Перегрузка оператора вывода

Настало время снабдить наш класс String возможностью использовать объект cout для вывода своих данных так же, как при выводе данных базовых типов. До сих пор для вывода значения переменной-члена приходилось использовать следующее выражение:

cout < < theString.GetString();

Неплохо было бы иметь возможность написать просто

cout < < theString;

Для этого необходимо перегрузить функцию operator< < (). Более подробно использование потоков iostreams для вывода данных обсуждается на занятии 16. А в листинге 15.9 объявляется перегрузка функции operator< < как друга.

Листинг 15.8. Перегрузка operator< < ()

1: #include < iostream.h>

2: #include < string.h>

3:

4: class String

5: {

6: public:

7: // конструкторы

8: String();

9: String(const char *const);

10: String(const String &);

11: ~String();

12:

13: // перегруженные операторы

14: char & operator[](int offset);

15: char operator[](int offset) const;

16: String operator+(const String&);

17: void operator+=(const String&);

18: String & operator= (const String &);

19: friend ostream& operator< <

20: (ostream& theStream, String& theString);

21: // Общие методы доступа

22: int GetLen()const { return itsLen; }

23: const char * GetString() const { return itsString; }

24:

25: private:

26: String (int); // закрытый конструктор

27: char * itsString;

28: unsigned short itsLen;

29: };

30:

31:

32: // конструктор, заданный no умолчанию, создает строку длиной 0 байт

33: String:: String()

34: {

35: itsString = new char[1];

36: itsString[0] = '\0';

37: itsLen=0;

38: // cout < < " \tDefault string constructor\n";

39: // ConstructorCount++;

40: }

41:

42: // закрытый конструктор, используемый только

43: // методами класса для создания новой строки

44: // указанного размера, заполненной значениями NULL.

45: String:: String(int len)

46: {

47: itsString = new char[k:.H];

48: for (int i = 0; i< =len; i++)

49: itsString[i] = '\0';

50: itsLen=len;

51: // cout < < " \tString(int) constructor\n";

52: // ConstructorCount++;

53: }

54:

55: // Преобразует массив символов в строку

56: String:: String(const char * const cString)

57: {

58: itsLen = strlen(cString);

59: itsString = new char[itsLen+1];

60: for (int i = 0; i< itsLen; i++)

61: itsString[i] = cString[i];

62: itsString[itsLen]='\0';

63: // cout < < " \tString(char*) constructor\n";

64: // ConstructorCount++;

65: }

66:

67: // конструктор-копировщик

68: String:: String (const String & rhs)

69: {

70: itsLen=rhs.GetLen();

71: itsString = new char[itsLen+1];

72: for (int i = 0; i< itsLen; i++)

73: itsString[i] = rhs[i];

74: itsString[itsLen] = '\0';

75: // cout < < " \tString(String&) constructor\n";

76: // ConstructorCount++;

77: }

78:

79: // деструктор освобождает занятую память

80: String:: ~String ()

81: {

82: delete [] itsString;

83: itsLen = 0;

84: // cout < < " \tString destructor\n";

85: }

86:

87: // оператор равенства освобождает память, а затем

88: // копирует строку и размер

89: String& String:: operator=(const String & rhs)

90: {

91: if (this == & rhs)

92: return *this;

93: delete [] itsString;

94: itsLen=rhs.GetLen();

95: itsString = new char[itsLen+1];

96: for (int i = 0; i< itsLen; i++)

97: itsString[i] = rhs[i];

98: itsString[itsLen] = '\0';

99: return *this;

100: // cout < < " \tString operator=\n";

101: }

102:

103: // неконстантный оператор индексирования,

104: // возвращает ссылку на символ, который можно

105: // изменить!

106: char & String:: operator[](int offset)

107: {

108: if (offset > itsLen)

109: return itsString[itsLen-1];

110: else

111: return itsString[offset];

112: }

113:

114: // константный оператор индексирования,

115: // используется для константных объектов (см. конструктор-копировщик!)

116: char String:: operator[](int offset) const

117: {

118: if (offset > itsLen)

119: return itsString[itsLen-1];

120: else

121: return itsString[offset];

122: }

123:

124: // создает новую строку, добавляя текущую

125: // строку к rhs

126: String String:: operator+(const String& rhs)

127: {

12S: int totalLen = itsLen + rhs.GetLen();

129: String temp(totalLen);

130: int i, j;

131: for (i = 0; i< itsLen; i++)

132: temp[i] = itsString[i];

133: for (j = 0; j< rhs.GetLen(); j++, i++)

134: temp[i] = rhs[];

135: temp[totalLen]='\0';

136: return temp;

137: }

138:

139: // изменяет текущую строку, ничего не возвращая

140: void String:: operator+=(const String& rhs)

141: {

142: unsigned short rhsLen = rhs.GetLen();

143: unsigned short totalLen = itsLen + rhsLen;

144: String temp(totalLen);

145: int i, j;

146: for (i = 0; i< itsLen; i++)

147: temp[i] = itsString[i];

148: for (j = 0, i = 0; j< rhs.GetLen(); j++, i++)

149: temp[i] = rhs[i-itsLen];

150: temp[totalLen]='\0';

151: *this = temp;

152: }

153:

154: // int String:: ConstructorCount =

155: ostream& operator< < (ostream& theStream, String& theString)

156: {

157: theStream < < theString.itsString; 158: return theStream;

159: }

160:

161: int main()

162: {

163: String theString(" Hello world.");

164: cout < < theString;

165: return 0;

166: }

Результат:

Hello world.

Анализ: В строке 19 operator< < объявляется как функция-друг, которая принимает ссылки на ostream и String и возвращает ссылку на ostream. Обратите внимание, что она не является функцией-членом класса String. Поскольку эта функция возвращает ссылку на ostream, можно конкатенировать вызовы operator< < следующим образом:

cout < < " myAge: " < < itsAge < < " years. ";

Выполнение этой функции-друга представлено строками 155—159. Основное назначение функции состоит в том, чтобы скрыть детали процедуры передачи строки в iostream. Больше ничего и не требуется. Более подробно о функции ввода и перегрузке operator> > вы узнаете на следующем занятии.

Резюме

Сегодня вы узнали, как делегировать ответственность за выполнение специальных задач вложенным объектам, а также выполнять один класс в пределах другого с помощью вложения или открытого наследования. Основное ограничение вложения — отсутствие у нового класса доступа к защищенным членам вложенного класса и возможности замещения функций-членов вложенного объекта. Вложение гораздо проще в использовании, чем закрытое наследование, поэтому по возможности следует применять этот подход.

Вы также узнали, как объявлять классы и функции-друзьями другого класса. Объявление функции друга позволяет перегрузить оператор ввода таким образом, что появляется возможность использовать объект cout в пользовательском классе точно так же, как в стандартных встроенных классах.

Напомним, что открытое наследования определяет производный класс как уточнение базового класса; вложение подразумевает обладание одним классом объектами другого класса, а закрытое наследование состоит в выполнении одного класса средствами другого класса. Делегирование ответственности реализуется либо вложением, либо закрытым наследованием, хотя первое предпочтительнее.

Вопросы и ответы

Почему так важно разбираться в особенностях отношений между классами при выборе различных подходов установки взаимосвязей между ними?

Язык программирования C++ создавался специально для разработки объектно-ориентированных программ. Характерной особенностью объектно-ориентированного программирования является моделирование в программе реальных отношений между объектами и явлениями окружающего мира, причем при выборе подходов программирования следует учитывать особенности этих отношений, чтобы максимально точно смоделировать реальность.

Почему вложение предпочтительнее закрытого наследования?

Современное программирование — это разрешение противоречий между достижением максимальной точности моделирования событий и предупреждением чрезвычайного усложнения программ. Поэтому чем больше объектов программы будут использоваться как " черные ящики", тем меньше всевозможных параметров нужно отслеживать при отладке или модернизации программы. Методы вложенных классов скрыты от пользователей, что нельзя сказать о закрытом наследовании.

Почему бы не описать все классы, объекты которых используются в других классах, друзьями этих классов?

Объявление одного класса другом какого-либо иного открывает закрытые методы и данные класса, что снижает инкапсуляцию класса. Лучше всего держать как можно больше членов одного класса закрытыми от всех остальных классов.

Если функция перегружается, нужно ли описывать каждый вариант этой функции другом класса?

Да. Если вы перегружаете функцию и хотите представить все варианты этой функции друзьями другого класса, то в описании класса каждый вариант функции должен сопровождаться ключевым словом friend.