Класс есть тип. Его имя используется как имя-класса (§R.9.1), т.е. становится зарезервированным словом в его области видимости.
имя-класса:
идентификатор
Для образования конструкции имя-класса используются спецификации-класса и спецификации-сложного-типа (§R.7.1.6). Объект класса состоит из последовательности (возможно пустой) членов.
спецификация-класса:
заголовок-класса {список-членов opt }
заголовок-класса:
служебное-слово-класса идентификатор opt спец-базовых opt
служебное-слово-класса имя-класса спец-базовых opt
служебное-слово-класса:
class
struct
union
Имя класса можно использовать в качестве конструкции имя-класса даже в списке-членов самого этого класса. Обычно спецификацию-класса называют описанием класса. Класс считается определенным, как только появится спецификация-класса, несмотря на то, что его функции-члены могут быть еще неопределены.
Объекты пустого класса имеют ненулевой размер.
Объекты типа класс можно присваивать, передавать в качестве параметров функций и получать в качестве значения, возвращаемого функцией (за исключением объектов тех классов, для которых копирование ограничено, см. §R.12.8). Другие возможные операции, такие, как сравнение на равенство, могут определяться пользователем, см. §R.13.4.
Структурой называется класс, описанный со служебным-словом-класса struct; ее члены и базовые классы (§R.10) считаются общими по определению (§R.11). Объединением называется класс, описанный со служебным-словом-класса union; его члены считаются общими по определению, и в любой момент времени объединение содержит только один член (§R.9.5).
R.9.1 Имена класса
Описание класса порождает новый тип. Например, ниже описываются три переменные трех различных типов:
struct X { int a; };
struct Y { int a; };
X a1;
Y a2;
int a3;
Отсюда следует, что такие присваивания приводят к несоответствию типов:
a1 = a2; // ошибка: Y присваивается X
a1 = a3; // ошибка: int присваивается X
Ниже описывается перегрузка (§R.13) функции f(), а не просто повторное описание той же функции:
int f(X);
int f(Y);
По той же причине нельзя дважды определять класс, это видно из примера ниже, где дважды определен S:
struct S { int a; };
struct S { int a; }; // ошибка, повторное определение
Описание класса включает имя класса в ту область видимости, внутри которой оно произошло, и закрывает любой класс, объект, функцию или другое описание этого имени в объемлющей области видимости (§R.3.2). Если имя класса описано в такой области видимости, где уже был описан объект с таким же именем, функция или элемент перечисления, то обращаться к классу можно только с помощью конструкции спецификация-сложного-типа (§R.7.1.6), например:
struct stat {
//…
};
stat gstt; // просто `stat' используется для
// определения переменной
int stat(struct stat*); // переопределение `stat' как функции
void f()
{
struct stat* ps; // нужен префикс struct
// для задания структуры stat
//…
stat(ps); // вызов stat()
//…
}
Конструкция спецификация-сложного-типа вместе со служебным-словом-класса, но без описания объекта или функции также может служить для задания имени класса, как и описание класса, однако в этом случае класс не считается определенным, например:
struct s { int a; };
void g()
{
struct s; // скрывает глобальную структуру `s'
s* p; // используется локальная структура `s'
struct s { char* p; }; // описание локальной структуры `s'
}
Такие правила позволяют классам ссылаться друг на друга при их описании, пример,
class vector;
class matrix {
//…
friend vector operator*(matrix&, vector&);
};
class vector {
//…
friend vector operator*(matrix&, vector&);
};
Описание friend (дружественные функции) обсуждается в §R.11.4, а функция operator в §R.13.4. Если класс, указанный как друг, пока еще не описан, его имя считается принадлежащим той же области видимости, в которой находится имя класса, содержащего описание friend (§R.11.4).
В описании объектов или функций можно также использовать конструкцию спецификация-сложного-типа (§R.7.1.6). Ее использование отличается от описания класса тем, что если класс, чье имя указано в спецификации, находится в текущей области видимости, то имя из этой спецификации будет ссылаться на него, например:
struct s { int a; }
void g()
{
struct* s p = new s; // обращение к глобальной `s'
p-›a = 1;
}
Имя считается описанным сразу же после появления его идентификатора в описании. Отсюда следует, что в описании
class A * A;
A в начале задается, как имя класса, а затем оно переопределяется как имя указателя на объект этого класса, поэтому для обозначения этого класса следует использовать спецификацию-сложного типа class A. Такое "трюкачество" с именами может вызвать недоумение, и лучше его избегать.
Конструкция имя-typedef (§R.7.1.3) обозначает класс и считается именем-класса, см. также §R.7.1.3.
R.9.2 Члены класса
список-членов:
описание-члена список-членов opt
спецификация-доступа : список-членов opt
описание-члена:
спецификации-описания opt список-описателей-членов opt ;
определение-функции ; opt
уточненное-имя ;
список-описателей-членов:
описатель-члена
список-описателей-членов , описатель-члена
описатель-члена:
описатель спецификация-чистой opt
идентификатор opt : выражение-константа
спецификация-чистой:
= 0
С помощью конструкции список-членов можно описать данные, функции, классы, элементы перечисления (§R.7.2), битовые поля, друзей (§R.11.4) и имена типов (§R.7.1.3, §R.9.1). Кроме того, список-членов может содержать описания, устанавливающие доступ к именам членов, см. §R.11.3. Никакой член не может быть дважды описан в списке-членов. Список-членов определяет все множество членов данного класса, т.е. нельзя добавить еще один член в каком-либо другом описании.
Отметим, что одно имя может обозначать несколько функций-членов при условии, что их типы достаточно отличаются друг от друга (§R.13). Укажем, что описатель-члена не может содержать инициализатора (§R.8.4). Инициализация члена возможна с помощью конструктора, см. §R.12.1.
Член не может иметь спецификацию auto, extern или register.
Конструкция спецификации-описания может отсутствовать только в описании функции. Конструкция список-описателей-членов может опускаться только после конструкций спецификация-класса, спецификация-перечисления или спецификация-описания, если последняя имеет вид friend спецификация-сложного-типа. Конструкция спецификация-чистой используется только при описании виртуальной функции (§R.10.2).
Если члены являются объектами классов, то эти классы должны быть ранее описаны. В частности, класс C1 не может содержать объект класса C1, но может содержать указатель или ссылку на класс C1. Если в типе нестатического члена используется массив, то все размеры всех индексов массива должны быть указаны.
Приведем простой пример описания класса:
struct tnode {
char tword[20];
int count;
tnode *left;
tnode *right;
};
Здесь класс содержит массив из двадцати символов, целое и два указателя на ту же структуру. После появления такого описания следующее:
tnode s, *sp;
задает s как объект типа tnode и sp как указатель на tnode. С учетом этих описаний s-›count обозначает член count структуры, на которую указывает sp; s.left обозначает указатель left на поддерево структуры s; s.right-›tword[0] обозначает первый символ члена tword поддерева структуры s, на которую указывает right.
Нестатические члены класса, представляющие данные и описанные подряд и без использования спецификации-доступа, размещаются внутри объекта типа класс так, что позже описанные члены имеют большие адреса. Порядок размещения таких членов, если их описание перемежается описаниями со спецификацией-доступа, зависит от реализации (§R.11.1). Принятые в реализации правила выравнивания могут привести к тому, что два соседних члена не будут располагаться сразу друг за другом. К этому же могут привести правила выделения памяти для виртуальных функций (§R.10.2) и виртуальных базовых классов (§R.10.1); см. также §R.5.4.
Функция-член (§R.9.3), имя которой совпадает с именем класса, является конструктором (§R.12.1). Имя статического члена данных, элемента перечисления, члена безымянного объединения или вложенного типа не может совпадать с именем класса.
R.9.3 Функции-члены
Функция, описанная как член (без спецификации friend §R.11.4), называется функция-член и вызывается в соответствии с синтаксисом члена класса (§R.5.2.4), например:
struct tnode {
char tword[20];
int count;
tnode *left;
tnode *right;
void set(char*, tnode* l, tnode *r);
};
Здесь set является функцией-членом и может вызываться так:
void f(tnode n1, tnode n2)
{
n1.set("abc",&n2,0);
n2.set("def",0,0);
}
Считается, что определение функции-члена принадлежит области видимости ее класса. Это означает, что в функции-члене (если она нестатическая, §R.9.4) можно непосредственно использовать имена членов ее класса. В статической функции-члене можно непосредственно использовать имена только статических членов, элементов перечисления и вложенных типов. Если определение функции-члена находится вне описания класса, ее имя следует уточнить именем класса с помощью операции ::, например:
void tnode::set(char* w, tnode* l, tnode* r)
{
count = strlen(w)+1;
if (sizeof(tword)‹=count)
error("tnode string too long");
strcpy(tword,w);
left = 1;
right = r;
}
Обозначение tnode::set указывает, что функция set является членом и находится в области видимости класса tnode. Имена членов tword, count, left и right относятся к членам того объекта, с именем которого вызывалась Поэтому в вызове n1.set("abc",&n2,0) tword обозначает n1.tword, а в вызове n2.set("def",0,0) tword обозначает n2.tword. Функции strlen, error и strcpy должны быть описаны где-то в программе.
Члены можно определять (§R.3.1) вне описания класса; если в описании класса они были описаны, но не определены, их не следует описывать заново, см. §R.3.3. После определения класса функции-члены этого класса можно использовать при описании друзей. Всякая вызываемая в программе функция-член должна иметь в точности одно определение.
Результат вызова нестатической функции-члена (§R.9.4) класса X, когда она вызывается не с объектом класса X, неопределен.
R.9.3.1 Указатель this
В нестатической (§R.9.3) функции-члене служебное слово this обозначает указатель на объект, с которым эта функция вызывалась. В функции-члене класса X тип this есть X *const, если только функция-член не описана со спецификацией const или volatile; для этих случаев this имеет тип const X *const или volatile X *const соответственно. Если функция описана с указанием const и volatile, то тип this будет const volatile X *const, см. также §R.18.3.3. Приведем пример:
struct s {
int a;
int f() const;
int g() { return a++; }
int h() const { return a++; } // ошибка
};
int s::f() const { return a; }
Операция a++ в теле функции s::h ошибочна, поскольку с ее помощью делается попытка изменить объект (часть его), с которым вызывалась функция s::h(). Это недопустимо для функции-члена, описанной со спецификацией const, т.к. this является указателем на const, иными словами, *this имеет спецификацию const.
Функция-член const (т.е. функция-член, описанная со спецификацией const) может вызываться как для объектов const, так и для объектов без спецификации const, тогда как функция-член без спецификации const может вызываться только для объектов без спецификации const, например:
void k(s& x, const s& y)
{
x.f();
x.g();
y.f();
y.g(); // ошибка
}
Здесь вызов y.g() является ошибкой, т.к. y есть const, а s::g() - функция-член без спецификации const, которая может изменять (и изменяет) объекты, для которых она вызывалась.
Аналогично, только функция-член volatile (т.е. функция-член, описанная со спецификацией volatile) может вызываться для объектов со спецификацией volatile. Функция-член может быть одновременно const и volatile.
Для объектов const или volatile могут вызываться конструкторы (§R.12.1) и деструкторы (§R.12.4). Конструкторы (§R.12.1) и деструкторы (§R.12.4) нельзя описывать со спецификациями const или volatile.
R.9.3.2 Функции-члены со спецификацией inline
Функцию-член можно определить (§R.8.3) в описании класса, в таком случае она считается подстановкой (inline, §R.7.1.2). Определять функцию в описании класса - это эквивалентно тому, чтобы описывать функцию и определять ее со спецификацией inline сразу же после описания класса. Считается, что такой перенос определения функции происходит после препроцессорной обработки до стадии синтаксического анализа и контроля типов. Поэтому программный фрагмент
int b;
struct x {
char* f() { return b; }
char* b;
};
эквивалентен
int b;
struct x {
char* f();
char* b;
};
inline char* x::f() { return b; } // перенос
Здесь в функции x::f() используется x::b, а не глобальное b.
Функции-члены можно определять даже в описании локальных или вложенных классов, где такой перенос будет синтаксически незаконным. Локальные классы обсуждаются в R.9.8, а вложенные классы в §R.9.7.
R.9.4 Статические члены
Для члена класса, представляющего данные или функцию, можно при описании класса задать спецификацию static. Для статического члена, представляющего данные, в программе существует только один экземпляр, которым владеют все объекты этого класса. Статический член не является частью объекта класса. Статические члены глобального класса подлежат внешнему связыванию (§R.3.3). Описание статического члена, представляющего данные, в описании класса не считается определением. Определение должно быть дано в другом месте, см. также. §R.18.3.
Статическая функция-член не имеет указатель this, поэтому для доступа к нестатическим членам своего класса она должна использовать операции . или -›. Статическая функция-член не может быть виртуальной. Недопустимы статические и нестатические функции-члены с одним именем и одинаковыми типами параметров.
Статические члены локального класса (§R.9.8) не подлежат связыванию и не могут определяться вне описания класса. Отсюда следует, что локальные классы не могут иметь статических членов, представляющих данные.
К статическому члену mem класса c1 можно обращаться как c1::mem (§R.5.1), т.е. независимо ни от какого объекта. К нему также можно обращаться с помощью операций доступа к членам . и -›. Если к статическому члену происходит обращение с помощью операций доступа, выражения, стоящие слева от . или -› не эквивалентны. Статический член mem существует даже, если не создано ни одного объекта класса c1. В примере ниже run_chain, idle и другие члены существуют даже, если не было создано ни одного объекта класса process:
class process {
static int no_of_process;
static process* run_chain;
static process* running;
static process* idle;
//…
public:
//…
int state();
static void reshedule();
//…
};
Здесь к функции reshedule можно обратиться без указания объекта класса process таким образом:
void f()
{
process::reshedule();
}
Статические члены глобальных классов инициализируются точно так же как глобальные объекты, но область их видимости - файл, например:
void process::reshedule() {/*… */};
int process::no_of_process = 1;
process* process::running = get_main();
process* process::run_chain = process::running;
Статические члены подчиняются обычным правилам доступа к членам класса (§R.11), за исключением того, что их можно инициализировать в файловой области видимости.
В типе статического члена не участвует имя класса, так тип process::no_of_process есть int, а тип &process::reshedule() - void(*)().
R.9.5 Объединения
Объединение можно представить как структуру, все члены имеют нулевое смещения, а размер ее достаточно велик, чтобы вмещать любой из ее членов. В любой момент времени объединение может содержать только один член. В объединении могут быть функции-члены (в том числе конструкторы и деструкторы), но не виртуальные функции (§R.10.2). Объединение не может иметь базовых классов и не может само использоваться в качестве базового класса. Членом объединения не может быть объект класса с конструктором или деструктором, а также с определенной пользователем операцией присваивания (§R.13.4.3). Объединение не может содержать статических членов, представляющих данные.
Объединение вида
union { список-членов }
называется безымянным объединением, оно определяет объект без имени (и без типа). Имена всех членов безымянного объединения должны отличаться от других имен в той области видимости, в которой описано объединение; их можно использовать в этой области видимости непосредственно, без обычных операций доступа к членам (§R.5.2.4).
Приведем пример:
void f()
{
union { int a; char* p; };
a = 1;
//…
p = "Jennifer";
//…
}
Здесь a и p используются как обычные переменные (не члены), но поскольку они входят в одно объединение, их адреса совпадают.
Глобальные безымянные объединения можно описать со спецификацией static. Безымянные объединения не должны содержать частных или защищенных членов (§R.11), а также функций-членов.
Если описаны объекты объединения или указатели на него, то оно не считается безымянным, например,
union { int aa; char* p; } obj, *ptr= &obj;
aa = 1; // ошибка
ptr-›aa = 1; // нормально
Здесь присваивание простому имени aa незаконно, т.к. имя члена не привязано ни к какому объекту.
Инициализация объединений, не имеющих конструкторов, описывается в §R.8.4.1.
R.9.6 Битовые поля
Конструкция описатель-члена, имеющая вид,
идентификатор opt : выражение-константа
задает битовое поле, длина которого отделяется от его имени двоеточием. Размещение битовых полей в объекте класса зависит от реализации. Поля упаковываются в некоторые адресуемые элементы памяти. На одних машинах поля могут выходить за границы этих элементов, на других - нет. Выравнивание битовых полей тоже определяется реализацией. На одних машинах значения помещаются в битовые поля справа налево, на других - слева направо.
Чтобы установить заданное расположение полей с помощью дополнения нулями, используют безымянные битовые поля. Особый случай, когда используется безымянное поле нулевой длины. Оно задает выравнивание следующего битового поля по границе элемента памяти, используемого при размещении полей.
Безымянное поле не является членом и не может инициализироваться.
Битовые поля должны иметь целочисленный тип (§R.3.6.1). Их интерпретация зависит от того, считается ли значение поля с обычным типом int (т.е. без явного использования signed или unsigned) знаковым или беззнаковым. Операция взятия адреса & не применима к битовым полям, так что не может быть ни указателей на битовые поля, ни ссылок на них.
R.9.7 Вложенные описания классов
Класс можно описать в описании другого класса. Такой класс называют вложенным. Имя вложенного класса локально по отношению к объемлющему классу. Вложенный класс находится в области видимости объемлющего класса. Если не считать явного использования указателей, ссылок или имен объектов, то в описаниях вложенного класса допустимы только имена типов, статических членов и элементов перечисления из объемлющего класса.
int x;
int y;
class enclose {
public:
int x;
static int s;
class inner {
void f(int i)
{
x = i; // ошибка: присваивание enclose::x
s = i; // нормально: присваивание enclose::s
::x = i; // нормально: присваивание глобальному x
y = i; // нормально: присваивание глобальному y
}
void g(enclose* p, int i)
{
p-›x = i; // нормально: присваивание enclose::x
}
};
};
inner* p = 0; // ошибка: `inner' вне области видимости
Функции-члены вложенного класса не имеют особых прав доступа к членам объемлющего класса, они подчиняются обычным правилам доступа (§R.11). Аналогично, функции-члены объемлющего класса не имеют особых прав доступа к членам вложенного класса и подчиняются обычным правилам доступа, например:
class E {
int x;
class I {
int y;
void f(E* p, int i)
{
p-›x = i; // ошибка: E::x частный член
}
};
int g(I* p)
{
return p-›y; // ошибка: I::y частный член
}
};
Функции-члены и представляющие данные, статические члены из вложенного
класса можно определить в глобальной области видимости, например:
class enclose {
class inner {
static int x;
void f(int i);
};
};
typedef enclose::inner ei;
int ei::x = 1;
void enclose::inner::f(int i) {/*… */}
Подобно функции-члену дружественная функция, определенная в данном классе, находится в области видимости этого класса. Она подчиняется тем же правилам связывания имен, что и функции-члены (они указаны выше и в §R.10.4), и не имеет так же как они особых прав доступа к членам объемлющего класса и к локальным переменным функций этого класса (§R.11).
R.9.8 Описания локальных классов
Класс можно описать в определении функции, такой класс называется локальным. Имя локального класса считается локальным в объемлющей области видимости, а областью видимости локального класса является объемлющая область видимости. В описаниях локального класса из объемлющей области видимости можно использовать только имена типов, статических переменных, внешних переменных и функций, а также элементы перечисления. Приведем пример:
int x;
void f()
{
static int s;
int x;
extern int g();
struct local {
int h() { return x; } // ошибка: `x' автоматическая
int j() { return s; } // нормально
int k() { return ::x; } // нормально
int l() { return g(); } // нормально
}
}
Объемлющая функция не имеет особых прав доступа к членам локального класса, она подчиняется обычным правилам доступа (§R.11). Функцию-член локального класса следует определять в определении этого класса. Локальный класс не может иметь статических членов, представляющих данные.
R.9.9 Имена локальных типов
Имена типов подчиняются точно таким же правилам областей видимости, как и другие имена. В частности, имена типов, определенные в описании класса, нельзя использовать вне этого класса без уточнения, например:
class X {
public:
typedef int I;
class Y {/*… */}
I a;
};
I b; // ошибка
Y c; // ошибка
X::Y d; // ошибка
Следующее положение ограничивает зависимость от контекста правил описания членов класса, а так же правила переноса тела функций, являющихся подстановками. После использования в описании класса имя константы, имя-класса или имя-typedef не может переопределяться в описании этого класса. Имя, не являющееся именем-класса или именем-typedef не может быть определено в описании класса как имя-класса или имя-typedef, если оно уже использовалось иначе в описании этого класса. Рассмотрим пример:
typedef int c;
enum { i = 1 };
class X {
char v[i];
int f() { return sizeof(c); }
char c; // ошибка: имя typedef
// переопределяется после использования
enum { i = 2 }; // ошибка: `i' переопределяется после
// использования в задании типа `char[i]'
};
typedef char* T;
struct Y {
T a;
typedef long T; // ошибка: имя T уже использовано
T b;
};