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.

---

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.

В большинстве программ на С++ широко применяются указатели. Унарная операция * разыменовывает* указатель, т.е. *p есть объект, на который указывает p. Эта операция также называется косвенной адресацией. Например, если имеется char* p, то *p есть символ, на который указывает p. Часто при работе с указателями бывают полезны операция увеличения ++ и операция уменьшения –. Предположим, p указывает на элемент вектора v, тогда p++ делает p указывающим на следующий элемент.

– * англ. dereference – получить значение объекта, на который указывает данный указатель. (прим. перев.)

1.4.2 Операторы Выражения

Самый обычный вид оператора – выражение;. Он состоит из выражения, за которым следует точка с запятой. Например:

a = b*3+c; cout «„ «go go go“; lseek(fd,0,2);

1.4.3 Пустой оператор

Простейшей формой оператора является оператор:

;

Он не делает ничего. Однако он может быть полезен в тех случаях, когда синтаксис требует наличие оператора, а вам

оператор не нужен. 1.4.4 Блоки Блок – это возможно пустой список операторов, заключенный в фигурные скобки:

(* a=b+2; b++; *)

Блок позволяет рассматривать несколько операторов как один. Область видимости имени, описанного в блоке, простирается до конца блока. Имя можно сделать невидимым с помощью описаний такого же имени во внутренних блоках.

1.4.5 Оператор if

Программа в следующем примере осуществляет преобразование дюймов в сантиметры и сантиметров в дюймы. Предполагаемся, что вы укажете единицы измерения вводимых данных, добавляя i для дюймов и c для сантиметров:

#include «stream.h»

main() (* const float fac = 2.54; float x, in, cm; char ch = 0;

cout «„ "введите длину: "; cin “» x »» ch;

if (ch == 'i') (* // inch – дюймы in = x; cm = x*fac; *) else if (ch == 'c') // cm – сантиметры in = x/fac; cm = x; *) else in = cm = 0;

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

Заметьте, что условие в операторе if должно быть заключено в круглые скобки.

1.4.6 Операторы switch

Оператор switch производит сопоставление значения с множеством констант. Проверки в предыдущем примере можно записать так:

switch (ch) (* case 'i': in = x; cm = x*fac; break; case 'c': in = x/fac; cm = x; break; default: in = cm = 0; break; *) Операторы break применяются для выхода из оператора

switch. Константы в вариантах case должны быть различными, и если проверяемое значение не совпадает ни с одной из констант, выбирается вариант default. Программисту не обязательно предусматривать default.

1.4.7 Оператор while

Рассмотрим копирование строки, когда заданы указатель p на ее первый символ и указатель q на целевую строку. По соглашению строка оканчивается символом с целым значением 0.

while (p != 0) (* *q = *p; // скопировать символ q = q+1; p = p+1; *) *q = 0; // завершающий символ 0 скопирован не был

Следующее после while условие должно быть заключено в круглые скобки. Условие вычисляется, и если его значение не ноль, выполняется непосредственно следующий за ним оператор. Это повторяется до тех пор, пока вычисление условия не даст ноль.

Этот пример слишком пространен. Можно использовать операцию ++ для непосредственного указания увеличения, и проверка упростится:

while (*p) *q++ = *p++; *q = 0;

где конструкция *p++ означает: «взять символ, на который указывает p, затем увеличить p.»

Пример можно еще упростить, так как указатель p разыменовывается дважды за каждый цикл. Копирование символа можно делать тогда же, когда производится проверка условия:

while (*q++ = *p++) ;

Здесь берется символ, на который указывает p, p увеличивается, этот символ копируется туда, куда указывает q, и q увеличивается. Если символ ненулевой, цикл повторяется. Поскольку вся работа выполняется в условии, не требуется ни оного оператора. Чтобы указать на это, используется пустой оператор. С++ (как и C) одновременно любят и ненавидят за возможность такого чрезвычайно краткого ориентированного на выразительность программирования*.

– * в оригинале expression-oriented (expression – выразительность и выражение). (прим. перев.)

1.4.8 Оператор for

Рассмотрим копирование десяти элементов одного вектора в другой:

for (int i=0; i«10; i++) q[i]=p[i];

Это эквивалентно int i = 0; while (i«10) (* q[i] = p[i]; i++; *) но более удобочитаемо, поскольку вся информация, управляющая циклом, локализована. При применении операции ++ к целой переменной к ней просто добавляется единица. Первая часть оператора for не обязательно должна быть описанием, она может быть любым оператором. Например:

for (i=0; i«10; i++) q[i]=p[i];

тоже эквивалентно предыдущей записи при условии, что i соответствующим образом описано раньше.

1.4.9 Описания

Описание – это оператор, вводящий имя в программе. Оно может также инициализировать объект с этим именем. Выполнение описания означает, что когда поток управления доходит до описания, вычисляется инициализирующее выражение (инициализатор) и производится инициализация. Например:

for (int i = 1; i«MAX; i++) (* int t = v[i-1]; v[i-1] = v[i]; v[i] = t; *)

При каждом выполнении оператора for i будет инициализироваться один раз, а t MAX-1 раз.

1.5 Функции

Функция – это именованная часть программы, к которой можно обращаться из других частей программы столько раз, сколько потребуется. Рассмотрим программу, печатающую степени числа 2:

extern float pow(float, int); //pow() определена в другом месте

main() (* for (int i=0; i«10; i++) cout „« pow(2,i) «« «\n“; *)

Первая строка функции – ее описание, указывающее, что pow – функция, получающая параметры типа float и int и возвращающая float. Описание функции используется для того, чтобы сделать определенными обращения к функции в других местах.

При вызове функции тип каждого параметра сопоставляется с ожидаемым типом точно так же, как если бы инициализировалась переменная описанного типа. Это гарантирует надлежащую проверку и преобразование типов. Например, обращение pow(12.3,"abcd") вызовет недовольство компилятора, поскольку «abcd» является строкой, а не int. При вызове pow(2,i) компилятор преобразует 2 к типу float, как того требует функция. Функция pow может быть определена например так:

float pow(float x, int n) (* if (n « 0) error(„sorry, negative exponent to pow()“); // извините, отрицательный показатель для pow() switch (n) (* case 0: return 1; case 1: return x; default: return x*pow(x,n-1); *) *) Первая часть определения функции задает имя функции, тип возвращаемого ею значения (если таковое имеется) и типы и имена ее параметров (если они есть). Значение возвращается из функции с помощью оператора return.

Разные функции, обычно имеют разные имена, но функциям, выполняющим сходные действия над объектами различных типов, иногда лучше дать возможность иметь одинаковые имена. Если типы их параметров различны, то компилятор всегда может различить их и выбрать для вызова нужную функцию. Может, например, иметься одна функция возведения в степень для целых переменных и другая для переменных с плавающей точкой:

overload pow; int pow(int, int); double pow(double, double); //... x=pow(2,10); y=pow(2.0,10.0);

Описание overload pow;

сообщает компилятору, что использование имени pow более чем для одной функции является умышленным.

Если функция не возвращает значения, то ее следует описать как void:

void swap(int* p, int* q) // поменять местами (* int t = *p; *p = *q; *q = t; *)

1.6 Структура программы

Программа на С++ обычно состоит из большого числа исходных файлов, каждый из которых содержит описания типов, функций, переменных и констант. Чтобы имя можно было использовать в разных исходных файлах для ссылки на один и тот же объект, оно должно быть описано как внешнее. Например:

extern double sqrt(double); extern instream cin;

Самый обычный способ обеспечить согласованность исходных файлов – это поместить такие описания в отдельные файлы, называемые заголовочными (или хедер) файлами, а затем включить, то есть скопировать, эти заголовочные файлы во все файлы, где нужны эти описания. Например, если описание sqrt хранится в заголовочном файле для стандартных математических функций math.h, и вы хотите извлечь квадратный корень из 4, можно написать:

#include «math.h» //... x = sqrt(4);

Поскольку обычные заголовочные файлы включаются во многие исходные файлы, они не содержат описаний, которые не должны повторяться. Например, тела функций даются только для inline-подставляемых функций (#1.12) и инициализаторы даются только для констант (#1.3.1). За исключением этих случаев, заголовочный файл является хранилищем информации о типах. Он обеспечивает интерфейс между отдельно компилируемыми частями программы.

В команде включения include имя файла, заключенное в угловые скобки, например «math.h», относится к файлу с этим именем в стандартном каталоге (часто это /usr/include/CC), на файлы, находящиеся в каких-либо других местах ссылаются с помощью имен, заключенных в двойные кавычки. Например: