====== Κύκλος ζωής των αντικειμένων - Δημιουργία αντικειμένων μέσω δυναμικής δέσμευσης μνήμης ======

Παρακάτω δίνεται ο κώδικας της κλάσης //Rectangle// τον οποίο θα χρησιμοποιήσουμε για να μεταγλωττίσουμε και να εκτελέσουμε τα παραδείγματα που ακολουθούν. Η παρούσα κλάση αποτελείται από δύο πεδία τύπου int* (για την αποθήκευση του width και του height αντιστοίχως). Κατά την κατασκευή ενός αντικειμένου θα πρέπει απαραίτητα να δεσμεύεται ο απαιτούμενος χώρος για την αποθήκευση των τιμών του πλάτους και του ύψους. Κατά την καταστροφή του αντικειμένου ο χώρος που δεσμεύτηκε θα πρέπει να αποδεσμευτεί στον καταστροφέα.

<code cpp Rectangle.hpp>

class Rectangle {
  private:
    int *width_ptr, *height_ptr;
  public:
    Rectangle();
    Rectangle(int w, int h);
    Rectangle(int s);
    ~Rectangle();
    void setWidth(int w);
    void setHeight(int h);
    int getWidth();
    int getHeight();
    int getArea();
};
</code>

<code cpp Rectangle.cpp>
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "Rectangle.hpp"

using namespace std;

Rectangle::Rectangle() {
  width_ptr = new (nothrow) int;    
  height_ptr = new (nothrow) int;
  if(width_ptr == NULL || height_ptr == NULL) {
    cerr << "Memory allocation failure!\n";
    exit(-1);
  }
  *width_ptr = *height_ptr = 0;
  cout << "Calling 0 args constructor" << endl;
}

Rectangle::Rectangle(int w, int h) : Rectangle() {
  *width_ptr = w;
  *height_ptr = h;
  cout << "Calling 2 args constructor" << endl;
}

Rectangle::Rectangle(int s) : Rectangle(s,s) {
  cout << "Calling 1 args constructor" << endl;
}

Rectangle::~Rectangle() {
  cout << "Destructing rectangle (w:"<< *width_ptr <<", h:"<<*height_ptr<<")\n";
  delete width_ptr;
  delete height_ptr;
}

void Rectangle::setWidth(int w) { *width_ptr = w; }
void Rectangle::setHeight(int h) { *height_ptr = h; }
int Rectangle::getWidth() { return *width_ptr; }
int Rectangle::getHeight() { return *height_ptr; }
int Rectangle::getArea() { return *width_ptr * *height_ptr; }
</code>

<WRAP tip 80% round>
Παρατηρήστε τον τρόπο με τον οποίο καλείται κατασκευαστής χωρίς ορίσματα από τους άλλους κατασκευαστές. Η κλήση ενός κατασκευαστή από έναν άλλο είναι δυνατή στη C++ με χρήση του ονόματος της κλάσης. Γενικότερα, η κλήση μπορεί να γίνει είτε στο //member initialization list//, είτε μέσα στο σώμα του κατασκευαστή. Για παράδειγμα
<code cpp>
Rectangle::Rectangle(int w, int h) : Rectangle() {
  *width_ptr = w;
  *height_ptr = h;
  cout << "Calling 2 args constructor" << endl;
}
</code>
ή ισοδύναμα
<code cpp>
Rectangle::Rectangle(int w, int h) {
  Rectangle();
  *width_ptr = w;
  *height_ptr = h;
  cout << "Calling 2 args constructor" << endl;
}
</code>
</WRAP>

===== 1η περίπτωση - Δημιουργία αντικειμένων στο Stack =====

Τα αντικείμενα στο τρέχον παράδειγμα αποθηκεύονται μέσα στη στοίβα (//stack//) της συνάρτησης που καλεί τον κατασκευαστή της. Τα αντικείμενα αυτά έχουν χρόνο ζωής όσο εκτελείται η συγκεκριμένη συνάρτηση και η στοίβα της είναι ενεργή. Μόλις επιστρέψουμε από την συνάρτηση που δημιουργεί το οποιοδήποτε αντικείμενο, αυτό καταστρέφεται αυτόματα. Εάν συντρέχουν λόγοι εκκαθάρισης μνήμης ή περιγραφέων αρχείων οφείλουμε να ορίσουμε καταστροφέα για τη συγκεκριμένη κλάση, όπως κάναμε για την κλάση //Rectangle//.

Παρακάτω δίνεται ο κώδικας της συνάρτησης //foo// η οποία δημιουργεί ένα πίνακα από δύο αντικείμενα τύπου //Rectangle//. Τα αντικείμενα δημιουργούνται στο //stack// της διεργασίας που εκτελείται και έχουν χρόνο ζωής όσο διαρκεί η εκτέλεση της συνάρτησης //foo//. Μετά την έξοδο από την //foo// τα αντικείμενα //rect[0]// και //rect[1]// καταστρέφονται. Η κλάση Rectangle που δημιουργείται δίνεται παρακάτω:

<code cpp foo.cpp>
#include <iostream>
using namespace std;
#include "Rectangle.hpp"

void foo(void) {
  Rectangle rect[2] = { {5,6}, {3,4} };
  cout << "rect[0] area: " << rect[0].getArea() << endl;
  cout << "rect[1] area: " << rect[1].getArea() << endl;
}

int main() {
  int x=5, y=3;
  cout << "x: " << x << ", y: " << y << endl;
  foo();
  cout << "x: " << x << ", y: " << y << endl;
}
</code>

Ακολουθεί το σχηματικό διάγραμμα του //stack// της διεργασίας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την εκτέλεσης της συνάρτησης //foo//. Μεταγλωττίζοντας και εκτελώντας τον παραπάνω κώδικα, μπορείτε να δείτε τα μηνύματα που εκτυπώνονται και να διαπιστώσετε ότι τα δύο αντικείμενα τύπου //Rectangle// καταστρέφονται κατά την έξοδο από τη //foo//. Στο διάγραμμα δεν αποτυπώνεται η δέσμευση μνήμης για τα πεδία του κάθε αντικειμένου τύπου //Rectangle//.

{{ :cpp:cppstackonly.png | Σχηματικό διάγραμμα του stack της διεργασίας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την εκτέλεσης της συνάρτησης foo}}

===== 2η περίπτωση - Δημιουργία αντικειμένων στο Heap =====

Υπάρχουν περιπτώσεις που θέλουμε να ορίσουμε ένα αντικείμενο το οποίο θα παραμείνει και μετά την έξοδο από τη συνάρτηση που το δημιούργησε. Σε αυτές τις περιπτώσεις πρέπει α) να ορίσουμε ένα δείκτη του τύπου του αντικείμενου που θέλουμε να δημιουργήσουμε και β) να δεσμεύσουμε την απαραίτητη μνήμη και να αρχικοποιήσουμε το αντικείμενο μέσω του τελεστή //new//. Παρακάτω βλέπετε ένα παράδειγμα όπου η συνάρτηση //foo// επιστρέφει ένα δείκτη σε αντικείμενο της κλάσης //Rectangle// που δημιουργήθηκε στο //heap//.

<code cpp foo.cpp>
#include <iostream>
using namespace std;
#include "Rectangle.hpp"

Rectangle* foo(int w, int h) {
  Rectangle* rect_ptr = new Rectangle {w,h};
  return rect_ptr;
}

int main() {
  int x=5, y=3;
  Rectangle* rect = foo(x,y);
  cout << "x: " << x << ", y: " << y << endl;
  cout << "area : " << rect->getArea() << endl;
  delete rect;
}
</code>

Ακολουθεί το σχηματικό διάγραμμα του //stack// και του //heap// της διεργασίας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την εκτέλεσης της συνάρτησης //foo//. Στο διάγραμμα δεν αποτυπώνεται η δέσμευση μνήμης για τα πεδία //width// και //height// του κάθε αντικειμένου τύπου //Rectangle//.

{{ :cpp:cppstackheap.png | Σχηματικό διάγραμμα του stack και του heap της διεργασίας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την εκτέλεσης της συνάρτησης foo}}

Όταν δεν χρειαζόμαστε πλέον το αντικείμενο που δεσμεύτηκε δυναμικά στο //heap// θα πρέπει να το καταστρέψουμε ελευθερώνοντας τη δεσμευμένη μνήμη με τη βοήθεια του τελεστή //delete//. Κατά την  απελευθέρωση της μνήμης μέσω του τελεστή //delete// καλείται ο καταστροφέας της κλάσης, σε αναλογία με την κλήση του κατασκευαστή της κλάσης με χρήση του τελεστή //new//. 

===== 3η περίπτωση - δυναμικά δεσμευμένοι μονοδιάστατοι πίνακες από αντικείμενα =====

Παρακάτω δίνεται η κλάση //Rectangle// και ένα παράδειγμα αρχικοποίησης των τριών δεικτών //r1, r2, r3// τύπου //Rectangle//, οι οποίοι αρχικοποιούνται ως εξής:
  - ο δείκτης //r1// δείχνει στο αντικείμενο //r//.
  - ο δείκτης //r2// δείχνει σε ένα αντικείμενο που αρχικοποιείται στο //heap//.
  - ο δείκτης //r3// δείχνει σε ένα πίνακα από αντικείμενα που αρχικοποιείται επίσης στο //heap//.
  - πριν την ολοκλήρωση του προγράμματος πρέπει να ελευθερώσουμε τη μνήμη που δεσμεύτηκε στο //heap// κατά τη δημιουργία των αντικειμένων στα οποία δείχνουν οι δείκτες //r2, r3 και r4//.

<code cpp RectangleUsage-1.cpp>
#include <iostream>
using namespace std;
#include "Rectangle.hpp"

/* Δημιουργώ ένα αντικείμενο 'r' στο stack και
 * 1. ένα δείκτη που δείχνει στο 'r'
 * 2. ένα δείκτη που δείχνει σε ένα δυναμικά 
 *    δεσμευμένο αντικείμενο.
 * 3. ένα δείκτη που δείχνει σε δυναμικά 
 *    δεσμευμένο μονοδιάστατο πίνακα.
 * */

int main() {
  Rectangle r {1, 2};
  Rectangle *r1, *r2, *r3;
  cout << "--- init r1 ---" << endl;
  r1 = &r;
  cout << "--- init r2 ---" << endl;
  r2 = new Rectangle {2};
  cout << "--- init r3 ---" << endl;
  r3 = new Rectangle[2] {{3,4}, {5}};
  
  cout << "---------------" << endl;
  cout << "r's  getArea: " << r.getArea() << endl;
  cout << "*r1's   getArea: " << r1->getArea() << endl;
  cout << "*r2's   getArea: " << r2->getArea() << endl;
  cout << "r3[0]'s getArea: " << r3[0].getArea() << endl;
  cout << "r3[1]'s getArea: " << r3[1].getArea() << endl;       
  
  cout << "---------------" << endl;
  delete r2;
  delete[] r3;
  
  return 0;
}

</code>

Μεταγλωττίστε και εκτελέστε τον παραπάνω κώδικα. Η έξοδος θα είναι η εξής:
<code>
Calling 0 args constructor
Calling 2 args constructor
--- init r1 ---
--- init r2 ---
Calling 0 args constructor
Calling 1 args constructor
--- init r3 ---
Calling 0 args constructor
Calling 2 args constructor
Calling 0 args constructor
Calling 1 args constructor
---------------
r's  getArea: 2
*r1's   getArea: 2
*r2's   getArea: 4
r3[0]'s getArea: 12
r3[1]'s getArea: 25
---------------
Destructing rectangle (w:2, h:2)
Destructing rectangle (w:5, h:5)
Destructing rectangle (w:3, h:4)
Destructing rectangle (w:1, h:2)
</code>

Παρατηρήστε ότι στον πίνακα //r3// πρώτα καταστρέφεται το αντικείμενο //r3[1]// και στη συνέχεια το αντικείμενο //r3[0]//.

===== 4η περίπτωση - δυναμικά δεσμευμένοι διδιάστατοι πίνακες από αντικείμενα =====

Παρακάτω δίνεται η κλάση //Rectangle// και ο δείκτης σε δείκτη τύπου //Rectangle// //r4//, μέσω του οποίου δημιουργούμε ένα διδιάστατο πίνακα από ορθογώνια παραλληλόγραμμα. Η πρώτη γραμμή του πίνακα έχει δύο στήλες και η δεύτερη γραμμή τρεις στήλες. Πριν την ολοκλήρωση του προγράμματος πρέπε και πάλι να ελευθερώσουμε τη μνήμη που δεσμεύτηκε στο //heap// κατά τη δημιουργία των αντικειμένων στα οποία δείχνουν οι ενδιάμεσοι δείκτες που δημιουργούνται και ο δείκτης //r4//.

<code cpp RectangleUsage-2.cpp>
#include <iostream>
using namespace std;
#include "Rectangle.hpp"

/* Δημιουργώ ένα δυναμικά δεσμευμένο 
 * διδιάστατο πίνακα από αντικείμενα 
 * τύπου Rectangle.
 */

int main() {
  
  Rectangle **r4;
  cout << "--- init r4 ---" << endl;
  r4 = new Rectangle*[2];
  cout << "--- init r4[0] ---" << endl;
  r4[0] = new Rectangle[2] {{5,6}, {7,8}};
  cout << "--- init r4[1] ---" << endl;
  r4[1] = new Rectangle[3] {{9}, {10}, {11,10}};
  
  cout << "---------------" << endl;
  cout << "r4[0][0]'s getArea: " << r4[0][0].getArea() << endl;
  cout << "r4[0][1]'s getArea: " << r4[0][1].getArea() << endl;
  cout << "r4[1][0]'s getArea: " << r4[1][0].getArea() << endl;
  cout << "r4[1][1]'s getArea: " << r4[1][1].getArea() << endl;
  cout << "r4[1][2]'s getArea: " << r4[1][2].getArea() << endl;
  cout << "---------------" << endl;
  
  delete[] r4[0];  // Call the destructor of Rectangle for all elements in row 0.
  delete[] r4[1];  // Call the destructor of Rectangle for all elements in row 1.
  delete[] r4;
}	
</code>