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.

---

Если вы можете организовать понятия программы только в виде общего графа (не дерева или ациклического направленного графа), и если вы не можете локализовать взаимные зависимости, то вы, по всей видимости, попали в затруднительное положение, из которого вас не выручит ни один язык программирования. Если вы не можете представить какой-либо просто формулируемой зависимости между основными понятиями, то скорее всего справиться с программой не удастся.

Напомню, что большую часть программирования можно легко и очевидно выполнять, используя только простые типы, структуры данных, обычные функции и небольшое число классов из стандартной библиотеки. Весь аппарат, входящий в определение новых типов, не следует использовать за исключением тех случаев, когда он действительно нужен.

Вопрос «Как пишут хорошие программы на С++» очень похож на вопрос «Как пишут хорошую английскую прозу?» Есть два вида ответов: «Знайте, что вы хотите сказать» и «Практикуйтесь. Подражайте хорошему языку.» Оба совета оказываются подходящими к С++ в той же мере, сколь и для английского – и им столь же трудно следовать.

Правила Правой Руки*

Здесь приводится набор правил, которых вам хорошо бы придерживаться изучая С++. Когда вы станете более опытны, вы можете превратить их в то, что будет подходить для вашего рода деятельности и вашего стиля программирования. Они умышлено сделаны очень простыми, поэтому подробности в них опущены. Не воспринимайте их чересчур буквально. Написание хороших программ требует ума, вкуса и терпения. Вы не собираетесь как следует понять это с самого начала, поэкспериментируйте!

1. Когда вы программируете, вы создаете конкретное представление идей вашего решения некоторой задачи. Пусть структура отражает эти идеи настолько явно, насколько это возможно:

a) Если вы считаете «это» отдельным понятием, сделайте его классом.

b) Если вы считаете «это» отдельным объектом, сделайте его объектом некоторого класса.

c) Если два класса имеют общим нечто существенное, сделайте его базовым классом. Почти все классы в вашей программе будут иметь нечто общее. Заведите (почти) универсальный базовый класс, и разработайте его наиболее тщательно.

2. Когда вы определяете класс, который не реализует некоторый математический объект, вроде матрицы или комплексного числа, или тип низкого уровня, вроде связанного списка, то:

a) Не используйте глобальные данные.

b) Не используйте глобальные функции (не члены).

c) Не используйте открытые данные-члены.

d) Не используйте друзей, кроме как для того, чтобы избежать [a], [b] или [c].

e) Не обращайтесь к данным-членам или другим объектам непосредственно.

f) Не помещайте в класс «поле типа», используйте виртуальные функции.

g) Не используйте inline-функции, кроме как средство существенной оптимизации.

Замечания для Программистов на C

Чем лучше кто-нибудь знает C, тем труднее окажется избежать писания на С++ в стиле C, теряя, тем самым, некоторые возможные выгоды С++. Поэтому проглядите, пожалуйста, раздел «Отличия от C» в справочном руководстве (#с.15). Там указываются области, в которых С++ позволяет делать что-то лучше, чем C. Макросы (#define) в С++ почти никогда не бывают необходимы, чтобы определять провозглашаемые константы, используйте const (#2.4.6) или enum (#2.4.7), и inline (#1.12) – чтобы избежать лишних расходов на вызов функции. Старайтесь описывать все функции и типы всех параметров – есть очень мало веских причин этого не делать. Аналогично, практически нет причин описывать локальную переменную не инициализируя ее, поскольку описание может появляться везде, где может стоять оператор, – не описывайте переменную, пока она вам не нужна. Не используйте malloc() – операция new (#3.2.6) делает ту же работу лучше. Многие объединения не нуждаются в имени – используйте безымянные объединения (#2.5.2).

Библиографические Ссылки

В тексте мало прямых ссылок на литературу, но здесь приведен короткий список книг и статей, которые прямо или косвенно упоминаются.

[1] A.V. Aho, J.E. Hopcroft, and J.D. Ulman: Data Structures and Algorithms. Addison-Wesley, Reading, Massachusetts. 1983.

[2] O-J. Dahl, B. Myrhaug, and K. Nygaard: SIMULA Common Base Language. Norwegian Computer Center S-22, Oslo, Norsay. 1970

[3] O-J. Dahl and C.A.R. Hoare: Hierarchical Program Construction in «Structured Programming.» Academic Press, New York. 1972. pp 174-220.

[4] A. Goldberg and D. Robson: SMALLTALK-80 The Language and Its Implementation. Addison-Wesley, Reading, Massachusetts. 1983.

[5] R.E. Griswold et.al. The Snobol4 Programming Language. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. 1970.

[6] R.E. Griswold and M.T. Griswold: The ICON Programming Language. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. 1983.

[7] Brian W. Kernighan and Dennis M. Ritchie: The C Programming Language. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. 1978. Русский перевод в: Б.В. Керниган, Д. Ритчи, А. Фьюэр. Язык программирования Си. М.: Финансы и Статитика. 1985.

[8] George Orwell: 1984. Secker and Warburg, London. 1949. Русский перевод: Дж. Оруэлл. 1984. ...

[9] Martin Richards and Colin Whitby-Strevens: BCPL – The Language and Its Compiler. Cambridge University Press. 1980.

[10] L. Rosler (Chairman, ANSI X3J11 Language Subcommittee): Preliminary Draft Proposed Standard – The C Language. X3 Secretariat: Computer and Busineess Equipment Manufacturers Association, 311 First Street, N.W, Suite 500, Washington, DC 20001, USA.

[11] L.Rosler: The Evolution of C – Past and Future. AT amp;T Bell Laboratories Technical Journal. Vol.63 No.8 Part 2. October 1984. pp 1685-1700.

[12] Ravi Sethi: Uniform Syntax for Type Expressions and Declarations. Software Practice amp; Experience, Vol 11 (1981), pp 623-628.

[13] Bjarne Stroustrup: Adding Classes to C: An Exercise in Language Evolution. Software Practice amp; Experience, 13 (1981), pp 139-61.

[14] P.M. Woodward and S.G. Bond: Algol 68-R Users Guide. Her Majesty's Stationery Office, London. 1974.

[15] UNIX System V Release 2.0 User Reference Manual. AT amp;T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey. December 1983.

[16] UNIX Time-Sharing System: Programmer's Manual. Research Version, Eighth Edition. AT amp;T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey. February 1985.

[17] UNIX Programmer's Manual. 4.2 Berkeley Software Distribution University of California, Berkeley, California. March 1984.

Глава 1 Турне по С++

Единственный способ изучать новый язык программирования – писать на нем программы.

Брайэн Керниган

Эта глава представляет собой краткий обзор основных черт языка программирования С++. Сначала приводится программа на С ++, затем показано, как ее откомпилировать и запустить, и как такая программа может выводить выходные данные и считывать входные. В первой трети этой главы после введения описаны наиболее обычные черты С++: основные типы, описания, выражения, операторы, функции и структура программы. Оставшаяся часть главы посвящена возможностям С++ по определению новых типов, сокрытию данных, операциям, определяемым пользователем, и иерархии определяемых пользователем типов.

1.1 Введение

Это турне проведет вас через ряд программ и частей программ на С++. К концу у вас должно сложиться общее представление об основных особенностях С++, и будет достаточно информации, чтобы писать простые программы. Для точного и полного объяснения понятий, затронутых даже в самом маленьком законченном примере, потребовалось бы несколько страниц определений. Чтобы не превращать эту главу в описание или в осуждение общих понятий, примеры снабжены только самыми короткими определениями используемых терминов. Термины рассматриваются позже, когда будет больше примеров, способствующих обсуждению.

1.1.1 Вывод

Прежде всего, давайте напишем программу, выводящую строку выдачи:

#include «stream.h»

main() (* cout «„ «Hello, world\n“; *)

Строка #include «stream.h» сообщает компилятору, чтобы он включил стандартные возможности потока ввода и вывода, находящиеся в файле stream.h. Без этих описаний выражение cout «„ „Hello, world\n“ не имело бы смысла. Операция „« («пометить в“*) пишет свой первый аргумент во второй (в данном случае, строку «Hello, world\n“ в стандартный поток вывода cout). Строка – это последовательность символов, заключенная в двойные кавычки. В строке символ обратной косой \, за которым следует другой символ, обозначает один специальный символ, в данном случае, \n является символом новой строки. Таким образом выводимые символы состоят из Hello, world и перевода строки.

– * Программирующим на C «« известно как операция сдвига влево для целых. Такое использование «« не утеряно, просто в дальнейшем «« было определено для случая, когда его левый операнд является потоком вывода. Как это делается, описано в #1.8. (прим. автора)

Остальная часть программы

main() (* ... *)

определяет функцию, названную main. Каждая программа должна содержать функцию с именем main, и работа программы начинается с выполнения этой функции.

1.1.2 Компиляция

Откуда появились выходной поток cout и код, реализующий операцию вывода ««? Для получения выполняемого кода написанная на С++ программа должна быть скомпилирована. По своей сути процесс компиляции такой же, как и для С, и в нем участвует большая часть входящих в последний программ. Производится чтение и анализ текста программы, и если не обнаружены ошибки, то генерируется код. Затем программа проверяется на наличие имен и операций, которые использовались, но не были определены (в нашем случае это cout и ««). Если это возможно, то программа делается полной посредством дополнения недостающих определений из библиотеки (есть стандартные библиотеки, и пользователи могут создавать свои собственные). В нашем случае cout и «« были описаны в stream.h, то есть, были указаны их типы, но не было дано никаких подробностей относительно их реализации. В стандартной библиотеке содержится спецификация пространства и инициализирующий код для cout и ««. На самом деле, в этой библиотеке содержится и много других вещей, часть из которых описана в stream.h, однако к скомпилированной версии добавляется только подмножество библиотеки, необходимое для того, чтобы сделать нашу программу полной.