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.

---

Это позволяет представлять каждый символ из машинного набора символов, и в частности вставлять такие символы в символьные строки (см. следующий раздел). Применение числовой записи для символов делает программу непереносимой между машинами с различными наборами символов.

2.4.4 Строки

Строковая константа – это последовательность символов, заключенная в двойные кавычки "

«это строка»

Каждая строковая константа содержит на один символ больше, чем кажется; все они заканчиваются пустым символом '\0' со значением 0. Например:

sizeof(«asdf»)==5;

Строка имеет тип «вектор из соответствующего числа символов», поэтому «asdf» имеет тип char[5]. Пустая строка записывается "" (и имеет тип char[1]). Заметьте, что для каждой строки s strlen(s)==sizeof(s)-1, поскольку strlen() не учитывает завершающий 0.

Соглашение о представлении неграфических символов с обратной косой можно использовать также и внутри строки. Это дает возможность представлять двойные кавычки и escape-символ. Самым обычным символом этого рода является, безусловно, символ новой строки '\n'. Например:

cout «„ «гудок в конце сообщения\007\n“

где 7 – значение ASKII символа bel (звонок).

В строке невозможно иметь «настоящую» новую строку:

«это не строка, а синтаксическая ошибка»

Однако в строке может стоять обратная косая, сразу после которой идет новая строка; и то, и другое будет проигнорировано. Например:

cout «„ «здесь все \ ok“

напечатает

здесь все ok

Новая строка, перед которой идет escape (обратная косая), не приводит к появлению в строке новой строки, это просто договоренность о записи.

В строке можно иметь пустой символ, но большинство программ не будет предполагать, что есть символы после него. Например, строка «asdf\000hjkl» будет рассматриваться стандартными функциями, вроде strcpy() и strlen(), как «asdf».

Вставляя численную константу в строку с помощью восьмеричной или шестнадцатеричной записи благоразумно всегда использовать число из трех цифр. Читать запись достаточно трудно и без необходимости беспокоиться о том, является ли символ после константы цифрой или нет. Разберите эти примеры:

char v1[] = «a\x0fah\0129»; // 'a' '\xfa' 'h' '\12' '9' char v2[] = «a\xfah\129»; // 'a' '\xfa' 'h' '\12' '9' char v3[] = «a\xfad\127»; // 'a' '\xfad' '\127'

Имейте в виду, что двухзначной шестнадцатеричной записи на машинах с 9-битовым байтом будет недостаточно.

2.4.5 Ноль

Ноль можно употреблять как константу любого целого, плавающего или указательного типа. Никакой объект не размещается по адресу 0. Тип нуля определяется контекстом. Обычно (но не обязательно) он представляется набором битов все-нули соответствующей длины.

2.4.6 Const

Ключевое слово const может добавляться к описанию объекта, чтобы сделать этот объект константой, а не переменной. Например:

const int model = 145; const int v[] = (* 1, 2, 3, 4 *);

Поскольку константе ничего нельзя присвоить, она должна быть инициализирована. Описание чего-нибудь как const гарантирует, что его значение не изменится в области видимости:

model = 145; // ошибка model++; // ошибка

Заметьте, что const изменяет тип, то есть ограничивает способ использования объекта, вместо того, чтобы задавать способ размещения константы. Поэтому например вполне разумно, а иногда и полезно, описывать функцию как возвращающую const:

const char* peek(int i) (* return private[i]; *)

Функцию вроде этой можно было бы использовать для того, чтобы давать кому-нибудь читать строку, которая не может быть затерта или переписана (этим кем-то).

С другой стороны, компилятор может несколькими путями воспользоваться тем, что объект является константой (конечно, в зависимости от того, насколько он сообразителен). Самое очевидное – это то, что для константы не требуется выделять память, поскольку компилятор знает ее значение. Кроме того, инициализатор константы часто (но не всегда) является константным выражением, то есть он может быть вычислен на стадии компиляции. Однако для вектора констант обычно приходится выделять память, поскольку компилятор в общем случае не может вычислить, на какие элементы вектора сделаны ссылки в выражениях. Однако на многих машинах даже в этом случае может достигаться повышение эффективности путем размещения векторов констант в память, доступную только для чтения.

Использование указателя вовлекает два объекта: сам указатель и указываемый объект. Снабжение описания указателя «префиксом» const делает объект, но не сам указатель, константой. Например:

const char* pc = «asdf»; // указатель на константу pc[3] = 'a'; // ошибка pc = «ghjk»; // ok

Чтобы описать сам const указатель, а не указываемый объект, как константный, используется операция const*. Например:

char *const cp = «asdf»; // константный указатель cp[3] = 'a'; // ok cp = «ghjk»; // ошибка

Чтобы сделать константами оба объекта, их оба нужно описать const. Например:

const char *const cpc = «asdf»; // const указатель на const cpc[3] = 'a'; // ошибка cpc = «ghjk»; // ошибка

Объект, являющийся константой при доступе к нему через один указатель, может быть переменной, когда доступ осуществляется другими путями. Это в частности полезно для параметров функции. Посредством описания параметра указателя как const функции запрещается изменять объект, на который он указывает. Например:

char* strcpy(char* p, const char* q); // не может изменить q

Указателю на константу можно присваивать адрес переменой, поскольку никакого вреда от этого быть не может. Однако нельзя присвоить адрес константы указателю, на который не было наложено ограничение, поскольку это позволило бы изменить значение объекта. Например:

int a = 1; const c = 2; const* p1 = amp;c; // ok const* p2 = amp;a; // ok int* p3 = amp;c; // ошибка *p3 = 7; // меняет значение c

Как обычно, если тип в описании опущен, то он предполагается int.

2.4.7 Перечисления

Есть другой метод определения целых констант, который иногда более удобен, чем применение const. Например:

enum (* ASM, AUTO, BREAK *);

перечисление определяет три целых константы, называемых перечислителями, и присваивает им значения. Поскольку значения перечислителей по умолчанию присваиваются начиная с 0 в порядке возрастания, это эквивалентно записи:

const ASM = 0; const AUTO = 1; const BREAK = 2;

Перечисление может быть именованным. Например:

enum keyword (* ASM, AUTO, BREAK *);

Имя перечисления становится синонимом int, а не новым типом. Описание переменной keyword, а не просто int, может дать как программисту, так и компилятору подсказку о том, что использование преднамеренное. Например:

keyword key;

switch (key) (* case ASM: // что-то делает break; case BREAK: // что-то делает break; *)

побуждает компилятор выдать предупреждение, поскольку только два значения keyword из трех используются.

Можно также задавать значения перечислителей явно. Например:

enum int16 (* sign=0100000, // знак most_significant=040000, // самый значимый least_significant=1 // наименее значимый *);

Такие значения не обязательно должны быть различными, возрастающими или положительными.

2.5 Экономия Пространства

В ходе программирования нетривиальных разработок неизбежно наступает время, когда хочется иметь больше пространства памяти, чем имеется или отпущено. Есть два способа выжать побольше пространства из того, что доступно:

1. Помещение в байт более одного небольшого объекта и

2. Использование одного и того же пространства для хранения разных объектов в разное время.

Первого можно достичь с помощью использования полей, второго – через использование объединений. Эти конструкции описываются в следующих разделах. Поскольку обычное их применение состоит чисто в оптимизации программы, и они в большинстве случаев непереносимы, программисту следует дважды подумать, прежде чем использовать их. Часто лучше изменить способ управления данными; например, больше полагаться на динамически выделяемую память (#3.2.6) и меньше на заранее выделенную статическую память.

2.5.1 Поля

Использование char для представления двоичной переменой, например, переключателя включено/выключено, может показаться экстравагантным, но char является наименьшим объектом, который в С++ может выделяться независимо. Можно, однако, сгруппировать несколько таких крошечных переменных вместе в виде полей struct. Член определяется как поле путем указания после его имени числа битов, которые он занимает. Допустимы неименованные поля; они не влияют на смысл именованных полей, но неким машинно-зависимым образом могут улучшить размещение:

struct sreg (* unsigned enable : 1; unsigned page : 3; unsigned : 1; // неиспользуемое unsigned mode : 2; unsigned : 4: // неиспользуемое unsigned access : 1; unsigned length : 1; unsigned non_resident : 1; *)

Получилось размещение регистра 0 состояния DEC PDP11/45 (в предположении, что поля в слове размещаются слева направо). Этот пример также иллюстрирует другое основное применение полей: именовать части внешне предписанного размещения. Поле должно быть целого типа и используется как другие целые, за исключением того, что невозможно взять адрес поля. В ядре операционной системы или в отладчике тип sreg можно было бы использовать так:

sreg* sr0 = (sreg*)0777572; //... if (sr-»access) (* // нарушение доступа // чистит массив sr-»access = 0; *)