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.

---

(* 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 раличным спискам иметь одновременно разные обработчики.

7.3.5 Обобщенные Классы

Очевидно, можно было бы определить списки других типов (classdef*, int, char* и т.д.) точно так же, как был опредлен класс nlist: простым выводом из класса slist. Процесс оределения таких новых типов утомителен (и потому чреват ошиками), 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 инстрменты из «generic.h»:

#include «slist.h»

#ifndef GENERICH #include «generic.h» #endif

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

После этого с помощью name2(), макроса из «generic.h» 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) amp; a) \ : ( (slist amp;)s ) (**) \ type operator()() \ (* return type( slist_iterator::operator()() ); *)\ *)

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

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

#include «name.h»

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

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

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

Использование вывода класса гарантирует, что все частные случаи обобщенного класса разделяют код. Этот метод можно применять только для создания классов объектов того же размра или меньше, чем базовый класс, который используется в маросе. gslist применяется в #7.6.2.

7.3.6 Ограниченные Интерфейсы

Класс slist – довольно общего характера. Иногда подобная общность не требуется или даже нежелательна. Ограниченные вды 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)«=sizeof(void*)

public: void put(int a) (* slist::append((void*)a); *) int det() (* return int(slist::get()); *) iqueue() (**) *);

При таком выводе осуществляются два логически разделеных 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 укзателей на символы»:

#include «stack.h»

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

7.4 Добавление к Классу

В предыдущих примерах производный класс ничего не добалял к базовому классу. Для производного класса функции опрделялись только чтобы обеспечить преобразование типа. Каждый производный класс просто задавал альтернативный интерфейс к общему множеству программ. Этот специальный случай важен, но наиболее обычная причина определения новых классов как проиводных классов в том, что кто-то хочет иметь то, что предотавляет базовый класс, плюс еще чуть-чуть.

Для производного класса можно определить данные и фунции дополнительно к тем, которые наследуются из его базового класса. Это дает альтернативную стратегию того, как обеспчить средства связанного списка. Заметьте, когда в тот slist, который определялся выше, помещается элемент, то создается slink, содержащий два указателя. На их создание тратится врмя, а ведь без одного из указателей можно обойтись, при услвии, что нужно только чтобы объект мог находиться в одном списке. Так что указатель next на следующий можно поместить в сам объект, вместо того, чтобы помещать его в отдельный обект slink. Идея состоит в том, чтобы создать класс olink с единственным полем next, и класс olist, который может обрабтывать указатели на такие звенья olink. Тогда olist сможет манипулировать объектами любого класса, производного от olink. Буква "o" в названиях стоит для того, чтобы напоминать вам, что объект может находиться одновременно только в одном списке olist:

struct olink (* olink* next;

*);

Класс olist очень напоминает класс slist. Отличие состит в том, что пользователь класса olist манипулирует объектми класса olink непосредственно:

class olist (* olink* last; public: void insert(olink* p); void append(olink* p); olink* get(); // ... *);

Мы можем вывести из класса olink класс name:

class name : public olink (* // ... *);

Теперь легко сделать список, который можно использовать без накладных расходов времени на размещение или памяти.

Объекты, помещаемые в olist, теряют свой тип. Это ознчает, что компилятор знает только то, что они olink'и. Првильный тип можно восстановить с помощью явного преобразовния типа объектов, вынутых из olist. Например:

void f() (* olist ll; name nn; ll.insert( amp;nn); // тип amp;nn потерян name* pn = (name*)ll.get(); // и восстановлен *)

Другой способ: тип можно восстановить, выводя еще один класс из olist для обработки преобразования типа:

class onlist : public olist (* // ... name* get() (* return (name*)olist::get(); *) *);

Имя name может одновременно находиться только в одном olist. Для имен это, может быть, и не подходит, но в классах, для которых это подойдет полностью, недостатка нет. Например, класс фигур shape использует для поддержки списка всех фигур именно этот метод. Обратите внимание, что можно было бы опрделить slist как производный от olist, объединяя таким обрзом оба понятия. Однако использование базовых и производных классов на таком микроскопическом уровне может очень сильно исказить код.

7.5 Неоднородные Списки

Предыдущие списки были однородными. То есть, в список помещались только объекты одного типа. Это обеспечивалось апаратом 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. Верятно, это единственный наиболее важный и полезный аспект призводных классов, и он весьма существенно используется в стле 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 фактичекого типа объектов, находящихся в списке (что становится ивестно только на стадии выполнения), а не просто от типа элментов списка (который компилятору известен).

7.6 Законченная Программа

Разберем процесс написания программы для рисования на экране геометрических фигур. Она естественным образом раздляется на три части:

1. Администратор экрана: подпрограммы низкого уровня и структуры данных, определяющие экран;он ведает только точками и прямыми линиями,

2. Библиотека фигур: набор определений основных фигур вроде прямоугольника и круга и стандартные программы для работы с ними и

3. Прикладная программа: множество определений, специалзированных для данного приложения, и код, который их использует.

Эти три части скорее всего будут писать разные люди (в разных организациях и в разное время). При этом части будут скорее всего писать именно в указанном порядке с тем осложнющим обстоятельством, что у разработчиков нижнего уровня не будет точного представления, для чего их код в конечном счете будет использоваться. Это отражено в приводимом примере. Чтбы пример был короче, графическая библиотека предоставляет только весьма ограниченный сервис, а сама прикладная програма очень проста. Чтобы читатель смог испытать программу, даже если у него нет совсем никаких графических средств, использется чрезвычайно простая концепция экрана. Не должно соствить труда заменить эту экранную часть программы чем-нибудь подходящим, не изменяя код библиотеки фигур и прикладной программы.