第11章 定义抽象数据类型

定义抽象类型的目标：让自定义类型如何内置类型一样易用，其使用符合一般习惯。

 

确定类接口：当我们准备要编写一个抽象的时候（这里指的是使用类概念），我们首先要确定这个抽象的接口。我们的抽象类型是提供给客户（可能是自己）使用的，那么其接口应该从客户的使用上来考虑。例如，我们准备写一个窗口抽象，那么我们很容易就能够想到，客户可能对这个窗口进行移动、改变大小、显示、隐藏、关闭等等，这些动词就应该列入我们的接口候选列表。

 

构造、析构、复制和赋值：我们要实例化一个类，就需要对这个类对象进行构造。C++提供了构造函数语义来让我们可以对类对象的构造进行控制。一个类结束其生命周期的时候，我们可能要进行一些处理（比如释放资源等），C++也为我们提供了析构函数语义，让我们在对象生命结束时做一些事情。同样的，对象的复制和赋值等操作也能够在我们的掌握当中，这也得归功于C++提供了复制构造函数语义和重载操作符语义。

 

默认行为：如果我们不自行编写构造、析构、复制和赋值函数，编译器会为我们生成默认的一些函数，进行一些默认的处理。当然，我们必须得了解C++默认的构造、析构、复制和赋值函数都是如何工作的，以便在其不能满足我们要求的时候我们自行实现。

 

惯用法：这里提出一个C++惯用法，是关于析构、复制和赋值的。经验得出，析构、复制和赋值这三个行为关系非常密切，所以当C++程序员自行实现了其中某一个的时候，另外两个通常都应该一起实现。

 

复制和赋值：复制（拷贝构造）和赋值是完全不同的两个概念，但往往很多人容易将二者混淆。复制在这里指的是一种构造语义，是通过另一个已经存在的老对象来构造一个新的对象，新的对象是老对象的一个副本（内部数据值相同）。而赋值不是构造语义，顾名思义，赋值即赋予值的意思，也即使说是给对象赋予新的值，它的前提就是被赋值的对象已经存在。

 

 

本章教材以实现一个简化的Vec为例，阐述了如何去定义抽象数据类型。学习这一章，大家应该学会在定义抽象数据类型的时候，不要以实现为导向去设计类，而应该以用户使用为导向结合类本身应该具备的语义去设计。之所以提出这一点，也是我们通过课堂上大家的反馈，发现大家都习惯于在设计时就过多的考虑实现，导致设计出来的抽象不易用，不符合语义等等。

 

教材中代码：

// Vec.h #ifndef VEC_H #define VEC_H #include <memory> template<typename T> class Vec{ public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; typedef size_t size_type; typedef T value_type; private: iterator data_; // Vec中的首元素 iterator avail_; // Vec中末元素后面一个元素 iterator limit_; // 新分配内存中末元素后面一个元素 // 内存分配工具 std::allocator<T> alloc_; public: Vec() {create_();} explicit Vec(size_type n, const T& val = T()){create_(n, val);} Vec(const Vec& v){create_(v.begin(), v.end());} Vec& operator=(const Vec&); ~Vec(){uncreate_();} public: size_type size() const{return limit_-data_;} T& operator[](size_type i){return data_[i];} const T& operator[](size_type i) const{return data_[i];} iterator begin(){return data_;} const_iterator begin() const{return data_;} iterator end(){return avail_;} const_iterator end() const{return avail_;} void push_back(const T& val) { if (avail_ == limit_) { grow(); } unchecked_append(val); } private: // 为底层的数组分配控件并对它进行初始化 void create_(); void create_(size_type n, const T& val); void create_(const_iterator beg, const_iterator end); // 删除数组中的元素并释放其产用的内存 void uncreate_(); // 支持push_back的函数 void grow(); void unchecked_append(const T& val); }; template<typename T> Vec<T>& Vec<T>::operator =(const Vec& rhs) { if (&rhs != this) { uncreate_(); create_(rhs.begin(), rhs.end()); } return *this; } template<typename T> void Vec<T>::create_() { data_ = avail_ = limit_ = 0; } template<typename T> void Vec<T>::create_(size_type n, const T& val) { data_ = alloc_.allocate(n); limit_ = avail_ = data_ + n; std::uninitialized_fill(data_, limit_, val); } template<typename T> void Vec<T>::create_(const_iterator beg, const_iterator end) { data_ = alloc_.allocate(end-beg); limit_ = avail_ = std::uninitialized_copy(beg, end, data_) } template<typename T> void Vec<T>::uncreate_() { if (data_) { // （以相反的顺序）删除构造函数生成的元素 iterator iter = avail_; while (iter != data_) { alloc_.destroy(--iter); } // 返还占用的所有内存空间 alloc_.deallocate(data_, limit_-data_); } // 重置指针以表明Vec类型对象为空 data_ = limit_ = avail_ = 0; } template<typename T> void Vec<T>::grow() { // 在扩展对象大小的时候，为对象分配实际使用的两倍大小的内存空间 size_type newSize = max(2*(limit_-data_), ptrdiff_t(1)); // 分配新的内存空间并将已存在的对象元素内容复制到新内存中 iterator newData = alloc_.allocate(newSize); iterator newAvail = std::uninitialized_copy(data_, avail_, newData); // 返还原来的内存空间 uncreate_(); // 重置指针，使其指向新分配的内存空间 data_ = newData; avail_ = newAvail; limit_ = data_+newSize; } template<typename T> void Vec<T>::unchecked_append(const T& val) { alloc_.construct(avail_++, val); } #endif // VEC_H