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.

---

Эквивалентного средства, которое позволяет деструктору решить вопрос, был ли его объект создан с помощью new, не имеется, как нет и средства, позволяющего ему узнать, вызвала ли его delete, или он вызван объектом, выходящим из области видимости. Если для пользователя это существенно, то он может сохранить где-то соответствующую информацию для деструктора. Другой способ – когда пользователь обеспечивает, что объекты этого класса размещаются только соответствующим образом. Если удается справиться с первой проблемой, то второй способ интреса не представляет.

Если тот, кто реализует класс, является одновременно и его единственным пользователем, то имеет смысл упростить класс, исходя из предположений о его использовании. Когда класс разрабатывается для более широкого использования, таких допущений, как правило, лучше избегать.

5.5.8 Объекты Переменного Размера

Когда пользователь берет управление распределением и овобождением памяти, он может конструировать объекты размеры, которых во время компиляции недетерминирован. В предыдущих примерах вмещающие (или контейнерные – перев.) классы vector, stack, intset и table реализовывались как структуры доступа фиксированного размера, содержащие указатели на реальную пмять. 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 памти, 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 « 1) error(„размер стека « 1“); this = (char_stack*) new char[sizeof(char_stack)+sz-1]; size = sz; top = s; *)

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

5.6 Упражнения

1. (*1) Модифицируйте настольный калькулятор из Главы 3, чтобы использовать класс table.

2. (*1) Разработайте tnode (#с.8.5) как класс с контрукторами, деструкторами и т.п. Определите дерево из tnode'ов как класс с конструкторами, деструкторами и т.п.

3. (*1) Преобразуйте класс intset (#5.3.2) в множество строк.

4. (*1) Преобразуйте класс intset в множество узлов node, где node – определяемая вами структура.

5. (*3) Определите класс для анализа, хранения, вычислния и печати простых арифметических выражений, состоящих из целых констант и операций +, -, * и /. Открытый итерфейс должен выглядеть примерно так:

class expr (* // ... public: expr(char*); int eval(); void print(); *) Параметр строка конструктора expr::expr() является выржением. Функция expr::eval() возвращает значение выражния, а expr::print() печатает представление выражения в cout. Программа может выглядеть, например, так:

expr x(«123/4+123*4-3»); cout «„ "x = " «« x.eval() «« «\n“; x.print();

Определите класс expr два раза: один раз используя в кчестве представления связанный список узлов, а другой раз – символьную строку. Поэкспериментируйте с разными способами печати выражения: с полностью расставленными скобками,в постфиксной записи,в ассемблерном коде и т.д.

6. (*1) Определите класс char_queue (символьная очередь) таким образом, чтобы открытый интерфейс не зависел от представления. Реализуйте char_queue как (1) связанный список и как (2) вектор. О согласованности не заботтесь.

7. (*2) Определите класс histogram (гистограмма), в ктором ведется подсчет чисел в определенных интервалах, которые задаются как параметры конструктора histogram. Обеспечьте функцию вывода гистограммы на печать. Сделате обработку значений, выходящих за границы. Подсказка: «task.h».

8. (*2) Определите несколько классов, предоставляющих случайные числа с определенными распределениями. Каждый класс имеет конструктор, задающий параметры распределния, и функцию draw, которая возвращает «следующее» знчение. Подсказка: «task.h». Посмотрите также класс intset.

9. (*2) Перепишите пример date (#5.8.2), пример char_stack (#5.2.5) и пример intset (#5.3.2) не исползуя функций членов (даже конструкторов и деструкторов). Используйте только class и friend. Сравните с версиями, в которых использовались функции члены.

10. (*3) Для какого-нибудь языка спроектируйте класс таблица имен и класс вхождение в таблицу имен. Чтобы посмотреть, как на самом деле выглядит таблица имен, посмотрите на компилятор этого языка.

11. (*2) Модифицируйте класс выражение из Упражнения 5 так, чтобы обрабатывать переменные и операцию присваивния =. Используйте класс таблица имен из Упражнения 10.

12. (*1) Дана программа:

#include «stream.h»

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

модифицируйте ее, чтобы получить выдачу

Initialize Hello, world Clean up

Не делайте никаких изменений в main().

Глава 6 Перегрузка Операций

Здесь водятся Драконы!

старинная карта

В этой главе описывается аппарат, предоставляемый в С++ для перегрузки операций. Программист может определять смысл операций при их применении к объектам определенного класса. Кроме арифметических, можно определять еще и логические опрации, операции сравнения, вызова () и индексирования [], а также можно переопределять присваивание и инициализацию. Моно определить явное и неявное преобразование между определямыми пользователем и основными типами. Показано, как опредлить класс, объект которого не может быть никак иначе скопирован или уничтожен кроме как специальными определенными пользователем функциями.

6.1 Введение

Часто программы работают с объектами, которые являются конкретными представлениями абстрактных понятий. Например, тип данных int в С++ вместе с операциями +, -, *, / и т.д. предоставляет реализацию (ограниченную) математического понтия целых чисел. Такие понятия обычно включают в себя мнжество операций, которые кратко, удобно и привычно предсталяют основные действия над объектами. К сожалению, язык программирования может непосредственно поддерживать лишь очень малое число таких понятий. Например, такие понятия, как комплексная арифметика, матричная алгебра, логические сигналы и строки не получили прямой поддержки в С++. Классы дают средство спецификации в С++ представления неэлементарных обектов вместе с множеством действий, которые могут над этими объектами выполняться. Иногда определение того, как действуют операции на объекты классов, позволяет программисту обеспчить более общепринятую и удобную запись для манипуляции обектами классов, чем та, которую можно достичь используя лишь основную функциональную запись. Например:

class complex (* double re, im; public: complex(double r, double i) (* re=r; im=i; *) friend complex operator+(complex, complex); friend complex operator*(complex, complex); *);

определяет простую реализацию понятия комплексного чила, в которой число представляется парой чисел с плавающей точкой двойной точности, работа с которыми осуществляется посредством операций + и * (и только). Программист задает смысл операций + и * с помощью определения функций с именами operator+ и operator*. Если, например, даны b и c типа complex, то b+c означает (по определению) operator+(b,c). Тперь есть возможность приблизить общепринятую интерпретацию комплексных выражений. Например:

void f() (* complex a = complex(1, 3.1); complex b = complex(1.2, 2); complex c = b;

a = b+c; b = b+c*a; c = a*b+complex(1,2); *)

Выполняются обычные правила приоритетов, поэтому второй оператор означает b=b+(c*a), а не b=(b+c)*a.

6.2 Функции Операции

Можно описывать функции, определяющие значения следующих операций:

+ – * / % ^ amp; ! ~ ! = « » += -= *= /= %= ^= amp;= != «„ “» »»= «„= == != «= “= amp; amp; !! ++ – [] () new delete

Последние четыре – это индексирование (#6.7), вызов функции (#6.8), выделение свободной памяти и освобождение свободной памяти (#3.2.6). Изменить приоритеты перечисленных операций невозможно, как невозможно изменить и синтаксис вражений. Нельзя, например, определить унарную операцию % или бинарную !. Невозможно определить новые лексические символы операций, но в тех случаях, когда множество операций недостточно, вы можете использовать запись вызова функции. Исползуйте например, не **, а pow(). Эти ограничения могут покзаться драконовскими, но более гибкие правила могут очень легко привести к неоднозначностям. Например, на первый взгляд определение операции **, означающей возведение в степень, мжет показаться очевидной и простой задачей, но подумайте еще раз. Должна ли ** связываться влево (как в Фортране) или вправо (как в Алголе)? Выражение a**p должно интерпретирваться как a*(*p) или как (a)**(p)?

Имя функции операции есть ключевое слово operator (то есть, операция), за которым следует сама операция, например, operator««. Функция операция описывается и может вызываться так же, как любая другая функция. Использование операции – это лишь сокращенная запись явного вызова функции операции. Например:

void f(complex a, complex b) (* complex c = a + b; // сокращенная запись complex d = operator+(a,b); // явный вызов *)