Note
Struttura
Costruzione di Interfacce
Lezione 13
Dal Java al C++
cignoni@iei.pi.cnr.it
http://vcg.iei.pi.cnr.it/~cignoni
Memory Management
Due grandi categorie di storage:
Local, memoria valida solo all’interno di un certo scope (e.g. dentro il corpo di una funzione), lo stack;
Global, memoria valida per tutta l’esecuzione del programma, lo heap.
Local Storage
{
    int myInteger; // memory for an integer allocated
    // ... myInteger is used here ...

    Bar bar; // memory for instance of class Bar allocated
    // ... bar is used here ...
}
‘{’ e ‘}’ sono i delimitatori di un blocco in c++, Non è detto che corrisponda ad una funzione…
Non possiamo usare bar, o myInteger fuori dallo scope del blocco!
Global Storage
Per allocare memoria nel global storage (e.g. per avere puntatori ad oggetti la cui validità persista sempre) si usa l’operatore new.
"[Bar.H]"
[Bar.H]
class Bar {
public:
    Bar();
    Bar(int a);
    void myFunction(); // this method would be defined  
                       // elsewhere (e.g. in Bar.C)
protected:
    int m_a;
};
Bar::Bar(){  m_a = 0;}
Bar::Bar(int a){ m_a = a;}

[main.C]
#include "Bar.H"
int main(int argc, char *argv[])
{ // declare a pointer to Bar; no memory for a Bar instance is
  // allocated now p currently points to garbage
    Bar * p;
    {   // create a new instance of the class Bar (*p)
        // store pointer to this instance in p
        p = new Bar();
        if (p == 0) {
            // memory allocation failed
            return 1;
        }
    }
    // since Bar is in global storage, we can still call methods on it
    // this method call will be successful
    p->myFunction();
}
Delete esplicite
In java si alloca con new e la memoria viene liberata automaticamente dal garbage collector
In c++ NO. Ci deve pensare l’utente a disallocare esplicitamente quel che ha esplicitanmente allocato con una new
delete p; // memory pointed to by p is deallocated
Solo oggetti creati con new possono essere deallocati con delete.
Memory Management
[Foo.H]
#include "Bar.H"

class Foo {
private:
    Bar* m_barPtr;
public:
    Foo() {}
    ~Foo() {}
    void funcA() {
        m_barPtr = new Bar;
    }

    void funcB() {
        // use object *m_barPtr
    }

    void funcC() {
        // ...
        delete m_barPtr;
    }
};
Memory Management
{
    Foo myFoo; // create local instance of Foo
    myFoo.funcA(); // memory for *m_barPtr is allocated

    // ...
    myFoo.funcB();
    // ...
    myFoo.funcB();
    // ...

    myFoo.funcC(); // memory for *m_barPtr is deallocated
}
Memory Management
{
    Foo myFoo;
    //...
    myFoo.funcB(); // oops, bus error in funcB()

    myFoo.funcA(); // memory for *m_barPtr is allocated

    myFoo.funcA(); // memory leak, you lose track of the memory previously
                   // pointed to by m_barPtr when new instance stored
    //...
    myFoo.funcB();

}   // memory leak! memory pointed to by m_barPtr in myFoo
    // is never deallocated
Costruttori e Distruttori
La soluzione corretta è quella di delegare il compito di allocare e disallocare ai costruttori e distruttori degli oggetti
"[Foo.H]"
[Foo.H]
#include "Bar.H"

class Foo {
private:
    Bar* m_barPtr;
public:
    Foo();
    ~Foo();
    void funcA() {  ...   }

    void funcB() {
       // use object *m_barPtr
    }
    void funcC() {  ...    }
};

Foo::Foo(){   m_barPtr = new Bar; }
Foo::~Foo(){  delete m_barPtr; }
Istanze, puntatori e riferimenti
Piccolo riepilogo
L’allocazione, disallocazione della memoria delle istanze degli oggetti è gestita automaticamente. Quando una variabile esce dal proprio scope la sua mem è disallocata (anche se c’era un puntatore che la riferiva)
I puntatori ottenuti tramite new sono relativi a porzioni di memoria di l’utente ha la responsabilità
I riferimenti sono semplicemente nomi differenti  con cui si riferisce altre variabili/oggetti, quindi non si può/deve gestirne direttamente la memoria (ma si deve gestire la mem della variabile cui si riferiscono).
Parametri
In java il passaggio di parametri è sempre per riferimento, cioè si può cambiare un oggetto usandolo come argomento di una funzione
In c++ i parametri possono essere passati per riferimento o per valore (default)
void IncrementByTwo(int foo) { foo += 2; } // foo non cambia
void IncrementByTwo(int &foo) { foo += 2; } // foo cambia
Alternativamente, si può ottenere lo stesso effetto passando (per valore) un puntatore
void IncrementByTwo(int* fooPtr) { *fooPtr += 2; }
Valori di ritorno
I valori di ritorno di funzione possono essere, al solito, istanze puntatori o riferimenti
Errore frequente, restituire riferimenti o puntatori a istanze locali alla funzione
Tali istanze sono distrutte al ritorno dalla funzione, quindi si ha puntatori o riferimenti a cose non più allocate
Errore return 1
[FooFactory.C]
#include "FooFactory.H"
#include "Foo.H"

Foo* FooFactory::createBadFoo(int a, int b) {

    Foo LocInst (a,b); // creates an local instance of class Foo
    return & LocInst;  // returns a pointer to this instance

} // ERROR! LocInst leaves scope
  // and it is destroyed!
Errore ritorno 2
Foo& FooFactory::createBadFoo(int a, int b) {

    Foo aLocalFooInstance(a,b); // creates an local instance
                                // of the class Foo
    return aLocalFooInstance;   // returns a reference to this
                                // instance

} // EEK! aLocalFooInstance leaves scope and is destroyed!
Soluzione corretta
Foo* FooFactory::createFoo(int a, int b) {
    return new Foo(a,b);  // returns a pointer to an instance of Foo
}

Foo FooFactory::createFoo(int a, int b) {
    return Foo(a,b);  // returns an instance of Foo
}
morale:
MAI ritornare puntatori a oggetti che non sono stati generati con new, a meno che non si sia estremamente sicuri che le variabili cui si riferiscano non escano dallo scope
Per chi viene dal C…
Differenze tra new e malloc
Malloc non conosce per che cosa serve la memoria e quindi è l’utente a dover fare I conti di quanta ne serve
Malloc non inizializza (calloc inizializza solo a valori costanti),new chiama il costruttore per ogni oggetto allocato
Similarmente delete chiama il distruttore per ogni oggetto disallocato
MAI mescolare new e malloc…
New e delete di array
Obj *op = new Obj[20]; // allocates 20 Obj
Per ogni oggetto allocato viene chiamato il costruttore
Notare che la delete deve essere fatta con la delete per array
delete [] op;
Esempio
class Person
    {
        public:
            Person()
            {}
            Person(char const *n, char const *a,
                   char const *p);
            ~Person();

            char const *getName() const;
            char const *getAddress() const;
            char const *getPhone() const;

        private:
            // data fields
            char *name;
            char *address;
            char *phone;
    };
Class Person
Scopo del costruttore è inizializzare i campi dell’oggetto
#include "person.h"
    #include <string.h>
   
    Person::Person(char const *n, char const *a, char const *p)
    {
        name    = strdupnew(n);
        address = strdupnew(a);
        phone   = strdupnew(p);
    }
Strdup con new
Dove
char *strdupnew(char const *str)
    {
        return str ? strcpy(new char [strlen(str) + 1], str) : 0;
    }
questo per essere sicuri di non mescolare malloc e new… (strdup usa malloc!)
"#include "person.h"
   #include "person.h"
    #include <string.h>
   
    Person::~Person()
    {
        delete name;
        delete address;
        delete phone;
    }
Tipico uso
   #include "person.h"
   #include <iostream>

    void showPerson()
    {
        Person
            karel("Karel", “sdfdfdee", "038 420 1971"),
            *frank = new Person("Frank", "Oostu", "050 403 2223");

        cout << karel.getName()     << ", " <<
                karel.getAddress()  << ", " <<
                karel.getPhone()    << endl <<
                frank->getName()    << ", " <<
                frank->getAddress() << ", " <<
                frank->getPhone()   << endl;

        delete frank;
    }
Esempio2
   Person::~Person(){cout <<"Person destructor called"<< endl;}
   
   int main()
    {
        Person *a  = new Person[2];
        cout << "Destruction with []'s" << endl;
        delete [] a;
        a = new Person[2];
        cout << "Destruction without []'s" << endl;
        delete a;
        return 0;
    }
    Generated output:
Destruction with []'s
Person destructor called
Person destructor called
Destruction without []'s
Person destructor called
*/
"Il precedente esempio generava memory..."
Il precedente esempio generava memory leaks, solo il distruttore del primo elemento viene chiamato se si usa la sintassi sbagliata della delete
Esempio3
   
    Person::~Person(){cout <<"Person destructor called"<< endl;}
   
    int main()
    {
        Person   **a;
   
        a = new Person* [2];
                
        a[0] = new Person [2];
        a[1] = new Person [2];
                            
        delete [] a;
   
        return 0;
    }
No Output!!
"Nessun output perché ‘a’..."
Nessun output perché ‘a’ è un array di puntatori. La disallocazione di un puntatore (e quindi di NON di un oggetto) non comporta alcuna azione.
Ogni elemento dell’array andrebbe disallocato singolarmente.
Operatore assegnamento
L’operatore di assegnamento di default in C++ fa la copia byte a byte dei campi delle due strutture.
Se si usa puntatori questo è assai pericoloso
Operatore Assegnamento
void printperson(Person const &p)
    {
        Person
            tmp;

        tmp = p;
        cout << "Name:    "<< tmp.getName()   << endl <<
                "Address: "<< tmp.getAddress()<< endl <<
                "Phone:   "<< tmp.getPhone()  << endl;
    }
Operatore Assegnamento
Alla fine p contiene puntatori a memoria disallocata!
Operatore Assegnamento
Il problema è dovuto al fatto che l’operatore assegnamento ha fatto la copy bytewise dei puntatori ignorando il loro significato
Approccio
giusto:
Overloading Operatore =
In c++ si può fare overload dei vari operatori
Sintassi
Basta definire una funzione chiamata operator=(…)
Si può fare per I vari operatori
operator+()
Ecc.
Operator =
    Person &Person::operator=(Person const &other)
    {
        if (this != &other)
        {
            delete address;
            delete name;
            delete phone;

            address = strdupnew(other.address);
            name = strdupnew(other.name);
            phone = strdupnew(other.phone);
        }
        // return current object. The compiler will
        // make sure that a reference is returned
        return *this;
    }
Note operator=
a=b è equivalente a a.operator=(b);
if(this!=other) serve per evitare l’autoassegnamento (altrimenti facendo p=p si distruggerebbe le stringhe prima di poterle copiare)
Il valore di ritorno serve per l’assegnamento multiplo a=b=c; (in C++ anche l’assegnamento è un expr.)
Costruttore di copia
Costruttori che hanno in ingresso un riferimento ad un oggetto della stessa classe
Serve per inizializzare una variabile con un’altra
class Person
    {
        public:
            Person(Person const &other);
    };
Costruttori di copia e assegnamento
Entrambi devono duplicare un oggetto
Il costruttore di copia non deve disallocare memoria (l’oggetto è stato appena creato)
Il costruttore di copia non deve fare controlli di autoassegnamento (non si può inizializzare una var con se stessa)
Costruttori di copia e parametri
   void nameOf(Person p)   // no pointer, no reference
    {                   // but the Person itself
        cout << p.getName() << endl;
    }
il costruttore di copia è chiamato quando si passa un oggetto per valore
Costruttore di copia e return value
    Person getPerson()
 {
  string
      name,
      address,
      phone;

  cin >> name >> address >> phone;

  Person
      p(name.c_str(), address.c_str(),phone.c_str());

  return p;           // returns a copy of `p'.
 }
il costruttore di copia è chiamato quando una funzione restituisce un’istanza di un oggetto.
Const e parametri
Quando modifica una dichiarazione di dati, const specifica che l’oggetto o la variabile non è modificabile
Quando segue la lista dei parametri di una funzione membro, const specifica che la funzione non modifica l’oggetto per cui è invocata.
const int i = 5;
i = 10; // Error
i++;    // Error
Const e puntatori
char *const aptr = mybuf;  // Constant pointer
// non posso cambiare il valore (indirizzo)
// del puntatore
*aptr = 'a';       // Legal
aptr = yourbuf;    // Error
un puntatore ad una variabile const può essere assegnato solo ad un puntatore che è dichiarato const
const char *bptr = mybuf;// Pointer to constant data
// non posso cambiare il contenuto della locazione
// puntata.
*bptr = 'a';       // Error
bptr = yourbuf;    // Legal
può essere usato per impedire ad una funzione di cambiare un parametro passato per puntatore
Trucco leggere da destra a sinistra
Const e riferimenti
Un uso importante dei riferimenti costanti è il loro uso nel passaggio di parametri
void printperson (Person const &p)
Si evita di invocare il costruttore di copia, pur rimanendo sicuri che non modifica l’oggetto
Morale
Se la nostra classe contiene puntatori conviene sempre scrivere accuratamente
Costruttore
Costruttore di copia
Operatore di assegnamento
Distruttore
Template
I Template sono un meccanismo che permette di definire funzioni e classi basate su argomenti e oggetti dal tipo non specificato
template class <T> swap(T &a, T &b);
template class <T> class List {...};
Queste funzioni e oggetti generici diventano codice completo una volta che le loro definizioni sono usate con oggetti reali
Esempio di template di funzione
Scambio tra due oggetti generici:
template <class T> void swap(T &a, T &b){
T tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
int main(){
int a = 3, b = 16;
double d = 3.14, e = 2.17;
swap(a, b);
swap(d, e);
// swap (d, a); errore in compilazione!
return (0);
}
Template Osservazioni
Notare che la definizione di una funzione template è simile ad una macro, nel senso che la funzione template non è ancora codice, ma lo diventerà una volta che essa viene usata
Il fatto che il compilatore generi codice concreto solo una volta che una funzione è usata ha come conseguenza che una template function non può essere mai raccolta in una libreria a run time
Un template dovrebbe essere considerato come una sorta di dichiarazione e fornito in un file da includere.