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.

---

Поток может находиться в одном из следующих состояний:

enum stream_state (* _good, _eof, _fail, _bad *);

Если состояние _good или _eof, значит последняя операция ввода прошла успешно. Если состояние _good, то следующая опрация ввода может пройти успешно, в противном случае она зкончится неудачей. Другими словами, применение операции ввода к потоку, который не находится в состоянии _good, является пустой операцией. Если делается попытка читать в переменную v, и операция оканчивается неудачей, значение v должно отаться неизменным (оно будет неизменным, если v имеет один из тех типов, которые обрабатываются функциями членами istream или ostream). Отличие между состояниями _fail и _bad очень незначительно и предсавляет интерес только для разработчиков операций ввода. В состоянии _fail предполагается, что поток не испорчен и никакие символы не потеряны. В состоянии _bad может быть все что угодно.

Состояние потока можно проверять например так:

switch (cin.rdstate()) (* case _good: // последняя операция над cin прошла успешно break; case _eof: // конец файла break; case _fail: // некоего рода ошибка форматирования // возможно, не слишком плохая break; case _bad: // возможно, символы cin потеряны break; *)

Для любой переменной z типа, для которого определены операции «„ и “», копирующий цикл можно написать так:

while (cin»»z) cout «„ z «« «\n“;

Например, если z – вектор символов, этот цикл будет брать стандартный ввод и помещать его в стандартный вывод по одному слову (то есть, последовательности символов без пробла) на строку.

Когда в качестве условия используется поток, происходит проверка состояния потока, и эта проверка проходит успешно (то есть, значение условия не ноль) только если состояние _good. В частности, в предыдущем цикле проверялось состояние istream, которое возвращает cin»»z. Чтобы обнаружить, почему цикл или проверка закончились неудачно, можно исследовать состояние. Такая проверка потока реализуется операцией преоразования (#6.3.2).

Делать проверку на наличие ошибок после каждого ввода или вывода действительно не очень удобно, и обычно источником ошибок служит программист, не сделавший этого в том месте, где это существенно. Например, операции вывода обычно не проверяются, но они могут случайно не сработать. Парадигма потка ввода/вывода построена так, чтобы когда в С++ появится (если это произойдет) механизм обработки исключительных ситаций (как средство языка или как стандартная библиотека), его будет легко применить для упрощения и стандартизации обрабоки ошибок в потоках ввода/вывода.

8.4.3 Ввод Типов, Определяемых Пользователем

Ввод для пользовательского типа может определяться точно так же, как вывод, за тем исключением, что для операции ввода важно, чтобы второй параметр был ссылочного типа. Например:

istream amp; operator»»(istream amp; s, complex amp; a) /* форматы ввода для complex; "f" обозначает float: f ( f ) ( f , f ) */ (* double re = 0, im = 0; char c = 0;

s »» c; if (c == '(') (* s »» re »» c; if (c == ',') s »» im »» c; if (c != ')') s.clear(_bad); // установить state *) else (* s.putback(c); s »» re; *)

if (s) a = complex(re,im); return s; *)

Несмотря на то, что не хватает кода обработки ошибок, большую часть видов ошибок это на самом деле обрабатывать бдет. Локальная переменная c инициализируется, чтобы ее значние не оказалось случайно '(' после того, как операция окочится неудачно. Завершающая проверка состояния потока гарантирует, что значение параметра a будет изменяться только в том случае, если все идет хорошо.

Операция установки состояния названа clear() (очистить), потому что она чаще всего используется для установки состония потока заново как _good. _good является значением парметра по умолчанию и для istream::clear(), и для ostream::clear().

Над операциями ввода надо поработать еще. Было бы, в частности, замечательно, если бы можно было задавать ввод в терминах образца (как в языках Snobol и Icon), а потом проврять, прошла ли успешно вся операция ввода. Такие операции должны были бы, конечно, обеспечивать некоторую дополнителную буферизацию, чтобы они могли воссанавливать поток ввода в его исходное состояние после неудачной попытки распознавания.

8.4.4 Инициализация Потоков Ввода

Естественно, тип istream, так же как и ostream, снабжен конструктором:

class istream (*

// ... istream(streambuf* s, int sk =1, ostream* t =0); istream(int size, char* p, int sk =1); istream(int fd, int sk =1, ostream* t =0); *);

Параметр sk задает, должны пропускаться пропуски или нет. Параметр t (необязательный) задает указатель на ostream, к которому прикреплен istream. Например, cin прикреплен к cout; это значит, что перед тем, как попытаться читать симвлы из своего файла, cin выполняет

cout.flush(); // пишет буфер вывода

С помощью функции istream::tie() можно прикрепить (или открепить, с помощью tie(0)) любой ostream к любому istream. Например:

int y_or_n(ostream amp; to, istream amp; from) /* «to», получает отклик из «from» */ (* ostream* old = from.tie( amp;to); for (;;) (* cout «« "наберите Y или N: "; char ch = 0; if (!cin.get(ch)) return 0;

if (ch != '\n') (* // пропускает остаток строки char ch2 = 0; while (cin.get(ch2) amp; amp; ch2 != '\n') ; *) switch (ch) (* case 'Y': case 'y': case '\n': from.tie(old); // восстанавливает старый tie return 1; case 'N': case 'n': from.tie(old); // восстанавливает старый tie return 0; default: cout «« "извините, попробуйте еще раз: "; *) *) *)

Когда используется буферизованный ввод (как это происхдит по умолчанию), пользователь не может набрав только одну букву ожидать отклика. Система ждет появления символа новой строки. y_or_n() смотрит на первый символ строки, а остальные игноирует.

Символ можно вернуть в поток с помощью функции istream:: putback(char). Это позволяет программе «заглядывать вперед» в поток ввода.

8.5 Работа со Строками

Можно осуществлять действия, подобные вводу/выводу, над символьным вектором, прикрепляя к нему istream или ostream. Например, если вектор содержит обычную строку, завершающуюся нулем, для печати слов из этого вектора можно использовать приведенный выше копирующий цикл:

void word_per_line(char v[], int sz) /* печатет "v" размера «sz» по одному слову на строке */ (* istream ist(sz,v); // сделать istream для v char b2[MAX]; // больше наибольшего слова while (ist»»b2) cout «„ b2 «« «\n“; *)

Завершающий нулевой символ в этом случае интерпретируеся как символ конца файла.

В помощью ostream можно отформатировать сообщения, котрые не нужно печатать тотчас же:

char* p = new char[message_size]; ostream ost(message_size,p); do_something(arguments,ost); display(p);

Такая операция, как do_something, может писать в поток ost, передавать ost своим подоперациям и т.д. с помощью стадартных операций вывода. Нет необходимости делать проверку на переполнение, поскольку ost знает свою длину и когда он будет переполняться, он будет переходить в состояние _fail. И, нконец, display может писать сообщения в «настоящий» поток ввода. Этот метод может оказаться наиболее полезным, чтобы справляться с ситуациями, в которых окончательное отображение данных включает в себя нечто более сложное, чем работу с трдиционным построчным устройством вывода. Например, текст из ost мог бы помещаться в располагающуюся где-то на экране оласть фиксированного размера.

8.6 Буферизация

При задании операций ввода/вывода мы никак не касались типов файлов, но ведь не все устройства можно рассматривать одинаково с точки зрения стратегии буферизации. Например, для ostream, подключенного к символьной строке, требуется буферзация другого вида, нежели для ostream, подключенного к фалу. С этими пробемами можно справиться, задавая различные бферные типы для разных потоков в момент инициализации (обратите внимание на три конструктора класса ostream). Есть только один набор операций над этими буферными типами, поэтму в функциях ostream нет кода, их различающего. Однако фунции, которые обрабатывают переполнение сверху и снизу, виртальные. Этого достаточно, чтобы справляться с необходимой в данное время стратегией буферизации. Это также служит хорошим примером применения виртуальных функций для того, чтобы сдлать возможной однородную обработку логически эквивалентных средств с различной реализацией. Описание буфера потока в «stream.h» выглядит так:

struct streambuf (* // управление буфером потока

char* base; // начало буфера char* pptr; // следующий свободный char char* qptr; // следующий заполненный char char* eptr; // один из концов буфера char alloc; // буфер, выделенный с помощью new

// Опустошает буфер: // Возвращает EOF при ошибке и 0 в случае успеха virtual int overflow(int c =EOF);

// Заполняет буфер

// Возвращет EOF при ошибке или конце ввода, // иначе следующий char virtual int underflow();

int snextc() // берет следующий char (* return (++qptr==pptr) ? underflow() : *qptr amp;0377; *)

// ...

int allocate() //выделяет некоторое пространство буфера

streambuf() (* /* ... */*) streambuf(char* p, int l) (* /* ... */*) ~streambuf() (* /* ... */*) *);

Обратите внимание, что здесь определяются указатели, нобходимые для работы с буфером, поэтому обычные посимвольные действия можно определить (только один раз) в виде максимално эффективных inlinфункций. Для каждой конкретной стратгии буферизации необходимо определять только функции перепонения overflow() и underflow(). Например:

struct filebuf : public streambuf (*

int fd; // дескриптор файла char opened; // файл открыт

int overflow(int c =EOF); int underflow();

// ...

// Открывает файл: // если не срабатывает, то возвращет 0, // в случае успеха возвращает «this» filebuf* open(char *name, open_mode om); int close() (* /* ... */ *)