Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Обычно классы, управляющие ресурсами, расположенными вне его, должны определять функции-члены управления копированием. Как упоминалось в разделе 13.6, такие классы нуждаются в деструкторах, освобождающих зарезервированные объектом ресурсы. Если класс нуждается в деструкторе, он почти наверняка нуждается также в конструкторе копий и операторе присвоения копии.

Чтобы определить эти функции-члены, сначала следует решить, что будет означать копирование объекта данного типа. Вообще, есть два способа: операцию копирования можно определить так, чтобы класс вел себя, как значение или как указатель.

У классов, которые ведут себя, как значения, есть собственное состояние. При копировании объекта как значения копия и оригинал независимы друг от друга. Внесенные в копию изменения никак не влияют на оригинал, и наоборот.

Классы, действующие как указатели, используют состояние совместно. При копировании объектов таких классов копии и оригиналы используют те же данные. Изменения, внесенные в копии, изменяют также оригинал, и наоборот.

Из использованных ранее библиотечных классов поведением, подобным значениям, обладали классы библиотечных контейнеров и класс string. Ничего удивительного, что класс shared_ptrдемонстрирует поведение, подобное указателю, как и класс StrBlob(см. раздел 12.1.1). Типы ввода-вывода и класс unique_ptrне допускают ни копирования, ни присвоения, поэтому их поведение не похоже ни на значение, ни на указатель.

Чтобы проиллюстрировать эти два подхода, определим для используемого в упражнениях класса HasPtrфункции-члены управления копированием. Сначала заставим класс действовать, как значение, а затем повторно реализуем его в версии, ведущей себя, как указатель.

У класса HasPtrесть два члена типа intи указатель на тип string. Обычно классы непосредственно копируют переменные-члены встроенного типа (кроме указателей); такие члены являются значениями, а следовательно, ведут себя обычно, как значения. Происходящее при копировании указателя-члена определяет то, должно ли у такого класса, как HasPtr, быть поведение, подобное значению или указателю.

Упражнение 13.22. Предположим, класс HasPtrдолжен вести себя, как значение. Таким образом, у каждого его объекта должна быть собственная копия строки, на которую указывает объект. Определения функций-членов управления копированием рассматривается в следующем разделе, но уже сейчас известно все необходимое для их реализации. Напишите конструктор копий класса HasPtrи оператор присвоения копии прежде, чем продолжите чтение.

Для обеспечения поведения, подобного значению, у каждого объекта должна быть собственная копия ресурса, которым управляет класс. Это значит, что у каждого объекта класса HasPtrдолжна быть собственная копия строки, на которую указывает указатель ps. Для реализации поведения, подобного значению, классу HasPtrнужно следующее.

• Конструктор копий, который копирует строку, а не только указатель.

• Деструктор, освобождающий строку.

• Оператор присвоения копии, освобождающий строку существующего объекта и копирующий ее значение в строку правого операнда.

Вот подобная значению версия класса HasPtr:

class HasPtr {

public:

HasPtr(const std::string &s = std::string()):

ps(new std::string(s)), i(0) { }

// у каждого объекта класса HasPtr есть собственный экземпляр строки,

// на которую указывает указатель ps

HasPtr(const HasPtr &p) :

ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) { }

HasPtr& operator=(const HasPtr &);

~HasPtr() { delete ps; }

private:

std::string *ps;

int i;

};

Класс достаточно прост, все, кроме оператора присвоения, определено в теле класса. Первый конструктор получает (необязательный) аргумент типа string. Он динамически резервирует собственную копию этой строки и сохраняет ее адрес в указателе ps. Конструктор копий также резервирует собственный экземпляр строки. Деструктор освобождает память, зарезервированную ее конструкторами, выполняя оператор deleteдля указателя-члена ps.

Обычно операторы присвоения объединяют действия деструктора и конструктора копий. Подобно деструктору, оператор присвоения освобождает ресурсы левого операнда. Подобно конструктору копий, оператор присвоения копирует данные из правого операнда. Однако критически важно, чтобы эти действия осуществлялись в правильной последовательности, даже если объект присваивается сам себе. Кроме того, по возможности следует писать собственные операторы присвоения так, чтобы они оставляли левый операнд в корректном состоянии, иначе произойдет исключение (см. раздел 5.6.2).

В данном случае можно отработать случай присвоения самому себе (и сделать код устойчивым к исключению), осуществляя сначала копирование правого операнда. После копирования освобождается левый операнд и указатель модифицируется так, чтобы он указывал на вновь зарезервированную строку:

HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs) {

auto newp = new string(*rhs.ps); // скопировать строку

delete ps; // освободить прежнюю память

ps = newp; // копировать данные из rhs в этот объект

i = rhs.i;

return *this; // возвратить этот объект

};

В этом операторе присвоения, безусловно, сначала выполняется работа конструктора: инициализатор newpидентичен инициализатору ps в конструкторе копий класса HasPtr. Затем, как в деструкторе, удаляется строка, на которую в настоящее время указывает указатель ps. Остается только скопировать указатель на недавно созданную строку и значение типа intиз rhsв этот объект.

Создавая оператор присвоения, следует учитывать два момента.

• Операторы присвоения должны работать правильно, если объект присваивается сам себе.

• Большинство операторов присвоения делят работу с деструктором и конструктором копий.

Шаблон разработки оператора присвоения подразумевает сначала копирование правого операнда в локальный временный объект. После копирования вполне безопасно удалить существующие члены левого операнда. Как только левый операнд будет освобожден, копировать данные из временного объекта в переменные-члены левого операнда.

Для иллюстрации важности принятия мер против присвоения самому себе рассмотрим, что случилось бы, выгляди оператор присвоения так: