Responsabili

• Andrei Vasiliu
• Daniel Ciocîrlan

În urma parcurgerii acestui laborator studentul va:

• afla funcționalitățile claselor/funcțiilor prietene
• realiza supraîncărcarea operatorilor din C++
• înțelege conceptul de copy constructor
• înțelege conceptul de rule of three

Așa cum am văzut în primul laborator, fiecare membru al clasei poate avea 3 specificatori de acces:

• public
• private
• protected

Alegerea specificatorilor se face în special în funcție de ce funcționalitate vrem să exportăm din clasa respectivă.

Dacă vrem să accesăm datele private/protejate din afara clasei, avem următoarele opțiuni:

• Funcții care ne întorc/setează valorile membre
• Funcții/Clase prietene (friend) cu clasa curentă.

O funcție prieten are următoarele proprietăți:

• O funcţie este considerată prietenă al unei clase, dacă în declararea clasei, este declarată funcţia respectivă precedată de specificatorul friend
• Declararea unei funcţii prieten poate fi făcută în orice parte a clasei(publică, privată sau protejată).
• Definiţia funcţiei prieten se face global, în afara clasei.
• Funcția declarată ca friend are acces liber la orice membru din interiorul clasei.

O clasă prieten are următoarele proprietăți:

• O clasă B este considerată prieten al unei clase A, dacă în declararea clasei A s-a întâlnit expresia: friend class B
• Clasa B poate accesa orice membru din clasa A, fără nici o restricție.

De asemenea, dacă clasa A este considerată prieten cu clasa B, nu înseamnă că si clasa B este considerată prieten cu clasa A. Nici tranzitivitatea nu este valabilă în relaţia de prietenie dintre clase.

Exemplu:

class Complex{
 
private:
    int re;
    int im;
public:
    int GetRe();
    int GetIm();
    friend double ComplexModul(Complex c);   //am declarat fct ComplexModul ca prieten
    friend class Polinom;   //Acum clasa Polinom care acces deplin la membrii **re** și **im**
};
 
double ComplexModul(Complex c)
{
   return sqrt(c.re*c.re+c.im*c.im);  //are voie, intrucat e prietena
}

Un mecanism specific C++ este supraîncarcarea operatorilor, prin care programatorul poate asocia noi semnificaţii operatorilor deja existenţi. De exemplu, dacă dorim ca două numere complexe să fie adunate, în C trebuie să scriem funcții specifice, nenaturale. În C++ putem scrie foarte ușor:

Complex a(2,3);
Complex b(4,5);
Complex c=a+b; //operatorul + a fost supraîncarcat pentru a aduna două numere complexe

Acest lucru este posibil, întrucât un operator este văzut ca o funcție, cu declarația:

   tip_rezultat operator#(listă_argumente);

Așadar pentru a supraîncărca un operator pentru o anumită clasă, este necesar să declarăm funcția următoare în corpul acesteia:

   tip_rezultat operator#(listă_argumente);

Există câteva restricții cu privire la supraîncarcare:

• Nu pot fi supraîncărcaţi operatorii: ::, ., .*, ?:, sizeof.
• Setul de operatori ai limbajul C++ nu poate fi extins prin asocierea de semnificaţii noi unor caractere, care nu sunt operatori, de exemplu nu putem defini operatorul === .
• Prin supraîncărcarea unui operator nu i se poate modifica aritatea (astfel operatorul ! este unar şi poate fi redefinit numai ca operator unar).
• Asociativitatea şi precedenţa operatorului se menţin.
• La supraîncărcarea unui operator nu se pot specifica argumente cu valori implicite.

Un operator binar va fi reprezentat printr-o funcţie nemembră cu două argumente, iar un operator unar, printr-o funcţie nemembră cu un singur argument.

Utilizarea unui operator binar sub forma a#b este interpretată ca operator#(a,b).

Argumentele sunt clase sau referinţe constante la clase.

În C++, orice dispozitiv de I/O este văzut drept un stream, așadar operațiile de I/O sunt operații cu stream-uri, care se definesc în felul următor:

• Citire: se execută cu operatorul de extracție », membru al clasei istream
• Scriere: se execută cu operatorul de inserție «, membru al clasei ostream

Acești operatori pot fi supraîncărcați pentru o clasă pentru a defini operații de I/O direct pe obiectele clasei.

Supraîncărcarea se poate efectua folosind funcții friend utilizând următoarea sintaxă:

istream& operator>> (istream& f, clasa & ob);        //Acum pot scrie in >> ob
ostream& operator<< (ostream& f, const clasa & ob);  //Acum pot scrie out << ob

Funcţiile operator pentru supraîncărcarea operatorilor de I/O le vom declara ca funcţii prieten al clasei care interacţionează cu fluxul.

Complex.h

#include <iostream>
 
class Complex
{
public:
    double re;
    double im;
 
    Complex(double real=0, double imag=0): re(real), im(imag) {};
 
    //supraîncărcarea  operatorilor +, - ca functii de tip "friend" 
    friend Complex operator+(const Complex& s, const Complex& d);
    friend Complex operator-(const Complex& s, const Complex& d);
 
    //funcţii operator pentru supraîncărcarea operatorilor de intrare/ieşire  
    //declarate ca funcţii de tip "friend"   
    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const Complex& z);
    friend std::istream& operator>> (std::istream& is, Complex& z);
};

Complex.cpp

#include "complex.h"
 
Complex operator+(const Complex& s, const Complex& d){
  return Complex(s.re+d.re,s.im+d.im);
}
 
Complex operator-(const Complex& s, const Complex& d){
  return Complex(s.re-d.re,s.im-d.im);
}
 
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& z){
   out << "(" << z.re << "," << z.im << ")"<< std::endl;
   return out;
}
 
std::istream& operator>>(std::istream& is, Complex& z){
  is >> z.re >> z.im;
  return is;
}

main.cpp

#include "complex.h"
 
int main() {
 Complex a(1,1), b(-1,2);
 std::cout << "A: " << a << "B: " << b;
 std::cout << "A+B: " << (a+b);
 std::cin >> b;
 std::cout << "B: " << b;
 a=b;
 std::cout << "A: " << a << "B: " << b;
}

Funcţiilor membru li se transmite un argument implicit this (adresa obiectului curent), motiv pentru care un operator binar poate fi implementat printr-o funcţie membru nestatică cu un singur argument.

Operatorii sunt interpretați în modul următor:

• Operatorul binar a#b este interpretat ca a.operator#(b)
• Operatorul unar prefixat #a este interpretat ca a.operator#()
• Operatorul unar postfixat a# este interpretat ca a.operator#(int)

Complex.h

#include <iostream>
 
class Complex
{
public:
    double re;
    double im;
 
    Complex(double real, double imag): re(real), im(imag) {};
 
    //operatori supraîncărcaţi ca funcţii membre
    Complex operator+(const Complex& d);
    Complex operator-(const Complex& d);
    Complex& operator+=(const Complex& d);
 
    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const Complex& z);
    friend std::istream& operator>> (std::istream& is, Complex& z);
};

Complex.cpp

#include "complex.h"
 
Complex Complex::operator+(const Complex& d){
  return Complex(re+d.re, im+d.im);
}
 
Complex Complex::operator-(const Complex& d){
  return Complex(re-d.re, im-d.im);
}
 
Complex& Complex::operator+=(const Complex& d){
  re+=d.re;
  im+=d.im;
  return *this;
}
 
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& z){
   out << "(" << z.re << "," << z.im << ")"<< std::endl;
   return out;
}
 
std::istream& operator>>(std::istream& is, Complex& z){
  is >> z.re >> z.im;
  return is;
}

Așa cum am amintit mai sus, majoritatea operatorilor pot fi supraîncărcați. O atenție importantă trebuie acordată operatorului de atribuire, dacă nu este supraîncărcat, realizează o copiere membru cu membru.

Pentru obiectele care nu conţin date alocate dinamic la iniţializare, atribuirea prin copiere membru cu membru funcţionează corect, motiv pentru care nu se supraîncarcă operatorul de atribuire.

Operatorul de atribuire poate fi redefinit numai ca funcţie membră, el fiind legat de obiectul din stânga operatorului =, motiv pentru care va întoarce o referinţă la obiect.

String.h

class String{
  char* s;
  int n; // lungimea sirului
 
  public:
	String();			
	String(const char* p);	
	String(const String& r);
	~String();			
	String& operator=(const String& d);
	String& operator=(const char* p);
};

String.cpp

#include "String.h"
#include <string.h>
 
String& String::operator=(const String& d){
  if(this != &d){    //evitare autoatribuire
    if(s)            //curatire
      delete [] s;
    n=d.n;           //copiere
    s=new char[n+1];
    strcpy(s, d.s);
  }
  return *this;      //intoarce referinta la obiectul modificat
}
 
String& String::operator=(const char* p){
  if(s)
      delete [] s;
  n=strlen(p);
  s=new char[n+1];
  strcpy(s, p);
  return *this;
}

Reprezintă un tip de constructor special care se folosește când se dorește/este necesară o copie a unui obiect existent. Dacă nu este declarat, se va genera unul default de către compilator.

Poate avea unul din următoarele prototipuri

• MyClass(const MyClass& obj);
• MyClass(MyClass& obj);

1) Apel explicit

explicit_copy_constructor_call.cpp

MyClass m;
MyClass x = MyClass(m); /* apel explicit al copy-constructor-ului */

2) Transfer prin valoare ca argument într-o funcție

call_by_value.cpp

void f(MyClass obj);
...
MyClass o;
f(o); /* se apelează copy-constructor */

3) Transfer prin valoare ca return al unei funcții

return_by_value.cpp

MyClass f()
{
    MyClass a;
    return a; /* se apelează copy-constructor */
}

4) La inițializarea unei variabile declarate pe aceeași linie

init.cpp

MyClass m;
MyClass x = m; /* se apelează copy-constructor */

Reprezintă un concept de must do pentru C++. Astfel:

Explicație: dacă funcționalitatea vreunuia dintre cei 3 se vrea mai specială decât cea oferită default, atunci mai mult ca sigur se dorește schimbarea funcționalității default și pentru ceilalți 2 rămași.

rule_of_3.cpp

class Complex
{
    private:
        int re;
        int im;
    public:
        Complex(const Complex& c)
        {
            re = c.re;
            im = c.im;
            printf("copy contructor\n");
        }
 
        void operator=(const Complex& c)
        {
            re = c.re;
            im = c.im;
            printf("assignment operator\n");
        }
        ~Complex()
        {
            printf("destructor\n");
        }
};

1. [5p] Implementati clasa Fractie, cu următoarele particularități:
   1. [2p] doi constructori:
      1. primul vid
      2. al doilea va primi ca argumente numitorul și numărătorul
   2. Se vor implementa funcţii membre pentru:
      1. [0.5p] determinarea numitorului și numărătorului
      2. [1p] supraîncărcarea operatoriilor de comparație <, >, == (aveți grijă la egalitatea a două fracții)
      3. [0.5p] supraîncărcarea operatorilor +, -
      4. [bonus 1p] Supraîncărcați operatorii ++ și – unari astfel încât numărul rațional reprezentat să crească/scadă cu o unitate. Căutați să vedeți cum se face diferența între ++ prefixat și postfixat.
2. [5p] Implementaţi clasa template Vector care să permită lucrul cu vectori de obiecte, cu următoarele particularități:
   1. Vor exista doi constructori:
      1. primul, vid, va inițializa numărul de elemente la 0 și pointerul de elemente la NULL
      2. al doilea va primi ca argument numărul de elemente și va aloca memorie pentru pointer
   2. [0.5p] Se va defini și un destructor, care va dezaloca memoria alocată dinamic
   3. Se vor implementa funcţii friend (nemembre) pentru:
      1. [1p] testul de egalitate a doi vector ( supraîncărcarea operatorului == )
      2. [0.5p] supraîncărcarea operatorului « (pentru scriere)
      3. [0.5p] supraîncărcarea operatorului » (pentru citire)
   4. Se vor implementa funcţii membre pentru:
      1. [1p] supraîncărcarea operatorului de atribuire între două obiecte de tip vector
      2. [0.5p] supraîncărcarea operatorului de indexare [] ce va permite accesul la elementele individuale prin indexare Operatorul de indexare este un operator binar, având ca prim termen obiectul care se indexează, iar ca al doilea termen indicele. (obiect[indice] este interpretat ca obiect.operator[](indice).

1. [4p] Implementaţi clasa template Set care să permită lucrul cu mulțimi de obiecte, cu următoarele particularități:
   1. Constructorul va primi dimensiunea maximă de elemente care pot fi ținute în mulțime și va aloca spațiul necesar.
   2. [0.5p] Se va defini și un destructor, care va dezaloca memoria alocată dinamic.
   3. Se vor implementa funcţii membre pentru:
      1. [1p] supraîncărcarea operatorului += pentru adăugarea unui nou element în mulțime (dacă elementul există deja în mulțime atunci nu va mai fi adăugat).
      2. [0.5p] supraîncărcarea operatorului -= pentru eliminarea unui element din mulțime.
   4. Se vor implementa funcţii friend (nemembre) pentru:
      1. [1p] testul de egalitate a două mulțimi ( supraîncărcarea operatorului == ): două mulțimi sunt egale daca conțin aceleași elemente.
      2. [0.5p] supraîncărcarea operatorului « (pentru scriere).
      3. [0.5p] supraîncărcarea operatorului » (pentru citire).