Lab 4-2: New/delete, function overloading, and reference test

    void add(int, int);

    void add(int);

    void add(float, float);

    int x, y;

    float r, s;

    add(x);

    add(x, y);

    add(10, y);

    add(r, s);

    add(r, 10);

在這個練習的第一部份裡我們繼續實習 3.1裡 CComplex 類別的設計, 替它加上幾個 overloaded functions

請下載你上一次實習時的程式檔案, 產生一個新的 project, 把 complex.h 和 complex.cpp 拷貝進來, 並且加入 project 中

我們先寫一小段應用程式, 請使用 new 配置一個有 10 個元素的 CComplex 物件陣列, 寫一個迴圈將其中資料設為 (1+i), (2+2i), (3+3i), ..., (10+10i), 再寫一個迴圈將它們都加起來, 將加總結果用 print() 成員函式列印出來, 最後用 delete[] 刪除所配置的記憶體

    CComplex x;

    .... // 計算或是設定 x 的內容

    CComplex y;

    y.setValue(x); // 由 x 中拷貝資料到 y 中

    assert(x.equal(y, 1e-20));

請注意在這裡我們已經開始使用方便的參考變數來取代指標變數了

請將函式型態改為

    void CComplex::printFile(ostream &out);

請將函式型態改為

    void CComplex::print(ostream &out);

注意: 不管是 printFile 或是 print 我的參數型態用的是 ostream, 雖然希望接收的參數希望是類似下面定義的 outfile 檔案串流物件, 型態是 ofstream:

    ofstream outfile("outputfile.txt");
    CComplex x;
    ...
    x.print(outfile);

但是有的時候也希望可以直接列印到螢幕去, 到字串裡, 甚至到網路遠端的裝置去, 例如

    x.print(cout)

    ostream &ostream::operator<<(int);

    int x;

    cout << x;

    // 對 C++ 編譯器來說相當於是 cout.operator<<(x); 的函式呼叫, 你可以用 debugger 
來確定

    CComplex x, y;

    x.setValue(3, 4); y.setValue(5, 6);

    cout << '(' << x << ") * (" << y << ')';     

    // 在螢幕上列印出 (3 + 4 i) * (5 + 6 i)

    ostream &operator<<(ostream &os, CComplex &rhs)
    {

        ...

        return os;

    }

新增上述程式之後, 你可以編譯一下, 然後立刻就發現了一個大問題, 編譯器不允許你在 operator<<() 函式中直接存取 CComplex 類別內的私有資料成員, 這是封裝的特性: 所有的資料成員只有這個類別的成員函式才能夠直接存取, 要克服這個困難, 一般編譯器允許你用四種方法:

1. 把 CComplex::m_real 和 CComplex::m_imaginary 兩個資料成員改成 public 的。
   當然不建議用這種方法, 這樣子做不就沒有封裝了嗎? 物件內部的資料變成可以被任意程式修改...
2. 替 CComplex 類別增加兩個 accessor 函式, CComplex::getReal() 和 CComplex::getImaginary() 函式裡就直接回傳 m_real 和 m_imaginary 的數值
   使用這個方法以後, 基本上別的模組只能夠看到 m_real 和 m_imaginary 的資料,但是不能直接修改, 甚至你也還保留了一些修改實作方法的彈性, 如果有一天你希望 m_real 不是單純一個 double 型態變數, 而是由一個函式由極座標運算出來, 你還是可以自由的修改而不會影響到客戶端程式; 如果有其他選擇的話, 還是不太建議這種用法, 因為我們說出現 accessor 和 mutator 通常代表界面設計並不完整
3. 將 ostream & ::operator<<(ostream &os, CComplex &rhs) 設為 CComplex 類別的夥伴函式。也就是在 CComplex 的類別宣告中加上下面這一列
   friend ostream &operator<<(ostream &os, CComplex &rhs);
   表示 CComplex 類別特別允許這個函式存取他的內容, 如此就可以完成上面的功能了 (friend 的語法只在 C++ 中有, Java 中就沒有, friend 語法從某種角度來看是破壞封裝的, 如果有其它選擇, 不建議用此種方法)
4. 呼叫上一個步驟所作的 CComplex::print(ostream &) 函式來完成這個功能, 並且在 main() 函式中測試一下, 注意這個函式應該要放在 Complex.cpp 中, 函式的原型應該要放在 Complex.h 中

完成上面的函式之後, 你也可以將一個複數類別的物件以格式化的方式寫到檔案裡面,例如:

    CComplex x;

    x.setValue(3, 4);

    ofstream file("outputfile.txt");

    file << x; // 在檔案裡寫入 3 + 4 i

請注意上面的應用完全不需要另外增加別的設計, 這是 C++ 中繼承性質所帶來的好處, 請注意我們前面把 CComplex::print() 改為 CComplex::print(ostream &) 也是為了讓 print 能夠支援任意型態的資料串流, 我們在課程後面一點會詳細地說明。

請注意:

    cout << "Hello"; 和

    cout.operator<<("Hello");

所呼叫的函式是不一樣的, 所以它們的表現是不一樣的, 你可以用 debugger 來驗證這件事, 事實上 cout << "Hello"; 是呼叫 operator<<(cout, "Hello") 函式來完成的。

當然你也可以嘗試擴充 iostream 中的 extraction operator 函式

istream &operator>>(istream &is, CComplex &rhs) { ... return is; }

    int x, y;

    cout << x;

    cout << x << y;

    cout.operator<<(x);

    cout.operator<<(x).operator<<(y);

    (cout.operator<<(x)).operator<<(y);

在上面的敘述裡 cout.operator<<(x) 是呼叫一個名稱是 operator<< 的成員函式, 把 x 用參考的型態傳進函式裡, 函式會傳回一個 ostream& 型態的參考, 如上一步驟所示, 事實上是傳回 cout 物件的參考, 所以可以繼續作下一次的呼叫 (...).operator<<(y);

在上一個步驟裡我們定義了 ostream& operator<<(ostream&, CComplex &) 的全域函式, 所以可以用下面的敘述:

    CComplex x, y;

    x.setValue(3, 4); y.setValue(5, 6);

    cout << '(' << x << ")*(" << y << ')';

提示: 基本型態應該用 cout.operator<<(...) 而我們自己定義的複數類別和基本型態稍微有一點不同, 應該用 operator<<(cout, ...) 而不是 cout.operator<<(...) 為什麼?

    ostream *operator<<(ostream *os, CComplex src)
    {

        ... // 請列印 [[a + b i]] 以便和另外一個函式有所區別

        return os;

    }

    CComplex x;

    cout << x;

    CComplex x;

    cout << x << endl;

    cout << x << y << endl;

    ((cout.operator<<(x)).operator<<(y)).operator<<(endl);