Введение в язык Си++
         

Эффективность


Можно было бы ожидать, что раз ввод/вывод определен с помощью общедоступных средств языка, он будет менее эффективен, чем встроенное средство. На самом деле это не так. Для действий вроде "поместить символ в поток" используются inline-функции, единственные необходимые на этом уровне вызовы функций возникают из-за переполнения сверху и снизу. Для простых объектов (целое, строка и т.п.) требуется по одному вызову на каждый. Как выясняется, это не отличается от прочих средств ввода/вывода, работающих с объектами на этом уровне.



Эффективность и структура


C++ был развит из языка программирования C и за очень немногими исключениями сохраняет C как подмножество. Базовый язык, C подмножество C++, спроектирован так, что имеется очень близкое соответствие между его типами, операциями и операторами и компьютерными объектами, с которыми непосредственно приходится иметь дело: числами, символами и адресами. За исключением операций свободной памяти new и delete, отдельные выражения и операторы C++ обычно не нуждаются в скрытой поддержке во время выполнения или подпрограммах.

В C++ используются те же последовательности вызова и возврата из функций, что и в C. В тех случаях, когда даже этот довольно эффективный механизм является слишком дорогим, C++ функция может быть подставлена inline, удовлетворяя, таким образом, соглашению о записи функций без дополнительных расходов времени выполнения.

Одним из первоначальных предназначений C было применение его вместо программирования на ассемблере в самых насущных задачах системного программирования. Когда проектировался C++, были приняты меры, чтобы не ставить под угрозу успехи в этой области. Различие между C и C++ состоит в первую очередь в степени внимания, уделяемого типам и структурам. C выразителен и снисходителен. C++ еще более выразителен, но чтобы достичь этой выразительности, программист должен уделить больше внимания типам объектов. Когда известны типы объектов, компилятор может правильно обрабатывать выражения, тогда как в противном случае программисту пришлось бы задавать действия с мучительными подробностями. Знание типов объектов также позволяет компилятору обнаруживать ошибки, которые в противном случае остались бы до тестирования. Заметьте, что использование системы типов для того, чтобы получить проверку параметров функций, защитить данные от случайного искажения, задать новые операции и т.д., само по себе не увеличивает расходов по времени выполнения и памяти.

Особое внимание, уделенное при разработке C++ структуре, отразилось на возрастании масштаба программ, написанных со времени разработки C. Маленькую программу (меньше 1000 строк) вы можете заставить работать с помощью грубой силы, даже нарушая все правила хорошего стиля. Для программ больших размеров это не совсем так. Если программа в 10 000 строк имеет плохую структуру, то вы обнаружите, что новые ошибки появляются так же быстро, как удаляются старые. C++ был разработан так, чтобы дать возможность разумным образом структурировать большие программы таким образом, чтобы для одного человека не было непомерным справляться с программами в 25 000 строк. Существуют программы гораздо больших размеров, однако те, которые работают, в целом, как оказывается, состоят из большого числа почти независимых частей, каждая из которых намного ниже указанных пределов. Естественно, сложность написания и поддержки программы зависит от сложности разработки, а не просто от числа строк текста программы, так что точные цифры, с помощью которых были выражены предыдущие соображения, не следует воспринимать слишком серьезно.


Не каждая часть программы, однако, может быть хорошо структурирована, независима от аппаратного обеспечения, легко читаема и т.п. C++ обладает возможностями, предназначенные для того, чтобы непосредственно и эффективно работать с аппаратными средствами, не беспокоясь о безопасности или простоте понимания. Он также имеет возможности, позволяющие скрывать такие программы за элегантными и надежными интерфейсами.

В этой книге особый акцент делается на методах создания универсальных средств, полезных типов, библиотек и т.д. Эти средства пригодятся как тем программистам, которые пишут небольшие программы, так и тем, которые пишут большие. Кроме того, поскольку все нетривиальные программы состоят из большого числа полунезависимых частей, методы написания таких частей пригодятся и системным, и прикладным программистам.

У кого-то может появиться подозрение, что спецификация программы с помощью более подробной системы типов приведет к увеличению исходных текстов программы. В C++ это не так; C++ программа, описывающая типы параметров функций, использующая классы и т.д., обычно немного короче эквивалентной C программы, в которой эти средства не используются.


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 () и меньше на заранее выделенную статическую память.



Эквивалентность типов


Два структурных типа являются различными даже когда они имеют одни и те же члены. Например:

struct s1 { int a; }; struct s2 { int a; };

есть два разных типа, поэтому

s1 x; s2 y = x; // ошибка: несоответствие типов

Структурные типы отличны также от основных типов, поэтому

s1 x; int i = x; // ошибка: несоответствие типов

Однако, существует механизм для описания нового имени для типа без введения нового типа. Описание с префиксом typedef описывает не новую переменную данного типа, а новое имя этого типа. Например:

typedef char* Pchar; Pchar p1, p2; char* p3 = p1;

Это может служить удобной сокращенной записью.



Как Этим Пользоваться


Фактически класс slist в написанном виде бесполезен. В конечном счете, зачем можно использовать список указателей void*? Штука в том, чтобы вывести класс из slist и получить список тех объектов, которые представляют интерес в конкретной программе. Представим компилятор языка вроде C++. В нем широко будут использоваться списки имен; имя - это нечто вроде

struct name { char* string; // ... };

В список будут помещаться указатели на имена, а не сами объекты имена. Это позволяет использовать небольшое информационное поле e slist'а, и дает возможность имени находиться одновременно более чем в одном списке. Вот определение класса nlist, который очень просто выводится из класса slist:

#include "slist.h" #include "name.h"

struct nlist : slist { void insert(name* a) { slist::insert(a); } void append(name* a) { slist::append(a); } name* get() {} nlist(name* a) : (a) {} };

Функции нового класса или наследуются от slist непосредственно, или ничего не делают кроме преобразования типа. Класс nlist - это ничто иное, как альтернативный интерфейс класса slist. Так как на самом деле тип ent есть void*, нет необходимости явно преобразовывать указатели name*, которые используются в качестве фактических параметров (#2.3.4).

Списки имен можно использовать в классе, который представляет определение класса:

struct classdef { nlist friends; nlist constructors; nlist destructors; nlist members; nlist operators; nlist virtuals; // ... void add_name(name*); classdef(); ~classdef(); };

и имена могут добавляться к этим спискам приблизительно так:

void classdef::add_name(name* n) { if (n-is_friend()) { if (find(friends,n)) error("friend redeclared"); else if (find(members,n)) error("friend redeclared as member"); else friends.append(n); } if (n-is_operator()) operators.append(n); // ... }

где is_iterator() и is_friend() являются функциями членами класса name. Фукнцию find() можно написать так:

int find(nlist* ll, name* n) { slist_iterator ff(*(slist*)ll); ent p; while ( p=ff() ) if (p==n) return 1; return 0; }

Здесь применяется явное преобразование типа, чтобы применить slist_iterator к nlist. Более хорошее решение, - сделать итератор для nlist'ов, приведено в #7.3.5. Печатать nlist может, например, такая функция:

void print_list(nlist* ll, char* list_name) { slist_iterator count(*(slist*)ll); name* p; int n = 0; while ( count() ) n++; cout string



Как Создать Библиотеку


Фразы типа "помещен в библиотеку" и "ищется в какой-то библиотеке" используются часто (и в этой книге, и в других), но что это означает для C++ программы? К сожалению, ответ зависит от того, какая операционная система используется; в этом разделе объясняется, как создать библиотеку в 8-ой версии системы UNIX. Другие системы предоставляют аналогичные возможности.

Библиотека в своей основе является множеством .o файлов, полученных в результате компиляции соответствующего множества .c файлов. Обычно имеется один или более .h файлов, в которых содержатся описания для использования этих .o файлов. В качестве примера рассмотрим случай, когда нам надо задать (обычным способом) набор математических функций для некоторого неопределенного множества пользователей. Заголовочный файл мог бы выглядеть примерно так:

extern double sqrt(double); // подмножество extern double sin(double); extern double cos(double); extern double exp(double); extern double log(double);

а определения этих функций хранились бы, соответственно, в файлах sqrt.c, sin.c, cos.c, exp.c и log.c.

Библиотеку с именем math.h можно создать, например, так:

$ CC -c sqrt.c sin.c cos.c exp.c log.c $ ar cr math.a sqrt.o sin.o cos.o exp.o log.o $ ranlib math.a

Вначале исходные файлы компилируются в эквивалентные им объектные файлы. Затем используется команда ar, чтобы создать архив с именем math.a. И, наконец, этот архив индексируется для ускорения доступа. Если в вашей системе нет команды runlib, значит она вам, вероятно, не понадобится. Подробности посмотрите, пожалуйста, в вашем руководстве в разделе под заголовком ar. Использовать библиотеку можно, например, так:

$ CC myprog.c math.a

Теперь разберемся, в чем же преимущества использования math.a перед просто непосредственным использованием .o файлов? Например:

$ CC myprog.c sqrt.o sin.o cos.o exp.o log.o

Для большинства программ определить правильный набор .o файлов, несомненно, непросто. В приведенном выше примере они включались все, но если функции в myprog.c вызывают только функции sqrt() и cos(), то кажется, что будет достаточно

$ CC myprog.c sqrt.o cos.o

Но это не так, поскольку cos.c использует sin.c.

Компоновщик, вызываемый командой CC для обработки .a файла (в данном случае, файла math.a) знает, как из того множества, которое использовалось для создания .a файла, извлечь только необходимые .o файлы.

Другими словами, используя библиотеку можно включать много определений с помощью одного имени (включения определений функций и переменных, используемых внутренними функциями, никогда не видны пользователю), и, кроме того, обеспечить, что в результате в программу будет включено минимальное количество определений.



Класс Строка


Вот довольно реалистичный пример класса string. В нем производится учет ссылок на строку с целью минимизировать копирование и в качестве констант применяются стандартные символьные строки C++.

#include #include

class string { struct srep { char* s; // указатель на данные int n; // счетчик ссылок }; srep *p;

public: string(char *); // string x = "abc" string(); // string x; string(string ); // string x = string ... string operator=(char *); string operator=(string ); ~string(); char operator[](int i);

friend ostream operator(istream, string);

friend int operator==(string x, char* s) {return strcmp(x.p-s, s) == 0; }

friend int operator==(string x, string y) {return strcmp(x.p-s, y.p-s) == 0; }

friend int operator!=(string x, char* s) {return strcmp(x.p-s, s) != 0; }

friend int operator!=(string x, string y) {return strcmp(x.p-s, y.p-s) != 0; }

};

Конструкторы и деструкторы просты (как обычно):

string::string() { p = new srep; p-s = 0; p-n = 1; }

string::string(char* s) { p = new srep; p-s = new char[ strlen(s)+1 ]; strcpy(p-s, s); p-n = 1; }

string::string(string x) { x.p-n++; p = x.p; }

string::~string() { if (--p-n == 0) { delete p-s; delete p; } }

Как обычно, операции присваивания очень похожи на конструкторы. Они должны обрабатывать очистку своего первого (левого) операнда:

string string::operator=(char* s) { if (p-n 1) { // разъединить себя p-n--; p = new srep; } else if (p-n == 1) delete p-s;

p-s = new char[ strlen(s)+1 ]; strcpy(p-s, s); p-n = 1; return *this; }

Благоразумно обеспечить, чтобы присваивание объекта самому себе работало правильно:

string string::operator=(string x) { x.p-n++; if (--p-n == 0) { delete p-s; delete p; } p = x.p; return *this; }

Операция вывода задумана так, чтобы продемонстрировать применение учета ссылок. Она повторяет каждую вводимую строку (с помощью операции

ostream operators n

Операция ввода использует стандартную функцию ввода символьной строки ().

istream operator(istream s, string x) { char buf[256]; s buf; x = buf; cout

Для доступа к отдельным символам предоставлена операция индексирования. Осуществляется проверка индекса:

void error(char* p) { cerr s)s[i]; }

Головная программа просто немного опробует действия над строками. Она читает слова со ввода в строки, а потом эти строки печатает. Она продолжает это делать до тех пор, пока не распознает строку done, которая завершает сохранение слов в строках, или не встретит конец файла. После этого она печатает строки в обратном порядке и завершается.

main() { string x[100]; int n;

cout x[n]; n++) { string y; if (n==100) error("слишком много строк"); cout



Классовые объекты


Объект с закрытыми членами не может быть инициализован с помощью простого присваивания, как это описывалось выше; это же относится к объекту объединение. Если класс имеет конструктор, не получающий значений, то этот конструктор используется для объектов, которые явно не инициализированы.

Параметры для конструктора могут также быть представлены в виде заключенного в круглые скобки списка. Например:

struct complex { float re; float im; complex (float r,float i) { re=r; im=i; } complex (float r) { re=r; im=0; } };

complex zz (1,2.3); complex* zp = new complex (1,2.3);

Инициализация может быть также выполнена с помощью явного присваивания; преобразования производятся. Например,

complex zz1 = complex (1,2.3); complex zz2 = complex (123); complex zz3 = 123; complex zz4 = zz3;

Если конструктор ссылается на объект своего собственного класса, то он будет вызываться при инициализации объекта другим объектом этого класса, но не при инициализации объекта конструктором.

Объект класса, имеющего конструкторы, может быть членом составного объекта только если он сам не имеет конструктора или если его конструкторы не имеют параметров. В последнем случае конструктор вызывается при создании составного объекта. Если член составного объекта является членом класса с деструкторами, то этот деструктор вызывается при уничтожении составного объекта.



Классы


Давайте посмотрим, как мы могли бы определить тип потока вывода ostream. Чтобы упростить задачу, предположим, что для буферизации определен тип streambuf. Тип streambuf на самом деле определен в , где также находится и настоящее определение ostream. Пожалуйста, не испытывайте примеры, определяющие ostream в этом и последующих разделах; пока вы не сможете полностью избежать использования , компилятор будет возражать против переопределений.

Определение типа, определяемого пользователем (который в C++ называется class, т.е. класс), специфицирует данные, необходимые для представления объекта этого типа, и множество операций для работы с этими объектами. Определение имеет две части: закрытую (private) часть, содержащую информацию, которой может пользоваться только его разработчик, и открытую (public) часть, представляющую интерфейс типа с пользователем:

class ostream { streambuf* buf; int state; public: void put(char*); void put(long); void put(double); }

Описания после метки public задают интерфейс: пользователь может обращаться только к трем функциям put(). Описания перед меткой public задают представление объекта класса ostream; имена buf и state могут использоваться только функциями put(), описанными в открытой части.

class определяет тип, а не объект данных, поэтому чтобы использовать ostream, мы должны один такой объект описать (так же, как мы описываем переменные типа int):

ostream my_out;

Считая, что my_out был соответствующим образом проинициализирован (как, объясняется в ), его можно использовать например так:

my_out.put("Hello, world\n");

С помощью операции точка выбирается член класса для данного объекта этого класса. Здесь для объекта my_out вызывается член функция put().

Функция может определяться так:

void ostream::put(char* p) { while (*p) buf.sputc(*p++); }

где sputc() - функция, которая помещает символ в streambuf. Префикс ostream необходим, чтобы отличить put() ostream'а от других функций с именем put().

Для обращения к функции члену должен быть указан объект класса. В функции члене можно ссылаться на этот объект неявно, как это делалось выше в ostream::put(): в каждом вызове buf относится к члену buf объекта, для которого функция вызвана.

Можно также ссылаться на этот объект явно посредством указателя с именем this. В функции члене класса X this неявно описан как X* (указатель на X) и инициализирован указателем на тот объект, для которого эта функция вызвана. Определение ostream::put() можно также записать в виде:

void ostream::put(char* p) { while (*p) this-buf.sputc(*p++); }

Операция - применяется для выбора члена объекта, заданного указателем.


Эти типы не "абстрактны", они столь же реальны, как int и float. - Дуг МакИлрой

В этой главе описываются возможности определения новых типов в C++, для которых доступ к данным ограничен заданным множеством функций доступа. Объясняются способы защиты структуры данных, ее инициализации, доступа к ней и, наконец, ее уничтожения. Примеры содержат простые классы для работы с таблицей имен, манипуляции стеком, работу с множеством и реализацию дискриминирующего (то есть, "надежного") объединения. Две следующие главы дополнят описание возможностей определения новых типов в C++ и познакомят читателя еще с некоторыми интересными примерами.




Классовые объекты могут присваиваться, передаваться функциям как параметры и возвращаться функциями. Другие возможные операции, как, например, проверка равенства, могут быть определены пользователем; см. #8.5.10.




Описание date в предыдущем подразделе дает множество функций для работы с date, но не указывает, что эти функции должны быть единственными для доступа к объектам типа date. Это ограничение можно наложить используя вместо struct class:

class date { int month, day, year; public: void set(int, int, int); void get(int*, int*, int*); void next(); void print(); };

Метка public делит тело класса на две части. Имена в первой, закрытой части, могут использоваться только функциями членами. Вторая, открытая часть, составляет интерфейс к объекту класса. Struct - это просто class, у которого все члены общие, поэтому функции члены определяются и используются точно так же, как в предыдущем случае. Например:

void date::ptinr() // печатает в записи, принятой в США { cout

Однако функции не члены отгорожены от использования закрытых членов класса date. Например:

void backdate() { today.day--; // ошибка }

В том, что доступ к структуре данных ограничен явно описанным списком функций, есть несколько преимуществ. Любая ошибка, которая приводит к тому, что дата принимает недопустимое значение (например, Декабрь 36, 1985) должна быть вызвана кодом функции члена, поэтому первая стадия отладки, локализация, выполняется еще до того, как программа будет запущена. Это частный случай общего утверждения, что любое изменение в поведении типа date может и должно вызываться изменениями в его членах. Другое преимущество - это то, что потенциальному пользователю такого типа нужно будет только узнать определение функций членов, чтобы научиться им пользоваться.

Защита закрытых данных связана с ограничением использования имен членов класса. Это можно обойти с помощью манипуляции адресами, но это уже, конечно, жульничество.



Классы и Члены


Класс - это определяемый пользователем тип. Этот раздел знакомит с основными средствами определения класса, создания объекта класса, работы с такими объектами и, наконец, уничтожения таких объектов после использования.



Классы памяти


Есть два описываемых класса памяти: автоматический и статический.

Автоматические объекты локальны для каждого вызова блока и сбрасываются по выходе из него.

Статические объекты существуют и сохраняют свое значение в течение выполнения всей программы.

Некоторые объекты не связаны с именами и их времена жизни явно управляются операторами new и delete ; см. #9.14



Ключевые слова


Следующие идентификаторы зарезервированы для использования в качестве ключевых слов и не могут использоваться иным образом:

asm auto break case char class const continue default delete do double else enum extern float for friend goto if inline int long new operator overload public register return short sizeof static struct switch this typedef union unsigned virtual void while

Идентификаторы signed и volatile зарезервированы для применения в будущем.



Командные Строки Компилятора


Компилятор языка C++ содержит препроцессор, способный выполнять макроподстановки, условную компиляцию и включение именованных файлов. Строки, начинающиеся с #, относятся к препроцессору. Эти строки имеют независимый от остального языка синтаксис; они могут появляться в любом месте оказывать влияние, которое распространяется (независимо от области видимости) до конца исходного файла программы.

Заметьте, что определения const и inline дают альтернативы для большинства использований #define.



в программу текст, который предназначается


Часто бывает полезно вставлять в программу текст, который предназначается в качестве комментария только для читающего программу человека и игнорируется компилятором в программе. В C++ 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 //.


Символы /* задают начало комментария, заканчивающегося символами */. Комментарии не могут быть вложенными. Символы // начинают комментарий, который заканчивается в конце строки, на которой они появились.

Комментарии и Выравнивание


Продуманное использование комментариев и согласованное использование отступов может сделать чтение и понимание программы намного более приятным. Существует несколько различных стилей согласованного использования отступов. Автор не видит никаких серьезных оснований предпочесть один другому (хотя как и у большинства, у меня есть свои предпочтения). Сказанное относится также и к стилю комментариев.

Неправильное использование комментариев может серьезно повлиять на удобочитаемость программы, Компилятор не понимает содержание комментария, поэтому он никаким способом не может убедиться в том, что комментарий

[1] осмыслен;

[2] описывает программу; и

[3] не устарел.

Непонятные, двусмысленные и просто неправильные комментарии содержатся в большинстве программ. Плохой комментарий может быть хуже, чем никакой.

Если что-то можно сформулировать средствами самого языка, следует это сделать, а не просто отметить в комментарии. Данное замечание относится к комментариям вроде:

// переменная "v" должна быть инициализирована.

// переменная "v" должна использоваться только функцией "f()".

// вызвать функцию init() перед вызовом // любой другой функции в этом файле.

// вызовите функцию очистки "cleanup()" в конце вашей программы.

// не используйте функцию "wierd()".

// функция "f()" получает два параметра.

При правильном использовании C++ подобные комментарии как правило становятся ненужными. Чтобы предыдущие комментарии стали излишними, можно, например, использовать правила компоновки (#4.2 ) и видимость, инициализацию и правила очистки для классов (см.

#5.5.2).

Если что-то было ясно сформулировано на языке, второй раз упоминать это в комментарии не следует. Например:

a = b+c; // a становится b+c count++; // увеличить счетчик

Такие комментарии хуже чем просто излишни, они увеличивают объем текса, который надо прочитать, они часто затуманивают структуру программы, и они могут быть неправильными.

Автор предпочитает:


[1] Комментарий для каждого исходного файла, сообщающий, для чего в целом предназначены находящиеся в нем комментарии, дающий ссылки на справочники и руководства, общие рекомендации по использованию и т.д.;
[2] Комментарий для каждой нетривиальной функции, в котором сформулировано ее назначение, используемый алгоритм (если он неочевиден) и, быть может, что-то о принимаемых в ней предположениях относительно среды выполнения;
[3] Небольшое число комментариев в тех местах, где программа неочевидна и/или непереносима; и
[4] Очень мало что еще.
Например:
// tbl.c: Реализация таблицы имен /* Гауссовское исключение с частичным См. Ralston: "A first course ..." стр. 411. */
// swap() предполагает размещение стека ATT sB20.
/**************************************
Copyright (c) 1984 ATT, Inc. All rights reserved
****************************************/
Удачно подобранные и хорошо написанные комментарии - существенная часть программы. Написание хороших комментариев может быть столь же сложным, сколь и написание самой программы.
Заметьте также, что если в функции используются исключительно комментарии //, то любую часть этой функции можно закомментировать с помощью комментариев /* */, и наоборот.

Компиляция


Откуда появились выходной поток cout и код, реализующий операцию вывода

Команда компиляции в C++ 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 $



Компоновка


Если не указано иное, то имя, не являющееся локальным для функции или класса, в каждой части программы, компилируемой отдельно, должно относиться к одному и тому же типу, значению, функции или объекту. То есть, в программе может быть только один нелокальный тип, значение, функция или объект с этим именем. Рассмотрим, например, два файла:

// file1.c: int a = 1; int f() { /* что-то делает */ }

// file2.c: extern int a; int f(); void g() { a = f(); }

a и f(), используемые g() в файле file2.c,- те же, что определены в файле file1.c. Ключевое слово extern (внешнее) указывает, что описание a в file2.c является (только) описанием, а не определением. Если бы a инициализировалось, extern было бы просто проигнорировано, поскольку описание с инициализацией всегда является определением. Объект в программе должен определяться только один раз. Описываться он может много раз, но типы должны точно согласовываться. Например:

// file1.c: int a = 1; int b = 1; extern int c;

// file2.c: int a; extern double b; extern int c;

Здесь три ошибки: a определено дважды (int a; является определением, которое означает int a=0;), b описано дважды с разными типами, а c описано дважды, но не определено. Эти виды ошибок (ошибки компоновки) не могут быть обнаружены компилятором, который за один раз видит только один файл. Компоновщик, однако, их обнаруживает.

Следующая программа не является C++ программой (хотя C программой является):

// file1.c: int a; int f() { return a; }

// file2.c: int a; int g() { return f(); }

Во-первых, file2.c не C++, потому что f() не была описана, и поэтому компилятор будет недоволен. Во-вторых, (когда file2.c фиксирован) программа не будет скомпонована, поскольку a определено дважды.

Имя можно сделать локальным в файле, описав его static. Например:

// file1.c: static int a = 6; static int f() { /* ... */ }

// file2.c: static int a = 7; static int f() { /* ... */ }

Поскольку каждое a и f описано как static, получающаяся в результате программа является правильной. В каждом файле своя a и своя f().


Когда переменные и функции явно описаны как static, часть программы легче понять (вам не надо никуда больше заглядывать). Использование static для функций может, помимо этого, выгодно влиять на расходы по вызову функции, поскольку дает оптимизирующему компилятору более простую работу.

Рассмотрим два файла:

// file1.c: const int a = 6; inline int f() { /* ... */ } struct s { int a,b; }

// file1.c: const int a = 7; inline int f() { /* ... */ } struct s { int a,b; }

Раз правило "ровно одно определение" применяется к константам, inline-функциям и определениям функций так же, как оно применяется к функциям и переменным, то file1.c и file2.c не могут быть частями одной C++ программы. Но если это так, то как же два файла могут использовать одни и те же типы и константы? Коротко, ответ таков: типы, константы и т.п. могут определяться столько раз, сколько нужно, при условии, что они определяются одинаково. Полный ответ несколько более сложен (это объясняется в следующем разделе).


Константные Выражения


В нескольких местах C++ требует выражения, вычисление которых дает константу: в качестве границы массива (), в case выражениях (), в качестве значений параметров функции, присваиваемых по умолчанию, (), и в инициализаторах (). В первом случае выражение может включать только целые константы, символьные константы, константы, описанные как имена, и sizeof выражения, возможно, связанные бинарными операциями

+ - * / % | ^ == != =

или унарными операциями

- ~ !

или тернарными операциями

? :

Скобки могут использоваться для группирования, но не для вызова функций.

Большая широта допустима для остальных трех случаев использования; помимо константных выражений, обсуждавшихся выше, допускаются константы с плавающей точкой, и можно также применять унарную операцию к внешним или статическим объектам, или к внешним или статическим массивам, индексированным константным выражением. Унарная операция может также быть применена неявно с помощью употребления неиндексированных массивов и функций. Основное правило состоит в том, что инициализаторы должны при вычислении давать константу или адрес ранее описанного внешнего или статического объекта плюс или минус константа.



Константы


C++ дает возможность записи значений основных типов: символьных констант, целых констант и констант с плавающей точкой. Кроме того, ноль (0) может использоваться как константа любого указательного типа, и символьные строки являются константами типа char[]. Можно также задавать символические константы. Символическая константа - это имя, значение которого не может быть изменено в его области видимости. В C++ имеется три вида символических констант: (1) любому значению любого типа можно дать имя и использовать его как константу, добавив к его описанию ключевое слово const; (2) множество целых констант может быть определено как перечисление; и (3) любое имя вектора или функции является константой.


Константы классового типа определить невозможно в том смысле, в каком 1.2 и 12e3 являются константой типа double. Вместо них, однако, часто можно использовать константы основных типов, если их реализация обеспечивается с помощью функций членов. Общий аппарат для этого дают конструкторы, получающие один параметр. Когда конструкторы просты и подставляются inline, имеет смысл рассмотреть в качестве константы вызов конструктора. Если, например, в есть описание класса comlpex, то выражение zz1*3+zz2*comlpex(1,2) даст два вызова функций, а не пять. К двум вызовам функций приведут две операции *, а операция + и конструктор, к которому обращаются для создания comlpex(3) и comlpex(1,2), будут расширены inline.




Как описано ниже, есть несколько видов констант. В приводится краткая сводка аппаратных характеристик, которые влияют на их размеры.



Константы с Плавающей Точкой


Константы с плавающей точкой имеют тип double. Как и в предыдущем случае, компилятор должен предупреждать о константах с плавающей точкой, которые слишком велики, чтобы их можно было представить. Вот некоторые константы с плавающей точкой:

.23 0.23 1. 1.0 1.2e10 1.23e-15

Заметьте, что в середине константы с плавающей точкой не может встречаться пробел. Например, 65.43 e-21 является не константой с плавающей точкой, а четырьмя отдельными лексическими символами (лексемами):

.43 e - 21

и вызовет синтаксическую ошибку.

Если вы хотите иметь константу с плавающей точкой типа float, вы можете определить ее так (#2.4.6):

const float pi = 3.14159265;


Константа с плавающей точкой состоит из целой части, десятичной точки, мантиссы, е или Е и целого показателя степени (возможно, но не обязательно, со знаком). Целая часть и мантисса обе состоят из последовательности цифр. Целая часть или мантисса (но не обе сразу) может быть опущена; или десятичная точка, или е(Е) вместе с целым показателем степени (но не обе части одновременно) может быть опущена. Константа с плавающей точкой имеет тип double.



Конструкторы


Определение ostream как класса сделало члены данные закрытыми. Только функция член имеет доступ к закрытым членам, поэтому надо предусмотреть функцию для инициализации. Такая функция называется конструктором и отличается тем, что имеет то же имя, что и ее класс:

class ostream { //... ostream(streambuf*); ostream(int size, char* s); };

Здесь задано два конструктора. Один получает вышеупомянутый streambuf для реального вывода, другой получает размер и указатель на символ для форматирования строки. В описании необходимый для конструктора список параметров присоединяется к имени. Теперь вы можете, например, описать такие потоки:

ostream my_out(some_stream_buffer); char xx[256]; ostream xx_stream(256,xx);

Описание my_out не только задает соответствующий объем памяти где-то в другом месте, оно также вызывает конструктор ostream::ostream(streambuf*), чтобы инициализировать его параметром some_stream_buffer, предположительно указателем на подходящий объект класса streambuf. Описание конструкторов для класса не только дает способ инициализации объектов, но также обеспечивает то, что все объекты этого класса будут проинициализированы. Если для класса были описаны конструкторы, то невозможно описать переменную этого класса так, чтобы конструктор не был вызван. Если класс имеет конструктор, не получающий параметров, то этот конструктор будет вызываться в том случае, если в описании нет ни одного параметра.


Альтернативу использованию нескольких функций (перегруженных) составляет описание конструктора, который по заданному double создает complex. Например:

class complex { // ... complex(double r) { re=r; im=0; } };

Конструктор, требующий только один параметр, необязательно вызывать явно:

complex z1 = complex(23); complex z2 = 23;

И z1, и z2 будут инициализированы вызовом complex(23).

Конструктор - это предписание, как создавать значение данного типа. Когда требуется значение типа, и когда такое значение может быть создано конструктором, тогда, если такое значение дается для присваивания, вызывается конструктор. Например, класс complex можно было бы описать так:

class complex { double re, im; public: complex(double r, double i = 0) { re=r; im=i; }

friend complex operator+(complex, complex); friend complex operator*(complex, complex); };

и действия, в которые будут входить переменные complex и целые константы, стали бы допустимы. Целая константа будет интерпретироваться как complex с нулевой мнимой частью. Например, a=b*2 означает:

a=operator*( b, complex( double(2), double(0) ) )

Определенное пользователем преобразование типа применяется неявно только тогда, когда оно является единственным.

Объект, сконструированный с помощью явного или неявного вызова конструктора, является автоматическим и будет уничтожен при первой возможности, обычно сразу же после оператора, в котором он был создан.




Член функция с именем, совпадающим с именем ее класса, называется конструктором. Конструктор не имеет типа возвращаемого значения; он используется для конструирования значений с типом его класса. С помощью конструктора можно создавать новые объекты его типа, используя синтаксис

typedef-имя ( список_параметров opt )

Например,

complex zz = complex (1,2.3);

cprint (complex (7.8,1.2));

Объекты, созданные таким образом, не имеют имени (если конструктор не использован как инициализатор, как это было с zz выше), и их время жизни ограничено областью видимости, в которой они созданы. Они не могут рассматриваться как константы их типа. Если класс имеет конструктор, то он вызывается для каждого объекта этого класса перед тем, как этот объект будет как-либо использован; см.

Конструктор может быть overload, но не virtual или friend.

Если класс имеет базовый класс с конструктором, то конструктор для базового класса вызывается до вызова конструктора для производного класса. Конструкторы для объектов членов, если таковые есть, выполняются после конструктора базового класса и до конструктора объекта, содержащего их. Объяснение того, как могут быть специфицированы параметры для базового класса, см. в #8.6.2, а того, как конструкторы могут использоваться для управления свободной памятью, см. в #17.



Конструкторы и Деструкторы


Если у класса есть конструктор, то он вызывается всегда, когда создается объект класса. Если у класса есть деструктор, то он вызывается всегда, когда объект класса уничтожается. Объекты могут создаваться как:

[1] Автоматический объект: создается каждый раз, когда его описание встречается при выполнении программы, и уничтожается каждый раз при выходе из блока, в котором оно появилось;

[2] Статический объект: создается один раз, при запуске программы, и уничтожается один раз, при ее завершении;

[3] Объект в свободной памяти: создается с помощью операции new и уничтожается с помощью операции delete;

[4] Объект член: как объект другого класса или как элемент вектора.

Объект также может быть сконструирован с помощью явного применения конструктора в выражении (см. #6.4), в этом случае он является автоматическим объектом. В следующих подразделах предполагается, что объекты принадлежат классу, имеющему конструктор и деструктор. Примером может служит класс table из #5.3.


Для некоторых производных классов нужны конструкторы. Если у базового класса есть конструктор, он должен вызываться, и если для этого конструктора нужны параметры, их надо предоставить. Например:

class base { // ... public: base(char* n, short t); ~base(); };

class derived : public base { base m; public: derived(char* n); ~derived(); };

Параметры конструктора базового класса специфицируются в определении конструктора производного класса. В этом смысле базовый класс работает точно также, как неименованный член производного класса (см. ). Например:

derived::derived(char* n) : (n,10), m("member",123) { // ... }

Объекты класса конструируются снизу вверх: сначала базовый, потом члены, а потом сам производный класс. Уничтожаются они в обратном порядке: сначала сам производный класс, потом члены а потом базовый.



Копирование Потоков


Есть возможность копировать потоки. Например:

cout = cerr;

В результате этого получаются две переменные, ссылающиеся на один и тот же поток. Главным образом это бывает полезно для того, чтобы сделать стандартное имя вроде cin ссылающимся на что-то другое (пример этого см. в )



Краткая сводка операций


Операции C++ подробно и систематически описываются в #с.7; прочитайте, пожалуйста, этот раздел. Здесь же приводится краткая сводка и некоторые примеры. После каждой операции приведено одно или более ее общеупотребительных названий и пример ее использования. В этих примерах имя_класса - это имя класса, член - имя члена, объект - выражение, дающее в результате объект класса, указатель - выражение, дающее в результате указатель, выр - выражение, а lvalue - выражение, денотирующее неконстантный объект. Тип может быть совершенно произвольным именем типа (со *, () и т.п.) только когда он стоит в скобках, во всех остальных случаях существуют ограничения.

Унарные операции и операции присваивания правоассоциативны, все остальные левоассоциативны. Это значит, что a=b=c означает a=(b=c), a+b+c означает (a+b)+c, и *p++ означает *(p++), а не (*p)++.



Краткое Изложение Синтаксиса


Мы надеемся, что эта краткая сводка синтаксиса C++ поможет пониманию. Она не является точным изложением языка.



Круглые скобки


Скобками синтаксис C++ злоупотребляет; количество способов их использования приводит в замешательство: они применяются для заключения в них параметров в вызовах функций, в них заключается тип в преобразовании типа (приведении к типу), в именах типов для обозначения функций, а также для разрешения конфликтов приоритетов. К счастью, последнее требуется не слишком часто, потому что уровни приоритета и правила ассоциативности определены таким образом, чтобы выражения "работали ожидаемым образом" (то есть, отражали наиболее привычный способ употребления). Например, значение

if (i



Макросы


Макросы определяются в #с.11. В C они очень важны, но в C++ применяются гораздо меньше. Первое правило относительно них такое: не используйте их, если вы не обязаны это делать. Как было замечено, почти каждый макрос проявляет свой изъян или в языке, или в программе. Если вы хотите использовать макросы, прочитайте, пожалуйста, вначале очень внимательно руководство по вашей реализации C препроцессора.

Простой макрос определяется так:

#define name rest of line

Когда name встречается как лексема, оно заменяется на rest of line. Например:

named = name

после расширения даст:

named = rest of line

Можно также определить макрос с параметрами. Например:

#define mac(a,b) argument1: a argument2: b

При использовании mac должно даваться две строки параметра. После расширения mac() они заменяют a и b. Например:

expanded = mac(foo bar, yuk yuk)

после расширения даст

expanded = argument1: foo bar argument2: yuk yuk

Макросы обрабатывают строки и о синтаксисе C++ знают очень мало, а о типах C++ или областях видимости - ничего. Компилятор видит только расширенную форму макроса, поэтому ошибка в макросе диагностируется когда макрос расширен, а не когда он определен. В результате этого возникают непонятные сообщения об ошибках.

Вот такими макросы могут быть вполне:

#define Case break;case #define nl

Вот совершенно ненужные макросы:

#define PI 3.141593 #define BEGIN { #define END }

А вот примеры опасных макросов:

#define SQUARE(a) a*a #define INCR_xx (xx)++ #define DISP = 4

Чтобы увидеть, чем они опасны, попробуйте провести расширения в следующем примере:

int xx = 0; // глобальный счетчик

void f() { int xx = 0; // локальная переменная xx = SQUARE(xx+2); // xx = xx+2*xx+2 INCR_xx; // увеличивает локальный xx if (a-DISP==b) { // a-= 4==b // ... } }

Если вы вынуждены использовать макрос, при ссылке на глобальные имена используйте операцию разрешения области видимости :: (#2.1.1) и заключайте вхождения имени параметра макроса в скобки везде, где это возможно (см. MIN выше).

Обратите внимание на различие результатов расширения этих двух макросов:

#define m1(a) something(a) // глубокомысленный комментарий #define m2(a) something(a) /* глубокомысленный комментарий */

например,

int a = m1(1)+2; int b = m2(1)+2;

расширяется в

int a = something(1) // глубокомысленный комментарий+2; int b = something(1) /* глубокомысленный комментарий */+2;

С помощью макросов вы можете разработать свой собственный язык. Скорее всего, для всех остальных он будет непостижим. Кроме того, C препроцессор - очень простой макропроцессор. Когда вы попытаетесь сделать что-либо нетривиальное, вы, вероятно, обнаружите, что сделать это либо невозможно, либо чрезвычайно трудно (но см. ).



Массивы символов


Последняя сокращенная запись позволяет инициализировать строкой массив данных типа char. В этом случае последовательные символы строки инициализируют члены массива. Например:

char msg[] = "Syntax error on line %d\n";

демонстрирует массив символов, члены которого инициализированы строкой.



Массивы, указатели и индексирование


Всякий раз, когда в выражении появляется идентификатор типа массива, он преобразуется в указатель на первый член массива. Из-за преобразований массивы не являются адресами. По определению операция индексирования [] интерпретируется таким образом, что E1[E2] идентично *((E1)+(E2)). В силу правил преобразования, применяемых к +, если E1 массив и E2 целое, то E1[E2] относится к E2-ому члену E1. Поэтому, несмотря на такое проявление асимметрии, индексирование является коммутативной операцией.

Это правило сообразным образом применяется в случае многомерного массива. Если E является n-мерным массивом ранга i*j*...*k, то возникающее в выражении E преобразуется в указатель на (n-1)-мерный массив ранга j*...*k. Если к этому указателю, явно или неявно, как результат индексирования, применяется операция *, ее результатом является (n-1)-мерный массив, на который указывалось, который сам тут же преобразуется в указатель.

Рассмотрим, например,

int x[3][5];

Здесь x - массив целых размером 3*5. Когда x возникает в выражении, он преобразуется в указатель на (первый из трех) массив из 5 целых. В выражении x[i], которое эквивалентно *(x+1), x сначала преобразуется, как описано, в указатель, затем 1 преобразуется к типу x, что включает в себя умножение 1 на длину объекта, на который указывает указатель, а именно объект из 5 целых. Результаты складываются, и используется косвенная адресация для получения массива (из 5 целых), который в свою очередь преобразуется в указатель на первое из целых. Если есть еще один индекс, снова используется тот же параметр; на этот раз результат является целым.

Именно из всего этого проистекает то, что массивы в C хранятся по строкам (быстрее всего изменяется последний индекс), и что в описании первый индекс помогает определить объем памяти, поглощаемый массивом, но не играет никакой другой роли в вычислениях индекса.



Множественные Заголовочные Файлы


Стиль разбиения программы с одним заголовочным файлом наиболее пригоден в тех случаях, когда программа невелика и ее части не предполагается использовать отдельно. Поэтому то, что невозможно установить, какие описания зачем помещены в заголовочный файл, несущественно. Помочь могут комментарии. Другой способ - сделать так, чтобы каждая часть программы имела свой заголовочный файл, в котором определяются предоставляемые этой частью средства. Тогда каждый .c файл имеет соответствующий .h файл, и каждый .c файл включает свой собственный (специфицирующий то, что в нем задается) .h файл и, возможно, некоторые другие .h файлы (специфицирующие то, что ему нужно).

Рассматривая организацию калькулятора, мы замечаем, что error() используется почти каждой функцией программы, а сама использует только . Это обычная для функции ошибок ситуация, поэтому error() следует отделить от main():

// error.h: обработка ошибок

extern int no_errors;

extern double error(char* s);

// error.c

#include #include "error.h"

int no_of_errors;

double error(char* s) { /* ... */ }

При таком стиле использования заголовочных файлов .h файл и связанный с ним .c файл можно рассматривать как модуль, в котором .h файл задает интерфейс, а .c файл задает реализацию.

Таблица символов не зависит от остальной части калькулятора за исключением использования функции ошибок. Это можно сделать явным:

// table.h: описания таблицы имен

struct name { char* string; name* next; double value; };

extern name* look(char* p, int ins = 0); inline name* insert(char* s) { return look(s,1); }

// table.c: определения таблицы имен

#include "error.h" #include #include "table.h"

const TBLSZ = 23; name* table[TBLSZ];

name* look(char* p; int ins) { /* ... */ }

Заметьте, что описания функций работы со строками теперь включаются из . Это исключает еще один возможный источник ошибок.

// lex.h: описания для ввода и лексического анализа

enum token_value { NAME, NUMBER, END, PLUS='+', MINUS='-', MUL='*', DIV='/', PRINT=';', ASSIGN='=', LP='(', RP=')' };


extern token_value curr_tok; extern double number_value; extern char name_string[256];

extern token_value get_token();

Этот интерфейс лексического анализатора достаточно беспорядочен. Недостаток в надлежащем типе лексемы обнаруживает себя в необходимости давать пользователю get_token() фактические лексические буферы number_value и name_string.

// lex.c: определения для ввода и лексического анализа

#include #include #include "error.h" #include "lex.h"

token_value curr_tok; double number_value; char name_string[256];

token_value get_token() { /* ... */ }

Интерфейс синтаксического анализатора совершенно прозрачен:

// syn.c: описания для синтаксического анализа и вычисления

extern double expr(); extern double term(); extern double prim();

// syn.c: определения для синтаксического анализа и вычисления

#include "error.h" #include "lex.h" #include "syn.h"

double prim() { /* ... */ } double term() { /* ... */ } double expr() { /* ... */ }

Главная программа, как всегда, тривиальна:

// main.c: главная программа

#include #include "error.h" #include "lex.h" #include "syn.h" #include "table.h" #include

main(int argc, char* argv[]) { /* ... */ }

Сколько заголовочных файлов использовать в программе, зависит от многих факторов. Многие из этих факторов сильнее связаны с тем, как ваша система работает с заголовочными файлами, нежели с C++. Например, если в вашем редакторе нет средств, позволяющих одновременно видеть несколько файлов, использование большого числа файлов становится менее привлекательным. Аналогично, если открывание и чтение 10 файлов по 50 строк в каждом требует заметно больше времени, чем чтение одного файла в 500 строк, вы можете дважды подумать, прежде чем использовать в небольшом проекте стиль множественных заголовочных файлов. Слово предостережения: набор из десяти заголовочных файлов плюс стандартные заголовочные файлы обычно легче поддаются управлению. С другой стороны, если вы разбили описания в большой программе на логически минимальные по размеру заголовочные файлы (помещая каждое описание структуры в свой отдельный файл и т.д.), у вас легко может получиться неразбериха из сотен файлов.


Мультипликативные операции


Мультипликативные операции *, / и % группируют слева направо. Выполняются обычные арифметические преобразования.

мультипликативное_выражение:

выражение * выражение выражение / выражение выражение % выражение

Бинарная операция * определяет умножение. Операция * ассоциативна и выражения с несколькими умножениями на одном уровне могут быть реорганизованы компилятором.

Бинарная операция / определяет деление. При делении положительных целых округление осуществляется в сторону 0, но если какой-либо из операндов отрицателен, то форма округления является машинно зависимой. На всех машинах, охватываемых данным руководством, остаток имеет тот же знак, что и делимое. Всегда истинно, что (a/b)*b + a%b равно a (если b не 0).

Бинарная операция % дает остаток от деления первого выражения на второе. Выполняются обычные арифметические преобразования. Операнды не должны быть числами с плавающей точкой.



Настольный калькулятор


С операторами и выражениями вас познакомит приведенная здесь программа настольного калькулятора, предоставляющего четыре стандартные арифметические операции над числами с плавающей точкой. Пользователь может также определять переменные. Например, если вводится

r=2.5 area=pi*r*r

(pi определено заранее), то программа калькулятора напишет:

.635

где 2.5 - результат первой введенной строки, а 19.635 - результат второй.

Калькулятор состоит из четырех основных частей: программы синтаксического разбора (parser'а), функции ввода, таблицы имен и управляющей программы (драйвера). Фактически, это миниатюрный компилятор, в котором программа синтаксического разбора производит синтаксический анализ, функция ввода осуществляет ввод и лексический анализ, в таблице имен хранится долговременная информация, а драйвер распоряжается инициализацией, выводом и обработкой ошибок. Можно было бы многое добавить в этот калькулятор, чтобы сделать его более полезным, но в существующем виде эта программа и так достаточно длинна (200 строк), и большая часть дополнительных возможностей просто увеличит текст программы не давая дополнительного понимания применения C++.



Небольшие Объекты


Когда вы используете много небольших объектов, размещаемых в свободной памяти, то вы можете обнаружить, что ваша программа тратит много времени выделяя и освобождая память под эти объекты. Первое решение - это обеспечить более хороший распределитель памяти общего назначения, второе для разработчика классов состоит в том, чтобы взять под контроль управление свободной памятью для объектов некоторого класса с помощью подходящих конструкторов и деструкторов.

Рассмотрим класс name, который использовался в примерах table. Его можно было бы определить так:

struct name { char* string; name* next; double value;

name(char*, double, name*); ~name(); };

Программист может воспользоваться тем, что размещение и освобождение объектов заранее известного размера может обрабатываться гораздо эффективнее (и по памяти, и по времени), чем с помощью общей реализации new и delete. Общая идея состоит в том, чтобы предварительно разместить "куски" из объектов name, а затем сцеплять их, чтобы свести выделение и освобождение к простым операциям над связанным списком. Переменная nfree является вершиной списка неиспользованных name:

const NALL = 128; name* nfree;

Распределитель, используемый операцией new, хранит размер объекта вместе с объектом, чтобы обеспечить правильную работу операции delete. С помощью распределителя, специализированного для типа, можно избежать этих накладных расходов. Например, на моей машине следующий распределитель использует для хранения name 16 байт, тогда как для стандартного распределителя свободной памяти нужно 20 байт. Вот как это можно сделать:

name::name(char* s, double v, name* n) { register name* p = nfree; // сначала выделить

if (p) nfree = p-next; else { // выделить и сцепить name* q = (name*)new char[ NALL*sizeof(name) ]; for (p=nfree=q[NALL-1]; qnext = p-1; (p+1)-next = 0; }

this = p; // затем инициализировать string = s; value = v; next = n; }

Присвоение указателю this информирует компилятор о том, что программист взял себе управление, и что не надо использовать стандартный механизм распределения памяти. Конструктор name::name() обрабатывает только тот случай, когда name размещается посредством new, но для большей части типов это всегда так. В #5.5.8

объясняется, как написать конструктор для обработки как размещения в свободной памяти, так и других видов размещения.

Заметьте, что просто как

name* q = new name[NALL];

память выделять нельзя, поскольку это приведет к бесконечной рекурсии, когда new вызовет name::name().

Освобождение памяти обычно тривиально:

name::~name() { next = nfree; nfree = this; this = 0; }

Присваивание указателю this 0 в деструкторе обеспечивает, что стандартный распределитель памяти не используется.



Неявное Преобразование Типа


Основные типы можно свободно сочетать в присваиваниях и выражениях. Везде, где это возможно, значения преобразуются так, чтобы информация не терялась. Точные правила можно найти в #с.6.6.

Существуют случаи, в которых информация может теряться или искажаться. Присваивание значения одного типа переменной другого типа, представление которого содержит меньшее число бит, неизбежно является источником неприятностей. Допустим, например, что следующая часть программы выполняется на машине с двоичным дополнительным представлением целых и 8-битовыми символами:

int i1 = 256+255; char ch = i1 // ch == 255 int i2 = ch; // i2 == ?

В присваивании ch=i1 теряется один бит (самый значимый!), и ch будет содержать двоичный код "все-единицы" (т.е. 8 единиц); при присваивании i2 это никак не может превратиться в 511! Но каким же может быть значение i2? На DEC VAX, где char знаковые, ответ будет -1; на ATT 3B-20, где char беззнаковые, ответ будет 255. В C++ нет динамического (т.е. действующего во время исполнения) механизма для разрешения такого рода проблем, а выяснение на стадии компиляции вообще очень сложно, поэтому программист должен быть внимателен.



Некоторые Подробности Разработки


Операция вывода используется, чтобы избежать той многословности, которую дало бы использование функции вывода. Но почему Возможности изобрести новый лексический символ нет (#6.2). Операция присваивания была кандидатом одновременно и на ввод, и на вывод, но оказывается, большинство людей предпочитают, чтобы операция ввода отличалась от операции вывода. Кроме того, = не в ту сторону связывается (ассоциируется), то есть cout=a=b означает cout=(a=b).

Делались попытки использовать операции , но значения "меньше" и "больше" настолько прочно вросли в сознание людей, что новые операции ввода/вывода во всех реальных случаях оказались нечитаемыми. Помимо этого, " cout

Для таких операторов непросто выдать хорошие сообщения об ошибках.

Операции к такого рода проблемам не приводят, они асимметричны в том смысле, что их можно проассоциировать с "в" и "из", а приоритет cout

Естественно, при написании выражений, которые содержат операции с более низкими приоритетами, скобки использовать надо. Например:

cout

Операцию левого сдвига тоже можно применять в операторе вывода:

cout



Неоднородные Списки


Предыдущие списки были однородными. То есть, в список помещались только объекты одного типа. Это обеспечивалось аппаратом производных классов. Списки не обязательно должны быть однородными. Список, заданный в виде указателей на класс, может содержать объекты любого класса, производного от этого класса. То есть, список может быть неоднородным. Вероятно, это единственный наиболее важный и полезный аспект производных классов, и он весьма существенно используется в стиле программирования, который демонстрируется приведенным выше примером. Этот стиль программирования часто называют объектно-основанным или объектно-ориентированным. Он опирается на то, что действия над объектами неоднородных списков выполняются одинаковым образом. Смысл этих действий зависит от фактического типа объектов, находящихся в списке (что становится известно только на стадии выполнения), а не просто от типа элементов списка (который компилятору известен).



Неоднозначности


Присваивание объекту (или инициализация объекта) класса X является допустимым, если или присваиваемое значение является X, или существует единственное преобразование присваиваемого значения в тип X.

В некоторых случаях значение нужного типа может сконструироваться с помощью нескольких применений конструкторов или операций преобразования. Это должно делаться явно; допустим только один уровень неявных преобразований, определенных пользователем. Иногда значение нужного типа может быть сконструировано более чем одним способом. Такие случаи являются недопустимыми. Например:

class x { /* ... */ x(int); x(char*); }; class y { /* ... */ y(int); }; class z { /* ... */ z(x); };

overload f; x f(x); y f(y);

z g(z);

f(1); // недопустимо: неоднозначность f(x(1)) или f(y(1)) f(x(1)); f(y(1)); g("asdf"); // недопустимо: g(z(x("asdf"))) не пробуется g(z("asdf"));

Определенные пользователем преобразования рассматриваются только в том случае, если без них вызов разрешить нельзя. Например:

class x { /* ... */ x(int); } overload h(double), h(x); h(1);

Вызов мог бы быть проинтерпретирован или как h(double(1)), или как h(x(1)), и был бы недопустим по правилу единственности. Но первая интерпретация использует только стандартное преобразование и она будет выбрана по правилам, приведенным в Правила преобразования не являются ни самыми простыми для реализации и документации, ни наиболее общими из тех, которые можно было бы разработать. Возьмем требование единственности преобразования. Более общий подход разрешил бы компилятору применять любое преобразование, которое он сможет найти; таким образом, не нужно было бы рассматривать все возможные преобразования перед тем, как объявить выражение допустимым. К сожалению, это означало бы, что смысл программы зависит от того, какое преобразование было найдено. В результате смысл программы неким образом зависел бы от порядка описания преобразования. Поскольку они часто находятся в разных исходных файлах (написанных разными людьми), смысл программы будет зависеть от порядка компоновки этих частей вместе. Есть другой вариант - запретить все неявные преобразования. Нет ничего проще, но такое правило приведет либо к неэлегантным пользовательским интерфейсам, либо к бурному росту перегруженных функций, как это было в предыдущем разделе с complex.


Самый общий подход учитывал бы всю имеющуюся информацию о типах и рассматривал бы все возможные преобразования. Например, если использовать предыдущее описание, то можно было бы обработать aa=f(1), так как тип aa определяет единственность толкования. Если aa является x, то единственное, дающее в результате x, который требуется присваиванием, - это f(x(1)), а если aa - это y, то вместо этого будет использоваться f(y(1)). Самый общий подход справился бы и с g("asdf"), поскольку единственной интерпретацией этого может быть g(z(x("asdf"))). Сложность этого подхода в том, что он требует расширенного анализа всего выражения для того, чтобы определить интерпретацию каждой операции и вызова функции. Это приведет к замедлению компиляции, а также к вызывающим удивление интерпретациям и сообщениям об ошибках, если компилятор рассмотрит преобразования, определенные в библиотеках и т.п. При таком подходе компилятор будет принимать во внимание больше, чем, как можно ожидать, знает пишущий программу программист!


Незаданное Число Параметров


Для некоторых функций невозможно задать число и тип всех параметров, которые можно ожидать в вызове. Такую функцию описывают завершая список описаний параметров многоточием (...), что означает "и может быть, еще какие-то параметры". Например:

int printf(char* ...);

Это задает, что в вызове printf должен быть по меньшей мере один параметр, char*, а остальные могут быть, а могут и не быть. Например:

printf("Hello, world\n"); printf("Мое имя %s %s\n", first_name, second_name); printf("%d + %d = %d\n",2,3,5);

Такая функция полагается на информацию, которая недоступна компилятору при интерпретации ее списка параметров. В случае printf() первым параметром является строка формата, содержащая специальные последовательности символов, позволяющие printf() правильно обрабатывать остальные параметры. %s означает "жди параметра char*", а %d означает "жди параметра int". Однако, компилятор этого не знает, поэтому он не может убедиться в том, что ожидаемые параметры имеют соответствующий тип. Например:

printf("Мое имя %s %s\n",2);

откомпилируется и в лучшем случае приведет к какой-нибудь странного вида выдаче.

Очевидно, если параметр не был описан, то у компилятора нет информации, необходимой для выполнения над ним проверки типа и преобразования типа. В этом случае char или short передаются как int, а float передается как double. Это не обязательно то, чего ждет пользователь.

Чрезмерное использование многоточий, вроде wild(...), полностью выключает проверку типов параметров, оставляя программиста открытым перед множеством неприятностей, которые хорошо знакомы программистам на C. В хорошо продуманной программе требуется самое большее несколько функций, для которых типы параметров не определены полностью. Для того, чтобы позаботиться о проверке типов, можно использовать перегруженные функции и функции с параметрами по умолчанию в большинстве тех случаев, когда иначе пришлось бы оставить типы параметров незаданными. Многоточие необходимо только если изменяются и число параметров, и тип параметров. Наиболее обычное применение многоточия в задании интерфейса с функциями C библиотек, которые были определены в то время, когда альтернативы не было:


extern int fprintf(FILE*, char* ...); // из extern int execl(char* ...); // из extern int abort(...); // из

Разберем случай написания функции ошибок, которая получает один целый параметр, указывающий серьезность ошибки, после которого идет произвольное число строк. Идея состоит в том, чтобы составлять сообщение об ошибке с помощью передачи каждого слова как отдельного строкового параметра:

void error(int ...);

main(int argc, char* argv[]) { switch(argc) { case 1: error(0,argv[0],0); break; case 2: error(0,argv[0],argv[1],0); default: error(1,argv[0],"с",dec(argc-1),"параметрами",0); } }

Функцию ошибок можно определить так:

#include

void error(int n ...) /* "n" с последующим списком char*, оканчивающихся нулем */ { va_list ap; va_start(ap,n); // раскрутка arg

for (;;) { char* p = va_arg(ap,char*); if(p == 0) break; cerr

Первый из va_list определяется и инициализируется вызовом va_start(). Макрос va_start получает имя va_list'а и имя последнего формального параметра как параметры. Макрос va_arg используется для выбора неименованных параметров по порядку. При каждом обращении программист должен задать тип; va_arg() предполагает, что был передан фактический параметр, но обычно способа убедиться в этом нет. Перед возвратом из функции, в которой был использован va_start(), должен быть вызван va_end(). Причина в том, что va_start() может изменить стек так, что нельзя будет успешно осуществить возврат; va_end() аннулирует все эти изменения.


Ноль


Ноль (0) 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.



Объединения


Рассмотрим проектирование символьной таблицы, в которой каждый элемент содержит имя и значение, и значение может быть либо строкой, либо целым:

struct entry { char* name; char type; char* string_value; // используется если type == 's' int int_value; // используется если type == 'i' };

void print_entry(entry* p) { switch p-type { case 's': cout string_value; break; case 'i': cout int_value; break; default: cerr

Поскольку string_value и int_value никогда не могут использоваться одновременно, ясно, что пространство пропадает впустую. Это можно легко исправить, указав, что оба они должны быть членами union (объединения); например, так:

struct entry { char* name; char type; union { char* string_value; // используется если type == 's' int int_value; // используется если type == 'i' }; };

Это оставляет всю часть программы, использующую entry, без изменений, но обеспечивает, что при размещении entry string_value и int_value имеют один и тот же адрес. Отсюда следует, что все члены объединения вместе занимают лишь столько памяти, сколько занимает наибольший член.

Использование объединений таким образом, чтобы при чтении значения всегда применялся тот член, с применением которого оно записывалось, совершенно оптимально. Но в больших программах непросто гарантировать, что объединения используются только таким образом, и из-за неправильного использования могут появляться трудно уловимые ошибки. Можно капсулизировать объединение таким образом, чтобы соответствие между полем типа и типами членов было гарантированно правильным (#5.4.6).

Объединения иногда используют для "преобразования типов" (это делают главным образом программисты, воспитанные на языках, не обладающих средствами преобразования типов, где жульничество является необходимым). Например, это "преобразует" на VAX'е int в int*, просто предполагая побитовую эквивалентность:

struct fudge { union { int i; int* p; }; };

fudge a; a.i = 4096; int* p = a.p; // плохое использование

Но на самом деле это совсем не преобразование: на некоторых машинах int и int* занимают неодинаковое количество памяти, а на других никакое целое не может иметь нечетный адрес. Такое применение объединений непереносимо, а есть явный способ указать преобразование типа ().

Изредка объединения умышленно применяют, чтобы избежать преобразования типов. Можно, например, использовать fudge, чтобы узнать представление указателя 0:

fudge.p = 0; int i = fudge.i; // i не обязательно должно быть 0

Можно также дать объединению имя, то есть сделать его полноправным типом. Например, fudge можно было бы описать так:

union fudge { int i; int* p; };

и использовать (неправильно) в точности как раньше. Имеются также и оправданные применения именованных объединений; см. #5.4.6.


Объединение можно считать структурой, все объекты члены которой начинаются со смещения 0, и размер которой достаточен для содержания любого из ее объектов членов. В каждый момент времени в объединении может храниться не больше одного из объектов членов. Объединение может иметь функции члены (включая конструкторы и деструкторы).



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 C++: "Объект есть область памяти; lvalue есть выражение, ссылающееся на объект"(). Слово "lvalue" первоначально было придумано для значения "нечто, что может стоять в левой части присваивания". Однако не всякий адрес можно использовать в левой части присваивания; бывают адреса, ссылающиеся на константу (см. #2.4).



Объекты и lvalue(адреса)


Объект есть область памяти; lvalue (адрес) есть выражение, ссылающееся на объект. Очевидный пример адресного выражения - имя объекта. Есть операции, дающие адресные выражения: например, если Е - выражение типа указатель, то *Е - адресное выражение, ссылающееся на объект, на который указывает Е. Термин "lvalue" происходит из выражения присваивания Е1=Е2, в котором левый операнд Е1 должен быть адресным (value) выражением. Ниже при обсуждении каждого оператора указывается, требует ли он адресные операнды и возвращает ли он адресное значение.



Объекты Класса и Члены


Рассмотрим

class classdef { table members; int no_of_members; // ... classdef(int size); ~classdef(); };

Очевидное намерение состоит в том, что classdef должен содержать таблицу длиной size из членов member, а сложность - в том, как сделать так, чтобы конструктор table::table() вызывался с параметром size. Это делается примерно так:

classdef::classdef(int size) : members(size) { no_of_members = size; // ... }

Параметры для конструктора члена member (здесь это table::table()) помещаются в определение (не в описание) конструктора класса, вмещающего его (здесь это classdef::classdef()). После этого конструктор члена вызывается перед телом конструктора, задающего его список параметров.

Если есть еще члены, которым нужны списки параметров для конструкторов, их можно задать аналогично. Например:

class classdef { table members; table friends; int no_of_members; // ... classdef(int size); ~classdef(); };

Список параметров для членов разделяется запятыми (а не двоеточиями), и список инициализаторов для членов может представляться в произвольном порядке:

classdef::classdef(int size) : friends(size), members(size) { no_of_members = size; // ... }

Порядок, в котором вызываются конструкторы, не определен, поэтому не рекомендуется делать списки параметров с побочными эффектами:

classdef::classdef(int size) : friends(size=size/2), members(size); // дурной стиль { no_of_members = size; // ... }

Если конструктору для члена не нужно ни одного параметра, то никакого списка параметров задавать не надо. Например, поскольку table::table был определен с параметром по умолчанию 15, следующая запись является правильной:

classdef::classdef(int size) : members(size) { no_of_members = size; // ... }

и размер size таблицы friend'ов будет равен 15.

Когда объект класса, содержащий объект класса, (например, classdef) уничтожается, первым выполняется тело собственного деструктора объекта, а затем выполняются деструкторы членов.

Рассмотрим традиционную альтернативу тому, чтобы иметь объекты класса как члены, - иметь члены указатели и инициализировать их в конструкторе:

class classdef { table* members; table* friends; int no_of_members; // ... classdef(int size); ~classdef(); };

classdef::classdef(int size) { members = new table(size); friends = new table; // размер таблицы по умолчанию no_of_members = size; // ... }

Так как таблицы создавались с помощью new, они должны уничтожаться с помощью delete:

classdef::~classdef() { // ... delete members; delete friends; }

Раздельно создаваемые объекты вроде этих могут оказаться полезными, но учтите, что members и friends указывают на отдельные объекты, что требует для каждого из них действие по выделению памяти и ее освобождению. Кроме того, указатель плюс объект в свободной памяти занимают больше места, чем объект член.



Объекты Переменного Размера


Когда пользователь берет управление распределением и освобождением памяти, он может конструировать объекты, размер которых во время компиляции недетерминирован. В предыдущих примерах вмещающие (или контейнерные - перев.) классы vector, stack, intset и table реализовывались как структуры доступа фиксированного размера, содержание указатели на реальную память. Это подразумевает, что для создания таких объектов в свободной памяти необходимо две операции по выделению памяти, и что любое обращение к хранимой информации будет содержать дополнительную косвенную адресацию. Например:

class char_stack { int size; char* top; char* s; public: char_stack(int sz) { top=s=new char[size=sz]; } ~char_stack() { delete s; } // деструктор void push(char c) { *top++ = c; } char pop() { return *--top; } };

Если каждый объект класса размещается в свободной памяти, это делать не нужно. Вот другой вариант:

class char_stack { int size; char* top; char s[1]; public: char_stack(int sz); void push(char c) { *top++ = c; } char pop() { return *--top; } };

char_stack::char_stack(int sz) { if (this) error("стек не в свободной памяти"); if (sz

Заметьте, что деструктор больше не нужен, поскольку память, которую использует char_stack, может освободить delete без всякого содействия со стороны программиста.



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 глобальным 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 = x // взять адрес глобального x

Скрытие 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 скрытие имен следует минимизировать. Использование для глобальных переменных имен вроде i или x напрашивается 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.


Есть четыре вида областей видимости: локальная, файл, программа и класс.

Локальная: Имя, описанное в блоке (), локально в этом блоке и может использоваться только в нем после места описания и в охватываемых блоках. Исключение составляют метки (#9.12), которые могут использоваться в любом месте функции, в которой они описаны. Имена формальных параметров функции рассматриваются так, как если бы они были описаны в самом внешнем блоке этой функции.
Файл: Имя, описанное вне любого блока () или класса (), может использоваться в файле, где оно описано, после места описания.
Класс: Имя члена класса локально для его класса и может использоваться только в функции члене этого класса (#8.5.2), после примененной к объекту его класса () операции . или после примененной к указателю на объект его класса () операции -. На статические члены класса () и функции члены можно также ссылаться с помощью операции :: там, где имя их класса находится в области видимости. Класс, описанный внутри класса (), не считается членом, и его имя принадлежит охватывающей области видимости.

Имя может быть скрыто посредством явного описания того же имени в блоке или классе. Имя в блоке или классе может быть скрыто только именем, описанным в охватываемом блоке или классе. Скрытое нелокальное имя также может использоваться, когда его область видимости указана операцией :: (#7.1). Имя класса, скрытое именем, которое не является именем типа, все равно может использоваться, если перед ним стоит class, struct или union (). Имя перечисления enum, скрытое именем, которое не является именем типа, все равно может использоваться, если перед ним стоит enum ().



Обобщенные Классы


Очевидно, можно было бы определить списки других типов (classdef*, int, char* и т.д.) точно так же, как был определен класс nlist: простым выводом из класса slist. Процесс определения таких новых типов утомителен (и потому чреват ошибками), но с помощью макросов его можно "механизировать". К сожалению, если пользоваться стандартным C препроцессором (#4.7 и #с.11.1), это тоже может оказаться тягостным. Однако полученными в результате макросами пользоваться довольно просто.

Вот пример того, как обобщенный (generic) класс slist, названный gslist, может быть задан как макрос. Сначала для написания такого рода макросов включаются некоторые инструменты из :

#include "slist.h"

#ifndef GENERICH #include #endif

Обратите внимание на использование #ifndef для того, чтобы гарантировать, что в одной компиляции не будет включен дважды. GENERICH определен в .

После этого с помощью name2(), макроса из для конкатенации имен, определяются имена новых обобщенных классов:

#define gslist(type) name2(type,gslist) #define gslist_iterator(type) name2(type,gslist_iterator)

И, наконец, можно написать классы gslist(тип) и gslist_iterator(тип):

#define gslistdeclare(type) \ struct gslist(type) : slist { \ int insert(type a) \ { return slist::insert( ent(a) ); } \ int append(type a) \ { return slist::append( ent(a) ); } \ type get() { return type( slist::get() ); } \ gslist(type)() { } \ gslist(type)(type a) : (ent(a)) { } \ ~gslist(type)() { clear(); } \ }; \ \ struct gslist_iterator(type) : slist_iterator { \ gslist_iterator(type)(gslist(type) a) \ : ( (slist)s ) {} \ type operator()() \ { return type( slist_iterator::operator()() ); } \ }

\ на конце строк указывает , что следующая строка является частью определяемого макроса.

С помощью этого макроса список указателей на имя, аналогичный использованному раньше классу nlist, можно определить так:

#include "name.h"

typedef name* Pname; declare(gslist,Pname); // описать класс gslist(Pname)

gslist(Pname) nl; // описать один gslist(Pname)

Макрос declare (описать) определен в . Он конкатенирует свои параметры и вызывает макрос с этим именем, в данном случае gslistdeclare, описанный выше. Параметр имя типа для declare должен быть простым именем. Используемый метод макроопределения не может обрабатывать имена типов вроде name*, поэтому применяется typedef.

Использования вывода класса гарантирует, что все частные случаи обобщенного класса разделяют код. Этот метод можно применять только для создания классов объектов того же размера или меньше, чем базовый класс, который используется в макросе. gslist применяется в



Обобщенные Вектора


"Пока все хорошо," - можете сказать вы, - "но я хочу, чтобы один из этих векторов был типа matrix, который я только что определил." К сожалению, в C++ не предусмотрены средства для определения класса векторов с типом элемента в качестве параметра. Один из способов - продублировать описание и класса, и его функций членов. Это не идеальный способ, но зачастую вполне приемлемый.

Вы можете воспользоваться препроцессором (), чтобы механизировать работу. Например, класс vector - упрощенный вариант класса, который можно найти в стандартном заголовочном файле. Вы могли бы написать:

#include

declare(vector,int);

main() { vector(int) vv(10); vv[2] = 3; vv[10] = 4; // ошибка: выход за границы }

Файл vector.h таким образом определяет макросы, чтобы declare(vector,int) после расширения превращался в описание класса vector, очень похожий на тот, который был определен выше, а implement(vector,int) расширялся в определение функций этого класса. Поскольку implement(vector,int) в результате расширения превращается в определение функций, его можно использовать в программе только один раз, в то время как declare(vector,int) должно использоваться по одному разу в каждом файле, работающем с этим типом целых векторов.

declare(vector,char); //... implement(vector,char);

даст вам отдельный тип "вектор символов". Пример реализации обобщенных классов с помощью макросов приведен в #7.3.5.



Обработка ошибок


Поскольку программа так проста, обработка ошибок не составляет большого труда. Функция обработки ошибок просто считает ошибки, пишет сообщение об ошибке и возвращает управление обратно:

int no_of_errors;

double error(char* s) { cerr

Возвращается значение потому, что ошибки обычно встречаются в середине вычисления выражения, и поэтому надо либо полностью прекращать вычисление, либо возвращать значение, которое по всей видимости не должно вызвать последующих ошибок. Для простого калькулятора больше подходит последнее. Если бы get_token() отслеживала номера строк, то error() могла бы сообщать пользователю, где приблизительно обнаружена ошибка. Это наверняка было бы полезно, если бы калькулятор использовался неитерактивно.

Часто бывает так, что после появления ошибки программа должна завершиться, поскольку нет никакого разумного пути продолжить работу. Это можно сделать с помощью вызова exit(), которая очищает все вроде потоков вывода (#8.3.2), а затем завершает программу используя свой параметр в качестве ее возвращаемого значения. Более радикальный способ завершения программы - это вызов abort(), которая обрывает выполнение сразу же или сразу после сохранения где-то информации для отладчика (дамп памяти); о подробностях справьтесь, пожалуйста, в вашем руководстве.


typedef void (*PFC)(char*); // указатель на тип функция extern PFC slist_handler; extern PFC set_slist_handler(PFC);

Функция set_slist_hanlder() позволяет пользователю заменить стандартную функцию. Общепринятая реализация предоставляет действующую по умолчанию функцию обработки ошибок, которая сначала пишет сообщение об ошибке в cerr, после чего завершает программу с помощью exit():

#include "slist.h" #include

void default_error(char* s) { cerr

Она описывает также указатель на функцию ошибок и, для удобства записи, функцию для ее установки:

PFC slist_handler = default_error;

PFC set_slist_handler(PFC handler); { PFC rr = slist_handler; slist_handler = handler; return rr; }

Обратите внимание, как set_slist_hanlder() возвращает предыдущий slist_hanlder(). Это делает удобным установку и переустановку обработчиков ошибок на манер стека. Это может быть в основном полезным в больших программах, в которых slist может использоваться в нескольких разных ситуациях, в каждой из которых могут, таким образом, задаваться свои собственные подпрограммы обработки ошибок. Например:

{ PFC old = set_slist_handler(my_handler);

// код, в котором в случае ошибок в slist // будет использоваться мой обработчик my_handler

set_slist_handler(old); // восстановление }

Чтобы сделать управление более изящным, slist_hanlder мог бы быть сделан членом класса slist, что позволило бы различным спискам иметь одновременно разные обработчики.


Обзор Типов


В этом разделе кратко собрано описание действий, которые могут совершаться над объектами различных типов.



Очистка


Определяемый пользователем тип чаще имеет, чем не имеет, конструктор, который обеспечивает надлежащую инициализацию. Для многих типов также требуется обратное действие, деструктор, чтобы обеспечить соответствующую очистку объектов этого типа. Имя деструктора для класса X есть ~X() ("дополнение конструктора"). В частности, многие типы используют некоторый объем памяти из свободной памяти (см. ), который выделяется конструктором и освобождается деструктором. Вот, например, традиционный стековый тип, из которого для краткости полностью выброшена обработка ошибок:

class char_stack { int size; char* top; char* s; public: char_stack(int sz) { top=s=new char[size=sz]; } ~char_stack() { delete s; } // деструктор void push(char c) { *top++ = c; } char pop() { return *--top;} }

Когда char_stack выходит из области видимости, вызывается деструктор:

void f() { char_stack s1(100); char_stack s2(200); s1.push('a'); s2.push(s1.pop()); char ch = s2.pop(); cout

Когда вызывается f(), конструктор char_stack вызывается для s1, чтобы выделить вектор из 100 символов, и для s2, чтобы выделить вектор из 200 символов. При возврате из f() эти два вектора будут освобождены.



Один Заголовочный Файл


Проще всего решить проблему разбиения программы на несколько файлов поместив функции и определения данных в подходящее число исходных файлов и описав типы, необходимые для их взаимодействия, в одном заголовочном файле, который включается во все остальные файлы. Для программы калькулятора можно использовать четыре .c файла: lex.c, syn.c, table.c и main.c, и заголовочный файл dc.h, содержащий описания всех имен, которые используются более чем в одном .c файле:

// dc.h: общие описания для калькулятора

enum token_value { NAME, NUMBER, END, PLUS='+', MINUS='-', MUL='*', DIV='/', PRINT=';', ASSIGN='=', LP='(', RP=')' };

extern int no_of_errors; extern double error(char* s); extern token_value get_token(); extern token_value curr_tok; extern double number_value; extern char name_string[256];

extern double expr(); extern double term(); extern double prim();

struct name { char* string; name* next; double value; };

extern name* look(char* p, int ins = 0); inline name* insert(char* s) { return look(s,1); }

Если опустить фактический код, то lex.c будет выглядеть примерно так:

// lex.c: ввод и лексический анализ

#include "dc.h" #include

token_value curr_tok; double number_value; char name_string[256];

token_value get_token() { /* ... */ }

Заметьте, что такое использование заголовочных файлов гарантирует, что каждое описание в заголовочном файле объекта, определенного пользователем, будет в какой-то момент включено в файл, где он определяется. Например, при компиляции lex.c компилятору будет передано:

extern token_value get_token(); // ... token_value get_token() { /* ... */ }

Это обеспечивает то, что компилятор обнаружит любую несогласованность в типах, указанных для имени. Например, если бы get_token() была описана как возвращающая token_value, но при этом определена как возвращающая int, компиляция lex.c не прошла бы из- за ошибки несоответствия типов.

Файл syn.c будет выглядеть примерно так:

// syn.c: синтаксический анализ и вычисление

#include "dc.h"


double prim() { /* ... */ } double term() { /* ... */ } double expr() { /* ... */ }

Файл table. c будет выглядеть примерно так:

// table.c: таблица имен и просмотр

#include "dc.h"

extern char* strcmp(const char*, const char*); extern char* strcpy(char*, const char*); extern int strlen(const char*);

const TBLSZ = 23; name* table[TBLSZ];

name* look(char* p; int ins) { /* ... */ }

Заметьте, что table.c сам описывает стандартные функции для работы со строками, поэтому никакой проверки согласованности этих описаний нет. Почти всегда лучше включать заголовочный файл, чем описывать имя в .c файле как extern. При этом может включаться "слишком много", но это обычно не оказывает серьезного влияния на время, необходимое для компиляции, и как правило экономит время программиста. В качестве примера этого, обратите внимание на то, как strlen() заново описывается в main() (ниже). Это лишние нажатия клавиш и возможный источник неприятностей, поскольку компилятор не может проверить согласованность этих двух определений. На самом деле, этой сложности можно было бы избежать, будь все описания extern помещены в dc.h, как и предлагалось сделать. Эта "небрежность" сохранена в программе, поскольку это очень типично для C программ, очень соблазнительно для программиста, и чаще приводит, чем не приводит, к ошибкам, которые трудно обнаружить, и к программам, с которыми тяжело работать. Вас предупредили!

И main.c, наконец, выглядит так:

// main.c: инициализация, главный цикл и обработка ошибок

#include "dc.h"

int no_of_errors;

double error(char* s) { /* ... */ }

extern int strlen(const char*);

main(int argc, char* argv[]) { /* ... */ }

Важный случай, когда размер заголовочных файлов становится серьезной помехой. Набор заголовочных файлов и библиотеку можно использовать для расширения языка множеством обще- и специально- прикладных типов (см. Главы 5-8). В таких случаях не принято осуществлять чтение тысяч строк заголовочных файлов в начале каждой компиляции. Содержание этих файлов обычно "заморожено" и изменяется очень нечасто. Наиболее полезным может оказаться метод затравки компилятора содержанием этих заголовочных фалов. По сути, создается язык специального назначения со своим собственным компилятором. Никакого стандартного метода создания такого компилятора с затравкой не принято.


Ограниченные Интерфейсы


Класс slist - довольно общего характера. Иногда подобная общность не требуется или даже нежелательна. Ограниченные виды списков, такие как стеки и очереди, даже более обычны, чем сам обобщенный список. Такие структуры данных можно задать, не описав базовый класс как открытый. Например, очередь целых можно определить так:

#include "slist.h"

class iqueue : slist { //предполагается sizeof(int)

При таком выводе осуществляются два логически разделенных действия: понятие списка ограничивается понятием очереди (сводится к нему), и задается тип int, чтобы свести понятие очереди к типу данных очередь целых, iqueue. Эти два действия можно выполнять и раздельно. Здесь первая часть - это список, ограниченный так, что он может использоваться только как стек:

#include "slist.h"

class stack : slist { public: slist::insert; slist::get; stack() {} stack(ent a) : (a) {} };

который потом используется для создания типа "стек указателей на символы":

#include "stack.h"

class cp : stack { public: void push(char* a) { slist::insert(a); } char* pop() { return (char*)slist::get(); } nlist() {} };



Операции и Определяемые Пользователем Типы


Функция операция должна или быть членом, или получать в качестве параметра по меньшей мере один объект класса (функциям, которые переопределяют операции new и delete, это делать необязательно). Это правило гарантирует, что пользователь не может изменить смысл никакого выражения, не включающего в себя определенного пользователем типа. В частности, невозможно определить функцию, которая действует исключительно на указатели.

Функция операция, первым параметром которой предполагается основной тип, не может быть функцией членом. Рассмотрим, например, сложение комплексной переменной aa с целым 2: aa+2, при подходящим образом описанной функции члене, может быть проинтерпретировано как aa.operator+(2), но с 2+aa это не может быть сделано, потому что нет такого класса int, для которого можно было бы определить + так, чтобы это означало 2.operator+(aa). Даже если бы такой тип был, то для того, чтобы обработать и 2+aa и aa+2, понадобилось бы две различных функции члена. Так как компилятор не знает смысла +, определенного пользователем, то не может предполагать, что он коммутативен, и интерпретировать 2+aa как aa+2. С этим примером могут легко справиться функции друзья.

Все функции операции по определению перегружены. Функция операция задает новый смысл операции в дополнение к встроенному определению, и может существовать несколько функций операций с одним и тем же именем, если в типах их параметров имеются отличия, различимые для компилятора, чтобы он мог различать их при обращении (см. #4.6.7).