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.

---

Команда компиляции в С++ обычно называется CC. Она используется так же, как команда cc для программ на C, подробности вы можете найти в вашем руководстве. Предположим, что программа с «Hello, world» хранится в файле с именем hello.c, тогда вы можете ее скомпилировать и запустить примерно так ($ – системное приглашение):

$ CC hello.c $ a.out Hello,world $

a.out – это принимаемое по умолчанию имя исполняемого результата компиляции. Если вы хотите назвать свою программу, вы можете сделать это с помощью опции -o:

$ CC hello.c -o hello $ hello Hello,world $

1.1.3 Ввод

Следующая (довольно многословная) программа предлагает вам ввести число дюймов. После того, как вы это сделаете, она напечатает соответствующее число сантиметров.

#include «stream.h»

main() (* int inch = 0; // inch – дюйм cout «„ „inches“; cin “» inch; cout «„ inch; cout «« " in = "; cout «« inch*2.54; cout «« « cm\n“; *)

Первая строка функции main() описывает целую переменную inch. Ее значение считывается с помощью операции »» («взять из») над стандартным потоком ввода cin. Описания cin и »», конечно же, находятся в «stream.h». После ее запуска ваш терминал может выглядеть примерно так:

$ a.out inches=12 12 in = 30.48 cm $

В этом примере на каждую команду вывода приходится один оператор. Это слишком длинно. Операцию вывода «« можно применять к ее собственному результату, так что последние четыре команды вывода можно было записать одним оператором:

cout «„ inch «« " in = " «« inch*2.54 «« « cm\n“;

В последующих разделах ввод и вывод будут описаны гораздо более подробно. Вся эта глава фактически может рассматриваться как объяснение того, как можно написать предыдущие программы на языке, который не обеспечивает операции ввода-вывода. На самом деле, приведенные выше программы написаны на С++, «расширенном» операциями ввода-вывода посредством использования библиотек и включения файлов с помощью #include. Другими словами, язык С++ в том виде, в котором он описан в справочном руководстве, не определяет средств ввода-вывода. Вместо этого исключительно с помощью средств, доступных любому программисту, определены операции «„ и “».

1.2 Комментарии

Часто бывает полезно вставлять в программу текст, который предназначается в качестве комментария только для читающего программу человека и игнорируется компилятором в программе. В С++ это можно сделать одним из двух способов.

Символы /* начинают комментарий, заканчивающийся символами */. Вся эта последовательность символов эквивалентна символу пропуска (например, символу пробела). Это наиболее полезно для многострочных комментариев и изъятия частей программы при редактировании, однако следует помнить, что комментарии /* */ не могут быть вложенными.

Символы // начинают комментарий, который заканчивается в конце строки, на которой они появились. Опять, вся последовательность символов эквивалентна пропуску. Этот способ наиболее полезен для коротких комментариев. Символы // можно использовать для того, чтобы закомментировать символы /* или */, а символами /* можно закомментировать //.

1.3 Типы и Описания

Каждое имя и каждое выражение имеет тип, определяющий операции, которые могут над ними производиться. Например, описание

int inch;

определяет, что inch имеет тип int, то есть, inch является целой переменной.

Описание – это оператор, который вводит имя в программе. Описание задает тип этого имени. Тип определяет правильное использование имени или выражения. Для целых определены такие операции, как +, -, * и /. После того, как включен файл

stream.h, объект типа int может также быть вторым операндом ««, когда первый операнд ostream. Тип объекта определяет не только то, какие операции могут к нему применяться, но и смысл этих операций. Например, оператор

cout «„ inch «« " in = " «« inch*2.54 «« « cm\n“;

правильно обрабатывает четыре входных значения различным образом. Строки печатаются буквально, тогда как целое inch и значение с плавающей точкой inch*2.54 преобразуются из их внутреннего представления в подходящее для человеческого глаза символьное представление.

В С++ есть несколько основных типов и несколько способов создавать новые. Простейшие виды типов С++ описываются в следующих разделах, а более интересные оставлены на потом.

1.3.1 Основные Типы

Основные типы, наиболее непосредственно отвечающие средствам аппаратного обеспечения, такие:

char short int long float double

Первые четыре типа используются для представления целых, последние два – для представления чисел с плавающей точкой. Переменная типа char имеет размер, естественный для хранения символа на данной машине (обычно, байт), а переменная типа int имеет размер, соответствующий целой арифметике на данной машине (обычно, слово). Диапазон целых чисел, которые могут быть представлены типом, зависит от его размера (sizeof). В С ++ размеры измеряются в единицах размера данных типа char, поэтому char по определению имеет размер единица. Соотношение между основными типами можно записать так:

1=sizeof(char)«=sizeof(short) «= sizeof(int) «= sizeof(long) sizeof(float) «= sizeof(double)

В целом, предполагать что-либо еще относительно основных типов неразумно. В частности, то, что целое достаточно для хранения указателя, верно не для всех машин.

К основному типу можно применять прилагательное const. Это дает тип, имеющий те же свойства, что и исходный тип, за исключением того, что значение переменных типа const не может изменяться после инициализации.

const float pi = 3.14; const char plus = '+';

Символ, заключенный в одинарные кавычки, является символьной константой. Заметьте, что часто константа, определенная таким образом, не занимает память. Просто там, где требуется, ее значение может использоваться непосредственно. Константа должна инициализироваться при описании. Для переменных инициализация необязательна, но настоятельно рекомендуется. Оснований для введения локальной переменной без ее инициализации очень немного.

К любой комбинации этих типов могут применяться арифметические операции:

+ (плюс, унарный и бинарный) – (минус, унарный и бинарный) * (умножение) / (деление)

А также операции сравнения: == (равно) != (не равно) « (меньше) » (больше) «= (меньше или равно) »= (больше или равно)

Заметьте, что целое деление дает целый результат: 7/2 есть 3. Над целыми может выполняться операция % получения остатка: 7%2 равно 1.

При присваивании и арифметических операциях С++ выполнит все осмысленные преобразования между основными типами, чтобы их можно было сочетать без ограничений:

double d = 1; int i = 1; d = d + i; i = d + i;

1.3.2 Производные Типы

Вот операции, создающие из основных типов новые типы:

* указатель на *const константный указатель на amp; ссылка на [] вектор* () функция, возвращающая

– * одномерный массив. Это принятый термин (например, вектора прерываний), и мы сочли, что стандартный перевод его как «массив» затуманит изложение. (прим. перев.)

Например:

char* p // указатель на символ char *const q // константный указатель на символ char v[10] // вектор из 10 символов

Все вектора в качестве нижней границы индекса имеют ноль, поэтому в v десять элементов: v[0]..v[9]. Функции объясняются в #1.5, ссылки в #1.9. Переменная указатель может содержать адрес объекта соответствующего типа:

char c; // ... p = amp;c; // p указывает на c

Унарное amp; является операцией взятия адреса.

1.4 Выражения и Операторы

В С++ имеется богатый набор операций, с помощью которых в выражениях образуются новые значения и изменяются значения переменных. Поток управления в программе задается с помощью операторов, а описания используются для введения в программе имен переменных, констант и т.д. Заметьте, что описания являются операторами, поэтому они свободно могут сочетаться с другими операторами.

1.4.1 Выражения

В С++ имеется большое число операций, и они будут объясняться там, где (и если) это потребуется. Следует учесть, что операции

~ (дополнение) amp; (И) ^ (исключающее ИЛИ) ! (включающее ИЛИ) «„ (логический сдвиг влево) “» (логический сдвиг вправо)

применяются к целым, и что нет отдельного типа данных для логических действий.

Смысл операции зависит от числа операндов. Унарное amp; является операцией взятия адреса, а бинарное amp; – это операция логического И. Смысл операции зависит также от типа ее операндов: + в выражении a+b означает сложение с плавающей токой, если операнды имеют тип float, но целое сложение, если они типа int. В #1.8 объясняется, как можно определить операцию для типа, определяемого пользователем, без потери ее значения, предопределенного для основных и производных типов.

В С++ есть операция присваивания =, а не оператор присваивания, как в некоторых языках. Таким образом, присваивание может встречаться в неожиданном контексте, например, x=sqrt(a =3*x). Это бывает полезно. a=b=c означает присвоение c объекту b, а затем объекту a. Другим свойством операции присваивания является то, что она может совмещаться с большинством бинарных операций. Например, x[i+3]*=4 означает x[i+3]=x[i+3]*4, за исключением того факта, что выражение x[i +3] вычисляется только один раз. Это дает привлекательную степень эффективности без необходимости обращения к оптимизирующим компиляторам. К тому же это более кратко.