Текст книги "C++"

Автор книги: Мюррей Хилл

Соавторы: Бьярн Страустрап
сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

2.3.8 Структуры

Вектор есть совокупность элементов одного типа, struct является совокупностью элементов (практически) произвольных типов. Например:

struct address (* // почтовый адрес char* name; // имя «Jim Dandy» long number; // номер дома 61 char* street; // улица «South Street» char* town; // город «New Providence» char* state[2]; // штат 'N' 'J' int zip; // индекс 7974 *)

определяет новый тип, названный address (почтовый адрес), состоящий из пунктов, требующихся для того, чтобы послать кому-нибудь корреспонденцию (вообще говоря, address не является достаточным для работы с полным почтовым адресом, но в качестве примера достаточен). Обратите внимание на точку с запятой в конце; это одно из очень немногих мест в С++, где необходимо ставить точку с запятой после фигурной скобки, поэтому люди склонны забывать об этом.

Переменные типа address могут описываться точно также, как другие переменные, а доступ к отдельным членам получается с помощью операции . (точка). Например:

address jd; jd.name = «Jim Dandy»; jd.number = 61;

Запись, которая использовалась для инициализации векторов, можно применять и к переменным структурных типов. Например:

address jd = (* «Jim Dandy», 61, «South Street», «New Providence», (*'N','J'*), 7974 *);

Однако обычно лучше использовать конструктор (#5.2.4). Заметьте, что нельзя было бы инициализировать jd.state строкой «NJ». Строки оканчиваются символом '', поэтому в «NJ» три символа, то есть на один больше, чем влезет в jd.state.

К структурным объектам часто обращаются посредством указателей используя операцию -». Например:

void print_addr(address* p) (* cout «„ p-“name „„ „n“ „„ p-“number „„ " " „„ p-“street „« «n“ «« p-“town «« «n“ «« chr(p-“state[0]) «« chr(p-“state[1]) «« " " «« p-“zip «« «n“; *)

Объекты типа структура можно присваивать, передавать как параметры функции и возвращать из функции в качестве результата. Например:

address current;

address set_current(address next) (* address prev = current; current = next; return prev; *)

Остальные осмысленные операции, такие как сравнение (== и !=) не определены. Однако пользователь может определить эти операции, см. Главу 6. Размер объекта структурного типа нельзя вычислить просто как сумму его членов. Причина этого состоит в том, что многие машины требуют, чтобы объекты определенных типов выравнивались в памяти только по некоторым зависящим от архитектуры границам (типичный пример: целое должно быть выровнено по границе слова), или просто гораздо более эффективно обрабатывают такие объекты, если они выровнены в машине. Это приводит к «дырам» в структуре. Например, (на моей машине) sizeof(address) равен 24, а не 22, как можно было ожидать.

Заметьте, что имя типа становится доступным сразу после того, как оно встретилось, а не только после того, как полностью просмотрено все описание. Например:

struct link(* link* previous; link* successor; *)

Новые объекты структурного типа не могут быть описываться, пока все описание не просмотрено, поэтому

struct no_good (* no_good member; *);

является ошибочным (компилятор не может установить размер no_good). Чтобы дать возможность двум (или более) структурным типам ссылаться друг на друга, можно просто описать имя как имя структурного типа. Например:

struct list; // должна быть определена позднее

struct link (* link* pre; link* suc; link* member_of; *);

struct list (* link* head; *)

Без первого описания list описание link вызвало бы к синтаксическую ошибку.

2.3.9 Эквивалентность типов

Два структурных типа являются различными даже когда они имеют одни и те же члены. Например:

struct s1 (* int a; *); struct s2 (* int a; *);

есть два разных типа, поэтому

s1 x; s2 y = x; // ошибка: несоответствие типов

Структурные типы отличны также от основных типов, поэтому

s1 x; int i = x; // ошибка: несоответствие типов

Однако существует механизм для описания нового имени для типа без введения нового типа. Описание с префиксом typedef описывает не новую переменную данного типа, а новое имя этого типа. Например:

typedef char* Pchar; Pchar p1, p2; char* p3 = p1;

Это может служить удобной сокращенной записью.

2.3.10 Ссылки

Ссылка является другим именем объекта. Главное применение ссылок состоит в спецификации операций для типов, определяемых пользователем; они обсуждаются в Главе 6. Они могут также быть полезны в качестве параметров функции. Запись x amp; означает ссылка на x. Например:

int i = 1; int amp; r = i; // r и i теперь ссылаются на один int int x = r // x = 1 r = 2; // i = 2;

Ссылка должна быть инициализирована (должно быть что-то, для чего она является именем). Заметьте, что инициализация ссылки есть нечто совершенно отличное от присваивания ей.

Вопреки ожиданиям, ни одна операция на ссылку не действует. Например:

int ii = 0; int amp; rr = ii; rr++; // ii увеличивается на 1

допустимо, но rr++ не увеличивает ссылку; вместо этого + + применяется к int, которым оказывается ii. Следовательно, после инициализации значение ссылки не может быть изменено; она всегда ссылается на объект, который ей было дано обозначать (денотировать) при инициализации. Чтобы получить указатель на объект, денотируемый ссылкой rr, можно написать amp;rr.

Очевидным способом реализации ссылки является константный указатель, который разыменовывается при каждом использовании. Это делает инициализацию ссылки тривиальной, когда инициализатор является lvalue (объектом, адрес которого вы можете взять, см. #с.5). Однако инициализатор для amp;T не обязательно должен быть lvalue, и даже не должен быть типа T. В таких случаях:

1. Во-первых, если необходимо, применяется преобразование типа (#с.6.6-8, #с.8.5.6),

2. Затем полученное значение помещается во временную переменную и

3. Наконец, ее адрес используется в качестве значения инициализатора.

Рассмотрим описание

double amp; dr = 1;

Это интерпретируется так:

double* drp; // ссылка, представленная как указатель double temp; temp = double(1); drp = amp;temp;

int x = 1; void incr(int amp; aa) (* aa++; *) incr(x) // x = 2

По определению семантика передачи параметра та же, что семантика инициализации, поэтому параметр aa функции incr становится другим именем для x. Однако, чтобы сделать программу читаемой, в большинстве случаев лучше всего избегать функций, которые изменяют значение своих параметров. Часто предпочтительно явно возвращать значение из функции или требовать в качестве параметра указатель:

int x = 1; int next(int p) (* return p+1; *) x = next(x); // x = 2

void inc(int* p) (* (*p)++; *) inc( amp;x); // x = 3

Ссылки также можно применять для определения функций, которые могут использоваться и в левой, и в правой части присваивания. Опять, большая часть наиболее интересных случаев этого встречается при разработке нетривиальных типов, определяемых пользователем. Для примера давайте определим простой ассоциативный массив. Вначале мы определим структуру пары следующим образом:

struct pair (* char* name; int val; *);

Основная идея состоит в том, что строка имеет ассоциированное с ней целое значение. Легко определить функцию поиска find(), которая поддерживает структуру данных, состоящую из одного pair для каждой отличной от других строки, которая была ей представлена. Для краткости представления используется очень простая (и неэффективная) реализация:

const large = 1024; static pair vec[large+1*);

pair* find(char* p) /* поддерживает множество пар «pair»: ищет p, если находит, возвращает его «pair», иначе возвращает неиспользованную «pair» */ (* for (int i=0; vec[i].name; i++) if (strcmp(p,vec[i].name)==0) return amp;vec[i];

if (i == large) return amp;vec[large-1];

return amp;vec[i]; *)

Эту функцию может использовать функция value(), реализующая массив целых, индексированный символьными строками (вместо обычного способа):

int amp; value(char* p) (* pair* res = find(p); if (res-»name == 0) (* // до сих пор не встречалось: res-»name = new char[strlen(p)+1]; // инициализировать strcpy(res-»name,p); res-»val = 0; // начальное значение 0 *) return res-»val; *)

Для данной в качестве параметра строки value() находит целый объект (а не значение соответствующего целого); после чего она возвращает ссылку на него. Ее можно использовать,

например, так:

const MAX = 256; // больше самого большого слова

main() // подсчитывает число вхождений каждого слова во вводе (* char buf[MAX];

while (cin»»buf) value(buf)++;

for (int i=0; vec[i].name; i++) cout «„ vec[i].name «« ": " «« vec [i].val «« «n“; *)

На каждом проходе цикл считывает одно слово из стандартной строки ввода cin в buf (см. Главу 8), а затем обновляет связанный с ней счетчик с помощью find(). И, наконец, печатается полученная таблица различных слов во введенном тексте, каждое с числом его встречаемости. Например, если вводится

aa bb bb aa aa bb aa aa

то программа выдаст:

aa: 5 bb: 3

Легко усовершенствовать это в плане собственного типа ассоциированного массива с помощью класса с перегруженной операцией (#6.7) выбора [].

2.3.11 Регистры

Во многих машинных архитектурах можно обращаться к (небольшим) объектам заметно быстрее, когда они помещены в регистр. В идеальном случае компилятор будет сам определять оптимальную стратегию использования всех регистров, доступных на машине, для которой компилируется программа. Однако это нетривиальная задача, поэтому иногда программисту стоит дать подсказку компилятору. Это делается с помощью описания объекта как register. Например:

register int i; register point cursor; register char* p;

Описание register следует использовать только в тех случаях, когда эффективность действительно важна. Описание каждой переменной как register засорит текст программы и может даже увеличить время выполнения (обычно воспринимаются все инструкции по помещению объекта в регистр или удалению его оттуда).

Невозможно получить адрес имени, описанного как register, регистр не может также быть глобальным.

2.4 Константы

С++ дает возможность записи значений основных типов: символьных констант, целых констант и констант с плавающей точкой. Кроме того, ноль (0) может использоваться как константа любого указательного типа, и символьные строки являются константами типа char[]. Можно также задавать символические константы. Символическая константа – это имя, значение которого не может быть изменено в его области видимости. В С++ имеется три вида символических констант: (1) любому значению любого типа можно дать имя и использовать его как константу, добавив к его описанию ключевое слово const; (2) множество целых констант может быть определено как перечисление; и (3) любое имя вектора или функции является константой.

2.4.1 Целые константы

Целые константы предстают в четырех обличьях: десятичные, восьмеричные, шестнадцатеричные константа и символьные константы. Десятичные используются чаще всего и выглядят так, как можно было бы ожидать:

0 1234 976 12345678901234567890

Десятичная константа имеет тип int, при условии, что она влезает в int, в противном случае ее тип long. Компилятор должен предупреждать о константах, которые слишком длинны для представления в машине.

Константа, которая начинается нулем за которым идет x (0 x), является шестнадцатеричным числом (с основанием 16), а константа, которая начинается нулем за которым идет цифра, является восьмеричным числом (с основанием 8). Вот примеры восьмеричных констант:

0 02 077 0123

их десятичные эквиваленты – это 0, 2, 63, 83. В шестнадцатиричной записи эти константы выглядят так:

0x0 0x2 0x3f 0x53

Буквы a, b, c, d, e и f, или их эквиваленты в верхнем регистре, используются для представления чисел 10, 11, 12, 13, 14 и 15, соответственно. Восьмеричная и шестнадцатеричная записи наиболее полезны для записи набора битов применение этих записей для выражения обычных чисел может привести к неожиданностям. Например, на машине, где int представляется как двоичное дополнительное шестнадцатеричное целое, 0xffff является отрицательным десятичным числом -1; если бы для представления целого использовалось большее число битов, то оно было бы числом 65535.

2.4.2 Константы с плавающей точкой

Константы с плавающей точкой имеют тип double. Как и в предыдущем случае, компилятор должен предупреждать о константах с плавающей точкой, которые слишком велики, чтобы их моно было представить. Вот некоторые константы с плавающей точкой:

1.23 .23 0.23 1. 1.0 1.2e10 1.23e-15

Заметьте, что в середине константы с плавающей точкой не может встречаться пробел. Например, 65.43 e-21 является не константой с плавающей точкой, а четырьмя отдельными лексическими символами (лексемами):

65.43 e – 21

и вызовет синтаксическую ошибку.

Если вы хотите иметь константу константа с плавающей точкой; типа float, вы можете определить ее так (#2.4.6):

const float pi = 3.14159265;

2.4.3 Символьные константы

Хотя в С++ и нет отдельного символьного типа данных, точнее, символ может храниться в целом типе, в нем для символов имеется специальная и удобная запись. Символьная константа – это символ, заключенный в одинарные кавычки; например, 'a' или '0'. Такие символьные константы в действительности являются символическими константами для целого значения символов в наборе символов той машины, на которой будет выполняться программа (который не обязательно совпадает с набором символов, применяемом на том компьютере, где программа компилируется). Поэтому, если вы выполняетесь на машине, использующей набор символов ASCII, то значением '0' будет 48, но если ваша машина использует EBCDIC набор символов, то оно будет 240. Употребление символьных констант вместо десятичной записи делает программу более переносимой. Несколько символов также имеют стандартные имена, в которых обратная косая используется как escape-символ:

'b', возврат назад 'f', перевод формата 'n', новая строка 'r', возврат каретки 't', горизонтальная табуляция 'v', вертикальная табуляция '\', обратная косая (обратный слеш) ''', одинарная кавычка ' '"', двойная кавычка " '', null, пустой символ, целое значение 0

Вопреки их внешнему виду каждое является одним символом. Можно также представлять символ одно-, два или трехзначным восьмеричным числом (символ , за которым идут восьмеричные цифры), или одно-, два или трехзначным шестнадцатеричным числом (x, за которым идут шестнадцатеричные цифры). Например:

'6' 'x6' 6 ASCII ack '60' 'x30' 48 ASCII '0' '137' 'x05f' 95 ASCII '_'

Это позволяет представлять каждый символ из машинного набора символов, и в частности вставлять такие символы в символьные строки (см. следующий раздел). Применение числовой записи для символов делает программу непереносимой между машинами с различными наборами символов.

2.4.4 Строки

Строковая константа – это последовательность символов, заключенная в двойные кавычки "

«это строка»

Каждая строковая константа содержит на один символ больше, чем кажется; все они заканчиваются пустым символом '' со значением 0. Например:

sizeof(«asdf»)==5;

Строка имеет тип «вектор из соответствующего числа символов», поэтому «asdf» имеет тип char[5]. Пустая строка записывается "" (и имеет тип char[1]). Заметьте, что для каждой строки s strlen(s)==sizeof(s)-1, поскольку strlen() не учитывает завершающий 0.

Соглашение о представлении неграфических символов с обратной косой можно использовать также и внутри строки. Это дает возможность представлять двойные кавычки и escape-символ. Самым обычным символом этого рода является, безусловно, символ новой строки 'n'. Например:

cout «„ «гудок в конце сообщения07n“

где 7 – значение ASKII символа bel (звонок).

В строке невозможно иметь «настоящую» новую строку:

«это не строка, а синтаксическая ошибка»

Однако в строке может стоять обратная косая, сразу после которой идет новая строка; и то, и другое будет проигнорировано. Например:

cout «„ «здесь все ok“

напечатает

здесь все ok

Новая строка, перед которой идет escape (обратная косая), не приводит к появлению в строке новой строки, это просто договоренность о записи.

В строке можно иметь пустой символ, но большинство программ не будет предполагать, что есть символы после него. Например, строка «asdf00hjkl» будет рассматриваться стандартными функциями, вроде strcpy() и strlen(), как «asdf».

Вставляя численную константу в строку с помощью восьмеричной или шестнадцатеричной записи благоразумно всегда использовать число из трех цифр. Читать запись достаточно трудно и без необходимости беспокоиться о том, является ли символ после константы цифрой или нет. Разберите эти примеры:

char v1[] = «ax0fah129»; // 'a' 'xfa' 'h' '12' '9' char v2[] = «axfah129»; // 'a' 'xfa' 'h' '12' '9' char v3[] = «axfad127»; // 'a' 'xfad' '127'

Имейте в виду, что двухзначной шестнадцатеричной записи на машинах с 9-битовым байтом будет недостаточно.

2.4.5 Ноль

Ноль можно употреблять как константу любого целого, плавающего или указательного типа. Никакой объект не размещается по адресу 0. Тип нуля определяется контекстом. Обычно (но не обязательно) он представляется набором битов все-нули соответствующей длины.

2.4.6 Const

Ключевое слово const может добавляться к описанию объекта, чтобы сделать этот объект константой, а не переменной. Например:

const int model = 145; const int v[] = (* 1, 2, 3, 4 *);

Поскольку константе ничего нельзя присвоить, она должна быть инициализирована. Описание чего-нибудь как const гарантирует, что его значение не изменится в области видимости:

model = 145; // ошибка model++; // ошибка

Заметьте, что const изменяет тип, то есть ограничивает способ использования объекта, вместо того, чтобы задавать способ размещения константы. Поэтому например вполне разумно, а иногда и полезно, описывать функцию как возвращающую const:

const char* peek(int i) (* return private[i]; *)

Функцию вроде этой можно было бы использовать для того, чтобы давать кому-нибудь читать строку, которая не может быть затерта или переписана (этим кем-то).

С другой стороны, компилятор может несколькими путями воспользоваться тем, что объект является константой (конечно, в зависимости от того, насколько он сообразителен). Самое очевидное – это то, что для константы не требуется выделять память, поскольку компилятор знает ее значение. Кроме того, инициализатор константы часто (но не всегда) является константным выражением, то есть он может быть вычислен на стадии компиляции. Однако для вектора констант обычно приходится выделять память, поскольку компилятор в общем случае не может вычислить, на какие элементы вектора сделаны ссылки в выражениях. Однако на многих машинах даже в этом случае может достигаться повышение эффективности путем размещения векторов констант в память, доступную только для чтения.

Использование указателя вовлекает два объекта: сам указатель и указываемый объект. Снабжение описания указателя «префиксом» const делает объект, но не сам указатель, константой. Например:

const char* pc = «asdf»; // указатель на константу pc[3] = 'a'; // ошибка pc = «ghjk»; // ok

Чтобы описать сам const указатель, а не указываемый объект, как константный, используется операция const*. Например:

char *const cp = «asdf»; // константный указатель cp[3] = 'a'; // ok cp = «ghjk»; // ошибка

Чтобы сделать константами оба объекта, их оба нужно описать const. Например:

const char *const cpc = «asdf»; // const указатель на const cpc[3] = 'a'; // ошибка cpc = «ghjk»; // ошибка

Объект, являющийся константой при доступе к нему через один указатель, может быть переменной, когда доступ осуществляется другими путями. Это в частности полезно для параметров функции. Посредством описания параметра указателя как const функции запрещается изменять объект, на который он указывает. Например:

char* strcpy(char* p, const char* q); // не может изменить q

Указателю на константу можно присваивать адрес переменой, поскольку никакого вреда от этого быть не может. Однако нельзя присвоить адрес константы указателю, на который не было наложено ограничение, поскольку это позволило бы изменить значение объекта. Например:

int a = 1; const c = 2; const* p1 = amp;c; // ok const* p2 = amp;a; // ok int* p3 = amp;c; // ошибка *p3 = 7; // меняет значение c

Как обычно, если тип в описании опущен, то он предполагается int.

2.4.7 Перечисления

Есть другой метод определения целых констант, который иногда более удобен, чем применение const. Например:

enum (* ASM, AUTO, BREAK *);

перечисление определяет три целых константы, называемых перечислителями, и присваивает им значения. Поскольку значения перечислителей по умолчанию присваиваются начиная с 0 в порядке возрастания, это эквивалентно записи:

const ASM = 0; const AUTO = 1; const BREAK = 2;

Перечисление может быть именованным. Например:

enum keyword (* ASM, AUTO, BREAK *);

Имя перечисления становится синонимом int, а не новым типом. Описание переменной keyword, а не просто int, может дать как программисту, так и компилятору подсказку о том, что использование преднамеренное. Например:

keyword key;

switch (key) (* case ASM: // что-то делает break; case BREAK: // что-то делает break; *)

побуждает компилятор выдать предупреждение, поскольку только два значения keyword из трех используются.

Можно также задавать значения перечислителей явно. Например:

enum int16 (* sign=0100000, // знак most_significant=040000, // самый значимый least_significant=1 // наименее значимый *);

Такие значения не обязательно должны быть различными, возрастающими или положительными.