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.

---

7.6.1 Администратор Экрана

Вначале было намерение написать администратор экрана на C (а не на С++), чтобы подчеркнуть разделение уровней реалзации. Это оказалось слишком утомительным, поэтому пришлось пойти на компромисс: используется стиль C (нет функций члнов, виртуальных функций, определяемых пользователем операций и т.п.), однако применяются конструкторы, надлежащим образом описываются и проверяются параметры функций и т.д. Оглядывясь назад, можно сказать, что администратор экрана очень пхож на C программу, которую потом модифицировали, чтобы вопользоваться средствами С++ не переписывая все полностью.

Экран представляется как двумерный массив символов, работу с которым осуществляют функции put_point() и put_line(), использующие при обращении с экраном структуру point:

// файл screen.h

const XMAX=40, YMAX=24;

struct point (* int x,y; point() (**) point(int a, int b) (* x=a; y=b; *) *);

overload put_point; extern void put_point(int a, int b); inline void put_point(point p) (* put_point(p.x,p.y); *)

overload put_line; extern void put_line(int, int, int, int); inline void put_line(point a, point b) (* put_line(a.x,a.y,b.x,b.y); *)

extern void screen_init(); extern void screen_refresh(); extern void screen_clear();

#include «stream.h»

Перед первым использованием функции put экран надо инциализировать с помощью screen_init(), а изменения в структре данных экрана отображаются на экране только после вызова screen_refresh(). Как увидит пользователь, это «обновление» («refresh») осуществляется просто посредством печати новой копии экрана под его предыдущим вариантом. Вот функции и оределения данных для экрана:

#include «screen.h» #include «stream.h»

enum color (* black='*', white=' ' *);

char screen[XMAX][YNAX];

void screen_init() (* for (int y=0; y«YMAX; y++) for (int x=0; x«XMAX; x++) screen[x][y] = white; *)

Точки печатаются, только если они есть на экране:

inline int on_screen(int a, int b) (* return 0«=a amp; amp; a«XMAX amp; amp; 0«=b amp; amp; b«YMAX; *)

void put_point(int a, int b) (* if (on_screen(a,b)) screen[a][b] = black; *)

Для рисования линий используется функция put_line():

void put_line(int x0, int y0, int x1, int y1) /* Строит линию от (x0,y0) до (x1,y1). Строится линия b(x-x0) + a(y-y0) = 0. Минимизирует abs(eps), где eps = 2*(b(x-x0)+ a(y-y0)). См. Newman and Sproull: ``Principles of Interactive Computer Graphics'' McGraw-Hill, New York, 1979, pp 33-44. */ (* register dx = 1; int a = x1 – x0; if (a « 0) dx = -1, a = -a; register dy = 1; int b = y1 – y0;

if (b « 0) dy = -1, b = -b; int two_a = 2*a; int two_b = 2*b; int xcrit = -b + two_a; register eps = 0; for (;;) (* put_point(x0,y0); if(x0==x1 amp; amp; y0==y1) break; if(eps „= xcrit) x0 += dx, eps += two_b; if(eps“=a !! a«=b) y0 += dy, eps -= two_a; *) *)

Предоставляются функции для очистки экрана и его обноления:

void screen_clear() (* screen_init(); *) // очистка

void screen_refresh() // обновление (* for (int y=YMAX-1; 0«=y; y–) (* // сверху вниз for (int x=0; x«XMAX; x++) // слева направо cout.put(screen[x][y]); cout.put('\n'); *) *)

Функция ostream::put() применяется для печати символов как символов; ostream::operator««() печатает символы как млые целые. Пока что вы может представлять себе, что эти опрделения доступны только в откомпилированном виде, который вы изменить не можете.

7.6.2 Библиотека Фигур

Нам нужно определить общее понятие фигуры (shape). Это надо сделать таким образом, чтобы оно использовалось (как бзовый класс) всеми конкретными фигурами (например, кругами и квадратами), и так, чтобы любой фигурой можно было манипулровать исключительно через интерфейс, предоставляемый классом shape:

struct shape (* shape() (* shape_list.append(this); *)

virtual point north() (*return point(0,0);*) // север virtual point south() (*return point(0,0);*) // юг virtual point east() (*return point(0,0);*) // восток virtual point neast() (*return point(0,0);*)//северо-восток virtual point seast() (*return point(0,0);*) // юго-восток

virtual void draw() (**); // нарисовать virtual void move(int, int) (**); // переместить *);

Идея состоит в том, что расположение фигуры задается с помощью move(), и фигура помещается на экран с помощью draw(). Фигуры можно располагать относительно друг друга, ипользуя понятие точки соприкосновения, и эти точки перечислются после точек компаса (сторон света). Каждая конкретная фигура определяет свой смысл этих точек, и каждая определяет способ, которым она рисуется. Для экономии места здесь на смом деле определяются только необходимые в этом примере строны света. Конструктор shape::shape() добавляет фигуру в список фигур shape_list. Этот список является gslist, то есть, одним из вариантов обобщенного односвязанного списка, определенного в #7.3.5. Он и соответствующий итератор были

сделаны так:

typedef shape* sp; declare(gslist,sp);

typedef gslist(sp) shape_lst; typedef gslist_iterator(sp) sp_iterator;

поэтому shape_list можно описать так:

shape_lst shape_list;

Линию можно построить либо по двум точкам, либо по точке и целому. В последнем случае создается горизонтальная линия, длину которой определяет целое. Знак целого указывает, каким концом является точка: левым или правым. Вот определение:

class line : public shape (* /* линия из 'w' в 'e' north() определяется как ``выше центра и на север как до самой северной точки'' */ point w,e; public: point north() (* return point((w.x+e.x)/2,e.y«w.y?w.y:e.y); *)

point south() (* return point((w.x+e.x)/2,e.y«w.y?e.y:w.y); *)

void move(int a, int b) (* w.x += a; w.y += b; e.x += a; e.x += b; *) void draw() (* put_line(w,e); *)

line(point a, point b) (* w = a; e = b; *) line(point a, int l) (* w = point(a.x+l-1,a.y); e = a; *) *);

Аналогично определяется прямоугольник rectangle:

class rectangle : public shape (* /* nw – n – ne ! ! ! ! w c e ! ! ! ! sw – s – se */ point sw,ne; public: point north() (* return point((sw.x+ne.x)/2,ne.y); *) point south() (* return point((sw.x+ne.x)/2,sw.y); *) point neast() (* return ne; *) point swest() (* return sw; *) void move (int a, int b) (* sw.x+=a; sw.y+=b; ne.x+=a; ne.y+=b; *) void draw(); rectangle(point, point); *);

Прямоугольник строится по двум точкам. Код усложняется из-за необходимости выяснять относительное положение этих тчек:

rectangle::rectangle(point a, point b); (* if (a.x «= b.x) (* (* sw = a; ne = b; *) else (* sw = point(a.x,b.y); ne = point(b.x,a.y); *) *) else (* if (a.y «= b.y) (* sw = point(b.x,a.y); ne = point(a.x,b.y); *) else (* sw = b; ne = a; *) *) *)

Чтобы построить прямоугольник, строятся четыре его строны:

void rectangle::draw(); (* point nw(sw.x,ne.y); point se(ne.x,sw.y); put_line(nw,ne); put_line(ne,se); put_line(se,sw); put_line(sw,nw); *)

Помимо определений фигур в библиотеке фигур содержатся функции для работы с ними. Например:

void shape_refresh(); // рисует все фигуры void stack(shape* p, shape* q); // ставит p на верх q

Чтобы справиться с нашим наивным экраном, нужна обновлющая функция. Она просто рисует все фигуры заново. Обратите внимание, что она совершенно не представляет, какие фигуры рисует:

void shape_refresh() (* screen_clear(); sl_iterator next(shape_list); shape* p; while ( p=next() ) p-»draw(); screen_refresh(); *)

И вот, наконец, настоящая сервисная функция (утилита). Она кладет одну фигуру на верх другой, задавая, что south() одной должен быть сразу над north() другой:

void stack(shape* q, shape* p) // ставит p на верх q (* point n = p-»north(); point s = q-»south(); q-»move(n.x-s.x,n.y-s.y+1);

*)

Теперь представим себе, что эта библиотека считается собственностью некой компании, которая продает программное обеспечение, и что они продают вам только заголовочный файл, содержащий определения фигур, и откомпилированный вариант оределений функций. И у вас все равно остается возможность оределять новые фигуры и использовать для ваших собственных фигур сервисные функции.

7.6.3 Прикладная Программа

Прикладная программа чрезвычайно проста. Определяется новая фигура myshape (на печати она немного похожа на рожцу), а потом пишется главная программа, которая надевает на нее шляпу. Вначале описание myshape:

#include «shape.h»

class myshape : public rectangle (* line* l_eye; // левый глаз line* r_eye; // правый глаз line* mouth; // рот public: myshape(point, point); void draw(); void move(int, int); *);

Глаза и рот – отдельные и независимые объекты, которые создает конструктор myshape:

myshape::myshape(point a, point b) : (a,b) (* int ll = neast().x-swest().x+1; int hh = neast().y-swest().y+1; l_eye = new line( point(swest().x+2,swest().y+hh*3/4),2); r_eye = new line( point(swest().x+ll-4,swest().y+hh*3/4),2); mouth = new line( point(swest().x+2,swest().y+hh/4),ll-4); *)

Объекты глаза и рот порознь рисуются заново функцией shape_refresh(), и в принципе могут обрабатываться независимо из объекта myshape, которому они принадлежат. Это один способ определять средства для иерархически построенных объектов вроде myshape. Другой способ демонстрируется на примере носа. Никакой нос не определяется, его просто добавляет к картинке функция draw():

void myshape::draw() (* rectangle::draw(); put_point(point( (swest().x+neast().x)/2,(swest().y+neast().y)/2)); *)

myshape передвигается посредством перемещения базового прямоугольника rectangle и вторичных объектов l_eye, r_eye и mouth (левого глаза, правого глаза и рта):

void myshape::move() (* rectangle::move(); l_eye-»move(a,b);

r_eye-»move(a,b); mouth-»move(a,b); *)

Мы можем, наконец, построить несколько фигур и немного их подвигать:

main() (* shape* p1 = new rectangle(point(0,0),point(10,10)); shape* p2 = new line(point(0,15),17); shape* p3 = new myshape(point(15,10),point(27,18)); shape_refresh(); p3-»move(-10,-10); stack(p2,p3); stack(p1,p2); shape_refresh(); return 0; *)

Еще раз обратите внимание, как функции вроде shape_refresh() и stack() манипулируют объектами типов, опрделяемых гораздо позже, чем были написаны (и, может быть, окомпилированы) сами эти функции.

*********** * * * * * * * * * * * * * * * * * * *********** ***************** ************* * * * ** ** * * * * * * * * * ********* * * * *************

7.7 Свободная Память

Если вы пользовались классом slist, вы могли обнаружить, что ваша программа тратит на заметное время на размещение и освобождение объектов класса slink. Класс slink – это превоходный пример класса, который может значительно выиграть от того, что программист возьмет под контроль управление свобоной памятью. Для этого вида объектов идеально подходит оптмизирующий метод, который описан в #5.5.6. Поскольку каждый slink создается с помощью new и уничтожается с помощью delete членами класса slist, другой способ выделения памяти не представляет никаких проблем.

Если производный класс осуществляет присваивание указтелю this, то конструктор его базового класса будет вызыватся только после этого присваивания, и значение указателя this в конструкторе базового класса будет тем, которое присвоено конструктором производного класса. Если базовый класс присвивает указателю this, то будет присвоено то значение, которое использует конструктор производного класса. Например: