Przeciążanie przecinka

Przecinek to taki niepozorny znak, którego grubo ponad 90% zastosowań ogranicza się zapewne do oddzielania parametrów funkcji (czy to w deklaracji, czy to w wywołaniu). Niektóre języki używają też go do separowania indeksów wielowymiarowych tablic, ale do nich C++ akurat nie należy.
Zamiast tego przecinek jest tam operatorem, o czym rzadko się pamięta. Być może dlatego, że ma on najniższy priorytet spośród wszystkich operatorów. Wydaje się też, że domyślne jego działanie (obliczenie wszystkich argumentów, a następnie zwrócenie ostatniego) nie jest specjalnie przydatne – jeśli w ogóle.

Można je jednak zmienić. Tak, tak – operator przecinka można przeciążać, jakkolwiek zaskakujące i przekombinowane by się to wydawało. W rzeczywistości jest on bowiem zwyczajnym operatorem binarnym o łączności lewostronnej i wspomnianym najniższym priorytecie. A przeciążyć można go, pisząc funkcję operator,() – dokładnie tak samo, jak każdego innego dwuargumentowego operatora.
Do czego może to służyć? Otóż względnie typową sztuczką jest użycie przedefiniowanego przecinka do konstrukcji obiektów złożonych z wielu elementów, np. wektorów lub macierzy. Oto przykład przeciążenia dla standardowej klasy vector:

Pozwala to na inicjalizację wektora w taki oto nietypowy sposób:

Pierwszy element tego ciągu (pusty wektor) jest konieczny, gdyż w przeciwnym razie użyty zostałby standardowy operator przecinka.

Na pierwszy rzut może to wyglądać efektownie. Pamiętajmy jednak, że przecinek ten pozostaje wciąż przecinkiem, zachowując chociażby swoją główną cechę szczególną, czyli priorytet. W szczególności próba dodania do wektora kolejnych elementów w ten sposób:

zakończy się niezupełnie po naszej myśli…
Mimo to być może warto spróbować wymyślić dla tego operatora jakieś własne, w miarę sensowne zastosowanie. Możliwe, że okaże się on wcale nie tak nieużyteczny, na jakiego zdaje się wyglądać :]

Cztery rodzaje operatora new

Do alokowania pamięci (albo raczej: tworzenia obiektów na stercie) służy w C++ operator o wiele mówiącej nazwie new. Chociaż jest on powszechnie znany i nieustannie używany przez każdego programistę C++, pewni nie wszyscy wiedzą, że występuje on nie w jednej, ale aż w czterech odmianach, z których każda różni się sposobem wywołania!
Oto krótki przegląd:

• “Zwykły” operator new (co obejmuje też formę tablicową new[]) jest oczywiście najbardziej znany i najczęściej stosowany. Warto pamiętać, że zazwyczaj robi on dwie rzeczy: oprócz alokacji pamięci wywołuje też konstruktor dla tworzonego obiektu (lub obiektów w tablicy), któremu możemy też podać parametry.
• Przeciążony operator new zmienia natomiast swoje zachowanie tylko w zakresie tej pierwszej czynności, czyli samej alokacji. Ciekawostką jest to, że możemy wyposażyć go (tj. sam operator new) w dodatkowe parametry – czyli przeciążyć go w pełnym znaczeniu tego słowa! Typowym przykładem, jaki się tutaj zwykle przytacza, jest następująca funkcja:
  1. void* operator new (size_t bytes, char fill)
  2. {
  3.     // alokacja z wypełnieniem podanym wzorcem
  4.     char* p = ::new char[bytes];
  5.     for (size_t i = 0; i < bytes; ++i) p&#91;i] = fill;
  6.     return p;
  7. }&#91;/cpp]
  8. która tworzy przeciążoną wersję operatora <code>new</code>, wypełniającą świeżo zaalokowaną pamięć podanym wzorcem:
  9. [cpp]char* ptr = new('X') char[10];  // alokuje tablicę charów wypełnioną X-ami

  Naturalnie możliwe są bardziej przydatne zastosowania. Jeśli mamy na przykład kilka rozłącznych ze sobą stert, to możemy tak napisać operator new, by poprzez dodatkowy argument pozwalał decydować o tym, którą z nich chcemy w danym przypadku wybrać.

• new nierzucający wyjątków. Domyślnie alokacja za pomocą new rzuca wyjątek std::badalloc, jeżeli operacja się nie powiodła (zwykle z powodu braku pamięci). To zachowanie – wymagające do poprawnej obsługi bloku try-catch może nam się nie podobać, ale na szczęście można je zmienić. Wystarczy użyć wersji new z dodatkowym parametrem std::nothrow:
  1. int* pEnormousArray = new(std::nothrow) int[0xffffffff]; // "tylko" 4GB :)

  Wymaga to jeszcze dołączenia standardowego pliku nagłówkowego o wielce trafnej nazwie new.

• Ostatni rodzaj zwie się placement new, co nie ma żadnego specjalnie dobrego tłumaczenia na język polski. Użycie tego operatora wymaga podania wskaźnika na już zaalokowany kawałek pamięci. Działanie operatora new ogranicza się wtedy do skonstruowania obiektu w tym właśnie miejscu, na które pokazuje przekazany wskaźnik. Tak więc w tym przypadku new tak naprawdę niczego nie alokuje; jest to po prostu najzupełniej legalny sposób na wywołanie konstruktora bez robienia czegokolwiek innego. Jakkolwiek może to się wydawać przydatne, zdecydowanie odradzam korzystania z tego mechanizmu w sposób nieprzemyślany, bo można przy tym popełnić “ciekawe” błędy.

Mamy więc aż cztery różne warianty new, ale raczej nie powinno to rodzić dylematów w rodzaju “Który z nich wybrać?”. W praktyce i tak nieczęsto zachodzi potrzeba skorzystania z któregokolwiek poza pierwszym. Co nie znaczy rzecz jasna, że nie warto znać pozostałych – podobnie jak całej masy innych kruczków języka C++ :]

Jak nie należy używać operatorów

W wielu API funkcje mają bardzo prosty sposób powiadamiania o tym, czy ich wykonanie zakończyło się sukcesem czy porażką. Albo więc wykorzystują typ bool bezpośrednio, albo wpasowują się w konwencję, iż niezerowa wartość liczbowa jest tożsama z prawdą, a zero z fałszem. To sprawia, że możliwe jest pisanie warunków podobnych do poniższego:

Ładne to i opisowe – wręcz samodokumentujące się. Ale czasami tak się zrobić nie da, bo wartości zwracane nie chcą współpracować z tym modelem.

Przykład? To większość biblioteki runtime języka C oraz API systemów uniksowych. O ile tylko rezultatem funkcji należącej do któregoś z tych dwóch zbiorów nie jest wskaźnik, konwencja informowania o powodzeniu lub niepowodzeniu jest zwykle dość osobliwa. Według niej zero oznacza sukces, natomiast porażka wykonania jest sygnalizowana przez wartość mniejszą od zera – zazwyczaj -1. Oczywiście nijak nie pasuje to sposobu interpretowania liczb jako wartości logicznych. Sprawia to, że sprawdzanie rezultatu takich funkcji może wyglądać cokolwiek enigmatycznie:

Powód, dla którego to działa, jest dość prosty. W standardowym sposobie zapisu liczb całkowitych, stosowanym na zdecydowanej większości typowych i nietypowych maszyn (zwanym uzupełnieniem do 2 – U2), wartość -1 to w zapisie binarnym same jedynki. Negując je bitowo, otrzymujemy same zera – czyli zero, a więc logiczny fałsz. A odwrotnością fałszu jest oczywiście prawda i wszystko działa poprawnie. Wygląda więc tak, jakby skromna tylda zdołała “naprawić” funkcję, by zachowywała się zgodnie z oczekiwaniami…

Tylko czy aby na pewno nowy zapis jest bardziej sugestywny? Mam nadzieję, że każdy potrafi poprawnie odpowiedzieć na to pytanie we własnym zakresie :) Na koniec jednak muszę – dla spokoju sumienia – ostrzec wszystkich: zdecydowanie nie róbcie tego w domu :D

Własny operator rzutowania

W C++ nadal można używać “tradycyjnego” rzutowania w postaci (typ)wyrażenie, bo cały czas zachowywana jest przynajmniej częściowa kompatybilność wstecz ze starym C. Jak wiadomo jednak, zaleca się raczej stosowanie nowych (tzn. wprowadzonych w C++; faktycznie są już one raczej stare) operatorów rzutowania, czyli static_cast, dynamic_cast, reinterpet_cast i const_cast. Jest tak między innymi dlatego, iż pozwalają one rozróżnić rzutowania bezpieczne – które można sprawdzić w czasie kompilacji i które zawsze “mają sens” – od pozostałych.
Składnia takiego rzutowania to oczywiście something_cast<typ>(wyrażenie). Jeśli przyjrzymy się jej bliżej, to zauważymy interesującą rzecz. Otóż jest to bardzo podobne do pewnej formy wywołania szablonu funkcji. Ten fakt plus pewne zasady dotyczące dedukcji argumentów takich szablonów sprawiają, że zasadniczo możemy w C++ tworzyć… własne operatory rzutowania.

Prawdopodobnie najbardziej znanym jest implicit_cast, czyli operator rzutowania niejawnego. Możemy go zdefiniować następująco:

i wywoływać w bardzo porządny sposób:

Ze strony swojego dzialania operator ten nie jest specjalnie ciekawy, bo to przykład językowego purytanizmu czystej wody. implicit_cast wykonuje bowiem te konwersje, które kompilator i tak by przeprowadził niejawnie; widać to zresztą po kodzie odpowiadającej mu funkcji.
No właśnie – warto zauważyć, że jest w gruncie rzeczy zwykła funkcja szablonowa. Działa ona jak operator rzutowania, gdyż drugi z argumentów tego szablonu – typ źródłowy – może zostać wydedukowany z argumentu funkcji (czyli wyrażenia, które rzutujemy). Musimy jedynie podać pierwszy z nich, czyli typ docelowy – ale tego można się było spodziewać. Trzeba zaznaczyć, że kolejność obu parametrów szablonu musi być właśnie taka, ponieważ ich przestawienie spowodowałoby, że automatyczna dedukcja nie mogła by zostać przeprowadzona. Zachodzi ona bowiem począwszy od końcowych parametrów.

Prawdopodobnie taki własny operator rzutowania to przede wszystkim efektowna sztuczka. Nic więc dziwnego, że kilka przykładów (np. lexical_cast) jest częścią biblioteki Boost, która niemal w całości jest zbiorem takich językowych gadżetów :) Sam aczkolwiek wymyśliłem dosyć dawno temu operator “rzutowania bezwzględnego”, który wygląda mniej więcej tak:

Służy on do dosłownego rzutowania dowolnego typu na dowolny inny w sensie zmiany interpretacji bajtów. Zdaje się on działać dla większości typów w C++ (głównym wyjątkiem są typy referencyjne, co nie jest specjalną niespodzianką) i bywa całkiem przydatny.

Naturalnie można wymyślić jeszcze sporo innych niestandardowych operatorów rzutowania, jak choćby konwersje między napisami w różnych kodowaniach (ANSI, Unicode) czy do/z jakichś własnych typów, opakowujących klasy zewnętrzne. W każdym razie widać znowu (i pewnie nie ostatni raz), że C++ pozwala nam na bardzo dużo, skoro nawet te nieco rozwlekłe *_casty można jakoś oswoić do własnych potrzeb :]