Мюррей Хилл - C++

• Название: C++
• Автор: Мюррей Хилл
• Жанр: Программирование

С++ – это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьезного программиста. За исключением второстепенных деталей С++ является надмножеством языка программирования C. Помимо возможностей, которые дает C, С++ предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов. Используя определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиеся контролю части. Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. Такие объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя установить на стадии компиляции. Программирование с применением таких объектов часто называют объектно-ориентированным. При правильном использовании этот метод дает более короткие, проще понимаемые и легче контролируемые программы.

Ключевым понятием С++ является класс. Класс – это тип, определяемый пользователем. Классы обеспечивают сокрытие данных, гарантированную инициализацию данных, неявное преобразование типов для типов, определенных пользователем, динамическое задание типа, контролируемое пользователем управление памятью и механизмы перегрузки операций. С++ предоставляет гораздо лучшие, чем в C, средства выражения модульности программы и проверки типов. В языке есть также усовершенствования, не связанные непосредственно с классами, включающие в себя символические константы, inline-подстановку функций, параметры функции по умолчанию, перегруженные имена функций, операции управления свободной памятью и ссылочный тип. В С++ сохранены возможности языка C по работе с основными объектами аппаратного обеспечения (биты, байты, слова, адреса и т.п.). Это позволяет весьма эффективно реализовывать типы, определяемые пользователем.

С++ и его стандартные библиотеки спроектированы так, чтобы обеспечивать переносимость. Имеющаяся на текущий момент реализация языка будет идти в большинстве систем, поддерживающих C. Из С++ программ можно использовать C библиотеки, и с С++ можно использовать большую часть инструментальных средств, поддерживающих программирование на C.

Эта книга предназначена главным образом для того, чтобы помочь серьезным программистам изучить язык и применять его в нетривиальных проектах. В ней дано полное описание С++, много примеров и еще больше фрагментов программ.

---

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 станвится серьезной помехой. Набор заголовочных файлов и библиотеку можно использовать для расширения языка множеством общи специальноприкладных типов (см. Главы 5-8). В таких случаях не принято осуществлять чтение тысяч строк заголовоных файлов в начале каждой компиляции. Содержание этих файлов обычно «заморожено» и изменяется очень нечасто. Наиболее плезным может оказаться метод затравки компилятора содержанием этих заголовочных фалов. По сути, создается язык специального назначения со своим собственным компилятором. Никакого стадартного метода создания такого компилятора с затравкой не принято.

4.3.2 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 предотавляемые этой частью средства. Тогда каждый .c файл имеет соответствующий .h файл, и каждый .c файл включает свой собтвенный (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 «stream.h». 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 «stream.h» #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 мдуль, 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 «string.h» #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 «string.h». 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 бепорядочен. Недостаток в надлежащем типе лексемы обнаруживает себя в необходимости давать пользователю get_token() фактческие лексические буферы number_value и name_string.

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

#include «stream.h» #include «ctype.h» #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 прозрчен: // 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 «stream.h» #include «error.h» #include «lex.h» #include «syn.h» #include «table.h» #include «string.h»

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 фалами, нежели с С++. Например, если в вашем редакторе нет средств, позволяющих одновременно видеть несколько файлов, использование большого числа файлов становится менее привлкательным. 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 зголовочных файлов. Слово предостережения: набор из десяти зголовочных файлов плюс стандартные заголовочные файлы обычно легче поддаются управлению. С другой стороны, если вы разбили описания в большой программе на логически минимальные по рамеру заголовочные файлы (помещая каждое описание структуры в свой отдельный файл и т.д.), у вас легко может получиться нразбериха из сотен файлов.

4.3.3 Сокрытие Данных

Используя заголовочные файлы пользователь может опредлять явный интерфейс, чтобы обеспечить согласованное исползование типов в программе. С другой стороны, пользователь может обойти интерфейс, задаваемый заголовочным файлом, вводя в .c файлы описания extern.

Заметьте, что такой стиль компоновки не рекомендуется:

// file1.c: // «extern» не используется int a = 7; const c = 8; void f(long) (* /* ... */ *)

// file2.c: // «extern» в .c файле extern int a; extern const c; extern f(int); int g() (* return f(a+c); *)

Поскольку описания extern в file2.c не включаются вместе с определениями в файле file1.c, компилятор не может проверить согласованность этой программы. Следовательно, если только загрузчик не окажется гораздо сообразительнее среднго, две ошибки в этой программе останутся, и их придется икать программисту.

Пользователь может защитить файл от такой недисциплинрованной компоновки, описав имена, которые не предназначены для общего пользования, как static, чтобы их областью видмости был файл, и они были скрыты от остальных частей прораммы. Например:

// table.c: определения таблицы имен

#include «error.h» #include «string.h» #include «table.h»

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

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

Это гарантирует, что любой доступ к table действительно будет осуществляться именно через look(). «Прятать» константу TBLSZ не обязательно.

4.4 Файлы как Модули

В предыдущем разделе .c и .h файлы вместе определяли часть программы. Файл .h является интерфейсом, который ипользуют другие части программы, .c файл задает реализацию. Такой объект часто называют модулем. Доступными делаются только те имена, которые необходимо знать пользователю, отальные скрыты. Это качество часто называют сокрытием данных, хотя данные – лишь часть того, что может быть скрыто. Модули такого вида обеспечивают большую гибкость. Например, реализция может состоять из одного или более .c файлов, и в виде .h файлов может быть предоставлено несколько интерфейсов. Инфомация, которую пользователю знать не обязательно, искусно скрыта в .c файлах. Если важно, что пользователь не должен точно знать, что содержится в .c файлах, не надо делать их доступными в исходом виде. Достаточно эквивалентных им выхоных файлов компилятора (.o файлов).

Иногда возникает сложность, состоящая в том, что подоная гибкость достигается без формальной структуры. Сам язык не распознает такой модуль как объект, и у компилятора нет возможности отличить .h файлы, определяющие имена, которые должны использовать другие модули (экспортируемые), от .h файлов, которые описывают имена из других модулей (импортиремые).

В других случаях может возникнуть та проблема, что мдуль определяет множество объектов, а не новый тип. Например, модуль table определяет одну таблицу, и если вам нужно две таблицы, то нет простого способа задать вторую таблицу с пмощью понятия модуля. Решение этой проблемы приводится в Глве 5.

Каждый статически размещенный объект по умолчанию иницализируется нулем, программист может задать другие (константные) значения. Это только самый примитивный вид инциализации. К счастью, с помощью классов можно задать код, который выполняется для инициализации перед тем, как модуль какимлибо образом используется, и/или код, который запускаеся для очистки после последнего использования модуля, см. #5.5.2.

4.5 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 С++ программы? К сожалению, ответ звисит от того, какая операционная система используется; в этом разделе объясняется, как создать библиотеку в 8-ой весии 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 кчестве примера рассмотрим случай, когда нам надо задать (обычным способом) набор математических функций для некоторго неопределенного множества пользователей. Заголовочный файл мог бы выглядеть примерно так: