ALLDev

Интерфейс и состояние объекта

Основной характеристикой класса с точки зрения его использования является интерфейс, т.е. перечень методов, с помощью которых можно обратиться к объекту данного класса. Кроме интерфейса, объект обладает текущим значением или состоянием, которое он хранит в атрибутах класса. В Си++ имеются богатые возможности, позволяющие следить за тем, к каким частям класса можно обращаться извне, т.е. при использовании объектов, и какие части являются "внутренними", необходимыми лишь для реализации интерфейса.

Определение класса можно поделить на три части – внешнюю, внутреннюю и защищенную. Внешняя часть предваряется ключевым словом public, после которого ставится двоеточие. Внешняя часть – это определение интерфейса. Методы и атрибуты, определенные во внешней части класса, доступны как объектам данного класса, так и любым функциям и объектам других классов. Определением внешней части мы контролируем способ обращения к объекту. Предположим, мы хотим определить класс для работы со строками текста. Прежде всего, нам надо соединять строки, заменять заглавные буквы на строчные и знать длину строк. Соответственно, эти операции мы поместим во внешнюю часть класса:

class String
{
public:
 // добавить строку в конец текущей строки
 void Concat(const String& str);
 // заменить заглавные буквы на строчные
 void ToLower(void);
 int GetLength(void) const; 
 // сообщить длину строки
 . . .
};

Внутренняя и защищенная части класса доступны только при реализации методов этого класса. Внутренняя часть предваряется ключевым словом private, защищенная – ключевым словомprotected.

class String
{
public:
 // добавить строку в конец текущей строки
 void Concat(const String& str);
 // заменить заглавные буквы на строчные
 void ToLower(void);
 int GetLength(void) const; 
 // сообщить длину строки
private:
 char* str;
 int length;
};

В большинстве случаев атрибуты во внешнюю часть класса не помещаются, поскольку они представляют состояние объекта, и возможности их использования и изменения должны быть ограничены. Представьте себе, что произойдет, если в классе String будет изменен указатель на строку без изменения длины строки, которая хранится в атрибуте length.

Объявляя атрибуты str и length как private, мы говорим, что непосредственно к ним обращаться можно только при реализации методов класса, как бы изнутри класса ( private по-английски – частный, личный). Например:

int
String::GetLength(void) const
{
 return length;
}

Внутри определения методов класса можно обращаться не только к внутренним атрибутам текущего объекта, но и к внутренним атрибутам любых других известных данному методу объектов того же класса. Реализация метода Concat будет выглядеть следующим образом:

void
String::Concat(const String& x)
{
 length += x.length;
 char* tmp = new char[length + 1];
 ::strcpy(tmp, str);
 ::strcat(tmp, x.str);
 delete [] str;
 str = tmp;
}

Однако если в программе будет предпринята попытка обратиться к внутреннему атрибуту или методу класса вне определения метода, компилятор выдаст ошибку, например:

main()
{
 String s;
 if (s.length > 0) // ошибка
 . . . 
}

Разница между защищенными ( protected ) и внутренними атрибутами была описана в предыдущей лекции, где рассматривалось создание иерархий классов.

При записи классов мы помещаем первой внешнюю часть, затем защищенную часть и последней – внутреннюю часть. Дело в том, что внешняя часть определяет интерфейс, использование объектов данного класса. Соответственно, при чтении программы эта часть нужна прежде всего. Защищенная часть необходима при разработке зависимых от данного класса новых классов. И внутреннюю часть требуется изучать реже всего – при разработке самого класса.

Объявление friend

Предположим, мы хотим в дополнение к интерфейсу класса String создать функцию, которая формирует новую строку, являющуюся результатом слияния двух строк, но не изменяет сами аргументы. (Особенно часто подобный интерфейс необходимо создавать при определении операций – см. ниже). Для того чтобы эта функция работала быстро, желательно, чтобы она имела доступ к внутренним атрибутам класса String. Доступ можно разрешить, объявив функцию " другом " класса String с помощью ключевого слова friend:

class String
{
 . . .
 friend String concat(const String& s1,
 const String& s2);
};

Тогда функция concat может быть реализована следующим образом:

String
concat(const String& s1, const String& s2)
{
 String result;
 result.length = s1.length + s2.length;
 result.str = new char[result.length + 1];
 if (result.str == 0) {
 // обработка ошибки
 }
 strcpy(result.str, s1.str);
 strcat(result.str, s2.str);
 return result;
}

С помощью механизма friend можно разрешить обращение к внутренним элементам класса как отдельной функции, отдельному методу другого класса или всем методам другого класса:

class String 
{
 // все методы класса StringParser обладают
 // правом доступа ко всем атрибутам класса
 // String
 friend class StringParser;
 // из класса Lexer только метод CharCounter 
 // может обращаться к внутренним атрибутам 
 // String
 friend int Lexer::CharCounter(const 
 String& s, char c);
};

Конечно, злоупотреблять механизмом friend не следует. Каждое решение по использованию friend должно быть продумано. Если только одному методу какого-либо класса действительно необходим доступ, не следует объявлять весь класс как friend.

Использование описателя const

Во многих примерах мы уже использовали ключевое слово const для обозначения того, что та или иная величина не изменяется. В данном параграфе приводятся подробные правила употребления описателя const.

Если в начале описания переменной стоит описатель const, то описываемый объект во время выполнения программы не изменяется:

const double pi = 3.1415;
const Complex one(1,1);

Если const стоит перед определением указателя или ссылки, то это означает, что не изменяется объект, на который данный указатель или ссылка указывает:

// указатель на неизменяемую строку
const char* ptr = &string; 
char x = *ptr;
ptr++;
*ptr = '0'; 
 // обращение по указателю — допустимо
 // изменение указателя — допустимо
 // попытка изменения объекта, на
 // который указатель указывает –
 // ошибка

Если нужно объявить указатель, значение которого не изменяется, то такое объявление выглядит следующим образом:

char* const ptr = &string; 
// неизменяемый указатель 
char x = *ptr;
ptr++;
*ptr = '0'; 
 // обращение по указателю – допустимо
 // изменение указателя – ошибка
 // изменение объекта, на который
 // указатель указывает – допустимо

Доступ к объекту по чтению и записи

Кроме контроля доступа к атрибутам класса с помощью разделения класса на внутреннюю, защищенную и внешнюю части, нужно следить за тем, с помощью каких методов можно изменить текущее значение объекта, а с помощью каких – нельзя.

При описании метода класса как const выполнение метода не может изменять значение объекта, который этот метод выполняет.

class A 
{
public:
 int GetValue (void) const;
 int AddValue (int x) const;
private:
 int value;
}
int 
A::GetValue(void) const
{ 
 return value; } 
 // объект не изменяется 
int
A::AddValue(int x) const
{ 
 value += x; 
 // попытка изменить атрибут объекта
 // приводит к ошибке компиляции 

 return value;
}

Таким образом, использование описателя const позволяет программисту контролировать возможность изменения информации в программе, тем самым предупреждая ошибки.

В описании класса String один из методов – GetLength – представлен как неизменяемый (в конце описания метода стоит слово const ). Это означает, что вызов данного метода не изменяет текущее значение объекта. Остальные методы изменяют его значение. Контроль использования тех или иных методов ведется на стадии компиляции. Например, если аргументом какой-либо функции объявлена ссылка на неизменяемый объект, то, соответственно, эта функция может вызывать только методы, объявленные как const:

int
Lexer::CharCounter(const String& s, char c)
{ int n = s.GetLength(); // допустимо
 s.Concat("ab"); 
 // ошибка – Concat изменяет значение s 
}

Общим правилом является объявление всех методов как неизменяемых, за исключением тех, которые действительно изменяют значение объекта. Иными словами, объявляйте как можно больше методов как const. Такое правило соответствует правилу объявления аргументов как const. Объявление константных аргументов запрещает изменение объектов во время выполнения функции и тем самым предотвращает случайные ошибки.