazení je kopírování.
Implicitní kopírování
všechny atributy jsou zkopírovány (inicializace/přiřazení)
to je většinou to, co chceme
co když chceme jiné chování? (proč chceme jiné chování?)
Kopírovací konstruktor
popisuje, jak se objekt kopíruje při inicializaci
syntax: Object(const Object& object)
konstruktor, bere konstantní referenci na objekt stejného typu
proč referenci? Protože teprve definujeme, jak kopírovat.
proč konstantní?
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 13 / 24
Kopírování
lecture04_08.cpp
Hodnotová sémantika: Inicializace/přiřazení je kopírování.
Implicitní kopírování
všechny atributy jsou zkopírovány (inicializace/přiřazení)
to je většinou to, co chceme
co když chceme jiné chování? (proč chceme jiné chování?)
Kopírovací konstruktor
popisuje, jak se objekt kopíruje při inicializaci
syntax: Object(const Object& object)
konstruktor, bere konstantní referenci na objekt stejného typu
proč referenci? Protože teprve definujeme, jak kopírovat.
proč konstantní?
Protože není slušné při kopírování měnit originál.
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 13 / 24
Kopírování (pokr.)
lecture04_08.cpp
Kopírovací přiřazovací operátor
popisuje, jak se objekt kopíruje při přiřazení
syntax Object& operator=(const Object& object)
přetížený operátor (o těch více později)
bere konstantní referenci na objekt stejného typu
(ne nutně, viz copy-and-swap idiom, příští přednáška)
vrací referenci na aktuální objekt (zvyk, doporučeno)
Zákaz kopírování – explicitně vymazaný kopírovací konstruktor a
přiřazovací operátor
Object(const Object&) = delete;
Object& operator=(const Object&) = delete;
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 14 / 24
Kopírování (pokr.)
Většinou nepotřebujeme definovat explicitní kopírovací
konstruktor/přiřazení.
defaultní kopírování často dělá to, co chceme
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 15 / 24
Kopírování (pokr.)
Většinou nepotřebujeme definovat explicitní kopírovací
konstruktor/přiřazení.
defaultní kopírování často dělá to, co chceme
Kdy definovat explicitní kopírovací konstruktor/přiřazení?
lecture04_09.cpp
hluboká místo plytké kopie
použití: vlastní datové struktury (kontejnery apod.)
správa zdrojů
paměť, soubory, zámky, vlákna, síťová spojení, grafické elementy
registrace objektů
objekty se samy registrují/logují apod.
objekty s identitou
zákaz kopírování
objekty, u nichž kopírování nedává smysl (např. některé zdroje)
Více o správě zdrojů: příští přednáška
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 15 / 24
Kopírování (pokr.)
Vynechání kopií (copy elision)
lecture04_10.cpp, lecture04_11.cpp
optimalizace překladače (povolená, od C++17 někdy i zaručená)
povoleno v určitých specifických případech
funkce bere parametr hodnotou a dostane dočasný objekt
funkce vrací lokální objekt hodnotou
Pointa: Pokud v těle funkce hodlám dělat kopii parametru, pak je lépe
brát jej rovnou hodnotou.
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 16 / 24
Destruktory
lecture04_12.cpp
Konec života objektů
lokální objekty: na konci bloku
atributy objektů: zároveň1
s koncem života objektu, kterému patří
globální objekty: na konci programu
dynamicky alokované objekty: explicitně, zavoláním delete (příště)
Destruktor
speciální metoda volaná na konci života objektu
jméno destruktoru = vlnka ~ + jméno třídy
vždy bez parametrů a bez návratové hodnoty
1
ve skutečnosti těsně po, viz další slajd
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 17 / 24
Destruktory (pokr.)
lecture04_13.cpp
Pořadí volání destruktorů
opačné pořadí než volání konstruktorů2
destruktory atributů se volají po destruktoru hlavního objektu
volání destruktorů při dědičnosti (později, v přednášce o OOP)
Všimněte si:
volání destruktorů je deterministické
víme přesně, kdy nastane konec života objektu
srovnejte s jinými jazyky
tato vlastnost umožňuje princip RAII, o kterém bude řeč příště
2
to se týká sémantiky jazyka, ne chování standardní knihovny
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 18 / 24
Pravidla
lecture04_14.cpp
Rule of Zero
pokud možno, nepište kopírovací konstruktor/přiřazení ani destruktor
vhodné pro třídy, které přímo nespravují žádný zdroj (resource)
Rule of Three
jakmile třída spravuje nějaký zdroj, pak je typicky třeba explicitně
definovat všechny tři (nebo alespoň některé zakázat):
kopírovací konstruktor
kopírovací přiřazovací operátor
destruktor
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 19 / 24
Pravidla (pokr.)
Rule of Five (od C++11)
přidává se ještě přesouvací (move) konstruktor/přiřazení
vyžaduje pochopení tzv. rvalue references; nad rámec tohoto
předmětu
Různé varianty: Rule of three and a half, Rule of four and a half
tzv. copy-and-swap idiom (příští přednáška)
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 20 / 24
Lehký úvod do I/O
Už jsme viděli
std::cin, std::cout, operátory >> a <<, std::getline
Souborový vstup/výstup <fstream>
lecture04_15.cpp
std::ofstream output("output_file.txt");
std::ifstream input("input_file.txt");
s proměnnými typu std::ofstream a std::ifstream smíme
zacházet jako s std::cout a std::cin
soubory se zavřou automaticky na konci bloku
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 21 / 24
Lehký úvod do I/O (pokr.)
Řetězcový vstup/výstup <sstream>
lecture04_16.cpp
std::istringstream se inicializuje řetězcem, můžeme z něj pak číst
stejně jako z std::cin
do std::ostringstream můžeme zapisovat jako do std::cout,
k výsledku přistoupíme pomocí metody str()
std::ostringstream out;
out << "Pi je " << 3.14 << '\n';
std::string result = out.str();
std::cout << result;
std::istringstream in("1 2 3 4 5");
int num;
while (in >> num) {
std::cout << num << '\n';
}
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 22 / 24
Lehký úvod do I/O (pokr.)
Chybové stavy I/O proudů
metody good(), fail(), bad(), eof()
proudy se umí přetypovat na bool
true/false, jestli je proud v dobrém stavu
operátor >> i std::getline vrací vstupní proud
while (cin >> num) { /* ... */ }
while (std::getline(cin, str)) { /* ... */ }
Obecné proudy
lecture04_17.cpp
std::istream, std::ostream (bázové třídy – viz dědičnost, později)
funkci s parametrem typu std::istream& můžeme předat libovolný
vstupní proud (std::cin, proměnnou typu std::ifstream nebo
std::istringstream)
podobně pro std::ostream&
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 23 / 24
Závěrečný kvíz
https://kahoot.it
PB161 přednáška 4: přetěžování funkcí, konstruktory, destruktory, lehce I/O 9. října 2018 24 / 24