Мюррей Хилл - C++

• Название: C++
• Автор: Мюррей Хилл
• Жанр: Программирование

С++ – это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьезного программиста. За исключением второстепенных деталей С++ является надмножеством языка программирования C. Помимо возможностей, которые дает C, С++ предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов. Используя определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиеся контролю части. Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. Такие объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя установить на стадии компиляции. Программирование с применением таких объектов часто называют объектно-ориентированным. При правильном использовании этот метод дает более короткие, проще понимаемые и легче контролируемые программы.

Ключевым понятием С++ является класс. Класс – это тип, определяемый пользователем. Классы обеспечивают сокрытие данных, гарантированную инициализацию данных, неявное преобразование типов для типов, определенных пользователем, динамическое задание типа, контролируемое пользователем управление памятью и механизмы перегрузки операций. С++ предоставляет гораздо лучшие, чем в C, средства выражения модульности программы и проверки типов. В языке есть также усовершенствования, не связанные непосредственно с классами, включающие в себя символические константы, inline-подстановку функций, параметры функции по умолчанию, перегруженные имена функций, операции управления свободной памятью и ссылочный тип. В С++ сохранены возможности языка C по работе с основными объектами аппаратного обеспечения (биты, байты, слова, адреса и т.п.). Это позволяет весьма эффективно реализовывать типы, определяемые пользователем.

С++ и его стандартные библиотеки спроектированы так, чтобы обеспечивать переносимость. Имеющаяся на текущий момент реализация языка будет идти в большинстве систем, поддерживающих C. Из С++ программ можно использовать C библиотеки, и с С++ можно использовать большую часть инструментальных средств, поддерживающих программирование на C.

Эта книга предназначена главным образом для того, чтобы помочь серьезным программистам изучить язык и применять его в нетривиальных проектах. В ней дано полное описание С++, много примеров и еще больше фрагментов программ.

---

extern complex sqrt(complex); extern int error_number; struct user;

не являются одновременно определениями. Это означает, что объект, к которому они относятся, должен быть определен где-то еще. Код (тело) функции sqrt должен задаваться неким другим описанием, память для переменной error_number типа int должна выделяться неким другим описанием, и какое-то другое описание типа user должно определять, что он из себя представляет. В С++ программе всегда должно быть только одно определение каждого имени, но описаний может быть много, и все описания должны согласовываться с типом объекта, к которому они относятся, поэтому в этом фрагменте есть две ошибки:

int count; int count; // ошибка: переопределение extern int error_number; extern int error_number; // ошибка: несоответствие типов

а в этом – ни одной (об использовании extern см. #4.2):

extern int error_number; extern int error_number;

Некоторые описания задают «значение» для сущностей, которые они определяют:

struct complex (* float re, im; *); typedef complex point; float real(complex* p) (* return p-»re *); const double pi = 3.1415926535897932385;

Для типов, функций и констант «значение» неизменно. Для неконстантных типов данных начальное значение может впоследствии изменяться:

int count = 1; char* name = «Bjarne»; //... count = 2; name = «Marian»;

Из всех определений только

char ch;

не задает значение. Всякое описание, задающее значение, является определением.

2.1.1 Область Видимости

Описание вводит имя в области видимости. То есть, имя может использоваться только в определенной части программы. Для имени, описанного в функции (такое имя часто называют локальным), эта область видимости простирается от точки описания до конца блока, в котором появилось описание. Для имени не в функции и не в классе (называемого часто глобально видимым именем) область видимости простирается от точки описания до конца файла, в котором появилось описание. Описание имени в блоке может скрывать (прятать) описание во внутреннем блоке или глобальное имя. Это значит, что можно переопределять имя внутри блока для ссылки на другой объект. После выхода из блока имя вновь обретает свое прежнее значение. Например:

int x; // глобальное x

f() (* int x; // локальное x прячет глобальное x x = 1; // присвоить локальному x (* int x; // прячет первое локальное x x = 2; // присвоить второму локальному x *) x = 3; // присвоить первому локальному x *)

int* p = amp;x; // взять адрес глобального x

Сокрытие имен неизбежно при написании больших программ. Однако читающий человек легко может не заметить, что имя скрыто, и некоторые ошибки, возникающие вследствие этого,

очень трудно обнаружить, главным образом потому, что они редкие. Значит сокрытие имен следует минимизировать. Использование для глобальных переменных имен вроде i или x напрашиваемся на неприятности.

С помощью применения операции разрешения области видимости :: можно использовать скрытое глобальное имя. Например:

int x;

f() (* int x = 1; // скрывает глобальное x ::x = 2; // присваивает глобальному x *)

Но возможности использовать скрытое локальное имя нет.

Область видимости имени начинается в точке описания. Это означает, что имя можно использовать даже для задания его собственного значения. Например:

int x;

f() (* int x = x; // извращение *)

Это не является недопустимым, хотя и бессмысленно, и компилятор предупредит, что x «used before set» («использовано до того, как задано»), если вы попробуете так сделать. Можно, напротив, не применяя операцию ::, использовать одно имя для ссылки на два различных объекта в блоке. Например:

int x;

f() // извращение (* int y = x; // глобальное x int x = 22; y = x; // локальное x *)

Переменная y инициализируется значением глобального x, 11, а затем ему присваивается значение локальной переменной x, 22.

Имена параметров функции считаются описанными в самом внешнем блоке функции, поэтому

f(int x) (* int x; // ошибка *)

содержит ошибку, так как x определено дважды в одной и той же области видимости.

2.1.2 Объекты и Адреса (Lvalue)

Можно назначать и использовать переменные, не имеющие имен, и можно осуществлять присваивание выражениям странного вида (например, *p[a+10]=7). Следовательно, есть потребность в имени «нечто в памяти». Вот соответствующая цитата из справочного руководства по С++: "Объект есть область памяти.

lvalue есть выражение, ссылающееся на объект" (#с.5). Слово «lvalue» первоначально было придумано для значения «нечто, что может стоять в левой части присваивания». Однако не всякое lvalue можно использовать в левой части присваивания; бывают lvalue, ссылающиеся на константу (см. #2.4).

2.1.3 Время Жизни

Если программист не указал иного, то объект создается, когда встречается его описание, и уничтожается, когда его имя выходит из области видимости, Объекты с глобальными именами создаются и инициализируются один раз (только) и «живут» до завершения программы. Объекты, определенные описанием с ключевым словом static, ведут себя так же. Например*:

– * Команда #include «stream.h» была выброшена из примеров в этой главе для экономии места. Она необходима в примерах, производящих вывод, чтобы они были полными. (прим. автора)

int a = 1;

void f() (* int b = 1; // инициализируется при каждом // вызове f() static int c = 1; // инициализируется только один раз cout «„ " a = " «« a++ «« " b = " «« b++ «« " c = " «« c++ «« «\n“; *)

main() (* while (a « 4) f(); *)

производит вывод

a = 1 b = 1 c = 1 a = 2 b = 1 c = 2 a = 3 b = 1 c = 3

Не инициализированная явно статическая (static) переменная неявно инициализируется нулем.

С помощью операций new и delete программист может также создавать объекты, время жизни которых управляется непосредственно, см. #3.2.4.

2.2 Имена

Имя (идентификатор) состоит из последовательности букв и цифр. Первый символ должен быть буквой. Символ подчерка _ считается буквой. С++ не налагает ограничений на число символов в имени, но некоторые части реализации находятся вне ведения автора компилятора (в частности, загрузчик), и они, к сожалению, такие ограничения налагают. Некоторые среды выполнения также делают необходимым расширить или ограничить набор символов, допустимых в идентификаторе. Расширения (например, при допущении в именах символа $) порождают непереносимые программы. В качестве имени не могут использоваться ключевые слова С++ (см. #с.2.3). Примеры имен:

hello this_is_a_most_unusially_long_name DEFINED foO bAr u_name HorseSense var0 var1 CLASS _class ___

Примеры последовательностей символов, которые не могут использоваться как идентификаторы:

012 a fool $sys class 3var pay.due foo~bar .name if

Буквы в верхнем и нижнем регистрах считаются различными, поэтому Count и count – различные имена, но вводить имена, лишь незначительно отличающиеся друг от друга, нежелательно. Имена, начинающиеся с подчерка, по традиции используются для специальных средств среды выполнения, поэтому использовать такие имена в прикладных программах нежелательно.

Во время чтения программы компилятор всегда ищет наиболее длинную строку, составляющую имя, поэтому var10 – это оно имя, а не имя var, за которым следует число 10, и elseif – одно имя, а не ключевое слово else, после которого стоит ключевое слово if.

2.3 Типы

Каждое имя (идентификатор) в С++ программе имеет ассоциированный с ним тип. Этот тип определяет, какие операции моно применять к имени (то есть к объекту, на который оно ссылается), и как эти операции интерпретируются. Например:

int error number; float real(complex* p);

Поскольку error_number описано как int, его можно присваивать, использовать в арифметических выражениях и т.д. Тогда как функция real может вызываться с адресом complex в качестве параметра. Можно взять адрес любого из них. Некоторые имена, вроде int и complex, являются именами типов. Обычно имя типа используется в описании для спецификации другого имени. Единственные отличные от этого действия над именем типа – это sizeof (для определения количества памяти, которая требуется для хранения объекта типа) и new (для размещения объекта типа в свободной памяти). Например:

main() (* int* p = new int; cout «„ "sizeof(int) = " «« sizeof(int) «\n“; *)

Имя типа можно также использовать для задания явного преобразования одного типа в другой, например:

float f; char* p; //... long ll = long(p); // преобразует p в long int i = int(f); // преобразует f в int

2.3.1 Основные Типы

В С++ есть набор основных типов, которые соответствуют наиболее общим основным единицам памяти компьютера и наиболее общим основным способам их использования:

char short int int long int

для представления целых различных размеров,

float double

для представления чисел с плавающей точкой,

unsigned char unsigned short int unsigned int unsigned long int

для представления беззнаковых целых, логических значений, битовых массивов и т.п. Для большей компактности записи можно опускать int в комбинациях из нескольких слов, что не меняет смысла. Так, long означает long int, и unsigned тип означает тип unsigned int. В общем, когда в описании опущен тип, он предполагается int. Например:

const a = 1; static x;

все определяют объект типа int.

Целый тип char наиболее удобен для хранения и обработки символов на данном компьютере, обычно это 8-битовый байт. Размеры объектов С++ выражаются в единицах размера char, потому по определению sizeof(char)==1. В зависимости от аппаратного обеспечения char является знаковым или беззнаковым целым. Тип unsigned char, конечно, всегда беззнаковый, и при его использовании получаются более переносимые программы, но из-за применения его вместо просто char могут возникать значительные потери в эффективности.