Жанр: Учеба
Язык С++ с комментариями
...ожные
выгоды C++. Поэтому проглядите, пожалуйста, раздел "Отличия от C" в
справочном руководстве (#с.15). Там указывается на области, в
которых C++ позволяет делать что-то лучше, чем C. Макросы (#define)
в C++ почти никогда не бывают необходимы; чтобы определять
провозглашаемые константы, используйте const (#2.4.6) или enum
(#2.4.7), и inline (#1.12) - чтобы избежать лишних расходов на
вызов функции. Старайтесь описывать все функции и типы всех
параметров - есть очень мало веских причин этого не делать.
Аналогично, практически нет причин описывать локальную переменную
не инициализируя ее, поскольку описание может появляться везде, где
может стоять оператор, - не описывайте переменную, пока она вам не
нужна. Не используйте malloc() - операция new (#3.2.6) делает ту же
работу лучше. Многие объединения не нуждаются в имени - используйте
безымянные объединения (#2.5.2).
Глава 1
Турне по C++
Единственный способ изучать новый язык
программирования - писать на нем программы.
- Брайэн Керниган
Эта глава представляет собой краткий обзор основных черт языка
программирования C++. Сначала приводится программа на C++, затем
показано, как ее откомпилировать и запустить, и как такая программа
может выводить выходные данные и считывать входные. В первой трети
этой главы после введения описаны наиболее обычные черты C++:
основные типы, описания, выражения, операторы, функции и структура
программы. Оставшаяся часть главы посвящена возможностям C++ по
определению новых типов, скрытию данных, операциям, определяемым
пользователем, и иерархии определяемых пользователем типов.
1.1 Введение
Это турне проведет вас через ряд программ и частей программ на
C++. К концу у вас должно сложиться общее представление об основных
особенностях C++, и будет достаточно информации, чтобы писать
простые программы. Для точного и полного объяснения понятий,
затронутых даже в самом маленьком законченном примере,
потребовалось бы несколько страниц определений. Чтобы не превращать
эту главу в описание или в обсуждение общих понятий, примеры
снабжены только самыми короткими определениями используемых
терминов. Термины рассматриваются позже, когда будет больше
примеров, способствующих обсуждению.
1.1.1 Вывод
Прежде всего, давайте напишем программу, выводящую строку
выдачи:
#include
main()
{
cout "" "Hello, world\n";
}
Строка #include сообщает компилятору, чтобы он включил
стандартные возможности потока ввода и вывода, находящиеся в файле
stream.h. Без этих описаний выражеине cout "" "Hello, world\n" не
имело бы смысла. Операция "" ("поместить в"*) пишет свой первый
аргумент во второй (в данном случае, строку "Hello, world\n" в
____________________
* Программирующим на C "" известно как операция сдвига влево для
целых. Такое использование "" не утеряно; просто в дальнейшем ""
было определено для случая, когда его левый операнд является
потоком вывода. Как это делается, описано в #1.8. (прим. автора)
- стр 20 -
стандартный поток вывода cout). Строка - это последовательность
символов, заключенная в двойные кавычки. В строке символ обратной
косой \, за которым следует другой символ, обозначает один
специальный символ; в данном случае, \n является символом новой
строки. Таким образом выводимые символы состоят из Hello, world и
перевода строки.
Остальная часть программы
main() { ... }
определяет функцию, названную main. Каждая программа должна
содержать функцию с именем main, и работа программы начинается с
выполнения этой функции.
1.1.2 Компиляция
Откуда появились выходной поток cout и код, реализующий операцию
вывода ""? Для получения выполняемого кода написанная на C++
программа должна быть скомпилирована; по своей сути процесс
компляции такой же, как и для С, и в нем участвует большая часть
входящих в последний программ. Производится чтение и анализ текста
программы, и если не обнаружены ошибки, то генерируется код. Затем
программа проверяется на наличие имен и операций, которые
использовались, но не были определены (в нашем случае это cout и
""). Если это возможно, то программа делается полной посредством
дополнения недостающих определений из библиотеки (есть стандартные
библиотеки, и пользователи могут создавать свои собственные). В
нашем случае cout и "" были описаны в stream.h, то есть, были
указаны их типы, но не было дано никаких подробностей относительно
их реализации. В стандартной библиотеке содержится спецификация
пространства и инициализирующий код для cout и "". На самом деле, в
этой библиотеке содержится и много других вещей, часть из которых
описана в stream.h, однако к скомпилированной версии добавляется
только подмножество библиотеки, необходимое для того, чтобы сделать
нашу программу полной.
Команда компиляции в C++ обычно называется CC. Она используется
так же, как команда cc для программ на C; подробности вы можете
найти в вашем руководстве. Предположим, что программа с "Hello,
world" хранится в файле с именем
- стр 21 -
hello.c, тогда вы можете ее скомпилировать и запустить примерно так
($ - системное приглашение):
$ CC hello.c
$ a.out
Hello,world
$
a.out - это принимаемое по умолчанию имя исполняемого результата
компиляции. Если вы хотите назвать свою программу, вы можете
сделать это с помощью опции -o:
$ CC hello.c -o hello
$ hello
Hello,world
$
1.1.3 Ввод
Следующая (довольно многословная) программа предлагает вам ввести
число дюймов. После того, как вы это сделаете, она напечатает
соответствующее число сантиметров.
#include
main()
{
int inch = 0; // inch - дюйм
cout "" "inches";
cin "" inch;
cout "" inch;
cout "" " in = ";
cout "" inch*2.54;
cout "" " cm\n";
}
Первая строка функции main() описывает целую переменную inch. Ее
значение считывается с помощью операции "" ("взять из") над
стандартным потоком ввода cin. Описания cin и "", конечно же,
находятся в . После ее запуска ваш терминал может
выглядеть примерно так:
$ a.out
inches=12
12 in = 30.48 cm
$
В этом примере на каждую команду вывода приходится один оператор;
это слишком длинно. Операцию вывода "" можно применять к ее
собственному результату, так что последние четыре команды вывода
можно было записать одним оператором:
cout "" inch "" " in = " "" inch*2.54 "" " cm\n";
- стр 22 -
В последующих разделах ввод и вывод будут описаны гораздо более
подробно. Вся эта глава фактически может рассматриваться как
объяснение того, как можно написать предыдущие программы на языке,
который не обеспечивает операции ввода-вывода. На самом деле,
приведенные выше программы написаны на C++, "расширенном"
операциями ввода-вывода посредством использования библиотек и
включения файлов с помощью #include. Другими словами, язык C++ в
том виде, в котором он описан в справочном руководстве, не
определяет средств ввода-вывода; вместо этого исключительно с
помощью средств, доступных любому программисту, определены операции
"" и "".
1.2 Комментарии
Часто бывает полезно вставлять в программу текст, который
предназначается в качестве комментария только для читающего
программу человека и игнорируется компилятором в программе. В C++
это можно сделать одним из двух способов.
Символы /* начинают комментарий, заканчивающийся символами */.
Вся эта последовательность символов эквивалентна символу пропуска
(например, символу пробела). Это наиболее полезно для многострочных
комментариев и изъятия частей программы при редактировании, однако
следует помнить, что комментарии /* */ не могут быть вложенными.
Символы // начинают комментарий, который заканчивается в конце
строки, на которой они появились. Опять, вся последовательность
символов эквивалентна пропуску. Этот способ наиболее полезен для
коротких комментариев. Символы // можно использовать для того,
чтобы закомментировать символы /* или */, а символами /* можно
закомментировать //.
1.3 Типы и Описания
Каждое имя и каждое выражение имеет тип, определяющий операции,
которые могут над ними производиться. Например, описание
int inch;
определяет, что inch имеет тип int, то есть, inch является целой
переменной.
Описание - это оператор, который вводит имя в программе. Описание
задает тип этого имени. Тип определяет правильное использование
имени или выражения. Для целых определены такие операции, как +, -,
* и /. После того, как включен файл stream.h, объект типа int может
также быть вторым операндом "", когда первый операнд ostream.
Тип объекта определяет не только то, какие операции могут к нему
применяться, но и смысл этих операций. Например, оператор
cout "" inch "" " in = " "" inch*2.54 "" " cm\n";
правильно обрабатывает четыре входных значения различным образом.
Строки печатаются буквально, тогда как целое inch и значение с
плавающей точкой inch*2.54 преобразуются из их внутреннего
представлениия в подходящее для человеческого глаза символьное
представление.
- стр 23 -
В C++ есть несколько основных типов и несколько способов
создавать новые. Простейшие виды типов C++ описываются в следующих
разделах, а более интересные оставлены на потом.
1.3.1 Основные Типы
Основные типы, наиболее непосредственно отвечающие средствам
аппаратного обеспечения, такие:
char short int long float double
Первые четыре типа используются для представления целых, последние
два - для представления чисел с плавающей точкой. Переменная типа
char имеет размер, естественный для хранения символа на данной
машине (обычно, байт), а переменная типа int имеет размер,
соответствующий целой арифметике на данной машине (обычно, слово).
Диапазон целых чисел, которые могут быть представлены типом,
зависит от его размера. В C++ размеры измеряются в единицах размера
данных типа char, поэтому char по определению имеет размер единица.
Соотношение между основными типами можно записать так:
1 = sizeof(char) "= sizeof(short) "= sizeof(int) "= sizeof(long)
sizeof(float) "= sizeof(double)
В целом, предполагать что-либо еще относительно основных типов
неразумно. В частности, то, что целое достаточно для хранения
указателя, верно не для всех машин.
К основному типу можно применять прилагательное const. Это дает
тип, имеющий те же свойства, что и исходный тип, за исключением
того, что значение переменных типа const не может изменяться после
инициалиизации.
const float pi = 3.14;
const char plus = '+';
Символ, заключенный в одинарные кавычки, является символьной
константой. Заметьте, что часто константа, определенная таким
образом, не занимает память; просто там, где требуется, ее значение
может использоваться непосредственно. Константа должна
инициализироваться при описании. Для переменных инициализация
необязательна, но настоятельно рекомендуется. Оснований для
введения локальнной переменной без ее инициализации очень немного.
К любой комбинации этих типов могут применяться арифметические
операции:
+ (плюс, унарный и бинарный)
- (минус, унарный и бинарный)
* (умножение)
/ (деление)
А также операции сравнения:
- стр 24 -
== (равно)
!= (не равно)
" (меньше)
" (больше)
"= (меньше или равно)
"= (больше или равно)
Заметьте, что целое деление дает целый результат: 7/2 есть 3. Над
целыми может выполняться операция % получения остатка: 7%2 равно 1.
При присваивании и арифметических операциях C++ выполняет все
осмысленнные преобразования между основными типами, чтобы их можно
было сочетать без ограничений:
double d = 1;
int i = 1;
d = d + i;
i = d + i;
1.3.2 Производные Типы
Вот операции, создающие из основных типов новые типы:
* указатель на
*const константный указатель на
& ссылка на
[] вектор*
() функция, возвращающая
Например:
char* p // указатель на символ
char *const q // константный указатель на символ
char v[10] // вектор из 10 символов
Все вектора в качестве нижней границы индекса имеют ноль, поэтому в
v десять элементов:v[0] ... v[9]. Функции объясняются в #1.5,
ссылки в #1.9. Переменная указатель может содержать адрес объекта
соответствующего типа:
char c;
// ...
p = &c; // p указывает на c
Унарное & является операцией взятия адреса.
1.4 Выражения и Операторы
В C++ имеется богатый набор операций, с помощью которых в
выражениях образуются новые значения и изменяются значения
____________________
* одномерный массив. Это принятый термин (например, вектора
прерываний), и мы сочли, что стандартный перевод его как "массив"
затуманит изложение. (прим. перев.)
- стр 25 -
переменных. Поток управления в программе задается с помощью
операторов , а описания используются для введения в программе имен
переменных, констант и т.д. Заметьте, что описания являются
операторами, поэтому они свободно могут сочетаться с другими
операторами.
1.4.1 Выражения
В C++ имеется большое число операций, и они будут объясняться
там, где (и если) это потребуется. Следует учесть, что операции
~ (дополнение)
& (И)
^ (исключающее ИЛИ)
| (включающее ИЛИ)
"" (логический сдвиг влево)
"" (логический сдвиг вправо)
применяются к целым, и что нет отдельного типа данных для
логических действий.
Смысл операции зависит от числа операндов; унарное & является
операцией взятия адреса, а бинарное & - это операция логического И.
Смысл операции зависит также от типа ее операндов: + в выражении
a+b означает сложение с плавающей точкой, если операнды имеют тип
float, но целое сложение, если они типа int. В #1.8 объясняется,
как можно определить операцию для типа, определяемого
пользователем, без потери ее значения, предопределенного для
основных и производных типов.
В C++ есть операция присваивания =, а не оператор присваивания,
как в некоторых языках. Таким образом, присваивание может
встречаться в неожиданном контексте; например, x=sqrt(a=3*x). Это
бывает полезно. a=b=c означает присвоение c объекту b, а затем
объекту a. Другим свойством операции присваивания является то, что
она может совмещаться с большинством бинарных операций. Например,
x[i+3]*=4 означает x[i+3]=x[i+3]*4, за исключением того факта, что
выражение x[i+3] вычисляется только один раз. Это дает
привлекательную степень эффективности без необходимости обращения к
оптимизирующим компиляторам. К тому же это более кратко.
В большинстве программ на C++ широко применяются указатели.
Унарная операция * разыменовывает* указатель, т.е. *p есть объект,
на который указывает p. Эта операция также называется косвенной
адресацией. Например, если имеется char* p, то *p есть символ, на
который указывает p. Часто при работе с указателями бывают полезны
операция увеличения ++ и операция уменьшения --. Предположим, p
указывает на элемент вектора v, тогда p++ делает p указывающим на
следующий элемент.
1.4.2 Операторы Выражения
Самый обычный вид оператора - оператор выражение. Он состоит из
выражения, за которым следует точка с запятой. Например:
____________________
* англ. dereference - получить значение объекта, на который
указывает данный указатель. (прим. перев.)
- стр 26 -
a = b*3+c;
cout "" "go go go";
lseek(fd,0,2);
1.4.3 Пустой оператор
Простейшей формой оператора является пустой оператор:
;
Он не делает ничего. Однако он может быть полезен в тех случаях,
когда синтаксис требует наличие оператора, а вам оператор не нужен.
1.4.4 Блоки
Блок - это возможно пустой список операторов, заключенный в
фигурные скобки:
{ a=b+2; b++; }
Блок позволяет рассматривать несколько операторов как один. Область
видимости имени, описанного в блоке, простирается до конца блока.
Имя можно сделать невидимым с помощью описаний такого же имени во
внутренних блоках.
1.4.5 Операторы if
Программа в следующем примере осуществляет преобразование дюймов
в сантиметры и сантиметров в дюймы; предполагается, что вы укажете
единицы измерения вводимых данных, добавляя i для дюймов и c для
сантиметров:
- стр 27 -
#include
main()
{
const float fac = 2.54;
float x, in, cm;
char ch = 0;
cout "" "введите длину: ";
cin "" x "" ch;
if (ch == 'i') { // inch - дюймы
in = x;
cm = x*fac;
}
else if (ch == 'c') // cm - сантиметры
in = x/fac;
cm = x;
}
else
in = cm = 0;
cout "" in "" " in = " "" cm "" " cm\n";
}
Заметьте, что условие в операторе if должно быть заключено в
круглые скобки.
1.4.6 Операторы switch
Оператор switch производит сопоставление значения с множеством
констант. Проверки в предыдущем примере можно записать так:
switch (ch) {
case 'i':
in = x;
cm = x*fac;
break;
case 'c':
in = x/fac;
cm = x;
break;
default:
in = cm = 0;
break;
}
Операторы break применяются для выхода из оператора switch.
Константы в вариантах case должны быть различными, и если
проверяемое значение не совпадает ни с одной из констант,
выбирается вариант default. Программисту не обязательно
предусматривать default.
- стр 28 -
1.4.7 Оператор while
Рассмотрим копирование строки, когда заданы указатель p на ее
первый символ и указатель q на целевую строку. По соглашению строка
оканчивается символом с целым значением 0.
while (p != 0) {
*q = *p; // скопировать символ
q = q+1;
p = p+1;
}
*q = 0; // завершающий символ 0 скопирован не был
Следующее после while условие должно быть заключено в круглые
скобки. Условие вычисляется, и если его значение не ноль,
выполняется непосредственно следующий за ним оператор. Это
повторяется до тех пор, пока вычисление условия не даст ноль.
Этот пример слишком пространен. Можно использовать операцию ++
для непосредственного указания увеличения, и проверка упростится:
while (*p) *q++ = *p++;
*q = 0;
где конструкция *p++ означает: "взять символ, на который указывает
p, затем увеличить p."
Пример можно еще упростить, так как указатель p разыменовывается
дважды за каждый цикл. Копирование символа можно делать тогда же,
когда производится проверка условия:
while (*q++ = *p++) ;
Здесь берется символ, на который указывает p, p увеличивается, этот
символ копируется туда, куда указывает q, и q увеличивается. Если
символ ненулевой, цикл повторяется. Поскольку вся работа
выполняется в условии, не требуется ниодного оператора. Чтобы
указать на это, используется пустой оператор. C++ (как и C)
одновременно любят и ненавидят за возможность такого чрезвычайно
краткого ориентированного на выразительность программирования*.
1.4.8 Оператор for
Рассмотрим копирование десяти элементов одного вектора в другой:
for (int i=0; i"10; i++) q[i]=p[i];
Это эквивалентно
int i = 0;
while (i"10) {
q[i] = p[i];
i++;
}
____________________
* в оригинале expression-oriented (expression - выразительность и
выражение). (прим. перев.)
- стр 29 -
но более удобочитаемо, поскольку вся информация, управляющая
циклом, локализована. При применении операции ++ к целой
переменной к ней просто добавляется единица. Первая часть оператора
for не обязательно должна быть описанием, она может быть любым
оператором. Например:
for (i=0; i"10; i++) q[i]=p[i];
тоже эквивалентно предыдущей записи при условии, что i
соответствующим образом описано раньше.
1.4.9 Описания
Описание - это оператор, вводящий имя в программе. Оно может
также инициализировать объект с этим именем. Выполнение описания
означает, что когда поток управления доходит до описания,
вычисляется инициализирующее выражение (инициализатор) и
производится инициализация. Например:
for (int i = 1; i
1.5 Функции
Функция - это именованная часть программы, к которой можно
обращаться из других частей программы столько раз, сколько
потребуется. Рассмотрим программу, печатающую степени числа 2:
extern float pow(float, int); //pow() определена в другом месте
main()
{
for (int i=0; i"10; i++) cout "" pow(2,i) "" "\n";
}
Первая строка функции - описание, указывающее, что pow - функция,
получающая параметры типа float и int и возвращающая float.
Описание функции используется для того, чтобы сделать определенными
обращения к функции в других местах.
При вызове тип каждого параметра функции сопоставляется с
ожидаемым типом точно так же, как если бы инициализировалась
переменная описанного типа. Это гарантирует надлежащую проверку и
преобразование типов. Напрмер, обращение pow(12.3,"abcd") вызовет
недовольство компилятора, поскольку "abcd" является строкой, а не
int. При вызове pow(2,i) компилятор преобразует 2 к типу float, как
того требует функция. Функция pow может быть определена например
так:
- стр 30 -
float pow(float x, int n)
{
if (n " 0) error("извините, отрицателный показатель для pow()");
switch (n) {
case 0: return 1;
case 1: return x;
default: return x*pow(x,n-1);
}
}
Первая часть определения функции задает имя функции, тип
возвращаемого ею значения (если таковое имеется) и типы и имена ее
параметров (если они есть). Значение возвращается из функции с
помощью оператора return.
Разные функции обычно имеют разные имена, но функциям,
выполняющим сходные действия над объектами различных типов, иногда
лучше дать возможность иметь одинаковые имена. Если типы их
параметров различны, то компилятор всегда может различить их и
выбрать для вызова нужную функцию. Может, например, иметься одна
функция возведения в степень для целых переменных и другая для
переменных с плавающей точкой:
overload pow;
int pow(int, int);
double pow(double, double);
//...
x=pow(2,10);
y=pow(2.0,10.0);
Описание
overload pow;
сообщает компилятору, что использование имени pow более чем для
одной функции является умышленным.
Если функция не возвращает значения, то ее следует описать как
void:
void swap(int* p, int* q) // поменять местами
{
int t = *p;
*p = *q;
*q = t;
}
1.6 Структура программы
Программа на C++ обычно состоит из большого числа исходных
файлов, каждый из которых содержит описания типов, функций,
переменных и констант. Чтобы имя можно было использовать в разных
исходных файлах для ссылки на один и тот же объект, оно должно
быть описано как внешнее. Например:
- стр 31 -
extern double sqrt(double);
extern instream cin;
Самый обычный способ обеспечить согласованность исходных файлов -
это поместить такие описания в отдельные файлы, называемые
заголовочными (или хэдер) файлами, а затем включить, то есть
скопировать, эти заголовочные файлы во все файлы, где нужны эти
описания. Например, если описание sqrt хранится в заголовочном
файле для стандартных математических функций math.h, и вы хотите
извлечь квадратный корень из 4, можно написать:
#include
//...
x = sqrt(4);
Поскольку обычные заголовочные файлы включаются во многие исходные
файлы, они не содержат описаний, которые не должны повторяться.
Например, тела функций даются только для inline-подставляемых
функций (#1.12) и инициализаторы даются только для констант
(#1.3.1). За исключением этих случаев, заголовочный файл является
хранилищем информации о типах. Он обеспечивает интерфейс между
отдельно компилируемыми частями программы.
В команде включения include имя файла, заключенное в угловые
скобки, например , относится к файлу с этим именем в
стандартном каталоге (часто это /usr/include/CC); на файлы,
находящиеся в каких-либо других местах ссылаются с помощью имен,
заключенных в двойные кавычки. Например:
#include "math1.h"
#include "/usr/bs/math2.h"
включит math1.h из текущего пользовательского каталога, а math2.h
из каталога /usr/bs.
Здесь приводится очень маленький законченный пример программы, в
котором строка определяется в одном файле, а ее печать производится
в другом. Файл header.h определяет необходимые типы:
// header.h
extern char* prog_name;
extern void f();
В файле main.c находится главная программа:
// main.c
#include "header.h"
char* prog_name = "дурацкий, но полный";
main()
{
f();
}
а файл f.c печатает строку:
- стр 32 -
// f.c
#include
#include "header.h"
void f()
{
cout "" prog_name "" "\n";
}
Скомпилировать и запустить программу вы можете например так:
$ CC main.c f.c -o silly
$ silly
дурацкий, но полный
$
1.7 Классы
Давайте посмотрим, как мы могли бы определить тип потока вывода
ostream. Чтобы упростить задачу, предположим, что для буферизации
определен тип streambuf. Тип stre
...Закладка в соц.сетях
