Правило 19: Рассматривайте проектирование класса как проектирование типа

Правило 19: Рассматривайте проектирование класса как проектирование типа

В C++, как и в других объектно-ориентированных языках программирования, при определении нового класса определяется новый тип. Потому большую часть времени вы как разработчик C++ будете тратить на совершенствование вашей системы типов. Это значит, что вы – не просто разработчик классов, но еще и разработчик типов. Перегруженные функции и операторы, управление распределением и освобождением памяти, определение инициализации и порядка уничтожения объектов – все это находится в ваших руках. Поэтому вы должны подходить к проектированию классов так, как разработчики языка подходят к проектированию встроенных типов.

Проектирование хороших классов – ответственная работа, и этим все сказано. Хорошие типы имеют естественный синтаксис, интуитивно воспринимаемую семантику и одну или более эффективных реализаций. В C++ плохо спланированное определение класса может сделать невозможным достижение любой из этих целей. Даже характеристики производительности функций-членов класса могут зависеть от того, как они объявлены.

Итак, как же проектировать эффективные классы? Прежде всего вы должны понимать, с чем имеете дело. Проектирование почти любого класса ставит перед разработчиком вопросы, ответы на которые часто ограничивают спектр возможных решений:

• Как должны создаваться и уничтожаться объекты нового типа? От ответа на этот вопрос зависит дизайн конструкторов и деструкторов, а равно функций распределения и освобождения памяти (оператор new, оператор new[], оператор delete и оператор delete[] – см. главу 8), если вы собираетесь их переопределить.

• Чем должна отличаться инициализация объекта от присваивания значений? Ответ на этот вопрос определяет разницу в поведении между конструкторами и операторами присваивания. Важно не путать инициализацию с присваиванием, потому что им соответствуют разные вызовы функций (см. правило 4).

• Что означает для объектов нового типа быть переданными по значению? Помните, что конструктор копирования определяет реализацию передачи по значению для данного типа.

• Каковы ограничения на допустимые значения вашего нового типа? Обычно только некоторые комбинации значений данных-членов класса являются правильными. Эти комбинации определяют инварианты, которые должен поддерживать класс. А инварианты уже диктуют, как следует контролировать ошибки в функциях-членах, в особенности в конструкторах, операторах присваивания и функциях установки значений («setter» functions). Могут быть также затронуты исключения, которые возбуждают ваши функции, и спецификации этих исключений.

• Укладывается ли ваш новый тип в граф наследования? Наследуя свои классы от других, вы должны следовать ограничениям, налагаемым базовыми классами. В частности, нужно учитывать, как объявлены в них функции-члены: виртуальными или нет (см. правила 34 и 36). Если вы хотите, чтобы вашему классу могли наследовать другие, то нужно тщательно продумать, какие функции объявить виртуальными; в особенности это относится к деструктору (см. правило 7).

• Какие варианты преобразования типов допустимы для вашего нового типа? Ваш тип существует в море других типов, поэтому должны ли быть предусмотрены варианты преобразования между вашим типом и другими? Если вы хотите разрешить неявное преобразование объекта типа T1 в объект типа T2, придется либо написать функцию преобразования в классе T1 (то есть operator T2), либо неявный конструктор в классе T2, который может быть вызван с единственным аргументом. Если же вы хотите разрешить только явные преобразования, то нужно будет написать специальные функции, но ни в коем случае не делать их операторами преобразования или не-explicit конструкторами с одним аргументом. (Примеры явных и неявных функций преобразования приведены в правиле 15.)

• Какие операторы и функции имеют смысл для нового типа? Ответ на этот вопрос определяет набор функций, которые вы объявляете в вашем классе. Некоторые из них будут функциями-членами, другие – нет (см. правила 23, 24 и 46).

• Какие стандартные функции должны стать недоступными? Их надо будет объявить закрытыми (см. правило 6).

• Кто должен получить доступ к членам вашего нового типа? Ответ на этот вопрос помогает определить, какие члены должны быть открытыми (public), какие – защищенными (protected) и какие – закрытыми (private). Также вам предстоит решить, какие классы и/или функции должны быть друзьями класса, а также когда имеет смысл вложить один класс внутрь другого.

• Что такое «необъявленный интерфейс» вашего нового типа? Какого рода гарантии могут быть предоставлены относительно производительности, безопасности относительно исключений (см. правило 29) и использования ресурсов (например, блокировок и динамической памяти)? Такого рода гарантии определяют ограничения на реализацию вашего класса.

• Насколько общий ваш новый тип? Возможно, в действительности вы не определяете новый тип. Возможно, вы определяете целое семейство типов. Если так, то вам нужно определять не новый класс, а новый шаблон класса.

• Действительно ли новый тип представляет собой то, что вам нужно? Если вы определяете новый производный класс только для того, чтобы расширить функциональность существующего класса, то, возможно, этой цели лучше достичь простым определением одной или более функций-нечленов либо шаблонов.

На эти вопросы нелегко ответить, поэтому определение эффективных классов – непростая задача. Но при ее должном выполнении определенные пользователями классы C++ дают типы, которые ничем не уступают встроенным и уже оправдывают все ваши усилия.

Что следует помнить

• Проектирование класса – это проектирование типа. Прежде чем определять новый тип, убедитесь, что рассмотрены все вопросы, которые обсуждаются в настоящем правиле.