Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1NPRG041 Programování v C++ - 2014/2015 David Bednárek Programování v C++

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1NPRG041 Programování v C++ - 2014/2015 David Bednárek Programování v C++"— Transkript prezentace:

1 1NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Programování v C++

2 Zápočty 2NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Základní podmínky společné všem skupinám  Úspěšné složení zápočtového testu  1. a 2. pokusy ve zkouškovém období pokusy v dubnu  2-3 hodiny v laboratoři, společně pro všechny skupiny  Vypracování zápočtového programu  Dohoda o tématu - do listopadu  Předvedení cvičícímu do  Doladění a odevzdání do  Další podmínky udělení zápočtu určuje cvičící  Cvičící může podmínky individuálně upravit, pokud se s ním student na začátku semestru dohodne  Přiměřená účast na cvičeních  Úspěšné odevzdání domácího úkolu

3 Zkouška  Zkouška bude provedena formou abc-testu  Vlastnosti a pravidla jazyka C++  Používání knihoven C++ (kontejnery, algoritmy)  Typické konstrukce objektového programování  Generické programování  Run-time/static polymorphism ...  Termíny  Ve zkouškovém období ZS  Během výuky v LS

4 Pravidla pro budoucí neúspěšné  Zkouška  Pokud letos složíte zkoušku se známkou výborně nebo velmi dobře a nedostanete zápočet, bude vám příští rok uznána  Tento mechanismus je implementován zkoušejícími, nikoliv studijním oddělěním  Zápočet  Pokud nedostanete zápočet, budete příští rok opakovat ty části, které jste letos nesplnili  Podmínky splněné letos se automaticky uznávají  V příštím roce se musíte na začátku semestru přihlásit v SISu k některému z cvičících a dohodnout se s ním na konkrétních podmínkách

5 Course credits 5NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Conditions  Exams  abc-tests  January to February - registration in SIS  Passing practical programming tests  in lab, approx. 3 hours, common sessions for all groups - registration in SIS  1st attempts - 2nd half of January  2nd attempts - 1st half of February  3rd attempts - April  Creating an individual project  Agreement on project assignment - until end of November  Beta version until March 31, 2015  Final version including documentation until May 20, 2015  Reasonable participation in labs  Homework assignments  Conditions may be individually adjusted: contact your lab teacher during October  Erasmus students may need dates and deadlines sooner

6 Historie C++

7 B (Bell Labs. 1969) BCPL (Cambridge 1966) C with classes (Stroustrup 1979) The C++ programming language (Stroustrup 1985) C++98 (ISO/IEC ) C++03 (ISO/IEC ) C++TR1 (ISO/IEC ) C++11 (ISO/IEC ) C (Bell Labs. 1971) K&R C (Kernigan & Ritchie 1978) C++14 (2014+) téměř nadmnožina inspirace nadmnožina významná změna šablony paralelismus

8 Historie C++ a C B (Bell Labs. 1969) BCPL (Cambridge 1966) C with classes (Stroustrup 1979) The C++ programming language (Stroustrup 1985) C++98 (ISO/IEC ) C++03 (ISO/IEC ) C++TR1 (ISO/IEC ) C++11 (ISO/IEC ) C (Bell Labs. 1971) K&R C (Kernigan & Ritchie 1978) C++14 (2014+) ANSI C (ANSI X3J ) C11 (ISO/IEC ) C99 (ISO/IEC ) téměř nadmnožina inspirace nadmnožina významná změna šablony paralelismus

9 Historie C++ - Objective-C B (Bell Labs. 1969) BCPL (Cambridge 1966) C with classes (Stroustrup 1979) The C++ programming language (Stroustrup 1985) C++98 (ISO/IEC ) C++03 (ISO/IEC ) C++TR1 (ISO/IEC ) C++11 (ISO/IEC ) C (Bell Labs. 1971) K&R C (Kernigan & Ritchie 1978) C++14 (2014+) Objective-C (Cox & Love 1981) Object-Oriented Programing (Cox 1986) Objective-C 2.0 (Apple 2006) Objective-C++ (Apple 2010) ANSI C (ANSI X3J ) C11 (ISO/IEC ) C99 (ISO/IEC ) téměř nadmnožina inspirace nadmnožina významná změna šablony paralelismus

10 Historie C++ - významné příbuzné jazyky B (Bell Labs. 1969) BCPL (Cambridge 1966) C with classes (Stroustrup 1979) The C++ programming language (Stroustrup 1985) C++98 (ISO/IEC ) C++03 (ISO/IEC ) C++TR1 (ISO/IEC ) C++11 (ISO/IEC ) C (Bell Labs. 1971) K&R C (Kernigan & Ritchie 1978) C++14 (2014+) Objective-C (Cox & Love 1981) Object-Oriented Programing (Cox 1986) Objective-C 2.0 (Apple 2006) Objective-C++ (Apple 2010) ANSI C (ANSI X3J ) C11 (ISO/IEC ) C99 (ISO/IEC ) téměř nadmnožina inspirace nadmnožina významná změna C# (Microsoft 2002) Java (Sun 1995) C++/CLI (Microsoft 2005) šablony paralelismus

11 Historie C++ - použití C v jádrech OS B (Bell Labs. 1969) BCPL (Cambridge 1966) C with classes (Stroustrup 1979) The C++ programming language (Stroustrup 1985) C++98 (ISO/IEC ) C++03 (ISO/IEC ) C++TR1 (ISO/IEC ) C++11 (ISO/IEC ) C (Bell Labs. 1971) K&R C (Kernigan & Ritchie 1978) C++14 (2014+) Objective-C (Cox & Love 1981) Object-Oriented Programing (Cox 1986) Objective-C 2.0 (Apple 2006) Objective-C++ (Apple 2010) ANSI C (ANSI X3J ) C11 (ISO/IEC ) C99 (ISO/IEC ) téměř nadmnožina inspirace nadmnožina významná změna C# (Microsoft 2002) Java (Sun 1995) C++/CLI (Microsoft 2005) Linux 1991 Unix 1973 Windows NT 1993 OS-X 2000 MacOS 1984 šablony paralelismus

12 Literatura

13 Literatura  C++11  Scott Meyers: Overview of the New C++ (C++11)  360 slajdů z přednášek  Vysvětluje motivaci k novým vlastnostem  Bjarne Stroustrup: The C++ Programming Language - Fourth Edition  Addison-Wesley. ISBN May 2013  Učebnice celého C++  Zatím jediná kompletní učebnice obsahující C++11  Stanley B. Lippman, Josée Lajoie, Barbara E. Moo: C++ Primer (5th Edition)  Addison-Wesley. ISBN August 2012 

14 Literatura  Pro začátečníky - před C++11  Bruce Eckel: Thinking in C++ (2000) Myslíme v jazyku C++ (Grada 2000)  Miroslav Virius: Pasti a propasti jazyka C++ (Computer Press 2005) Programování v C++ (ČVUT 2001)  Andrew Koenig, Barbara E. Moo: Accelerated C++ (2000)  Stanley B. Lippman: Essential C++ (2000)

15 Literatura  Pro středně pokročilé - před C++11  Andrei Alexandrescu, Herb Sutter: C++ Coding Standards (2005)  Scott Meyers: Effective C++ (1998) More Effective C++ (1996) Effective STL (2001)  Herb Sutter: Exceptional C++ (2000) More Exceptional C++ (2002) Exceptional C++ Style (2004)  Nicolai M. Josuttis: Object-Oriented Programming in C++ (2002) The C++ Standard Library (1999)

16 Literatura  Až si budete myslet, že všechno umíte - před C++11  Andrei Alexandrescu: Modern C++ Design (2001) Moderní programování v C++ (Computer Press 2004)  David Vandevoorde, Nicolai M. Josuttis: C++ Templates (2003)

17 Je lepší C++ nebo Java/C#?

18 Špatná otázka

19 Co programovat v C++  Pro které oblasti je C++ lepší než Java/C#?  Důraz na výkon  C++ umožňuje programovat způsobem, který neubírá na výkonu  Když budete programovat v C++ stejným stylem jako v Java/C#, dostanete přibližně stejný výkon  Spolupráce s hardware  C++ nechystá na programátora nepříjemná překvapení (garbage collection etc.)  Embedded assembler, spojování s jinými jazyky  Spolupráce s OS  Všechny významné OS mají v C jádro a tudíž i rozhraní OS  Většina systémových aplikací je v C nebo C++  Nativní knihovny jazyků Java/C# jsou implementovány v C/C++  Generické programování  Mechanismus šablon v C++ je silnější než v C/C++  Způsob implementace šablon v C++ neubírá na výkonu

20 Co programovat v C++  Proč je Java/C# pomalejší?  Java/C# nutí k dynamické alokaci vždy a všude  V C++ lze dynamickou alokaci používat pouze v nezbytných případech  datové struktury proměnlivé velikosti  polymorfní datové struktury  objekty s nepravidelnou dobou života  Garbage collection je pomalejší než explicitní dealokace (delete)  GC dealokuje pozdě - problémy s využitím cache  GC je ale rychlejší než chytré ukazatele (shared_ptr)  Programy psané v C++ stylem Java/C# jsou pomalejší než originál  Chybí pokročilé metody optimalizace v překladačích  Vektorizace, transformace cyklů,...  Překladače nemají čas (JIT), jejich autoři motivaci  Existují i situace, kdy je Java/C# rychlejší  Překladače Javy/C# mají jednodušší úlohu při analýze kódu  Je C++ pomalejší než C  Ne, pokud v něm neprogramujete jako v Javě/C#

21 Co neprogramovat v C++  Co raději neprogramovat v C++  Interaktivní aplikace s GUI  C++ nemá standardizované rozhraní na GUI  Nativní rozhraní GUI v OS je většinou archaické C  Přímé použití je obtížné a nebezpečné  Knihovny pro GUI jsou archaické, nepřenositelné nebo obojí  Qt, GTK+, wxWidgets...  Garbage Collection při programování GUI citelně chybí  Aplikace skládané z mnoha cizích součástí  V C++ neexistuje široce uznávaný styl psaní komponent  Standard C++ nedostatečně zprostředkovává služby OS, Internetu atd.  Situace v C++11 a C++14 je však daleko lepší než dříve  Cizí knihovny obvykle doplňují chybějící části vlastní tvorbou  Různé implementace chybějících částí mohou být v konfliktu  Pokud je ale zároveň zapotřebí výkon, nic jiného než C++ nezbývá

22 Proč C++  Proč (stále ještě) učíme C++?  Většina řadových programátorů v C++ programovat nebude  MFF chce vychovávat elitu  Programování OS, databází, překladačů  Vědecké výpočty vyžadující výkon  Hry, robotika, vestavěné systémy...  Údržba rozsáhlých a historických softwarových systémů  Porozumíte-li tomu, jak funguje C++, budete lépe rozumět  jiným programovacím jazykům  architektuře počítačů a operačních systémů  překladačům  Zvládnutí C++ je odznakem zdatnosti matfyzáka

23 23NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Softwarové inženýrství a C++

24 Co je to programování 24NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Algorithms + Data Structures = Programs  Niklaus Wirth, 1976

25 Co je to programování 25NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Algorithms + Data Structures = Programs  Niklaus Wirth, 1976

26 Co je to programování 26NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Čím proslul Henry Ford?  Vynalezl automobil?

27 Co je to programování 27NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Čím proslul Henry Ford?  Vynalezl automobil?  Ne. Karl Benz  Byl prvním výrobcem automobilů?

28 Co je to programování 28NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Čím proslul Henry Ford?  Vynalezl automobil?  Ne. Karl Benz  Byl prvním výrobcem automobilů?  Ne. Panhard et Levassor  Dokázal při výrobě automobilů využít pracovní sílu lidí, kteří by sami automobil postavit nedokázali.  Úkolem dobrého programátora je vytvořit kód, který dokážou používat i horší programátoři  V C++ je to dvojnásobně důležité

29 AutomobilSoftware  První automobil  Karl Benz 1885  Pásová výroba automobilů  Henry Ford 1913  První programovatelný počítač  EDSAC 1949  Systematická výroba software  ??? Co je to programování 29NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

30 AutomobilSoftware  První automobil  Karl Benz 1885  Pásová výroba automobilů  Henry Ford 1913  EU27(2010, včetně výrobců částí): zaměstnanců EUR mzdy  První programovatelný počítač  EDSAC 1949  Systematická výroba software  ???  EU27(2010, včetně IT služeb): zaměstnanců EUR mzdy Co je to programování 30NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

31 AutomobilSoftware  První automobil  Karl Benz 1885  Pásová výroba automobilů  Henry Ford 1913  Kdyby byly běžné automobily stejně spolehlivé jako běžný software, byli bychom dnes všichni mrtví  První programovatelný počítač  EDSAC 1949  Systematická výroba software  ??? Co je to programování 31NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

32 AutomobilSoftware  První automobil  Karl Benz 1885  Pásová výroba automobilů  Henry Ford 1913  Kdyby byly běžné automobily stejně spolehlivé jako běžný software, byli bychom dnes všichni mrtví  První programovatelný počítač  EDSAC 1949  Systematická výroba software  ???  2010: Každý automobil obsahuje nejméně 30 vestavěných počítačů  Většina programována v C/C++  Spolehlivý software existuje! Co je to programování 32NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

33 Co je to programování 33NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Každý program se dříve či později stane kolektivním dílem... ...nebo zmizí jako neúspěšný  Každý programátor by měl počítat s tím, že jeho dílo bude používat někdo cizí  Žádná překvapení, žádné exhibice geniality  Dodržování konvencí, analogie dobře známých rozhraní

34 Žádná překvapení 34NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

35 Co je to programování 35NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Algorithms + Data Structures + Best Practices = Programs

36 36NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Hello, World!

37 #include int main( int argc, char * * argv) { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; return 0; }  Vstupní bod programu  Dědictví jazyka C  Žádné třídy ani metody  Globální funkce main  Parametry programu  Z příkazové řádky  Děleno na kousky  Archaické datové typy  Ukazatel na ukazatel  Logicky pole polí  std - namespace knihoven  cout - standardní výstup  globální proměnná  << - výstup do streamu  přetížený operátor  endl - oddělovač řádek  globální funkce (!) Hello, World!

38 #include int main( int argc, char * * argv) { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; return 0; }  Program entry point  Heritage of the C language  No classes or namespaces  Global function "main"  main function arguments  Command-line arguments  Split to pieces  Archaic data types  Pointer to pointer to char  Logically: array of strings  std - standard library namespace  cout - standard output  global variable  << - stream output  overloaded operator  endl - line delimiter  global function (trick!) Hello, World!

39 // main.cpp #include "world.hpp" int main( int argc, char * * argv) { world(); return 0; } // world.cpp #include "world.hpp" #include void world() { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; } Hello, World! // world.hpp #ifndef WORLD_HPP_ #define WORLD_HPP_ void world(); #endif  Dělení do modulů  Rozhraní modulů je nutno opsat do zvláštního souboru .hpp - hlavičkový soubor  Definující i používající modul tento soubor inkluduje  textová direktiva #include

40 // main.cpp #include "world.hpp" int main( int argc, char * * argv) { world(); return 0; } // world.cpp #include "world.hpp" #include void world() { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; } Hello, World! // world.hpp #ifndef WORLD_HPP_ #define WORLD_HPP_ void world(); #endif  More than one module  Module interface described in a file .hpp - "header" file  The defining and all the using modules shall "include" the file  Text-based inclusion

41 Hello, World! // main.cpp #include "world.hpp" int main( int argc, char * * argv) { world( t_arg( argv + 1, argv + argc)); return 0; } // world.cpp #include "world.hpp" #include void world( const t_arg & arg) { if ( arg.empty() ) { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; } // world.hpp #ifndef WORLD_HPP_ #define WORLD_HPP_ #include typedef std::vector t_arg; void world( const t_arg & arg); #endif

42 42NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Compilation and linking

43 Single-module programs - static linking // iostream #include namespace std { extern ofstream cout, cerr; }; Compiler myprog.obj Linker myprog.exe iostream.obj msvcrt.lib // myprog.cpp #include int main() { std::cout << "Hello, world!\n"; } // iostream #include namespace std { extern ofstream cout, cerr; };

44 Multiple-module programs User include files.hpp Library include files Compiler User modules.cpp Compiled.obj Linker Runnable.exe Library modules.obj Library.lib

45 Module interfaces and linking myprog.cpp #include "bee.hpp" int main(int,char**) { return B( 7); } myprog.obj 0000: ???????? export main(int,argv**) import B(int) bee.cpp #include "bee.hpp" int B( int q) { return q+1; } bee.hpp #ifndef bee_hpp #define bee_hpp int B( int q); #endif bee.obj 0000: export B(int) Compiler Linker myprog.exe 0000: :

46 make Make makefile User include files.hpp Library include files Compiler User modules.cpp Compiled.obj Linker Runnable.exe Library modules.obj Library.lib

47 Integrated environment Editor project file Debugger User include files.hpp Library include files Compiler User modules.cpp Compiled.obj Linker Runnable.exe Library modules.obj Library.lib

48 Library as distributed (binary) Static libraries Library.hpp Compiler Library.cpp Compiled.obj Librarian Library.lib User include files.hpp Std. library include files Compiler User modules.cpp Compiled.obj Linker Runnable.exe Std. library modules.obj Std. library.lib Library as distributed (source)

49 Dynamic libraries (Microsoft) Library.dll Library as distributed (binary) Library.hpp Compiler Library.cpp Compiled.obj Librarian Stub library.lib User include files.hpp Std. library include files Compiler User modules.cpp Compiled.obj Linker Runnable.exe Std. library modules.obj Std. library.lib Library as distributed (source)

50 Dynamic libraries (Linux) Library.so Library as distributed (binary) Library.hpp Compiler Library.cpp Compiled.o Librarian User include files.hpp Std. library include files Compiler User modules.cpp Compiled.o Linker Runnable Std. library modules.o Std. library.a Library as distributed (source)

51 Základní pravidla pro.cpp/.hpp 51NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek .hpp – "hlavičkové soubory"  Ochrana proti opakovanému include #ifndef myfile_hpp_ #define myfile_hpp_ /* … */ #endif  Vkládají se direktivou s uvozovkami #include "myfile.hpp"  Direktiva s úhlovými závorkami je určena pro (standardní) knihovny #include  Direktivy #include používat vždy na začátku souboru (po ifndef+define)  Soubor musí být samostatný: vše, co potřebuje, inkluduje sám .cpp - "moduly"  Zařazení do programu pomocí projektu/makefile  Nikdy nevkládat pomocí #include

52 .cpp/.hpp - best practices 52NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek .hpp – "header files"  Protect against repeated inclusion #ifndef myfile_hpp_ #define myfile_hpp_ /* … */ #endif  Use include directive with double-quotes #include "myfile.hpp"  Angle-bracket version is dedicated to standard libraries #include  Use #include only in the beginning of files (after ifndef+define)  Make header files independent: it must include everything what it needs .cpp - "modules"  Incorporated to the program using a project/makefile  Never include using #include

53 Základní pravidla pro.cpp/.hpp 53NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek .hpp – "hlavičkové soubory"  Deklarace/definice typů a tříd  Implementace funkcí a metod malého rozsahu  Funkce a metody mimo třídy označeny "inline" inline int max( int a, int b) { return a > b ? a : b; }  Hlavičky globálních funkcí velkého rozsahu int big_function( int a, int b);  Externí deklarace globálních proměnných extern int x;  Lepší je použít singleton  Veškerý generický kód (šablony tříd a funkcí)  Jinak jej překladače neumí použít .cpp - "moduly"  Implementace funkcí a metod velkého rozsahu  Včetně "main"  Definice globálních a statických proměnných  Včetně jejich inicializace int x = 729;

54 .cpp/.hpp - best practices 54NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek .hpp – "header files"  Declaration/definitions of types and classes  Implementation of small functions  Outside classes, functions must be marked "inline" inline int max( int a, int b) { return a > b ? a : b; }  Headers of large functions int big_function( int a, int b);  Extern declarations of global variables extern int x;  Consider using singletons instead of global variables  Any generic code (class/function templates)  The compiler cannot use the generic code when hidden in a.cpp .cpp - "modules"  Implementation of large functions  Including "main"  Definitions of global variables and static class data members  May contain initialization int x = 729;

55 Vzájemné závislosti v kódu 55NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Všechny identifikátory musejí být deklarovány před prvním použitím  Překladač čte zdrojové soubory jedním průchodem  Výjimka: Těla metod jsou analyzována až na konci třídy  Zevnitř metod lze používat položky deklarované později  Pro generický kód platí složitější, ale obdobná pravidla  Cyklické závislosti je nutné rozbít rozdělením na deklaraci a definici class one; class two { std::shared_ptr p_; }; class one : public two {};  Nedefinovaná deklarovaná třída má omezené možnosti použití  Nelze použít jako předek, typ položky/proměnné, new, sizeof apod.

56 Dependences in code 56NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  All identifiers must be declared prior to first use  Compilers read the code in one pass  Exception: Member-function bodies are analyzed at the end of the class  A member function body may use other members declared later  Generic code involves similar but more elaborate rules  Cyclic dependences must be broken using declaration + definition class one;// declaration class two { std::shared_ptr p_; }; class one : public two// definition {};  Declared class is of limited use before definition  Cannot be used as base class, data-member type, in new, sizeof etc.

57 Deklarace a definice

58 Declarations and definitions

59 Deklarace a definice  Deklarace  Zápis sdělující, že věc (typ/proměnná/funkce/...) existuje  Identifikátor  Základní vlastnosti věci  Umožňuje překladači přeložit kód, který na věc odkazuje  V některých případech je k tomu zapotřebí i definice  Definice  Zápis, který určuje všechny vlastnosti věci  Obsah třídy, inicializace proměnné, kód funkce  Umožňuje překladači vygenerovat kód a data, která věc reprezentují za běhu  Každá definice je i deklarace  Deklarace umožňují (některá) použití věci bez definice  Oddělený překlad modulů  Vyřešení cyklických závislostí  Zmenšení objemu překládaného zdrojového kódu

60 Declarations and definitions  Declaration  A construct to declare the existence (of a class/variable/function/...)  Identifier  Some basic properties  Ensures that (some) references to the identifier may be compiled  Some references may require definition  Definition  A construct to completely define (a class/variable/function/...)  Class contents, variable initialization, function implementation  Ensures that the compiler may generate runtime representation  Every definition is a declaration  Declarations allow (limited) use of identifiers without definition  Independent compilation of modules  Solving cyclic dependences  Minimizing the amount of code that requires (re-)compilation

61 Deklarace a definice  One-definition rule #1:  Jedna překladová jednotka...  (modul, tj. jedno.cpp včetně inkludovaných hpp) ... smí obsahovat nejvýše jednu definici věci  One-definition rule #2:  Program...  (tj..exe včetně připojených.dll) ... smí obsahovat nejvýše jednu definici proměnné nebo non-inline funkce  Definice třídy, typu či inline funkce se v různých modulech opakovat smějí (typicky vložením téhož.hpp souboru)  Nejsou-li opakované definice totožné, nebo nesouhlasí-li definice s deklarací, program je nekorektní  Diagnostika na úrovni programu není normou požadována a překladače/linkery ji dělají jen v jednoduchých případech

62 Declarations and definitions  One-definition rule #1:  One translation unit...  (module, i.e. one.cpp file and the.hpp files included from it) ... may contain at most one definition of any item  One-definition rule #2:  Program...  (i.e. the.exe file including the linked.dll files) ... may contain at most one definition of a variable or a non-inline function  Definitions of classes, types or inline functions may be contained more than once (due to inclusion of the same.hpp file in different modules)  If these definitions are not identical, undefined behavior will occur  Beware of version mismatch between headers and libraries  Diagnostics is usually poor (by linker)

63 Class and type definitions DeclarationDefinition Class class A;class A {... }; Structure (almost equivalent to class) struct A;struct A {... }; Union (unusable in C++) union A;union A {... }; Named type typedef A A2; typedef A * AP; typedef std::shared_ptr AS; typedef A AA[ 10]; typedef A AF(); typedef AF * AFP1; typedef A (* AFP2)(); typedef std::vector AV; typedef AV::iterator AVI; C++11 style of named types using A2 = A; using AFP2 = A (*)();

64 Function declarations and definitions non-inlineDeklarace (.hpp nebo.cpp)Definice (.cpp) Global function int f( int, int);int f( int p, int q) { return p + q;} Static member function class A { static int f( int p); }; int A::f( int p) { return p + 1; } Nonstatic member function class A { int f( int p); }; int A::f( int p) { return p + 1; } Virtual member function class A { virtual int f( int p); }; int A::f( int) { return 0; } inlineDeklarace (.hpp nebo.cpp)Definice (.hpp nebo.cpp) Global inline function inline int f( int p, int q) { return p + q; } Nonstatic inline member fnc (a) class A { int f( int p); }; inline int A::f( int p) { return p + 1; } Nonstatic inline member fnc (b) class A { int f( int p) { return p+1;} };

65 Variable declarations and definitions DeclarationDefinition Global variable extern int x, y, z;int x; int y = 729; int z(729); int u{729}; Static member variable class A { static int x, y, z; }; int A::x; int A::y = 729; int A::z( 729); int A::z{ 729}; Constant member class A { static const int x = 729; }; Static local variable void f() { static int x; static int y = 7, z( 7); static int u{ 7}; } Nonstatic member variable class A { int x, y; }; Nonstatic local variable void f() { int x; int y = 7, z( 7); int u{ 7}; }; C++11

66 Storage classes 66NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Where data reside...  Static storage  Global, static member, static local variables, string constants  One instance per process  Allocated by compiler/linker/loader (listed in.obj/.dll/.exe)  Thread-local storage  Variables marked "thread_local"  One instance per thread  Automatic storage (stack or register)  Local variables, parameters, anonymous objects, temporaries  One instance per function invocation (execution of defining statement)  Placement by compiler, space allocated by compiler-generated instructions  Dynamic allocation  new/delete operators  The programmer is responsible for deallocation, no garbage collection  Allocation by library routines  Significantly slower than other storage classes C++11

67  Kódový segment  Datový segment  Heap  Zásobník (stack segment)  Segmenty (vyjma zásobníku) nemusejí být souvislé  Dynamicky-linkované knihovny sdílené mezi procesy  Postupná alokace heapu Organizace paměti procesu IP R0 R1... SP

68 IP R0 R1... SP  Kódový segment  Připraven kompilátorem – součást spustitelného souboru  Kód uživatelských i knihovních funkcí  Obvykle chráněn proti zápisu  Datový segment  Heap  Zásobník (stack segment) Organizace paměti procesu

69 IP R0 R1... SP  Kódový segment  Datový segment  Připraven kompilátorem – součást spustitelného souboru  Explicitně nebo implicitně (nulami) inicializované globální proměnné  Řetězcové konstanty  Data knihoven  Pomocná data generovaná kompilátorem  Heap  Zásobník (stack segment) Organizace paměti procesu

70 IP R0 R1... SP  Kódový segment  Datový segment  Heap  Vytvářen startovacím modulem knihoven  Neinicializovaná dynamicky alokovaná data  C: malloc/free  C++: new/delete  Obsazené bloky různé velikosti + seznam volných bloků  Knihovny mohou též požádat OS o zvětšení segmentu  Zásobník (stack segment) Organizace paměti procesu

71  Kódový segment  Datový segment  Heap  Zásobník (stack segment)  Připraven op. systémem, knihovny mohou požádat OS o zvětšení  Explicitně inicializované nebo neinicializované lokální proměnné  Pomocné proměnné generované kompilátorem  Návratové adresy  Další pomocná data  Vícevláknové aplikace mají více zásobníků Organizace paměti procesu IP R0 R1... SP

72  Vlákno z pohledu OS  IP – Ukazatel instrukcí  SP – Ukazatel zásobníku  Další registry procesoru  (Identifikátor vlákna)  Paměťový prostor je společný  Vlákno v paměťovém prostoru  Zásobník  Thread-local storage  Na dně zásobníku, nebo  lokalizováno dle id vlákna Organizace paměti vícevláknového procesu thread 2 thread 1 IP R0 R1... SP IP R0 R1... SP

73 Storage classes 73NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Where data reside...  Static storage T x;// global variable  Thread-local storage thread_local T x;// global variable  Automatic storage (stack or register) void f() { T x;// local variable }  Dynamic allocation void f() { T * p = new T; //... delete p; }

74 Dynamic allocation 74NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Use smart pointers instead of raw (T *) pointers #include  one owner (pointer cannot be copied)  no runtime cost (compared to T *) void f() { std::unique_ptr p = new T; std::unique_ptr q = std::move( p);// pointer moved to q, p becomes nullptr }  shared ownership  runtime cost of reference counting void f() { std::shared_ptr p = std::make_shared ();// invokes new std::shared_ptr q = p;// pointer copied to q }  Memory is deallocated when the last owner disappears  Destructor of (or assignment to) the smart pointer invokes delete when required  Reference counting cannot deallocate cyclic structures

75 Dynamic allocation 75NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Dynamic allocation is slow  compared to static/automatic storage  the reason is cache behavior, not the allocation itself  Use dynamic allocation only when necessary  variable-sized or large arrays  polymorphic containers (objects with inheritance)  object lifetimes not corresponding to function invocations  Avoid data structures with individually allocated items  linked lists, binary trees,...  std::list, std::map,...  prefer B-trees (yes, also in memory) or hash tables  avoiding is difficult - do it only if speed is important  This is how C++ programs may be made faster than C#/java  C#/java requires dynamic allocation of every class instance

76 Arrays 76NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek HomogeneousPolymorphic Fixed size static const std::size_t n = 3; std::array a; a[ 0] = /*...*/; a[ 1].f(); std::tuple a; std::get ( a) = /*...*/; std::get ( a).f(); Variable size std::size_t n = /*...*/; std::vector a(n); a[ 0] = /*...*/; a[ 1].f(); std::vector > a; a.push_back( new T1); a.push_back( new T2); a.push_back( new T3); a[ 1]->f();

77 Array layouts 77NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek TTT std::array T1 T2 T3 std::tuple std::vector TTT std::vector > T1T2T3

78 Frequently used data types

79 Selected number types bool false, true char character (ASCII, 8 bit) std::wchar_t character (Unicode, 16/32 bit) int signed integer (~32 bit) unsigned unsigned integer (~32 bit) long extra large signed integer (~64 bit) unsigned long long extra large unsigned integer (~64 bit) std::size_t unsigned integer large enough for array sizes (32/64 bit) double "double precision" floating-point number (Intel: 64 bit) long double extended precision floating-point number (Intel: 80 bit) std::complex complex number of double precision

80 Important non-number types std::string string (containing char) std::wstring string (containing std::wchar_t) std::istream input stream (containing char) std::wistream input stream (containing std::wchar_t) std::ostream output stream (containing char) std::wostream output stream (containing std::wchar_t) struct T { … } structure (almost equivalent to class) std::pair pair of T1 and T2 std::tuple k-tuple of various types std::array fixed-size array of T std::vector variable-size array of T std::list doubly linked list of T std::map ordered associative container of T indexed by K std::multimap ordered associative container with multiplicity of keys std::unordered_map hash table of T indexed by K std::unordered_multimap hash table with multiplicity of keys

81 Class 81NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

82 Class class X { /*...*/ };  Class in C++ is an extremely powerful construct  Other languages often have several less powerful constructs (class+interface)  Requires caution and conventions  Three degrees of usage  Non-instantiated class - a pack of declarations (used in generic programming)  Class with data members  Class with inheritance and virtual functions (object-oriented programming)  class = struct  struct members are by default public  by convention used for simple or non-instantiated classes  class members are by default private  by convention used for large classes and OOP

83 Non-instantiated class Classes with inheritance class X { public: typedef int t; static const int c = 1; static int f( int p) { return p + 1; } }; class U { public: void f() { f_(); } private: virtual void f_() = 0; }; class V : public U { public: V() : m_( 0) {} private: int m_; virtual void f_() { ++ m_; } }; Three degrees of classes 83NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek class Y { public: Y() : m_( 0) {} int get_m() const { return m_; } void set_m( int m) { m_ = m; } private: int m_; }; Class with data members

84 class X { public: class N { /*...*/ }; typedef unsigned long t; static const t c = 1; static t f( t p) { return p + v_; } private: static t v_;// declaration of X::v_ }; X::t X::v_ = X::c;// definition of X::v_ void f2() { X::t a = 1; a = X::f( a); }  Type and static members...  Nested class definitions  typedef definitions  static member constants  static member functions  static member variables ... are not bound to any class instance (object)  Equivalent to global types/variables/functions  But referenced using qualified names (prefix X::)  Encapsulation in a class avoids name clashes  But namespaces do it better  Some members may be private  Class may be passed to a template Type and static members of classes 84NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

85 Uninstantiated class Namespace  Class definitions are intended for objects  Static members must be explicitly marked  Class members may be public/protected/private class X { public: class N { /*...*/ }; typedef unsigned long t; static const t c = 1; static t f( t p) { return p + v; } static t v;// declaration of X::v };  Class must be defined in one piece  Definitions of class members may be placed outside X::t X::v = X::c;// definition of X::v void f2() { X::t a = 1; a = X::f( a); }  A class may become a template argument typedef some_generic_class specific_class;  Namespace members are always static  No objects can be made from namespaces  Functions/variables are not automatically inline/extern namespace X { class N { /*...*/ }; typedef unsigned long t; const t c = 1; inline t f( t p) { return p + v; } extern t v;// declaration of X::v };  Namespace may be reopened  Namespace may be split into several header files  Definitions of namespace members must reopen it namespace X { t v = c;// definition of X::v };  Namespace members can be made directly visible  "using namespace" void f2() { X::t a = 1; using namespace X; a = f( a); } Uninstantiated classes vs. namespaces 85NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

86 class Y { public: Y() : m_( 0) {} int get_m() const { return m_; } void set_m( int m) { m_ = m; } private: int m_; };  Class (i.e. type) may be instantiated (into objects)  Using a variable of class type Y v1;  This is NOT a reference!  Dynamically allocated  Held by a (smart) pointer std::unique_ptr p = new Y; std::shared_ptr q = std::make_shared ();  Element of a larger type typedef std::array A; class C1 { public: Y v; }; class C2 : public Y {};  Embedded into the larger type  NO explicit instantiation by new! Class with data members 86NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

87 class Y { public: Y() : m_( 0) {} int get_m() const { return m_; } void set_m( int m) { m_ = m; } private: int m_; };  Class (i.e. type) may be instantiated (into objects) Y v1; std::unique_ptr p = new Y;  Non-static data members constitute the object  Non-static member functions are invoked on the object  Object must be specified when referring to non-static members v1.get_m() p->set_m(0)  References from outside may be prohibited by "private"/"protected" v1.m_// error  Only "const" methods may be called on const objects const Y * pp = p.get(); // secondary pointer pp->set_m(0)// error Class with data members 87NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

88 Pointer vs. value

89 Forms of pointers in C++  References T & const T &  Built in C++  Syntactically identical to values when used (r.a)  Raw pointers T * const T *  Built in C/C++  Requires special operators to access the referenced value (*p, p->a)  Pointer arithmetics allows to access adjacent values residing in arrays  Manual allocation/deallocation  Smart pointers std::shared_ptr std::unique_ptr  Class templates in standard C++ library  Operators to access the referenced value same as with raw pointers (*p, p->a)  Represents ownership - automatic deallocation on destruction of the last reference  Iterators K::iterator K::const_iterator  Classes associated to every kind of container (K) in standard C++ library  Operators to access the referenced value same as with raw pointers (*p, p->a)  Pointer arithmetics allows to access adjacent values in the container

90 Reference types (C#,Java) Raw pointers (C++) class T { public int a; } class test { static void f( T z) { z.a = 3; } static void g() { T x = new T(); // allocation x.a = 1; T y = x; // second reference y.a = 2; // x.a == 2 f( x); // x.a == 3 // garbage collector will later // reclaim the memory when needed } class T { public: int a; }; void f( T * z) { z->a = 3; } void g() { T * x = new T; // allocation x->a = 1; T * y = x; // second pointer y->a = 2; // x->a == 2 f( x); // x->a == 3 delete x; // manual deallocation } C#/Java vs. C++

91 Reference types (C#,Java) Smart pointers (C++) class T { public int a; } class test { static void f( T z) { z.a = 3; } static void g() { T x = new T(); // allocation x.a = 1; T y = x; // second reference y.a = 2; // x.a == 2 f( x); // x.a == 3 // garbage collector will later // reclaim the memory when needed } class T { public: int a; }; void f( T * z) { z->a = 3; } void g() { std::shared_ptr x = std::make_shared (); // allocation x->a = 1; std::shared_ptr y = x; // second pointer y->a = 2; // x->a == 2 f( x); // x->a == 3 // automatic deallocation // when pointers are destructed } C#/Java vs. C++

92 Reference types (C#,Java) References (C++) class T { public int a; } class test { static void f( T z) { z.a = 3; } static void g() { T x = new T(); // allocation x.a = 1; T y = x; // second reference y.a = 2; // x.a == 2 f( x); // x.a == 3 // garbage collector will later // reclaim the memory when needed } class T { public: int a; }; void f( T & z) { z.a = 3; } void g() { T x; // automatic storage (stack) x.a = 1; T & y = x; // a reference to the stack object y.a = 2; // x.a == 2 f( x); // x.a == 3 // x is destructed on exit } C#/Java vs. C++

93 Value types (C#) Values (C++) struct T { int a; } class test { static void f( T z) { z.a = 3; } static void g() { T x; // creation x.a = 1; T y = x; // a copy y.a = 2; // x.a == 1 f( x); // x.a == 1 // destruction on exit } class T { public: int a; }; void f( T z) { z.a = 3; } void g() { T x; // creation x.a = 1; T y = x; // a copy y.a = 2; // x.a == 1 f( x); // x.a == 1 // destruction on exit } C#/Java vs. C++

94 Passing value types by reference (C#) Passing by lvalue reference (C++) struct T { int a; } class test { static void f( ref T z) { z.a = 3; } static void g() { T x; // creation x.a = 1; f( ref x); // x.a == 3 } class T { public: int a; }; void f( T & z) { z.a = 3; } void g() { T x; x.a = 1; f( x); // x.a == 3 } C#/Java vs. C++

95 Passing reference types by reference (C#) Passing smart pointers by reference (C++) class T { public int a; } class test { static void f( ref T z) { z = new T(); // allocation of another object } static void g() { T x = new T(); // allocation f( ref x); // x is now a different object // deallocation later by GC } class T { public: int a; }; void f( std::unique_ptr & z) { z = new T; // allocation of another object // deallocation of the old object } void g() { std::unique_ptr x = new T; // allocation f( x); // *x is now a different object // deallocation by destruction of x } C#/Java vs. C++

96 Pointer/reference conventions

97 Pointer/references  C++ allows several ways of passing links to objects  smart pointers  C-like pointers  references  Technically, all the forms allow almost everything  At least using dirty tricks to bypass language rules  By convention, the use of a specific form signalizes some intent  Conventions (and language rules) limits the way how the object is used  Conventions help to avoid "what-if" questions  What if someone destroys the object I am dealing with?  What if someone modifies the contents of the object unexpectedly? ...

98 Passing a pointer/reference in C++ - conventions What the recipient may do? For how long?What the others will do meanwhile? std::unique_ptr Modify the contents and destroy the object As requiredNothing std::shared_ptr Modify the contentsAs requiredRead/modify the contents T * Modify the contentsUntil noticed to stop/by agreement Read/modify the contents const T * Read the contentsUntil noticed to stop/by agreement Modify the contents T & Modify the contentsDuring a call/statement Nothing (usually) const T & Read the contentsDuring a call/statement Nothing (usually)

99 channel ch; void send_hello() { std::unique_ptr p = new packet; p->set_contents( "Hello, world!"); ch.send( std::move( p)); // p is nullptr now } void dump_channel() { while ( ! ch.empty() ) { std::unique_ptr m = ch.receive(); std::cout get_contents(); // the packet is deallocated here } class packet { /*...*/ }; class channel { public: void send( std::unique_ptr q); bool empty() const; std::unique_ptr receive(); private: /*...*/ }; Transferring unique ownership 99NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

100 channel ch; void send_hello() { std::unique_ptr p = new packet; p->set_contents( "Hello, world!"); ch.send( std::move( p)); // p is nullptr now } void dump_channel() { while ( ! ch.empty() ) { std::unique_ptr m = ch.receive(); std::cout get_contents(); // the packet is deallocated here } class packet { /*...*/ }; class channel { public: void send( std::unique_ptr q) { q_.push_back( std::move( q)); } std::unique_ptr receive() { std::unique_ptr r = std::move( q_.front()); // remove the nullptr from the queue q_.pop_front(); return r; } private: std::deque > q_; }; Transferring unique ownership 100NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

101 class sender { public: sender( std::shared_ptr ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_->send( /*...*/); } private: std::shared_ptr ch_; }; class recipient { public: recipient( std::shared_ptr ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_->receive(); /*...*/ } private: std::shared_ptr ch_; } class channel { /*...*/ }; std::unique_ptr s; std::unique_ptr r; void init() { std::shared_ptr ch = std::make_shared (); s.reset( new sender( ch)); r.reset( new recipient( ch)); } void kill_sender() { s.reset(); } void kill_recipient() { r.reset(); }  The server and the recipient may be destroyed in any order  The last one will destroy the channel Shared ownership 101NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

102 class sender { public: sender( channel * ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_->send( /*...*/); } private: channel * ch_; }; class recipient { public: recipient( channel * ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_->receive(); /*...*/ } private: channel * ch_; } class channel { /*...*/ }; std::unique_ptr ch; std::unique_ptr s; std::unique_ptr r; void init() { ch.reset( new channel); s.reset( new sender( ch.get())); r.reset( new recipient( ch.get())); } void shutdown() { s.reset(); r.reset(); ch.reset(); }  The server and the recipient must be destroyed before the destruction of the channel Accessing without ownership transfer 102NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

103 class sender { public: sender( channel * ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_->send( /*...*/); } private: channel * ch_; }; class recipient { public: recipient( channel * ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_->receive(); /*...*/ } private: channel * ch_; } void do_it( sender &, receiver &); void do_it_all() { channel ch; sender s( & ch); recipient r( & ch); do_it( s, r); }  The need to use "&" in constructor parameters warns of long life of the reference  "&" - converts reference to pointer  "*" - converts pointer to reference  Local variables are automatically destructed in the reverse order of construction Holding pointers to locally allocated objects 103NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

104 class sender { public: sender( channel & ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_.send( /*...*/); } private: channel & ch_; }; class recipient { public: recipient( channel & ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_.receive(); /*...*/ } private: channel & ch_; } void do_it( sender &, receiver &); void do_it_all() { channel ch; sender s( ch); recipient r( ch); do_it( s, r); }  s and r will hold the reference to ch for their lifetime  There is no warning of that!  If references are held by locally allocated objects, everything is OK  Destruction occurs in reverse order Class holding a reference 104NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

105 class sender { public: sender( channel & ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_.send( /*...*/); } private: channel & ch_; }; class recipient { public: recipient( channel & ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_.receive(); /*...*/ } private: channel & ch_; } std::unique_ptr s; std::unique_ptr r; void init() { channel ch; s.reset( new sender( ch)); r.reset( new recipient( ch)); }  ch will die sooner than s and r  s and r will access invalid object  Fatal crash sooner or later  Nothing warns of this behavior  Prefer pointers in this case ERROR: Passing a reference to local object out of its scope 105NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

106 class sender { public: sender( channel & ch) : ch_( ch) {} void send_hello() { /*...*/ ch_.send( /*...*/); } private: channel & ch_; }; class recipient { public: recipient( channel & ch) : ch_( ch) {} void dump_channel() { /*...*/ = ch_.receive(); /*...*/ } private: channel & ch_; } std::unique_ptr ch; void do_it() { ch.reset( new channel); sender s( ch.get()); recipient r( ch.get()); do_it( s, r); ch.reset( new channel); do_it( s, r); }  ch is destructed before s and r  Fatal crash sooner or later  Rare programming practice ERROR: Killing an object in use 106NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

107 channel ch; void send_hello() { std::unique_ptr p = new packet; p->set_contents( "Hello, world!"); ch.send( std::move( p)); // p is nullptr now } void dump_channel() { while ( ! ch.empty() ) { std::unique_ptr m = ch.receive(); std::cout get_contents(); // the packet is deallocated here } class packet { void set_contents( const std::string & s); const std::string & get_contents() const; /*...*/ };  get_contents returns a reference to data stored inside the packet  const prohibits modification  How long the reference is valid?  Probably until modification/destruction of the packet  It will last at least during the statement containing the call  Provided there is no other action on the packet in the same statement  set_contents receives a reference to data stored elsewhere  const prohibits modification  the reference is valid throughout the call Allowing access temporarily 107NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek

108 Vracení odkazem  Funkce jako add nemůže vracet referenci  add vrací hodnotu různou od všech svých parametrů  hodnotu parametrů nesmí měnit  reference nemá na co ukazovat  Špatné řešení č. 1: Lokální proměnná Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex r( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return r; }  BĚHOVÁ CHYBA: r zaniká při návratu z funkce

109 Returning by reference  Functions which compute their return values must NOT return by reference  the computed value usually differs from values of arguments  the value of arguments must not be changed  there is nothing that the reference might point to  Invalid idea #1: Local variable Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex r( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return r; }  RUNTIME ERROR: r disappears during exit from the function  before the calling statement can read it

110 Vracení odkazem  Funkce jako add nemůže vracet referenci  add vrací hodnotu různou od všech svých parametrů  hodnotu parametrů nesmí měnit  reference nemá na co ukazovat  Špatné řešení č. 2: Dynamická alokace Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex * r = new Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return * r; }  PROBLÉM: kdo to odalokuje ?

111 Returning by reference  Functions which compute their return values must NOT return by reference  the computed value usually differs from values of arguments  the value of arguments must not be changed  there is nothing that the reference might point to  Invalid idea #2: Dynamic allocation Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex * r = new Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return * r; }  PROBLEM: who will deallocate the object?

112 Vracení odkazem  Funkce jako add nemůže vracet referenci  add vrací hodnotu různou od všech svých parametrů  hodnotu parametrů nesmí měnit  reference nemá na co ukazovat  Špatné řešení č. 3: Globální proměnná Complex g; Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { g = Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return g; }  CHYBA: globální proměnná je sdílená Complex a, b, c, d, e = add( add( a, b), add( c, d));

113 Returning by reference  Functions which compute their return values must NOT return by reference  the computed value usually differs from values of arguments  the value of arguments must not be changed  there is nothing that the reference might point to  Invalid idea #3: Global variable Complex g; Complex & add( const Complex & a, const Complex & b) { g = Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return g; }  PROBLEM: the variable is shared Complex a, b, c, d, e = add( add( a, b), add( c, d));

114 Vracení odkazem  Funkce jako add musí vracet hodnotou  add vrací hodnotu různou od všech svých parametrů  hodnotu parametrů nesmí měnit  reference nemá na co ukazovat  Správné řešení Complex add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex r( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return r; }  Zkrácený (ekvivalentní) zápis return Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im);

115 Returning by reference  Functions which compute their return values must return by value  the computed value usually differs from values of arguments  the value of arguments must not be changed  there is nothing that a reference might point to  (The only) correct function interface: Complex add( const Complex & a, const Complex & b) { Complex r( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im); return r; }  This body may be shortened to (equivalent by definition): return Complex( a.Re + b.Re, a.Im + b.Im);

116 Returning by reference  Functions which enable access to existing objects may return by reference  the object must survive the return from the function  Example: template class array { public: T & at( std::size_t i) { return a_[ i]; } private: T a_[ N]; };  Returning by reference may allow modification of the returned object array x; x.at( 1) = 2;

117 Returning by reference  Functions which enable access to existing objects may return by reference  Often there are two versions of such function template class array { public:  Allowing modification of elements of a modifiable container T & at( std::size_t i) { return a_[ i]; }  Read-only access to elements of a read-only container const T & at( std::size_t i) const { return a_[ i]; } private: T a_[ N]; }; void f( array & p, const array & q) { p.at( 1) = p.at( 2);// non-const version in BOTH cases int x = q.at( 3);// const version }

118 Returning by reference  Functions which enable access to existing objects may return by reference  The object must survive the return from the function template class vector { public:  back returns the last element which will remain on the stack  it may allow modification of the element T & back(); const T & back() const;  this pop_back removes the last element from the stack and returns its value  it must return by value - slow (and exception-unsafe) T pop_back();  therefore, in standard library, the pop_back function returns nothing void pop_back(); //... };

119 STL Standard Template Library

120 STL  Kontejnery  Prefabrikáty základních datových struktur  Šablony parametrizované typem ukládaného objektu  Všechny kontejnery pracují s kopiemi vkládaných hodnot  Typ hodnot musí mít alespoň copy-constructor a destruktor  Některé druhy kontejnerů či operací s nimi vyžadují i operator= nebo konstruktor bez parametrů  Hodnoty se přidávají a odebírají metodami odpovídajícími druhu kontejneru  K hodnotám je možno přistupovat pomocí iterátoru, který reprezentuje inteligentní ukazatel dovnitř kontejneru  Prostřednictvím iterátoru je možno měnit uložené hodnoty

121 STL  Containers  Generic data structures  Based on arrays, linked lists, trees, or hash-tables  Store objects of given type (template parameter)  The container takes care of allocation/deallocation of the stored objects  All objects must be of the same type (defined by the template parameter)  Containers can not directly store polymorphic objects with inheritance  New objects are inserted by copying/moving/constructing in place  Containers can not hold objects created outside them  Inserting/removing objects: Member functions of the container  Reading/modifying objects: Iterators

122 STL – Příklad #include typedef std::deque my_deque; my_deque the_deque; the_deque.push_back( 1); the_deque.push_back( 2); the_deque.push_back( 3); int x = the_deque.front(); // 1 the_deque.pop_front(); my_deque::iterator ib = the_deque.begin(); my_deque::iterator ie = the_deque.end(); for ( my_deque::iterator it = ib; it != ie; ++it) { *it = *it + 3; } int y = the_deque.back(); // 6 the_deque.pop_back() int z = the_deque.back(); // 5

123 STL  Sequential containers  New objects are inserted in specified location  array - pole se staticky danou velikostí  vector - pole prvků s přidáváním zprava  stack - zásobník  priority_queue - prioritní fronta  basic_string - vektor s terminátorem  string = basic_string - řetězec (ASCII)  wstring = basic_string - řetězec (Unicode)  deque - fronta s přidáváním a odebíráním z obou stran  queue - fronta (maskovaná deque)  forward_list - jednosměrně vázaný seznam  list - obousměrně vázaný seznam

124 STL  Sequential containers  New objects are inserted in specified location  array - fixed-size array (no insertion/removal)  vector - array, fast insertion/removal at the back end  stack - insertion/removal only at the top (back end)  priority_queue - priority queue (heap implemented in vector)  basic_string - vektor s terminátorem  string = basic_string  wstring = basic_string  deque - fast insertion/removal at both ends  queue - FIFO (insert to back, remove from front)  forward_list - linked list  list - doubly-linked list

125 STL - Kontejnery  Asociativní kontejnery  Uspořádané (samovyvažující se stromy)  set - množina  multiset - množina s opakováním  map - asociativní pole, tj. parciální zobrazení K -> T  multimap - relace s rychlým vyhledáváním podle klíče K  Hashované  unordered_set - množina  unordered_multiset - množina s opakováním  unordered_map - asociativní pole, tj. parciální zobrazení K -> T  unordered_multimap - relace s rychlým vyhledáváním podle klíče K  pair - pomocná šablona uspořádané dvojice  s položkami first, second

126 STL  Associative containers  New objects are inserted at a position defined by their properties  sets: type T must define ordering relation or hash function  maps: stored objects are of type pair  type K must define ordering or hash  multi-: multiple objects with the same (equivalent) key value may be inserted  Ordered (implemented usually by red-black trees)  set  multiset  map  multimap  Hashed  unordered_set  unordered_multiset  unordered_map  unordered_multimap

127 STL - Kontejnery  Uspořádané kontejnery vyžadují uspořádání na klíčích  Vystačí si s operací <  V nejjednodušším případě to funguje samo std::map mapa;  Pokud typ uspořádání nemá, lze jej definovat obecně bool operator<( const Klic & a, const Klic & b) { return...; } std::map mapa;  Pokud obecná definice uspořádání nevyhovuje, lze definovat uspořádání funktorem pouze pro daný typ kontejneru struct Usporadani { bool operator()( const Klic & a, const Klic & b) const { return...; } }; std::map mapa;  Pokud různé instance kontejneru mají mít různé uspořádání, lze do funktoru doplnit datové položky struct Usporadani { Usporadani( bool a); /*...*/ bool ascending; }; std::map mapa( Usporadani( true));

128 STL - Ordered Containers  Ordered containers require ordering relation on the key type  Only, =, ==, !=)  In simplest cases, the type has a built-in ordering std::map my_map;  If not built-in, ordering may be defined using a global function bool operator<( const my_key & a, const my_key & b) { return /*...*/; } std::map mapa;  If global definition is not appropriate, ordering may be defined using a functor struct my_functor { bool operator()( const my_key & a, const my_key & b) const { return /*...*/; } }; std::map my_map;  If the ordering has run-time parameters, the functor will carry them struct my_functor { my_functor( bool a); /*...*/ bool ascending; }; std::map my_map( my_functor( true));

129 STL - Kontejnery  Uspořádání na klíčích – hashující kontejnery  Kontejner vyžaduje funktory pro hashování a pro porovnání template class hash { public: std::size_t operator()( const K & a) const { /*...*/ } }; template class equal_to { public: bool operator()( const K & a, const K & b) const { return a == b; } };  Šablona kontejneru má dva další parametry template< typename K, typename T, typename H = std::hash, typename E = std::equal_to > class unordered_map;  Konstruktor kontejneru dostává hodnoty funktorů explicit unordered_map( std::size_t initial_bucket_count = /*...*/, const H & h = L(), const E & e = E());

130 STL - Unordered containers  Hashed containers require two functors: hash function and equality comparison struct my_hash { std::size_t operator()( const my_key & a) const { /*...*/ } }; struct my_equal { public: bool operator()( const my_key & a, const my_key & b) const { /*return a == b;*/ } }; std::unordered_map my_map;  If not explicitly defined by container template parameters, hashed containers try to use generic functors defined in the library  std::hash  std::equal_to  Defined for numeric types, strings, and some other library types std::unordered_map my_map;

131 STL – Iterátory  Metody kontejneru, vracející iterátory  Odkaz na začátek kontejneru - první platný prvek iterator begin() const_iterator begin() const  Odkaz za konec kontejneru - za poslední platný prvek iterator end() const_iterator end() const  iterator a const_iterator jsou typy definované uvnitř kontejneru, zvané iterátory  přístupné konstrukcemi jako vector ::iterator  vlastnosti iterátorů jsou mírně závislé na druhu kontejneru  Iterátor kontejneru obsahujícího typ T je třída s operátory definovanými tak, aby se chovala podobně jako "T *" "(ukazatel na typ T) resp. "const T *"  Vytváří se tak iluze, že kontejner je pole

132 STL – Iterators  Each container defines two member types: iterator and const_iterator using my_container = std::map ; using my_iterator = my_container::iterator; using my_const_iterator = my_container::const_iterator;  Iterators act like pointers to objects inside the container  objects are accessed using operators *, ->  const_iterator does not allow modification of the objects  An iterator may point  to an object inside the container  to an imaginary position behind the last object: end()

133 STL – Iterators void example( my_container & c1, const my_container & c2) {  Every container defines functions to access both ends of the container  begin(), cbegin() - the first object (same as end() if the container is empty)  end(), cend() - the imaginary position behind the last object my_iterator i1 = begin( c1);// also c1.begin() my_const_iterator i2 = cbegin( c1);// also c1.cbegin(), begin( c1), c1.begin() my_const_iterator i3 = cbegin( c2);// also c2.cbegin(), begin( c2), c2.begin()  Associative containers allow searching  find( k) - first object equal (i.e. not less and not greater) to k, end() if not found  lower_bound( k) - first object not less than k, end() if not found  upper_bound( k) - first object greater than k, end() if not found my_key k = /*...*/; my_iterator i4 = c1.find( k); my_const_iterator i5 = c2.find( k);  Iterators may be shifted to neighbors in the container  all iterators allow shifting to the right and equality comparison for ( my_iterator i6 = c1.begin(); i6 != c1.end(); ++ i6 ) { /*...*/ }  bidirectional iterators (all containers except forward_list) allow shifting to the left -- i1;  random access iterators (vector, string, deque) allow addition/subtraction of integers, difference and comparison my_container::difference_type delta = i4 - c1.begin();// number of objects left to i4 my_iterator i7 = c1.end() - delta;// the same distance from the opposite end if ( i4 < i7 ) my_value v = i4[ delta].second;// same as (*(i4 + delta)).second, (i4 + delta)->second }

134 STL – Iterators  Caution:  Shifting an iterator before begin() or after end() is illegal for (my_iterator it = c1.end(); it >= c1.begin(); -- it) // ERROR: underruns begin()  Comparing iterators associated to different (instances of) containers is illegal if ( c1.begin() < c2.begin() )// ILLEGAL  Insertion/removal of objects in vector/basic_string/deque invalidate all associated iterators  The only valid iterator is the one returned from insert/erase std::vector c( 10, "dummy"); auto it = c.begin() + 5;// the sixth dummy std::cout << * it; auto it2 = c.insert( std::begin(), "first"); std::cout << * it;// CRASH it2 += 6;// the sixth dummy c.push_back( "last"); std::cout << * it2;// CRASH

135 STL – Insertion/deletion  Containers may be filled immediately upon construction  using n copies of the same object std::vector c1( 10, "dummy");  or by copying from another container std::vector c2( c1.begin() + 2, c1.end() - 2);  Expanding containers - insertion  insert - copy or move an object into container  emplace - construct a new object (with given parameters) inside container  Sequential containers  position specified explicitly by an iterator  new object(s) will be inserted before this position c1.insert( c1.begin(), "front"); c1.insert( c1.begin() + 5, "middle"); c1.insert( c1.end(), "back"); // same as c1.push_back( "back");

136 STL – insertion/deletion  insert by copy  slow if copy is expensive std::vector > c3;  not applicable if copy is prohibited std::vector > c4;  insert by move  explicitly using std::move std::unique_ptr p( new T); c4.push_back( std::move( p));  implicitly when argument is rvalue (temporal object) c3.insert( begin( c3), std::vector ( 100, 0));  emplace  constructs a new element from given arguments c4.emplace_back( new T); c3.insert( begin( c3), 100, 0);

137 STL – insertion/deletion  Shrinking containers - erase/pop  single object my_iterator it = /*...*/; c1.erase( it); c2.erase( c2.end() - 1);// same as c2.pop_back();  range of objects my_iterator it1 = /*...*/, it2 = /*...*/; c1.erase( it1, it2); c2.erase( c2.begin(), c2.end());// same as c2.clear();  by key (associative containers only) my_key k = /*...*/; c3.erase( k);

138 Algoritmy

139 Algorithms

140 Algoritmy  Sada generických funkcí pro práci s kontejnery  cca 90 funkcí od triviálních po sort, make_heap, set_intersection,... #include  Kontejnery se zpřístupňují nepřímo - pomocí iterátorů  Obvykle pomocí dvojice iterátorů - polouzavřený interval  Lze pracovat s výřezem kontejneru  Je možné použít cokoliv, co se chová jako iterátor požadované kategorie  Některé algoritmy kontejner pouze čtou  Typicky vracejí iterátor  Např. hledání v setříděných sekvenčních kontejnerech  Většina algoritmů modifikuje objekty v kontejneru  Kopírování, přesun (pomocí std::move), výměna (pomocí std::swap)  Aplikace uživatelem definované akce (funktor)  Iterátory neumožňují přidávání/odebírání objektů v kontejneru  Pro "nové" prvky musí být předem připraveno místo  Odebrání nepotřebných prvků musí provést uživatel dodatečně

141 Algorithms  Set of generic functions working on containers  cca 90 functions, trivial or sophisticated (sort, make_heap, set_intersection,...) #include  Containers are accessed indirectly - using iterators  Typically a pair of iterator specifies a range inside a container  Algorithms may be run on complete containers or parts  Anything that looks like an iterator may be used  Some algorithms are read-only  The result is often an iterator  E.g., searching in non-associative containers  Most algorithms modify the contents of a container  Copying, moving (using std::move), or swapping (pomocí std::swap) elements  Applying user-defined action on elements (defined by functors)  Iterators does not allow insertion/deletion of container elements  The space for "new" elements must be created before calling an algorithm  Removal of unnecessary elements must be done after returning from an algorithm

142 Algoritmy  Iterátory neumožňují přidávání/odebírání objektů v kontejneru  Pro "nové" prvky musí být předem připraveno místo my_container c2( c1.size(), 0); std::copy( c1.begin(), c1.end(), c2.begin());  Tento příklad lze zapsat bez algoritmů jako my_container c2( c1.begin(), c1.end());  Odebrání nepotřebných prvků musí provést uživatel dodatečně auto my_predicate = /*...*/;// some condition my_container c2( c1.size(), 0);// max size my_iterator it2 = std::copy_if( c1.begin(), c1.end(), c2.begin(), my_predicate); c2.erase( it2, c2.end());// shrink to really required size my_iterator it1 = std::remove_if( c1.begin(), c1.end(), my_predicate); c1.erase( it1, c1.end());// really remove unnecessary elements

143 Algorithms  Iterators does not allow insertion/deletion of container elements  The space for "new" elements must be created before calling an algorithm my_container c2( c1.size(), 0); std::copy( c1.begin(), c1.end(), c2.begin());  Note: This example does not require algorithms: my_container c2( c1.begin(), c1.end());  Removal of unnecessary elements must be done after returning from an algorithm auto my_predicate = /*...*/;// some condition my_container c2( c1.size(), 0);// max size my_iterator it2 = std::copy_if( c1.begin(), c1.end(), c2.begin(), my_predicate); c2.erase( it2, c2.end());// shrink to really required size my_iterator it1 = std::remove_if( c1.begin(), c1.end(), my_predicate); c1.erase( it1, c1.end());// really remove unnecessary elements

144 STL – Algoritmy  Falešné iterátory  Algoritmy dovedou pracovat s čímkoliv, co napodobuje iterátor  Požadavky algoritmu na iterátory definovány pomocí kategorií  Input, Output, Forward, Bidirectional, RandomAccess  Každý iterátor musí prozradit svou kategorii a další vlastnosti  std::iterator_traits  Některé algoritmy se přizpůsobují kategorii svých parametrů (std::distance)  Insertery my_container c2;// empty auto my_inserter = std::back_inserter( c2); std::copy_if( c1.begin(), c1.end(), my_inserter, my_predicate);  Textový vstup/výstup auto my_inserter2 = std::ostream_iterator ( std::cout, " "); std::copy( c1.begin(), c1.end(), my_inserter2);

145 STL – Algorithms  Fake iterators  Algorithms may accept anything that works like an iterator  The required functionality is specified by iterator category  Input, Output, Forward, Bidirectional, RandomAccess  Every iterator must specify its category and some other properties  std::iterator_traits  Some algorithms change their implementation based on the category (std::distance)  Inserters my_container c2;// empty auto my_inserter = std::back_inserter( c2); std::copy_if( c1.begin(), c1.end(), my_inserter, my_predicate);  Text input/output auto my_inserter2 = std::ostream_iterator ( std::cout, " "); std::copy( c1.begin(), c1.end(), my_inserter2);

146 146NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Funktory

147 147NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek Functors

148 STL – Funktory  Příklad - funkce for_each template Function for_each( InputIterator first, InputIterator last, Function f) { for (; first != last; ++first) f( * first); return f; }  f je cokoliv, co lze zavolat syntaxí f(x)  globální funkce (ukazatel na funkci), nebo  funktor, tj. třída obsahující operator()  Funkce f (případně metoda operator()) je zavolána na každý prvek v zadaném intervalu  prvek se předává jako * iterator, což může být odkazem  funkce f tedy může modifikovat prvky seznamu

149 STL – Functors  Example - for_each template Function for_each( InputIterator first, InputIterator last, Function f) { for (; first != last; ++first) f( * first); return f; }  f may be anything that has the function call operator f(x)  a global function (pointer to function), or  a functor, i.e. a class containing operator()  The function f (its operator()) is called for each element in the given range  The element is accessed using the * operator which typically return a reference  The function f can modify the elements of the container

150 STL – Algoritmy  Jednoduché použití funkce for_each void my_function( double & x) { x += 1; } void increment( std::list & c) { std::for_each( c.begin(), c.end(), my_function); }  [C++11] Lambda  Nová syntaktická konstrukce generující funktor void increment( std::list & c) { for_each( c.begin(), c.end(), []( double & x){ x += 1;}); }

151 STL – Algorithms  A simple application of for_each void my_function( double & x) { x += 1; } void increment( std::list & c) { std::for_each( c.begin(), c.end(), my_function); }  [C++11] Lambda  New syntax construct - generates a functor void increment( std::list & c) { for_each( c.begin(), c.end(), []( double & x){ x += 1;}); }

152 STL – Algoritmy  Předávání parametrů vyžaduje funktor class my_functor { public: double v; void operator()( double & x) const { x += v; } my_functor( double p) : v( p) {} }; void add( std::list & c, double value) { std::for_each( c.begin(), c.end(), my_functor( value)); }  Lambda s přístupem k lokální proměnné void add( std::list & c, double value) { std::for_each( c.begin(), c.end(), [value]( double & x){ x += value;}); }

153 STL – Algorithms  Passing parameters requires a functor class my_functor { public: double v; void operator()( double & x) const { x += v; } my_functor( double p) : v( p) {} }; void add( std::list & c, double value) { std::for_each( c.begin(), c.end(), my_functor( value)); }  Equivalent implementation using lambda void add( std::list & c, double value) { std::for_each( c.begin(), c.end(), [value]( double & x){ x += value;}); }

154 STL – Algoritmy  Funktory modifikující svůj obsah class my_functor { public: double s; void operator()( const double & x) { s += x; } my_functor() : s( 0.0) {} }; double sum( const std::list & c) { my_functor f = std::for_each( c.begin(), c.end(), my_functor()); return f.s; }  Lambda s referencí na lokální proměnnou double sum( const std::list & c) { double s = 0.0; for_each( c.begin(), c.end(), [& s]( const double & x){ s += x;}); return s; }

155 STL – Algoritmy  A functor may modify its contents class my_functor { public: double s; void operator()( const double & x) { s += x; } my_functor() : s( 0.0) {} }; double sum( const std::list & c) { my_functor f = std::for_each( c.begin(), c.end(), my_functor()); return f.s; }  Using lambda (the generated functor contains a reference to s) double sum( const std::list & c) { double s = 0.0; for_each( c.begin(), c.end(), [& s]( const double & x){ s += x;}); return s; }

156 Lambda

157 Lambda výrazy  Lambda výraz [ capture ]( params ) mutable -> rettype { body }  Deklaruje třídu ve tvaru class ftor { public: ftor( TList... plist) : vlist( plist)... { } rettype operator()( params ) const { body } private: TList... vlist; };  vlist je určen proměnnými použitými v body  TList je určen jejich typy a upraven podle capture  operator() je const pokud není uvedeno mutable  Lambda výraz je nahrazen vytvořením objektu ftor( vlist...) C++11

158 Lambda expressions  Lambda expression [ capture ]( params ) mutable -> rettype { body }  Declares a class class ftor { public: ftor( TList... plist) : vlist( plist)... { } rettype operator()( params ) const { body } private: TList... vlist; };  vlist determined by local variables used in the body  TList determined by their types and adjusted by capture  operator() is const if mutable not present  The lambda expression corresponds to creation of an anonymous object ftor( vlist...) C++11

159 Lambda výrazy – návratový typ a typ funkce  Návratový typ operátoru  Explicitně definovaný návratový typ []() -> int { /*…*/ }  Automaticky určen pro tělo lambda funkce ve tvaru []() { return V; }  Jinak void C++11

160 Lambda expressions – return types  Return type of the operator()  Explicitly defined []() -> int { /*…*/ }  Automatically derived if body contains just one return statement []() { return V; }  void otherwise C++11

161 Lambda výrazy – capture  Capture  Způsob zpřístupnění vnějších entit  lokální proměnné  this  Určuje typy datových položek a konstruktoru funktoru  Explicitní capture  Programátor vyjmenuje všechny vnější entity v capture [a,&b,c,&d,this]  entity označené & předány odkazem, ostatní hodnotou  Implicitní capture  Překladač sám určí vnější entity, capture určuje způsob předání [=] [=,&b,&d]  předání hodnotou, vyjmenované výjimky odkazem [&] [&,a,c]  předání odkazem, vyjmenované výjimky hodnotou C++11

162 Lambda expressions – capture  Capture  Defines which external variables are accessible and how  local variables in the enclosing function  this, if used in a member function  Determines the data members of the functor  Explicit capture  The external variables explicitly listed in capture [a,&b,c,&d,this]  variables marked & passed by reference, the others by value  Implicit capture  The required external variables determined automatically by the compiler, capture defines the mode of passing [=] [=,&b,&d]  passed by value, the listed exceptions by reference [&] [&,a,c]  passed by reference, the listed exceptions by value C++11

163 Konstruktory a destruktory Constructors and Destructors

164 Constructors and destructors Constructors and Destructors

165 Konstruktory a destruktory  Konstruktor třídy T je metoda se jménem T  Typ návratové hodnoty se neurčuje  Konstruktorů může být více, liší se parametry  Nesmí být virtuální  Konstruktor je volán vždy, když vzniká objekt typu T  Parametry se zadávají při vzniku objektu  Některé z konstruktorů mají speciální význam  Některé z konstruktorů může generovat sám kompilátor  Konstruktor nelze vyvolat přímo  Destruktor třídy je metoda se jménem ~T  Nesmí mít parametry ani návratovou hodnotu  Může být virtuální  Destruktor je volán vždy, když zaniká objekt typu T  Destruktor může generovat sám kompilátor  Destruktor lze vyvolat přímo pouze speciální syntaxí

166 Constructors and destructors  Constructor of class T is a method named T  Return type not specified  More than one constructor may exist with different arguments  Never virtual  A constructor is called whenever an object of the type T is created  Constructor parameters specified in the moment of creation  Some constructors have special meaning  Some constructors may be generated by the compiler  Constructors cannot be called directly  Destructor of class T is a method named ~T  No arguments, no return value  May be virtual  The destructor is called whenever an object of the type T is destroyed  The destructors may be generated by the compiler  Explicit call must use special syntax

167 Speciální metody tříd  Konstruktor bez parametrů (default constructor) T();  Používán u proměnných bez inicializace  Kompilátor se jej pokusí vygenerovat, je-li to třeba a pokud třída nemá vůbec žádný konstruktor:  Položky, které nejsou třídami, nejsou generovaným konstruktorem inicializovány  Generovaný konstruktor volá konstruktor bez parametrů na všechny předky a položky  To nemusí jít např. pro neexistenci takového konstruktoru  Destruktor ~T();  Používán při zániku objektu  Kompilátor se jej pokusí vygenerovat, je-li to třeba a třída jej nemá  To nemusí jít kvůli ochraně přístupu  Pokud je objekt destruován operátorem delete aplikovaným na ukazatel na předka, musí být destruktor v tomto předku deklarován jako virtuální virtual ~T();

168 Special member functions  Default constructor T();  For object without explicit initialization  Generated by compiler if required and if the class has no constructor at all:  Data members of non-class types are not initialized  Data members of class types and base classes are initialized by calling their default constructors  Generation may fail due to non-existence or inaccessibility of element constructors  Destructor ~T();  Generated by compiler if required and not defined  Calls destructors of data members and base classes  If a class derived from T has to be destroyed using T *, the destructor of T must be virtual  All abstract classes shall have a virtual destructor virtual ~T();

169 copy/move Speciální metody tříd – C++11

170 copy/move

171 copy/move  Speciální metody tříd  Copy constructor T( const T & x);  Move constructor T( T && x);  Copy assignment operator T & operator=( const T & x);  Move assignment operator T & operator=( T && x);

172 copy/move  Special member functions  Copy constructor T( const T & x);  Move constructor T( T && x);  Copy assignment operator T & operator=( const T & x);  Move assignment operator T & operator=( T && x);

173 copy/move  Překladačem definované chování (default)  Copy constructor T( const T & x) = default;  aplikuje copy constructor na složky  Move constructor T( T && x) = default;  aplikuje move constructor na složky  Copy assignment operator T & operator=( const T & x) = default;  aplikuje copy assignment operator na složky  Move assignment operator T & operator=( T && x) = default;  aplikuje move assignment operator na složky  default umožňuje vynutit defaultní chování

174 copy/move  Compiler-generated implementation  Copy constructor T( const T & x) = default;  applies copy constructor to every element  Move constructor T( T && x) = default;  applies move constructor to every element  Copy assignment operator T & operator=( const T & x) = default;  applies copy assignment to every element  Move assignment operator T & operator=( T && x) = default;  applies move assignment to every element  elements are data members and base classes  for elements of non-class types, move is equivalent to copy  the default keyword allows to enforce generation by the compiler

175 copy/move  Podmínky automatického defaultu  Copy constructor/assignment operator  pokud není explicitně deklarován move constructor ani assignment operator  budoucí normy pravděpodobně zakážou automatický default i v případě přítomnosti druhé copy metody nebo destruktoru  Move constructor/assignment operator  pokud není deklarována žádná ze 4 copy/move metod ani destruktor

176 copy/move  If needed, compiler will generate the methods automatically under these conditions:  Copy constructor/assignment operator  if there is no definition for the method and no move method is defined  this is backward-compatibility rule; future development of the language will probably make the condition more stringent (no copy/move/destructor at all)  Move constructor/assignment operator  if no copy/move method is defined and no destructor is defined  the default keyword overrides the conditions

177 copy/move  Nejběžnější kombinace  Neškodná třída  Nedeklaruje žádnou copy/move metodu ani destruktor  Neobsahuje složky vyžadující zvláštní péči (ukazatele)  Třída obsahující složky vyžadující zvláštní péči  Překladačem generované chování (default) nevyhovuje  Bez podpory move (typický stav před C++11, dnes funkční, ale neoptimální) T( const T & x); T & operator=( const T & x); ~T();  Plná podpora copy/move T( const T & x); T( T && x); T & operator=( const T & x); T & operator=( T && x); ~T();

178 copy/move  Most-frequent cases  A harmless class  No copy/move method, no destructor  No dangerous data members (raw pointers)  A class containing dangerous members  Compiler-generated behavior (default) would not work properly  No move support (before C++11, still functional but not optimal) T( const T & x); T & operator=( const T & x); ~T();  Full copy/move support T( const T & x); T( T && x); T & operator=( const T & x); T & operator=( T && x); ~T();

179 copy/move  Další kombinace  Nekopírovatelná a nepřesouvatelná třída  Např. dynamicky alokované živé objekty v simulacích T( const T & x) = delete; T & operator=( const T & x) = delete;  delete zakazuje generování překladačem  Destruktor může ale nemusí být nutný  Přesouvatelná nekopírovatelná třída  Např. unikátní vlastník jiného objektu (std::unique_ptr ) T( T && x); T & operator=( T && x); ~T();  Pravidla jazyka zakazují generování copy metod překladačem  Destruktor typicky bývá nutný

180 copy/move  Less frequent cases  A non-copiable and non-movable class  E.g., dynamically allocated "live" objects in simulations T( const T & x) = delete; T & operator=( const T & x) = delete;  The delete keyword prohibits automatic default for copy methods  Language rules prohibit automatic default for move methods  A destructor may be required  A movable non-copiable class  E.g., an owner of another object (like std::unique_ptr ) T( T && x); T & operator=( T && x); ~T();  Language rules prohibit automatic default for copy methods  A destructor is typically required

181 copy/move 181NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Důsledky přítomnosti datových položek  Číselné typy  Vyžadují explicitní inicializaci, destrukce není nutná  Kopírování/přesouvání je bez problémů  Struktury/třídy  Nemají-li vlastní copy/move operace, chovají se stejně, jako kdyby jejich součásti byly přítomny přímo  Mají-li dobře udělané vlastní copy/move, obvykle nezpůsobují problémy  Vyžadují ošetření, pokud má být semantika vnější třídy jiná (např. chytré ukazatele ve třídách s hodnotovou semantikou)  Kontejnery a řetězce  Kontejnery mají vlastní copy/move operace  Chovají se stejně, jako kdyby elementy kontejneru byly přítomny přímo  Kontejner je však automaticky inicializován jako prázdný - není třeba inicializovat jeho prvky

182 copy/move 182NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Handling data members in constructors and destructors  Numeric types  Explicit initialization recommended, no destruction required  Compiler-generated copy/move works properly  Structs/classes  If they have no copy/move methods, they behave as if their members were present directly  If they have copy/move methods, they usually do not require special handling  Special handling required if the outer class semantics differ from the inner class (e.g., using smart pointers to implement containers)  Containers and strings  Behave as if their members were present directly  Containers are initialized as empty - no need to initialize even containers of numeric types

183 copy/move 183NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Důsledky přítomnosti datových položek - odkazy bez odpovědnosti vlastníka  Reference (U&)  Vyžadují explicitní inicializaci, destrukce není nutná  Copy/move konstruktory jsou bez problémů  Copy/move operator= je znemožněn  Ukazatele (U*) bez (spolu-)vlastnické semantiky  Dealokaci řeší někdo jiný  Vyžadují explicitní inicializaci, destrukce není nutná  Kopírování/přesouvání je bez problémů

184 copy/move 184NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Data members - links without ownership  References (U&)  Explicit initialization required, destruction not required  Copy/move constructors work smoothly  Copy/move operator= is impossible  Raw pointers (U*) without ownership semantics  Proper deallocation is ensured by someone else  Explicit initialization required, destruction not required  Copy/move work smoothly

185 copy/move 185NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Důsledky přítomnosti datových položek - vlastnické odkazy  Ukazatele (U*) se semantikou vlastníka  Naše třída musí řešit dealokaci připojeného objektu  Vyžadují explicitní inicializaci (alokace nebo vynulování)  Destrukce je nutná (dealokace)  Kopírování musí alokovat nový připojený objekt a kopírovat jeho obsah  Přesouvání musí vynulovat odkazy ve zdrojové třídě  Copy/move operator= musí navíc uklidit původní obsah  Ukazatele (U*) se semantikou spoluvlastníka  Naše třída musí řešit počítání odkazů a dealokaci připojeného objektu  Vyžadují explicitní inicializaci (alokace nebo vynulování)  Destrukce je nutná (odečtení odkazu, dealokace)  Kopírování musí aktualizovat počet odkazů  Přesouvání musí vynulovat odkazy ve zdrojové třídě  Copy/move operator= musí navíc uklidit původní obsah

186 copy/move 186NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Data members - links with ownership  Raw pointers (U*) with unique ownership  Our class must deallocate the remote object properly  Explicit initialization required (allocate or set to zero)  Destruction is required (deallocate if not zero)  Copy methods must allocate new space a copy data  Move methods must clear links in the source object  In addition, copy/move operator= must clean the previous contents  Raw pointer (U*) with shared ownership  Our class must count references and deallocate if needed  Explicit initialization required (allocate or set to zero)  Destruction is required (decrement counter, deallocate if needed)  Copy methods must increment counter  Move methods must clear links in the source object  In addition, copy/move operator= must clean the previous contents

187 copy/move 187NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Důsledky přítomnosti datových položek - chytré odkazy  std::unique_ptr  Explicitní inicializace není nutná (automaticky nullptr)  Explicitní destrukce není nutná (automaticky dealokuje připojený objekt)  Copy operace nejsou možné  Jsou-li vyžadovány, musejí být implementovány kopírováním obsahu  Move operace jsou bezproblémové  std::shared_ptr  Explicitní inicializace není nutná (automaticky nullptr)  Explicitní destrukce není nutná  Copy operace fungují, ale mají semantiku sdílení  Mají-li mít semantiku kopírování, je nutné upravit ostatní metody třídy - všechny modifikující metody si musejí vytvořit privátní kopii připojeného objektu  Move operace jsou bezproblémové

188 copy/move 188NPRG041 Programování v C /2015 David Bednárek  Data members - smart pointers  std::unique_ptr  Explicit initialization not required (nullptr by default)  Explicit destruction not required (smart pointers deallocate automatically)  Copying is impossible  If copying is required, it must be implemented by duplicating the linked object  Move methods work smoothly  std::shared_ptr  Explicit initialization not required (nullptr by default)  Explicit destruction not required (smart pointers deallocate automatically)  Copying works as sharing  If sharing semantics is not desired, other methods must be adjusted - all modifying operations must ensure a private copy of the linked object  Move methods work smoothly

189 Konverze

190 Conversions

191 Speciální metody tříd  Konverzní konstruktory class T { T( U x); };  Zobecnění kopírovacího konstruktoru  Definuje uživatelskou konverzi typu U na T  Je-li tento speciální efekt nežádoucí, lze jej zrušit: explicit T( U v);  Konverzní operátory class T { operator U() const; };  Definuje uživatelskou konverzi typu T na U  Vrací typ U hodnotou (tedy s použitím kopírovacího konstruktoru U, pokud je U třída)  Kompilátor vždy použije nejvýše jednu uživatelskou konverzi

192 Special member functions  Conversion constructors class T { T( U x); };  Generalized copy constructor  Defines conversion from U to T  If conversion effect is not desired, all one-argument constructors must be "explicit": explicit T( U v);  Conversion operators class T { operator U() const; };  Defines conversion from T to U  Returns U by value (using copy-constructor of U, if U is a class)  Compiler will never use more than one user-defined conversion in a chain

193 Přetypování  Různé varianty syntaxe  C-style cast (T)e  Převzato z C  Function-style cast T(e)  Ekvivalentní (T)e  T musí být syntakticky identifikátor nebo klíčové slovo označující typ  Type conversion operators  Pro odlišení účelu (síly a nebezpečnosti) přetypování: const_cast (e) static_cast (e) reinterpret_cast (e)  Novinka - přetypování s běhovou kontrolou: dynamic_cast (e)

194 Type cast  Various syntax styles  C-style cast (T)e  Inherited from C  Function-style cast T(e)  Equivalent to (T)e  T must be single type identifier or single keyword  Type conversion operators  Differentiated by intent (strength and associated danger) of cast: const_cast (e) static_cast (e) reinterpret_cast (e)  New - run-time assisted cast: dynamic_cast (e)

195 Přetypování const_cast (e)  Odstranění konstantnosti  const U & => U &  const U * => U *  Lze nahradit specifikátorem mutable  Příklad: Čítač odkazů na logicky konstantní objekt class Data { public: void register_pointer() const { references++; } private: /*... data... */ mutable int references; };

196 Přetypování static_cast (e)  Umožňuje  Všechny implicitní konverze  Bezztrátové i ztrátové aritmetické konverze (int double apod.)  Konverze přidávající modifikátory const a volatile  Konverze ukazatele na void *  Konverze odkazu na odvozenou třídu na odkaz na předka:  Derived & => Base &  Derived * => Base *  Aplikace copy-constructoru; v kombinaci s implicitní konverzí též:  Derived => Base (slicing: okopírování části objektu)  Aplikace libovolného konstruktoru T::T s jedním parametrem  Uživatelská konverze libovolného typu na třídu T  Aplikace konverzního operátoru : operator T()  Uživatelská konverze nějaké třídy na libovolný typ T

197 Přetypování static_cast (e)  Umožňuje  Všechny implicitní konverze  Konverze na void - zahození hodnoty výrazu  Používá se v makrech a podmíněných výrazech  Konverze odkazu na předka na odkaz na odvozenou třídu  Base & => Derived &  Base * => Derived *  Pokud objekt, na nějž konvertovaný odkaz ukazuje, není typu Derived či z něj odvozený, je výsledek nedefinovaný  K chybě obvykle dojde později!  Konverze celého čísla na výčtový typ  Pokud hodnota čísla neodpovídá žádné výčtové konstantě, výsledek je nedefinovaný  Konverze void * na libovolný ukazatel

198 Přetypování reinterpret_cast (e)  Umožňuje  Konverze ukazatele na dostatečně velké celé číslo  Konverze celého čísla na ukazatel  Konverze mezi různými ukazateli na funkce  Konverze odkazu na odkaz na libovolný jiný typ  U * => V *  U & => U &  Neuvažuje příbuzenské vztahy tříd, neopravuje hodnoty ukazatelů  Většina použití je závislá na platformě  Příklad: Přístup k reálné proměnné po bajtech  Typické použití: Čtení a zápis binárních souborů void put_double( std::ostream & o, const double & d) { o.write( reinterpret_cast ( & d), sizeof( double)); }  Obsah souboru je nepřenositelný

199 Přetypování dynamic_cast (e)  Umožňuje  Konverze odkazu na odvozenou třídu na odkaz na předka:  Derived & => Base &  Derived * => Base *  Implicitní konverze, chová se stejně jako static_cast  Konverze odkazu na předka na odkaz na odvozenou třídu  Base & => Derived &  Base * => Derived *  Podmínka: Base musí obsahovat alespoň jednu virtuální funkci  Pokud konvertovaný odkaz neodkazuje na objekt typu Derived nebo z něj odvozený, je chování definováno takto:  Konverze ukazatelů vrací nulový ukazatel  Konverze referencí vyvolává výjimku std::bad_cast  Umožňuje přetypování i v případě virtuální dědičnosti

200 Přetypování dynamic_cast (e)  Nejčastější použití  Konverze odkazu na předka na odkaz na odvozenou třídu class Base { public: virtual ~Base(); /* alespoň jedna virtuální funkce */ }; class X : public Base { /*... */ }; class Y : public Base { /*... */ }; Base * p = /*... */; X * xp = dynamic_cast ( p); if ( xp ) { /*... */ } Y * yp = dynamic_cast ( p); if ( yp ) { /*... */ }

201 Dynamic cast dynamic_cast (e)  Most frequent use  Converting a pointer to a base class to a pointer to a derived class class Base { public: virtual ~Base(); /* base class must have at least one virtual function */ }; class X : public Base { /*... */ }; class Y : public Base { /*... */ }; Base * p = /*... */; X * xp = dynamic_cast ( p); if ( xp ) { /*... */ } Y * yp = dynamic_cast ( p); if ( yp ) { /*... */ }

202 Konstruktory a spol. Typické situace

203 Class patterns Typické situace

204 Konstruktory a spol.  POD: Plain-Old-Data  Položky jsou veřejné  Inicializace je v zodpovědnosti uživatele class T { public: std::string x_; };  Často se používá struct struct T { std::string x_; };

205 Class patterns  POD: Plain-Old-Data  Public data members  The user is responsible for initialization class T { public: std::string x_; };  struct often used instead of class struct T { std::string x_; };

206 Konstruktory a spol.  Všechny položky jsou neškodné  Položky mají svoje konstruktory  Třída nemusí mít žádný konstruktor class T { public: //... const std::string & get_x() const { return x_; } void set_x( const std::string & s) { x_ = s; } private: std::string x_; };

207 Class patterns  All data-members harmless  Every data member have its own constructor  The class does not require any constructor class T { public: //... const std::string & get_x() const { return x_; } void set_x( const std::string & s) { x_ = s; } private: std::string x_; };

208 Konstruktory a spol.  Všechny položky jsou neškodné  Položky mají svoje konstruktory  Konstruktor se hodí pro pohodlnou inicializaci  V takovém případě je (většinou) nutný i konstruktor bez parametrů  Konstruktory s jedním parametrem označeny explicit class T { public: T() {} explicit T( const std::string & s) : x_( s) {} T( const std::string & s, const std::string & t) : x_( s), y_( t) {} //... metody... private: std::string x_, y_; };

209 Class patterns  All data-members harmless  Every data member have its own constructor  Constructor enables friendly initialization  Due to language rules, the parameterless constructor is often needed too class T { public: T() {} explicit T( const std::string & s) : x_( s) {} T( const std::string & s, const std::string & t) : x_( s), y_( t) {} //... metody... private: std::string x_, y_; };

210 Konstruktory a spol.  Některé položky jsou mírně nebezpečné  Některé položky nemají vhodné konstruktory  Číselné typy včetně bool, char  Konstruktor je nutný pro inicializaci  V takovém případě je (většinou) nutný i konstruktor bez parametrů  Konstruktory s jedním parametrem označeny explicit class T { public: T() : x_( 0), y_( 0) {} explicit T( int s) : x_( s), y_( 0) {} T( int s, int t) : x_( s), y_( t) {} //... metody... private: int x_, y_; };

211 Class patterns  Some slightly dangerous elements  Some elements lack suitable default constructors  Numeric types, including bool, char  A constructor is required to properly initialize these elements  Consequently, default (parameterless) constructor is (typically) also required  One-parameter constructors marked explicit class T { public: T() : x_( 0), y_( 0) {} explicit T( int s) : x_( s), y_( 0) {} T( int s, int t) : x_( s), y_( t) {} //... metody... private: int x_, y_; };

212 Konstruktory a spol.  Některé položky jsou hodně nebezpečné  Je nutný copy/move constructor/operator= a destruktor  Je nutný i jiný konstruktor, např. bez parametrů class T { public: T() : p_( new Data) {} T( const T & x) : p_( new Data( * x.p_)) {} T( T && x) : p_( x.p_) { x.p_ = 0; } T & operator=( const T & x) { T tmp( x); swap( tmp); return * this;} T & operator=( T && x) { T tmp( std::move( x)); swap( tmp); return * this;} ~T() { delete p_; } void swap( T & y) { std::swap( p_, y.p_); } private: Data * p_; };

213 Class patterns  Some very dangerous elements  Pointers with (exclusive/shared) ownership semantics  copy/move constructor/operator= and destructor required  Some additional constructor (e.g. default) is also required class T { public: T() : p_( new Data) {} T( const T & x) : p_( new Data( * x.p_)) {} T( T && x) : p_( x.p_) { x.p_ = 0; } T & operator=( const T & x) { T tmp( x); swap( tmp); return * this;} T & operator=( T && x) { T tmp( std::move( x)); swap( tmp); return * this;} ~T() { delete p_; } void swap( T & y) { std::swap( p_, y.p_); } private: Data * p_; };

214 Konstruktory a spol.  Použití unique_ptr  Třída se zakázaným kopírováním  Ale schopná přesunu class T { public: T() : p_( new Data) {} private: std::unique_ptr p_; };

215 Class patterns  Classes containing unique_ptr  Uncopiable class  But movable class T { public: T() : p_( new Data) {} private: std::unique_ptr p_; };

216 Konstruktory a spol.  Použití unique_ptr  Třída s povoleným kopírováním class T { public: T() : p_( new Data) {} T( const T & x) : p_( new Data( * x.p_)) {} T( T && x) = default; T & operator=( const T & x) { return operator=( T( x));} T & operator=( T && x) = default; private: std::unique_ptr p_; };

217 Class patterns  Classes containing unique_ptr  Copying enabled class T { public: T() : p_( new Data) {} T( const T & x) : p_( new Data( * x.p_)) {} T( T && x) = default; T & operator=( const T & x) { return operator=( T( x));} T & operator=( T && x) = default; private: std::unique_ptr p_; };

218 Konstruktory a spol.  Abstraktní třída  Se zákazem kopírování/přesouvání class T { protected: T() {} T( const T & x) = delete; T & operator=( const T & x) = delete; public: virtual ~T() {} };

219 Class patterns  Abstract class  Copying/moving prohibited class T { protected: T() {} T( const T & x) = delete; T & operator=( const T & x) = delete; public: virtual ~T() {}// required for proper deletion of objects };

220 Konstruktory a spol.  Abstraktní třída  Se podporou klonování class T { protected: T() {} T( const T & x) = default; T & operator=( const T & x) = delete; public: virtual ~T() {} virtual T * clone() const = 0; };

221 Class patterns  Abstract class  Cloning support class T { protected: T() {} T( const T & x) = default;// descendants will need it to implement clone T & operator=( const T & x) = delete; public: virtual ~T() {} virtual std::unique_ptr clone() const = 0; };

222 Dědičnost class Base { /*... */ }; class Derived : public Base { /*... */ }  Třída Derived je odvozena z třídy Base  Obsahuje všechny datové položky i metody třídy Base  Může k nim doplnit další  Není vhodné novými zakrývat staré, vyjma virtuálních  Může změnit chování metod, které jsou v Base deklarovány jako virtuální class Base { virtual void f() { /*... */ } }; class Derived : public Base { virtual void f() { /*... */ } };

223 Inheritance class Base { /*... */ }; class Derived : public Base { /*... */ }  Derived class is a descendant of Base class  Contains all types, data elements and functions of Base  New types/data/functions may be added  Hiding old names by new names is not wise, except for virtual functions  Functions declared as virtual in Base may change their behavior by reimplementation in Derived class Base { virtual void f() { /*... */ } }; class Derived : public Base { virtual void f() { /*... */ } };

224 Virtuální funkce class Base { virtual void f() { /*... */ } }; class Derived : public Base { virtual void f() { /*... */ } };  Mechanismus virtuálních funkcí se uplatní pouze v přítomnosti ukazatelů nebo referencí Base * p = new Derived; p->f(); // volá Derived::f  V jiné situaci není virtuálnost funkcí užitečná Derived d; d.f(); // volá Derived::f i kdyby nebyla virtuální Base b = d;// slicing = kopie části objektu b.f(); // volá Base::f ikdyž je virtuální  Slicing je specifikum jazyka C++

225 Virtual functions class Base { virtual void f() { /*... */ } }; class Derived : public Base { virtual void f() { /*... */ } };  Virtual function call works only in the presence of pointers or references Base * p = new Derived; p->f(); // calls Derived::f although p is pointer to Base  Without pointers/references, having functions virtual has no sense Derived d; d.f(); // calls Derived::f even for non-virtual f Base b = d;// slicing = copying a part of an object b.f(); // calls Base::f even for virtual f  Slicing is specific to C++

226 Názvosloví  Abstraktní třída  Definice v C++: Třída obsahující alespoň jednu čistě virtuální funkci  Běžná definice: Třída, která sama nebude instanciována  Představuje rozhraní, které mají z ní odvozené třídy (potomci) implementovat  Konkrétní třída  Třída, určená k samostatné instanciaci  Implementuje rozhraní, předepsané abstraktní třídou, ze které je odvozena

227 Classes in inheritance  Abstract class  Definition in C++: A class that contains some pure virtual functions virtual void f() = 0;  Such class are incomplete and cannot be instantiated alone  General definition: A class that will not be instantiated alone (even if it could)  Defines the interface which will be implemented by the derived classes  Concrete class  A class that will be instantiated as an object  Implements the interface required by its base class

228 class Base { public: virtual ~Base() {} }; class Derived : public Base { public: virtual ~Derived() { /*... */ } }; Base * p = new Derived; delete p;  Pokud je objekt destruován operátorem delete aplikovaným na ukazatel na předka, musí být destruktor v tomto předku deklarován jako virtuální  Odvozené pravidlo:  Každá abstraktní třída má mít virtuální destruktor  Je to zadarmo  Může se to hodit Dědičnost a destruktor

229 class Base { public: virtual ~Base() {} }; class Derived : public Base { public: virtual ~Derived() { /*... */ } }; Base * p = new Derived; delete p;  If an object is destroyed using delete applied to a pointer to its base class, the destructor of the base class must be virtual  Rule of thumb:  Every abstract class must have a virtual destructor  There is no additional cost (there are other virtual functions)  It will be probably needed Inheritance and destructors

230 Dědičnost  Mechanismus dědičnosti v C++ je velmi silný  Bývá používán i pro nevhodné účely  Ideální použití dědičnosti je pouze toto  ISA hierarchie (typicky pro objekty s vlastní identitou)  Živočich-Obratlovec-Savec-Pes-Jezevčík  Objekt-Viditelný-Editovatelný-Polygon-Čtverec  Vztah interface-implementace  Readable-InputFile  Writable-OutputFile  (Readable+Writable)-IOFile  Jiná použití dědičnosti obvykle signalizují chybu v návrhu  Výjimky samozřejmě existují (traits...)

231 Inheritance  Inheritance mechanisms in C++ are very strong  Often misused  Inheritance shall be used only in these cases  ISA hiearachy  Eagle IS A Bird  Square-Rectangle-Polygon-Drawable-Object  Interface-implementation  Readable-InputFile  Writable-OutputFile  (Readable+Writable)-IOFile

232 Dědičnost  ISA hierarchie  C++: Jednoduchá nevirtuální veřejná dědičnost class Derived : public Base  Abstraktní třídy někdy obsahují datové položky  Vztah interface-implementace  C++: Násobná virtuální veřejná dědičnost class Derived : virtual public Base1, virtual public Base2  Abstraktní třídy obvykle neobsahují datové položky  Interface nebývají využívány k destrukci objektu  Oba přístupy se často kombinují class Derived : public Base, virtual public Interface1, virtual public Interface2

233 Inheritance  ISA hierarchy  C++: Single non-virtual public inheritance class Derived : public Base  Abstract classes may contain data (although usually do not)  Interface-implementation  C++: Multiple virtual public inheritance class Derived : virtual public Base1, virtual public Base2  Abstract classes usually contain no data  Interfaces are not used to own (destroy) the object  Often combined class Derived : public Base, virtual public Interface1, virtual public Interface2

234 Nesprávné užití dědičnosti  Nesprávné užití dědičnosti č. 1 class Real { public: double Re; }; class Complex : public Real { public: double Im; };  Porušuje pravidlo "každý potomek má všechny vlastnosti předka"  např. pro vlastnost "má nulovou imaginární složku"  Důsledek - slicing: double abs( const Real & p) { return p.Re > 0 ? p.Re : - p.Re; } Complex x; double a = abs( x);// tento kód LZE přeložit, a to je špatně  Důvod: Referenci na potomka lze přiřadit do reference na předka  Complex => Complex & => Real & => const Real &

235 Misuse of inheritance  Misuse of inheritance - #1 class Real { public: double Re; }; class Complex : public Real { public: double Im; };  Leads to slicing: double abs( const Real & p) { return p.Re > 0 ? p.Re : - p.Re; } Complex x; double a = abs( x);// it CAN be compiled - but it should not  Reference to the derived class may be assigned to a reference to the base class  Complex => Complex & => Real & => const Real &

236 Nesprávné užití dědičnosti  Nesprávné užití dědičnosti č. 2 class Complex { public: double Re, Im; }; class Real : public Complex { public: Real( double r); };  Vypadá jako korektní specializace: "každé reálné číslo má všechny vlastnosti komplexního čísla"  Chyba: Objekty v C++ nejsou hodnoty v matematice  Třída Complex má vlastnost "lze do mne přiřadit Complex"  Tuto vlastnost třída Real logicky nemá mít, s touto dědičností ji mít bude void set_to_i( Complex & p) { p.Re = 0; p.Im = 1; } Real x; set_to_i( x);// tento kód LZE přeložit, a to je špatně  Důvod: Referenci na potomka lze přiřadit do reference na předka  Real => Real & => Complex &

237 Misuse of inheritance  Misuse of inheritance - #2 class Complex { public: double Re, Im; }; class Real : public Complex { public: Real( double r); };  Mistake: Objects in C++ are not mathematical objects void set_to_i( Complex & p) { p.Re = 0; p.Im = 1; } Real x; set_to_i( x);// it CAN be compiled - but it should not  Real => Real & => Complex &

238 Šablony Templates

239 Templates

240 Šablony tříd - definice  Šablona je generická třída parametrizovaná libovolným počtem formálních parametrů těchto druhů:  celé číslo – uvnitř šablony se chová jako konstanta, použitelná jako meze polí  ukazatel libovolného typu  libovolný typ – deklarováno zápisem class T nebo typename T, identifikátor formálního parametru se chová jako identifikátor typu, použitelný uvnitř šablony v libovolné deklaraci  šablona třídy s definovanými formálními parametry  seznam typů ("variadic template")  Prefix definice šablony template  lze použít před několika formami deklarací; oblastí platnosti formálních parametrů je celá prefixovaná deklarace

241 Templates  Template  a generic piece of code  parameterized by types and integer constants  Class templates  Global classes  Classes nested in other classes, including class templates template class array { /*...*/ };  Function templates  Global functions  Member functions, including constructors template inline T max( T x, T y) { /*...*/ }  Type templates [C++11] template using array3 = std::array ;

242 Templates  Template  a generic piece of code  parameterized by types and integer constants  Class templates  Global classes  Classes nested in other classes, including class templates template class array { /*...*/ };  Function templates  Global functions  Member functions, including constructors template inline T max( T x, T y) { /*...*/ }  Type templates [C++11] template using array3 = std::array ;

243 Templates  Template instantiation  Using the template with particular type and constant parameters  Class and type templates: parameters specified explicitly std::array x;  Function templates: parameters specified explicitly or implicitly  Implicitly - derived by compiler from the types of value arguments int a, b, c; a = max( b, c);// calls max  Explicitly a = max ( b, 3,14);  Mixed: Some (initial) arguments explicitly, the rest implicitly

244 Templates  Multiple templates with the same name  Class and type templates:  one "master" template template class vector {/*...*/};  any number of specializations which override the master template  partial specialization template class unique_ptr {/*...*/};  explicit specialization template<> class vector {/*...*/};  Function templates:  any number of templates with the same name  shared with non-templated functions

245 Writing templates  Compiler needs hints from the programmer  Dependent names have unknown meaning/contents  type names must be explicitly designated template class X { typedef typename T::B U; typename U::D p; typename Y ::C q; void f() { T::D(); }// T::D is not a type }  explicit template instantiations must be explicitly designated  members inherited from dependent classes must be explicitly designated template class X : public T { void f() { return this->a; } }

246 Šablony tříd - instanciace  Instanciace šablony: Šablonu lze použít jako typ pouze s explicitním uvedením skutečných parametrů odpovídajících druhů:  celé číslo: celočíselný konstantní výraz  ukazatel: adresa globální nebo statické proměnné či funkce kompatibilního typu  libovolný typ – jméno typu či typová konstrukce (včetně jiné instanciované šablony)  šablona s odpovídajícími formálními parametry  Užití instanciované šablony:  Instanciované šablony jsou stejného typu, pokud jsou stejného jména a jejich skutečné parametry obsahují stejné hodnoty konstantních výrazů, adresy stejných proměnných či funkcí a stejné typy

247 Šablony tříd – závislé typy  Šablony tříd (včetně těl metod) se při deklaraci kontrolují pouze syntakticky  Některé překladače nedělají ani to  Překladač potřebuje odlišit jména typů od ostatních jmen  U jmen ve tvaru A::B to překladač někdy nedokáže  Programátor musí pomoci klíčovým slovem typename template class X { typedef typename T::B U;// T::B je typ typename U::D p;// T::B::D je typ typename Y ::C q;// Y ::C je typ void f() { T::D(); }// T::D není typ }  typename je nutné uvést před jmény typu ve tvaru A::B, kde A je závislé jméno  Závislé jméno je jméno obsahující přímo či nepřímo parametr šablony

248 Šablony tříd - this  Pokud je mezi předkem třídy závislé jméno  překladač pak neví, které identifikátory jsou zděděny  uživatel musí pomoci konstrukcí this-> template class X : public T { void f() { return this->a; } }

249 Šablony funkcí  Šablona funkce je generická funkce (globální nebo metoda) prefixovaná konstrukcí template  se stejnými druhy formálních parametrů šablony jako u šablon tříd template // parametry šablony int f( T * p, int q);// parametry funkce template // parametry šablony int g( T * p, vector q);// parametry funkce  Šablony funkcí lze volat dvěma způsoby  Explicitně f ( a, b)  Automaticky g( a, b)  Překladač dopočte parametry šablony z typů parametrů funkce  Všechny formální argumenty šablony by měly být užity v typech formálních parametrů funkce

250 Šablony funkcí  Pod stejným identifikátorem může být deklarováno několik různých šablon funkce a navíc několik obyčejných funkcí.  Obyčejné funkce mají přednost před generickými template T max( T a, T b) { return a < b ? b : a; }; char * max( char * a, char * b) { return strcmp( a, b) < 0 ? b : a; }; template T max( Array a) { /*... */ }  Příklad ze standardních knihoven: template void swap( T & a, T & b) { T tmp(a); a = b; b = tmp; };  K tomu řada chytřejších implementací swap pro některé třídy

251 Šablony – pokročilé konstrukce jazyka  Parciální specializace  Deklarovanou šablonu lze pro určité kombinace parametrů předefinovat jinak, než určuje její základní definice template class Array { /* specializace pro pole typu bool */ };  Krajním případem parciální specializace je explicitní specializace  Explicitní specializace template<> class Array { /*... */ };  U šablon funkcí nahrazena obyčejnou funkcí  Explicitní instanciace  Překladač je možné donutit ke kompletní instanciaci šablony template class Array ;

252 Variadic templates

253 Šablony s proměnlivým počtem parametrů  Hlavička šablony  s proměnlivým počtem typových argumentů template class C { /*... */ };  pojmenovaný parametr zastupující seznam typů  lze i kombinovat s pevnými parametry template class D { /*... */ };  platí i pro hlavičky parciálních specializací template class C { /*... */ }; C++11

254 Šablony s proměnlivým počtem parametrů template  pojmenovaný parametr - seznam typů  lze uvnitř šablony použít v těchto konstrukcích:  vždy se suffixem...  typové argumenty v použití (jiné) šablony X Y  seznam předků třídy class E : public TList...  deklarace parametrů funkce/metody/konstruktoru void f( TList... plist); double g( int a, double c, TList... b);  tím vzniká pojmenovaný parametr zastupující seznam hodnot  ke každému seznamu hodnot musí být seznam typů  několik dalších okrajových případů  počet prvků seznamu sizeof...(TList) C++11

255 Šablony s proměnlivým počtem parametrů template void f( TList... plist);  pojmenovaný parametr - seznam hodnot  lze uvnitř funkce použít v těchto konstrukcích:  vždy se suffixem...  hodnotové argumenty ve volání (jiné) funkce/konstruktoru g( plist...) new T( a, plist..., 7) T v( b, plist..., 8);  inicializační sekce konstruktoru E( TList... plist) : TList( plist)... { }  několik dalších případů C++11

256 Šablony s proměnlivým počtem parametrů template void f( TList... plist);  při použití je možno prvky seznamu obalit  suffix... slouží jako kompilační for_each  (každý) výskyt názvu seznamu je nahrazen jeho i-tým prvkem  výsledkem je  seznam typů v parametrech šablony nebo deklaraci funkce X...> class E : public U... void f( const TList &... plist);  seznam výrazů ve volání funkce/metody/konstruktoru g( make_pair( 1, & plist)...); h( static_cast ( plist)...); i( sizeof( TList)...); // pozor, sizeof...( TList) je něco jiného  seznam inicializátorů v konstruktoru  další okrajové případy C++11

257 Generická N-tice template class tuple { public: tuple( const Types &...); /* black magic */ }; template class tuple_element { public: typedef /* black magic */ type; }; template typename tuple_element >::type & get( tuple & t);  použití typedef tuple my_tuple; typedef typename tuple_element ::type alias_to_double; my_tuple t1( 1, 2.3, 4); double v = get ( t1); C++11:

258 Exception handling Mechanismus výjimek

259 Exception handling  Mechanismus výjimek  Start: příkaz throw  Cíl: try-catch blok  Určen za běhu  Skok může opustit proceduru  Proměnné korektně zaniknou voláním destruktorů  Předává hodnotu libovolného typu  Typ hodnoty se podílí na určení cíle skoku  Obvykle se používají pro tento účel zhotovené třídy  Mechanismus výjimek respektuje hierarchii dědičnosti class AnyException { /*...*/ }; class WrongException : public AnyException { /*...*/ }; class BadException : public AnyException { /*...*/ }; void f() { if ( something == wrong ) throw WrongException( something); if ( anything != good ) throw BadException( anything); } void g() { try { f(); } catch ( const AnyException & e1 ) { /*...*/ }

260 Exception handling  Mechanismus výjimek  Start: příkaz throw  Cíl: try-catch blok  Určen za běhu  Skok může opustit proceduru  Proměnné korektně zaniknou voláním destruktorů  Předává hodnotu libovolného typu  Typ hodnoty se podílí na určení cíle skoku  Obvykle se používají pro tento účel zhotovené třídy  Mechanismus výjimek respektuje hierarchii dědičnosti  Hodnotu není třeba využívat class AnyException { /*...*/ }; class WrongException : public AnyException { /*...*/ }; class BadException : public AnyException { /*...*/ }; void f() { if ( something == wrong ) throw WrongException(); if ( anything != good ) throw BadException(); } void g() { try { f(); } catch ( const AnyException &) { /*...*/ }

261 Exception handling  Mechanismus výjimek  Start: příkaz throw  Cíl: try-catch blok  Určen za běhu  Skok může opustit proceduru  Proměnné korektně zaniknou voláním destruktorů  Předává hodnotu libovolného typu  Typ hodnoty se podílí na určení cíle skoku  Obvykle se používají pro tento účel zhotovené třídy  Mechanismus výjimek respektuje hierarchii dědičnosti  Hodnotu není třeba využívat  Existuje univerzální catch blok class AnyException { /*...*/ }; class WrongException : public AnyException { /*...*/ }; class BadException : public AnyException { /*...*/ }; void f() { if ( something == wrong ) throw WrongException(); if ( anything != good ) throw BadException(); } void g() { try { f(); } catch (...) { /*...*/ }

262 Exception handling  Fáze zpracování výjimky  Vyhodnocení výrazu v příkaze throw  Hodnota je uložena "stranou"  Stack-unwinding  Postupně se opouštějí bloky a funkce, ve kterých bylo provádění vnořeno  Na zanikající lokální a pomocné proměnné jsou volány destruktory  Stack-unwinding končí dosažením try-bloku, za kterým je catch-blok odpovídající typu výrazu v příkaze throw  Provedení kódu v catch-bloku  Původní hodnota throw je stále uložena pro případné pokračování:  Příkaz throw bez výrazu pokračuje ve zpracování téže výjimky počínaje dalším catch-blokem - začíná znovu stack-unwinding  Zpracování definitivně končí opuštěním catch-bloku  Běžným způsobem nebo příkazy return, break, continue, goto  Nebo vyvoláním jiné výjimky

263 Exception handling  Zhmotněné výjimky  std::exception_ptr je chytrý ukazatel na objekt výjimky  Objekt zanikne při zániku posledního ukazatele  std::current_exception()  Vrací aktuálně řešenou výjimku  std::rethrow_exception( p)  Vyvolává uloženou výjimku  Tento mechanismus umožňuje odložit ošetřování výjimky, zejména:  Propagace výjimky do jiného vlákna  Řešení výjimek v promise/future std::exception_ptr p; void g() { try { f(); } catch (...) { p = std::current_exception(); } void h() { std::rethrow_exception( p); } C++11

264 Exception handling  Použití mechanismu výjimek  Vyvolání a zpracování výjimky je relativně časově náročné  Používat pouze pro chybové nebo řídké stavy Např. nedostatek paměti, ztráta spojení, chybný vstup, konec souboru  Připravenost na výjimky také něco (málo) stojí  Za normálního běhu je třeba zařídit, aby výjimka dokázala najít cíl a zrušit proměnné Výjimky se týkají i procedur, ve kterých není ani throw, ani try-blok  Většina kompilátorů umí překládat ve dvou režimech "s" a "bez" Celý spojovaný program musí být přeložen stejně

265 Exception handling  Standardní výjimky   Všechny standardní výjimky jsou potomky třídy exception  metoda what() vrací řetězec s chybovým hlášením  bad_alloc: vyvolává operátor new při nedostatku paměti  V režimu "bez výjimek" new vrací nulový ukazatel  bad_cast, bad_typeid: Chybné použití RTTI  Odvozené z třídy logic_error:  domain_error, invalid_argument, length_error, out_of_range  vyvolávány např. funkcí vector::operator[]  Odvozené z třídy runtime_error:  range_error, overflow_error, underflow_error

266 Exception handling  Standardní výjimky   Všechny standardní výjimky jsou potomky třídy exception  metoda what() vrací řetězec s chybovým hlášením  bad_alloc: vyvolává operátor new při nedostatku paměti  V režimu "bez výjimek" new vrací nulový ukazatel  bad_cast, bad_typeid: Chybné použití RTTI  Odvozené z třídy logic_error:  domain_error, invalid_argument, length_error, out_of_range  vyvolávány např. funkcí vector::operator[]  Odvozené z třídy runtime_error:  range_error, overflow_error, underflow_error  Aritmetické ani ukazatelové operátory na vestavěných typech NEHLÁSÍ běhové chyby prostřednictvím výjimek  např. dělení nulou nebo dereference nulového ukazatele

267 Exception specifications  Exception specifications  U každé funkce (operátoru, metody) je možno určit seznam výjimek, kterými smí být ukončena  Na výjimky ošetřené uvnitř funkce se specifikace nevztahuje  Pokud není specifikace uvedena, povoleny jsou všechny výjimky  Specifikace respektuje dědičnost, to jest automaticky povoluje i všechny potomky uvedené třídy void a() { /* tahle smí všechno */ } void b() throw () { /* tahle nesmí nic */ } void c() throw ( std::bad_alloc) { /* tahle smí std::bad_alloc */ } void d() throw ( std::exception, MyExc) { /* tahle smí potomky std::exception a MyExc */ }

268 Exception specifications  Exception specifications  Kompilátor zajistí, že nepovolená výjimka neopustí funkci:  Pokud by se tak mělo stát, volá se unexpected()  unexpected() smí vyvolat "náhradní" výjimku  Pokud ani náhradní výjimka není povolena, zkusí se vyvolat std::bad_exception  Pokud ani std::bad_exception není povoleno, volá se terminate() a program končí

269 Exception specifications  Exception specifications  Kompilátor zajistí, že nepovolená výjimka neopustí funkci  Toto je běhová kontrola  Kompilátor smí vydávat nejvýše varování  Funkce smí volat jinou, která by mohla vyvolat nepovolenou výjimku (ale nemusí) void f() throw ( std::exception) { } void g() throw () { f(); /* tohle se smí */ }

270 Exception specifications  Exception specifications  throw( T) specifikace se příliš nepoužívaly  C++11 definuje novou syntaxi  noexcept  noexcept( c) kde c je Booleovský konstantní výraz void f() noexcept { } template void g( T & y) noexcept( std::is_nothrow_copy_constructible ::value) { T x = y; } C++11

271 Exception-safe programming Bezpečné programování s výjimkami

272 Exception-safe programming  Používat throw a catch je jednoduché  Těžší je programovat běžný kód tak, aby se choval korektně i za přítomnosti výjimek  Exception-safety  Exception-safe programming void f() { int * a = new int[ 100]; int * b = new int[ 200]; g( a, b); delete[] b; delete[] a; }  Pokud new int[ 200] způsobí výjimku, procedura zanechá naalokovaný nedostupný blok  Pokud výjimku vyvolá procedura g, zůstanou dva nedostupné bloky

273 Exception-safe programming  Používat throw a catch je jednoduché  Těžší je programovat běžný kód tak, aby se choval korektně i za přítomnosti výjimek  Exception-safety  Exception-safe programming T & operator=( const T & b) { if ( this != & b ) { delete body_; body_ = new TBody( b.length()); copy( body_, b.body_); } return * this; }  Pokud new TBody způsobí výjimku, operátor= zanechá v položce body_ původní ukazatel, který již míří na dealokovaný blok  Pokud výjimku vyvolá procedura copy, operátor zanechá třídu v neúplném stavu

274 Exception-safe programming  Pravidla vynucená jazykem  Destruktor nesmí skončit vyvoláním výjimky  Výjimka může být vyvolána uvnitř, ale musí být zachycena nejpozději uvnitř destruktoru  Zdůvodnění:  V rámci ošetření výjimek (ve fázi stack-unwinding) se volají destruktory lokálních proměnných  Výjimku zde vyvolanou nelze z technických i logických důvodů ošetřit (ztratila by se původní výjimka)  Nastane-li taková výjimka, volá se funkce terminate() a program končí

275 Exception-safe programming  Pravidla vynucená jazykem  Destruktor nesmí skončit vyvoláním výjimky  Výjimka může být vyvolána uvnitř, ale musí být zachycena nejpozději uvnitř destruktoru  Toto pravidlo jazyka sice platí pouze pro destruktory lokálních proměnných  A z jiných důvodů též pro globální proměnné  Je však vhodné je dodržovat vždy  Bezpečnostní zdůvodnění: Destruktory lokálních proměnných často volají jiné destruktory  Logické zdůvodnění: Nesmrtelné objekty nechceme

276 Exception-safe programming  Pravidla vynucená jazykem  Destruktor nesmí skončit vyvoláním výjimky  Konstruktor globálního objektu nesmí skončit vyvoláním výjimky  Zdůvodnění: Není místo, kde ji zachytit  Stane-li se to, volá se terminate() a program končí  Jiné konstruktory ale výjimky volat mohou (a bývá to vhodné)

277 Exception-safe programming  Pravidla vynucená jazykem  Destruktor nesmí skončit vyvoláním výjimky  Konstruktor globálního objektu nesmí skončit vyvoláním výjimky  Copy-constructor typu v hlavičce catch-bloku nesmí skončit vyvoláním výjimky  Zdůvodnění: Catch blok by nebylo možné vyvolat  Stane-li se to, volá se terminate() a program končí  Jiné copy-constructory ale výjimky volat mohou (a bývá to vhodné)

278 Exception-safe programming  Pravidla vynucená jazykem  Destruktor nesmí skončit vyvoláním výjimky  Konstruktor globálního objektu nesmí skončit vyvoláním výjimky  Copy-constructor typu v hlavičce catch-bloku nesmí skončit vyvoláním výjimky

279 Exception-safe programming  Poznámka: Výjimky při zpracování výjimky  Výjimka při výpočtu výrazu v throw příkaze  Tento throw příkaz nebude vyvolán  Výjimka v destruktoru při stack-unwinding  Povolena, pokud neopustí destruktor  Po zachycení a normálním ukončení destruktoru se pokračuje v původní výjimce  Výjimka uvnitř catch-bloku  Pokud je zachycena uvnitř, ošetření původní výjimky může dále pokračovat (přikazem throw bez výrazu)  Pokud není zachycena, namísto původní výjimky se pokračuje ošetřováním nové

280 Exception-safe programming  Kompilátory samy ošetřují některé výjimky  Dynamická alokace polí  Dojde-li k výjimce v konstruktoru některého prvku, úspěšně zkonstruované prvky budou destruovány Ve zpracování výjimky se poté pokračuje

281 Exception-safe programming  Kompilátory samy ošetřují některé výjimky  Dynamická alokace polí  Dojde-li k výjimce v konstruktoru některého prvku, úspěšně zkonstruované prvky budou destruovány  Ve zpracování výjimky se poté pokračuje  Výjimka v konstruktoru součásti (prvku nebo předka) třídy  Sousední, již zkonstruované součásti, budou destruovány  Ve zpracování výjimky se poté pokračuje  Uvnitř konstruktoru je možno výjimku zachytit speciálním try-blokem: X::X( /* formální parametry */) try : Y( /* parametry pro konstruktor součásti Y */) { /* vlastní tělo konstruktoru */ } catch ( /* parametr catch-bloku */ ) { /* ošetření výjimky v konstruktoru Y i ve vlastním těle */ }  Konstrukci objektu nelze dokončit  Opuštění speci álního catch bloku znamená throw;

282 Exception-safe programming  Definice  (Weak) exception safety  Funkce (operátor, konstruktor) je (slabě) bezpečná, pokud i v případě výjimky zanechá veškerá data v konzistentním stavu  Konzistentní stav znamená zejména:  Nedostupná data byla korektně destruována a odalokována  Ukazatele nemíří na odalokovaná data  Platí další invarianty dané logikou aplikace

283 Exception-safe programming  Definice  (Weak) exception safety  Funkce (operátor, konstruktor) je (slabě) bezpečná, pokud i v případě výjimky zanechá veškerá data v konzistentním stavu  Konzistentní stav znamená zejména:  Nedostupná data byla korektně destruována a odalokována  Ukazatele nemíří na odalokovaná data  Platí další invarianty dané logikou aplikace  Strong exception safety  Funkce je silně bezpečná, pokud v případě, že skončí vyvoláním výjimky, zanechá data ve stejném (pozorovatelném) stavu, ve kterém byla při jejím vyvolání  Observable state - chování veřejných metod  Nazýváno též "Commit-or-rollback semantics"

284 Exception-safe programming  Poznámky  (Weak) exception safety  Tohoto stupně bezpečnosti lze většinou dosáhnout  Stačí vhodně definovat nějaký konzistentní stav, kterého lze vždy dosáhnout, a ošetřit pomocí něj všechny výjimky  Konzistentním stavem může být třeba nulovost všech položek  Je nutné upravit všechny funkce tak, aby je tento konzistentní stav nepřekvapil (mohou na něj ale reagovat výjimkou)  Strong exception safety  Silné bezpečnosti nemusí jít vůbec dosáhnout, pokud je rozhraní funkce navrženo špatně  Obvykle jsou problémy s funkcemi s dvojím efektem  Příklad: funkce pop vracející odebranou hodnotu


Stáhnout ppt "1NPRG041 Programování v C++ - 2014/2015 David Bednárek Programování v C++"

Podobné prezentace


Reklamy Google