Инкапсуляция
Пределы совершенства
* ГЛАВА 2. ОПИСАНИЯ И КОНСТАНТЫ
ОПИСАНИЯ
Имя (идентификатор) следует описать прежде, чем оно будет использоваться в программе на С++. Это означает, что нужно указать его тип, чтобы транслятор знал, к какого вида объектам относится имя. Ниже приведенынесколько примеров, иллюстрирующих все разнообразие описаний: char ch; int count = 1; char* name = "Njal"; struct complex { float re, im; }; complex cvar; extern complex sqrt(complex); extern int error_number; typedef complex point; float real(complex* p) { return p->re; }; const double pi = 3.1415926535897932385; struct user; template<class T> abs(T a) { return a<0? -a: a; } enum beer { Carlsberg, Tuborg, Thor }; Из этих примеров видно, что роль описаний не сводится лишь к привязкетипа к имени. Большинство указанных описаний одновременно являютсяопределениями, т.е. они создают объект, на который ссылается имя. Для ch, count, name и cvar таким объектом является элемент памяти соответствующего размера. Этот элемент будет использоваться как переменная, и говорят, что для него отведена память. Для real подобным объектом будет заданная функция. Для константы pi объектом будет число 3.1415926535897932385. Для complex объектом будет новый тип. Для point объектом является тип complex, поэтому point становится синонимом complex. Следующие описания уже не являются определениями: extern complex sqrt(complex); extern int error_number; struct user; Это означает, что объекты, введенные ими, должны быть определены где-то в другом месте программы. Тело функции sqrt должно быть указано в каком-то другом описании. Память для переменной error_number типа int должна выделяться в результате другого описания error_number. Должно быть и какое-то другое описание типа user, из которого можно понять, что это за тип. В программе на языке С++ должно быть только одно определение каждого имени, но описаний может быть много. Однако все описания должны быть согласованы по типу вводимого в них объекта. Поэтому в приведенном ниже фрагменте содержатся две ошибки: int count; int count; // ошибка: переопределение extern int error_number; extern short error_number; // ошибка: несоответствие типов Зато в следующем фрагменте нет ни одной ошибки (об использовании extern см. #4.2): extern int error_number; extern int error_number; В некоторых описаниях указываются "значения" объектов, которые ониопределяют: struct complex { float re, im; }; typedef complex point; float real(complex* p) { return p->re }; const double pi = 3.1415926535897932385; Для типов, функций и констант "значение" остается неизменным;для данных, не являющихся константами, начальное значение можетвпоследствии изменяться: int count = 1; char* name = "Bjarne"; //... count = 2; name = "Marian"; Из всех определений только следующее не задает значения: char ch; Всякое описание, которое задает значение, является определением.Область видимости
Описанием определяется область видимости имени. Это значит, чтоимя может использоваться только в определенной части текста программы.Если имя описано в функции (обычно его называют "локальным именем"), тообласть видимости имени простирается от точки описаниядо конца блока, в котором появилось это описание. Если имя не находитсяв описании функции или класса (его обычно называют "глобальным именем"),то область видимости простирается от точки описания до конца файла,в котором появилось это описание.Описание имени в блоке может скрывать описание в объемлющем блоке илиглобальное имя; т.е. имя может быть переопределено так, что оно будетобозначать другой объект внутри блока. После выхода из блока прежнеезначение имени (если оно было) восстанавливается. Приведем пример: int x; // глобальное x void f(){ int x; // локальное x скрывает глобальное x x = 1; // присвоить локальному x { int x; // скрывает первое локальное x x = 2; // присвоить второму локальному x } x = 3; // присвоить первому локальному x} int* p = &x; // взять адрес глобального x В больших программах не избежать переопределения имен. К сожалению,человек легко может проглядеть такое переопределение. Возникающиеиз-за этого ошибки найти непросто, возможно потому, что онидостаточно редки. Следовательно, переопределение имен следуетсвести к минимуму. Если вы обозначаете глобальные переменные илилокальные переменные в большой функции такими именами, как i или x,то сами напрашиваетесь на неприятности. Есть возможность с помощью операции разрешения области видимости:: обратиться к скрытому глобальному имени, например: int x; void f2() { int x = 1; // скрывает глобальное x::x = 2; // присваивание глобальному x } Возможность использовать скрытое локальное имя отсутствует. Область видимости имени начинается в точке его описания (поокончании описателя, но еще до начала инициализатора - см. $$R.3.2). Этоозначает, что имя можно использовать даже до того, как задано егоначальное значение. Например: int x; void f3() { int x = x; // ошибочное присваивание } Такое присваивание недопустимо и лишено смысла. Если вы попытаетесь транслировать эту программу, то получите предупреждение: "использование до задания значения". Вместе с тем, не применяя оператора::, можно использовать одно и то же имя для обозначения двух различных объектов блока. Например: int x = 11; void f4() // извращенный пример { int y = x; // глобальное x int x = 22; y = x; // локальное x } Переменная y инициализируется значением глобального x, т.е. 11, а затем ей присваивается значение локальной переменной x, т.е. 22. Имена формальных параметров функции считаются описанными в самом большом блоке функции, поэтому в описании ниже есть ошибка: void f5(int x) { int x; // ошибка } Здесь x определено дважды в одной и той же области видимости. Это хотя и не слишком редкая, но довольно тонкая ошибка.Объекты и адреса
Можно выделять память для "переменных", не имеющих имен, и использовать эти переменные. Возможно даже присваивание таким странно выглядящим "переменным", например, *p[a+10]=7. Следовательно, есть потребность именовать "нечто хранящееся в памяти". Можно привести подходящую цитату из справочного руководства: "Любой объект - это некоторая область памяти, а адресом называется выражение, ссылающееся на объект или функцию" ($$R.3.7). Слову адрес (lvalue - left value, т.е. величина слева) первоначально приписывался смысл "нечто, что может в присваивании стоять слева". Адрес может ссылаться и на константу (см. $$2.5). Адрес, который не был описан со спецификацией const, называется изменяемым адресом.Время жизни объектов
Если только программист не вмешается явно, объект будет создан при появлении его определения и уничтожен, когда исчезнет из области видимости. Объекты с глобальными именами создаются, инициализируются (причем только один раз) и существуют до конца программы. Если локальные объекты описаны со служебным словом static, то они также существуют до конца программы. Инициализация их происходит, когда в первый раз управление "проходит через" описание этих объектов, например: int a = 1; void f() { int b = 1; // инициализируется при каждом вызове f() static int c = a; // инициализируется только один раз cout << " a = " << a++ << " b = " << b++ << " c = " << c++ << '\n'; } int main() { while (a < 4) f(); } Здесь программа выдаст такой результат: a = 1 b = 1 c = 1 a = 2 b = 1 c = 2 a = 3 b = 1 c = 3 ''Из примеров этой главы для краткости изложения исключенамакрокоманда #include <iostream>. Она нужна лишь в тех из них, которыевыдают результат. Операция "++" является инкрементом, т. е. a++ означает: добавить 1 к переменной a. Глобальная переменная или локальная переменная static, которая не была явно инициализирована, инициализируется неявно нулевым значением (#2.4.5). Используя операции new и delete, программист может создавать объекты, временем жизни которых он управляет сам (см. $$3.2.6).ИМЕНА
Имя (идентификатор) является последовательностью букв или цифр. Первый символ должен быть буквой. Буквой считается и символ подчеркивания _. Язык С++ не ограничивает число символов в имени. Но в реализацию входят программные компоненты, которыми создатель транслятора управлять не может (например, загрузчик), а они, к сожалению, могут устанавливать ограничения. Кроме того, некоторые системные программы, необходимые для выполнения программы на С++, могут расширять или сужать множество символов, допустимых в идентификаторе. Расширения (например, использование $ в имени) могут нарушить переносимость программы. Нельзя использовать в качестве имен служебные слова С++ (см. $$R.2.4), например: hello this_is_a_most_unusially_long_name DEFINED foO bAr u_name HorseSense var0 var1 CLASS _class ___ Теперь приведем примеры последовательностей символов, которые не могутиспользоваться как идентификаторы: 012 a fool $sys class 3var pay.due foo~bar.name if Заглавные и строчные буквы считаются различными, поэтому Count иcount - разные имена. Но выбирать имена, почти не отличающиесядруг от друга, неразумно. Все имена, начинающиеся с символаподчеркивания, резервируются для использования в самой реализацииили в тех программах, которые выполняются совместно с рабочей,поэтому крайне легкомысленно вставлять такие имена всвою программу. При разборе программы транслятор всегда стремится выбрать самуюдлинную последовательность символов, образующих имя, поэтому var10- это имя, а не идущие подряд имя var и число 10. По той же причинеelseif - одно имя (служебное), а не два служебных имени else и if.ТИПЫ
С каждым именем (идентификатором) в программе связан тип. Онзадает те операции, которые могут применяться к имени (т.е. к объекту,который обозначает имя), а также интерпретацию этих операций.Приведем примеры: int error_number; float real(complex* p); Поскольку переменная error_number описана как int (целое), ей можноприсваивать, а также можно использовать ее значения в арифметическихвыражениях. Функцию real можно вызывать с параметром, содержащимадрес complex. Можно получать адреса и переменной, и функции.Некоторые имена, как в нашем примере int и complex, являются именамитипов. Обычно имя типа нужно, чтобы задать в описании типа некотороедругое имя. Кроме того, имя типа может использоватьсяв качестве операнда в операциях sizeof (с ее помощью определяютразмер памяти, необходимый для объектов этого типа) и new (с еепомощью можно разместить в свободной памяти объект этого типа).Например: int main() { int* p = new int; cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) '\n'; } Еще имя типа может использоваться в операции явного преобразованияодного типа к другому ($$3.2.5), например: float f; char* p; //... long ll = long(p); // преобразует p в long int i = int(f); // преобразует f в intОсновные типы
Основные типы С++ представляют самые распространенные единицы памятимашин и все основные способы работы с ними. Это: char short int int long int Перечисленные типы используются для представления различногоразмера целых. Числа с плавающей точкой представлены типами: float double long double Следующие типы могут использоваться для представления беззнаковых целых,логических значений, разрядных массивов и т.д.: unsigned char unsigned short int unsigned int unsigned long int Ниже приведены типы, которые используются для явного задания знаковыхтипов: signed char signed short int signed int signed long int Поскольку по умолчанию значения типа int считаются знаковыми, тосоответствующие типы с signed являются синонимами типов безэтого служебного слова.Но тип signed char представляет особый интерес: все 3 типа - unsigned char,signed char и просто char считаются различными (см. также $$R.3.6.1). Для краткости (и это не влечет никаких последствий) слово int можноне указывать в многословных типах, т.е. long означает long int, unsigned -unsigned int. Вообще, если в описании не указан тип, то предполагается,что это int. Например, ниже даны два определения объекта типа int: const a = 1; // небрежно, тип не указан static x; // тот же случай Все же обычно пропуск типа в описании в надежде, что по умолчаниюэто будет тип int, считается дурным стилем. Он может вызвать тонкий инежелательный эффект (см. $$R.7.1). Для хранения символов и работы с ними наиболее подходит тип char.Обычно он представляет байт из 8 разрядов. Размеры всех объектов в С++кратны размеру char, и по определению значение sizeof(char) тождественно 1.В зависимости от машины значение типа char может быть знаковымили беззнаковым целым. Конечно, значение типа unsigned char всегдабеззнаковое, и, задавая явно этот тип, мы улучшаем переносимостьпрограммы. Однако, использование unsigned char вместо char можетснизить скорость выполнения программы. Естественно, значениетипа signed char всегда знаковое. В язык введено несколько целых, несколько беззнаковых типови несколько типов с плавающей точкой, чтобы программист мог полнееиспользовать возможности системы команд. У многих машинзначительно различаются размеры выделяемой памяти, время доступаи скорость вычислений для значений различных основных типов.Как правило, зная особенности конкретной машины, легко выбратьоптимальный основной тип (например, один из типов int) для даннойпеременной. Однако, написать действительно переносимую программу,использующую такие возможности низкого уровня, непросто. Для размеровосновных типов выполняются следующие соотношения: 1==sizeof(char)<=sizeof(short)<=sizeof(int)<=sizeof(long) sizeof(float)<=sizeof(double)<=sizeof(long double) sizeof(I)==sizeof(signed I)==sizeof(unsigned I) Здесь I может быть типа char, short, int или long. Помимо этого гарантируется, что char представлен не менее, чем 8 разрядами, short - не менее, чем 16 разрядами и long - не менее, чем 32 разрядами. Тип char достаточен для представления любого символа из набора символов данной машины. Но это означает только то, что тип char может представлять целые в диапазоне 0..127. Предположить большее - рискованно. Типы беззнаковых целых больше всего подходят для таких программ, вкоторых память рассматривается как массив разрядов. Но, какправило, использование unsigned вместо int, не дает ничего хорошего,хотя таким образом рассчитывали выиграть еще один разряд дляпредставления положительных целых. Описывая переменную как unsigned,нельзя гарантировать, что она будет только положительной, посколькудопустимы неявные преобразования типа, например: unsigned surprise = -1; Это определение допустимо (хотя компилятор может выдать предупреждениео нем).