Supraincarcarea functiilor si a operatorilor

Supraincarcarea functiilor si a operatorilor

Scopul lucrarii: Familiarizarea cu operatiile de supraincarcare a functiilor si a operatorilor.

Desfasurarea lucrarii: Se vor scrie programe in cadrul carora se vor supraincarca functii si operatori adecvati pentru efectuarea anumitor operatii specifice modulelor proiectate.
Se vor utiliza paradigmele de abstractizare a datelor, aplicatiile avand fisiere header pentru declararea claselor si fisiere sursa pentru implementarea functiilor membre, precum si un fisier sursa pentru testare. Se vor identifica si proiecta modulele corespunzatoare pentru rezolvarea fiecarei aplicatii.

Supraincarcarea functiilor

De regula, intr-un program, 2 functii nu au acelasi nume. Insa, daca functiile implementeaza operatii similare asupra unor tipuri diferite de date, de cele mai multe ori e indicat ca aceste functii sa aiba acelasi nume. Compilatorul de C++ alege functia adecvata in cazul unui apel, bazandu-se pe componenta listelor de parametri formali. De exemplu, pot fi definite 2 functii pentru adunarea a doua numere, una pentru numere intregi si alta pentru numere complexe:
int power(int,int);
complex power(complex,complex);
Utilizarea aceluiasi nume pentru mai multe functii, in acelasi domeniu de vizibilitate, se numeste supraincarcarea numelor de functii sau, pe scurt, supraincarcare. In lucrarea 3 am utilizat deja acest concept, in contextul constructorilor unei clase. Tehnica supraincarcarii este aplicata implicit in cadrul limbajului C++ pentru operatiile primare. Astfel, pentru operatia de adunare se utilizeaza un singur "nume", adica "+", care se aplica si la numere intregi, si la numere reale, si la pointeri. Pentru a face posibils distinctia la nivelul compilatorului intre functii omonime (supraincarcate) trebuie ca, fie numarul, fie tipurile parametrilor sa difere. Asadar, NU pot sa fie supraincarcate doua functii care difera doar prin tipul returnat.

Ambiguitati la supraincarcarea functiilor

Situatia in care la un apel, compilatorul nu poate alege intre doua sau mai multe functii supraincarcate se numeste ambiguitate. Astfel de instructiuni sunt tratate ca erori, iar programul nu va fi compilat. Exista in principal doua cai prin care se ajunge la ambiguitate:
Conversiile automate
Desi conversiile automate sunt foarte utile ele reprezinta principala cauza a ambiguitatilor:

#include <iostream.h> 

float getI(float i)   

double getI(double i)   

void main()

La apelul getI(5.1) nu apare nici o ambiguitate intrucat, daca nu sunt specificate explicit altfel, constantele in virgula mobila in C++ sunt automat de tipul double. Ambiguitatea apare insa atunci cand functia este apelata cu un parametru de tip intreg (5 de exemplu) intrucat compilatorul nu are stie daca parametrul trebuie convertit la float sau la double. Se poate observa asadar ca NU supraincarcarea functiilor in sine genereaza ambiguitatea, ci apelul functiei cu un argument determinat.

Parametrii cu valori implicite

#include <iostream.h>

int getI(int i)   

int getI(int i, int j=1)   

void main()

La primul apel al functiei getI() sunt specificate doua argumente, fiind clar care dintre functii va fi apelata. In cel de-al doilea caz insa apare o ambiguitate, deoarece compilatorul nu stie daca sa apeleze varianta cu un parametru pentru functie, sau pe cea cu doi parametri, dintre care unul este implicit.

Parametrii difera doar prin modul de transmitere (valoare si referinta)

#include <iostream.h>

int getI(int i)   

int getI(int &i)   

void main()

La primul apel al functiei getI() este specificat ca argument o constanta care nu se poate transmite prin referinta, fiind clar care dintre functii va fi apelata. In cel de-al doilea caz insa apare ambiguitatea, deoarece compilatorul nu stie daca sa apeleze varianta cu transmitere prin valoare, sau pe cea cu transmitere prin referinta. Daca varianta cu referinta ar fi avut semnatura getI(const int&), atunci si primul apel al functiei ar fi fost raportat ca ambiguu.

Supraincarcarea operatorilor.Restrictii

La supraincarcarea operatorilor folosind limbajul C++ exista urmatoarele restrictii:

l Nu pot fi utilizate ca simboluri de operatori alte caractere decat cele recunoscute ca atare de limbajul C++; de exemplu putem defini o functie operator*, dar nu putem defini operatorul @.

l Urmatorii operatori nu pot fi supraincarcati: . ?: sizeof

l Nu se poate modifica prin supraincarcare precedenta unui operator (nu exista posibilitatea de a determina, de exemplu, ca '+' sa fie prioritar fata de '/').

l Nu se poate modifica numarul operanzilor preluati de un operator (dar se poate ignora unul din parametri). De asemenea nu se poate modifica sintaxa unui operator, adica nu se poate folosi, de exemplu, in mod postfix un operator pe care limbajul il accepta in mod prefix.

l Un operator trebuie sa fie, ori membru al unei clase, ori sa aiba cel putin un parametru de tipul clasei. De la aceasta regula fac exceptie doar operatorii new si delete; in felul acesta este impiedicata denaturarea semanticii unei expresii care contine doar operanzi de tipuri predefinite ale limbajului (utilizatorul nu are libertatea sa redefineasca de exemplu operatorul '*' pentru operanzi intregi astfel incat 2*2 sa nu mai returneze valoarea 4).

l Nu este posibila definirea unui operator care sa primeasca ca parametri exclusiv pointeri (exceptie operatorii: = &

l Un operator care trebuie sa accepte ca prim operand si valori ale unui tip primitiv NU poate sa fie functie membru.

Teme propuse:

1. Sa se proiecteze si sa se implementeze o clasa asociata numerelor complexe. Clasa va contine supraancarcarea operatorului de atribuire, a principalilor operatori aritmetici, precum si a operatorului ~ pentru operatia de calcul a modulului unui numar complex. De asemenea, se va supraancarca operatorul ^ pentru operatia de ridicre a unui numar complex la o putere intreaga. In plus, clasa trebuie sa posede o functie de afisare, precum si constructori care sa permita urmatoarea secventa:
    complex z1; // z1 = 0+0i
    complex z2(5); // z2 = 5+0i
    complex z3(2, 3); // z3 = 2+3i
    complex z4 = z2;
Functia de test va utiliza un tablou de numere complexe v = (z , z , , z_2*n) pentru calculul expresiei:
    z = (z + z + z_2*n-1 ) / (z + z + z_2*n )

2. Sa se proiecteze si sa se implementeze o clasa asociata numerelor frationare. Clasa va contine supraancarcarea operatorului de atribuire, a principalilor operatori aritmetici, precum si a operatorului ! pentru operatia de simplificare a unui numar rational. De asemenea, clasa trebuie sa posede o functie de afisare, precum si constructori adecvati. Functia de test va utiliza un tablou de numere intregi v = (a , a , , a_n) pentru determinarea solutiilor rationale ale ecuatiei:
    a + a *x + + a_n*xⁿ = 0
Indicatie: Daca ecuatia precedenta are o radacina rationala x0 = p/q, pentru care cmmdc(p,q) = 1, atunci p il divide a , iar q il divide pe a_n.
Observatie: Operatorii aritmetici trebuie supraancarcati de doua ori, pentru a putea lucra si cu numere intregi. De exemplu, expresia a + b trebuie sa poata fi evaluata, atat in cazul in care a si b sunt numere rationale, dar si in cazul in care a este rational, iar b este intreg;

3. Sa se proiecteze si sa se implementeze o clasa asociata fractiilor continue. O fractie continua este o expresie de forma:
    r = a + (a + 1 / (a + (1 / (a + 1 / ()))))
unde coeficientii a , a , , a_n sunt numere intregi. O notatie formala pentru fracria continua r este: [a , a , a , a , ].
Importanta acestor fractii consta in faptul ca pentru orice numar real x, exista o unica fractie continua egala cu x. In cazul numerelor rationale, a , a , , a_nse pot determina in mod unic, printr-un proces asemanator algoritmului lui Euclid:
    r = r
    a_i = [r_i], i = 0, 1, 2,
    r_i+1 = 1 / (r_i - a_i), i = 0, 1, 2,
Pentru o fractie continua r = [a , a , a , a , ], al k-lea termen convergent se noteaza c_k si reprezinta fractia continua: c_k^r = [a , a , a , , a_k].
Se vor utiliza urmatorii constructori:

l Constructor implicit, pentru fractia r = 1;

l Constructor de conversie, pentru initializarea coeficientilor fractiei pe baza unui tablou de numere intregi;

l Constructor de conversie, pentru initializarea coeficientilor fractiei plecand de la un numar rational;

l Constructor de copiere.

Se vor supraancarca urmatorii operatori:

l Operatorii + si -, pentru adunarea si scaderea a 2 fractii continue;

l Operatorul [] pentru accesul la coeficientii fractiei continue;

l Operatorul () fara parametri, pentru evaluarea fractiei continue (determinarea valorii reale echivalente a fractiei);

l Operatorul () cu un parametru de tip int, pentru evaluarea celui de-al k-lea termen convergent (determinarea valorii sale reale);

Functia de test va utiliza un tablou de fractii continue f = (f , f , , f_n) pentru calculul expresiilor:
    v = f + f + f_n, (valoarea reala a sumei fractiilor)
    c_k = c ^f[k] + c ^f[k] + c_n^f[k], (valoarea reala a sumei termenilor k-convergenti, pentru un intreg dat k)

4. Sa se proiecteze si sa se implementeze o clasa pentru polinoamele cu coeficienti reali. Clasa va contine supraancarcarea operatorului de atribuire, a principalilor operatori aritmetici, precum si a operatorului () pentru evaluarea polinomului intr-un punct data. De asemenea, se va supraancarca operatorul [] pentru accesul la coeficientii polinomului. In plus, clasa trebuie sa posede o functie de afisare a polinomului, precum si constructori adecvati. Functia de test trebuie sa verifice egalitatea a doua expresii:
    v1 = P (x) - P (x) * P (x)
    v2 = (P - P * P )(x)
pentru trei polinoame date si o valoare reala x data.