КулЛиб - Скачать fb2 - Читать онлайн - Отзывы
Всего книг - 454407 томов
Объем библиотеки - 651 Гб.
Всего авторов - 213339
Пользователей - 99992

Впечатления

Stribog73 про Хьюз: Параллельное и распределенное программирование на С++ (C, C++, C#)

Уважаемые читатели! Пожалуйста, оценивайте и комментируйте компьютерную и техническую литературу. Пишите - какие книги вы ищите и на какую тематику.
И сами тоже добавляйте книги!

Рейтинг: -1 ( 0 за, 1 против).
Stribog73 про Найтов: Оружейник: Записки горного стрелка. В самом сердце Сибири. Оружейник. Над Канадой небо синее (Альтернативная история)

Не надо школьников называть школотой или ЕГЭшниками. Мы сами когда-то были школьниками и интересы у нас были соответствующие. Правда тогда книг в жанре АИ практически не было.

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).
ANSI про Найтов: Оружейник: Записки горного стрелка. В самом сердце Сибири. Оружейник. Над Канадой небо синее (Альтернативная история)

Для школоты. Открывание ногой двери к Сталину и рояли в виде инопланетной техники.

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).
медвежонок про Федотов: Пионер гипнотизёр спасает СССР (СИ) (Альтернативная история)

В этой книжке много сюжетных линий. Все они довольно скучные, невнятные. В СССР жили алкоголики, стукачи-доносчики и злые чиновники. Когда в одном колхозе все бросили пить (под воздействием Глав Гера), колхозников арестовали и сослали за полярный круг. Ну и правильно, там водки нет.
Короче, мы и сейчас все живем в СССР.
Без оценки, тк многое просто пропускалось из-за отсутствия интереса к тексту.

Рейтинг: +3 ( 3 за, 0 против).
argon про Хайд: К терниям через звёзды (Космическая фантастика)

Не, народ, я всё понимаю, художник так видит, афтар так пишет, но после того, как дошел по тексту до:"... и даже смотрители его побаивались, из-за чего, наверное, ПОДДАВАЛИ самым жестоким истязаниям..." (выделено мной),- подумал мало ли? может автор ашипся, может и впрямь надзиратели так поддают. Однако, по прочтении нескольких абзацев...внезапно:"Бежавшие приковали взгляды к экрану...",- мой ассоциативный аппарат нарисовал картину как люди, прилагая физическиеморальныементальныесампридумайкакие усилия, приковывают... и пришлось воображение притормозить, а чтение прекратить. Фиг его знает, создаётся впечатление, что русский язык автор знает, а вот с общением в этой языковый среде, или чтением художественной литературы у него не очень

Рейтинг: +2 ( 2 за, 0 против).
DXBCKT про Санфиров: За наших воюют не только люди (Фэнтези: прочее)

Очередная «краткометражка» от автора порадует читателя очередной фентезийно-попаданческой историей, которая так же (как и прочие) будет начата, но не закончена...

Если серьезно не цепляться к сюжету, данное произведение читается вполне легко и сносно. Как и в других рассказах автора, здесь пойдет история «сплетения» нашей привычной реальности (на этот раз это время 2-й МВ) и некоего фентезийного мира (в котором все оказывается тоже не «комильфо»). Переходя от одной реальности к другой, автор показывает нам непростую жизнь ГГ, совершенно не озаботившись ответить на те или иные вопросы (например какова в итоге цель ГГ и его миссия в нашем мире)

В общем, ГГ сперва начинает удивлять всех своими подвигами на фронте, потом попадает «под карандаш», и... влипает в одно происшествие за другим, по пути «в застенки гэбни» (заинтересованной таким феноменом).
Данный подход мне очень напомнил Злотникова (с его «Элитой элит») и прочих «чудотворцев» из СИ «Блокада» (Венедиктова). Впрочем — если указанные СИ все же были довольно неплохо проработанны, то именно эта вещь (по своей сути) является лишь очередным наброском, без какой либо серьезной мотивировки и финала...

С одной стороны — увлекшись тем, что стал вычитывать все «незаконченные сетевые публикации» я (в итоге) неплохо отдохнул, с другой, чувствую что с данной тематикой «придется пока завязать» ибо процент субъективных претензий уже «заоблачно высок». Хотя... если рассматривать все это (чисто) как фантазию... то почему бы и нет)) Очень «в духе времени» и очень патриотично... только вот опять кажется что это «продукт для подрастающего поколения»))

Продолжение? Ну … может быть когда-то!))

Рейтинг: 0 ( 1 за, 1 против).

C++: базовый курс (fb2)

- C++: базовый курс (а.с. Изучайте c++ с профессионалами) 23.27 Мб, 598с.  (читать) (читать постранично) (скачать fb2) (скачать исправленную) - Herbert Schildt

Настройки текста:



Герберт Шилдт:  С++ базовый курс



В этой книге описаны все основные средства языка С++ - от элементарных понятий до супервозможностей. После рассмотрения основ программирования на C++ (переменных, операторов, инструкций управления, функций, классов и объектов) читатель освоит такие более сложные средства языка, как механизм обработки исключительных ситуаций (исключений), шаблоны, пространства имен, динамическая идентификация типов, стандартная библиотека шаблонов (STL), а также познакомится с расширенным набором ключевых слов, используемых в .NET-программировании. Автор справочника - общепризнанный авторитет в области программирования на языках C и C++, Java и C# - включил в текст своей книги и советы программистам, которые позволят повысить эффективность их работы.


Книга рассчитана на широкий круг читателей, желающих изучить язык программирования С++.


Примеры программ работают со всеми компиляторами C++, включая Visual C++


Оглавление

Глава 1. Из истории создания C++

Глава 2. Обзор элементов языка C++

Глава 3. Основные типы данных

Глава 4. Инструкции управления

Глава 5. Массивы и строки

Глава б. Указатели

Глава 7. Функции, часть первая: основы

Глава 8. Функции, часть вторая: ссылки, перегрузка и использование аргументов по умолчанию

Глава 9. Еще о типах данных и операторах

Глава 10. Структуры и объединения

Глава 11. Введение в классы

Глава 12. О классах подробнее

Глава 13. Перегрузка операторов

Глава 14. Наследование

Глава 15. Виртуальные функции и полиморфизм

Глава 16. Шаблоны

Глава 17. Обработка исключительных ситуаций

Глава 18. С++ - система ввода-вывода

Глава 19. Динамическая идентификация типов и операторы приведения типа

Глава 20. Пространства имен и другие темы

Глава 21. Введение в стандартную библиотеку шаблонов

Глава 22. Препроцессор C++

Приложение А. С-ориентнрованная система ввода-вывода

Приложение Б. Использование устаревшего С++-компилятора

Приложение В. .NET-расширения для C++

Предметный указатель


Об авторе

Герберт Шилдт (Herbert Schildt) — признанный авторитет в области программирования на языках С, C++ Java и С#, профессиональный Windows-программист, член комитетов ANSI/ISO, принимавших стандарт для языков С и C++. Продано свыше 3 миллионов экземпляров его книг. Они переведены на все самые распространенные языки мира. Шилдт — автор таких бестселлеров, как Полный справочник по С, Полный справочник по C++, Полный справочник по С#, Полный справочник по Java 2, и многих других книг, включая: Руководство для начинающих по C++, С#: A Beginner’s Guide и Java 2: A Beginner’s Guide. Шилдт— обладатель степени магистра в области вычислительной техники (университет шт. Иллинойс). Его контактный телефон (в консультационном отделе): (217) 586-4683.


Введение

Цель этой книги — научить писать программы на C++ — самом мощном языке программирования наших дней. Для освоения представленного здесь материала никакого предыдущего опыта в области программирования не требуется. Мы начнем с азов, знание которых позволит читателю осилить сначала фундаментальные понятия языка, а затем и его ядро. Изучив базовый курс, вы справитесь и с более сложными темами, освоение которых даст вам право считать себя вполне сложившимся программистом на C++.

Язык C++ — это ключ к современному объектно-ориентированному программированию. Он создан для разработки высокопроизводительного программного обеспечения и чрезвычайно популярен среди программистов. Сегодня быть профессиональным программистом высокого класса означает быть компетентным в C++.

Этот язык не просто популярен. Он обеспечивает концептуальный фундамент, на который опираются другие языки программирования и многие современные средства обработки данных. Не случайно ведь потомками C++ стали такие почитаемые языки, как C# и Java.

Поскольку язык C++ предназначен для профессионального программирования, для изучения он не самый простой; тем не менее, C++ — самый лучший язык для изучения. Освоив C++, вы сможете писать профессиональные высокопроизводительные программы. Кроме того, вы сможете легко изучить такие языки программирования, как C# и Java, поскольку они используют тот же базовый синтаксис и те же принципы разработки.

Что нового в третьем издании

За время, прошедшее с момента выхода предыдущего издания этой книги, язык C++ не претерпел никаких изменений. Однако изменилась вычислительная среда. Например, доминирующее положение в Web-программировании занял язык Java, появилась система .NET Framework и язык С#. Но мощь C++ за прошедшие несколько лет ничуть не убавилась. C++ был, есть и еще долго будет основным языком "классных" программистов.

Общая структура и организация третьего издания практически повторяют второе. Большинство изменений связано с обновлением текста или его дополнением. В одних случаях лучше раскрыта тема, а в других добавлено описание современной среды программирования. Книга расширена также за счет нескольких новых разделов.

Кроме того, добавлено два приложения. В одном описаны определенные компанией Microsoft ключевые слова, которые используются для создания управляемого кода, предназначенного для среды .NET Framework. В другом разъясняется, как адаптировать код, приведенный в этой книге, к более старым и нестандартным компиляторам.

Наконец, все примеры программ были протестированы с использованием таких компиляторов, как Visual Studio .Net (Microsoft) и C++ Builder (Borland).

О версии C++

Материал этой книги описывает Standard C++. Эта версия C++ определена Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute — ANSI) и Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization — ISO) в качестве стандарта для C++, который поддерживается практически всеми известными компиляторами. Поэтому, используя эту книгу, вы можете быть уверены в том, что освоенное вами сегодня непременно будет применено завтра.

Как работать с этой книгой

Изучайте любой язык программирования (в том числе и C++), программируя. Это — лучший способ. Поэтому, прочитав очередной раздел, закрепите материал на практике. Прежде чем переходить к следующему разделу, убедитесь в том, что вы понимаете, почему примеры программ делают то, что они делают. Полезно также экспериментировать с программами, изменяя одну или две строки и анализируя влияние этих изменений на результаты. Чем больше вы будете программировать, тем выше будет ваш уровень как программиста.

Если вы работаете под управлением Windows

Если на вашем компьютере установлена система Windows, и ваша цель — создание Windows-ориентированных программ, вы сделали правильный выбор, решив изучать C++, поскольку C++ — это родной язык для Windows. Однако ни в одном из примеров этой книги не используется Windows-интерфейс GUI (graphical user interface — графический интерфейс пользователя). Все приведенные здесь примеры являются консольными, т.е. приложениями, запускаемыми из командной строки (поскольку не имеют графического интерфейса). Дело в том, что GUI-программы отличаются высокой сложностью и большим размером. Кроме того, они используют множество методов, которые напрямую не связаны с языком C++. Поэтому они не совсем подходят для обучения языку программирования. Однако это не мешает использовать Windows-ориентированный компилятор для компиляции программ из этой книги, поскольку он автоматически создаст консольный сеанс, позволяющий выполнить программу.

Освоив C++, вы сможете применить свои знания к Windows-программированию. Windows-программирование на основе C++ позволяет использовать библиотеки классов, например MFC или .NET Framework, которые значительно упрощают разработку Windows-программ.

Программный код — из Web-пространства

Помните, что исходный код всех программ, приведенных в этой книге, можно загрузить с Web-сайта с адресом: http://www.osborne.com. Загрузка кода избавит вас от необходимости вводить текст программ вручную.


Что еще почитать

Книга C++: базовый курс — это ваш "ключ" к серии книг по программированию, написанных Гербертом Шилдтом. Ниже перечислены те из них, которые могут представлять для вас интерес.

Те, кто желает подробнее изучить язык C++, могут обратиться к следующим книгам.

■ Полный справочник по C++

■ Руководство для начинающих по C++

■ Освой самостоятельно C++ за 21 день

■ STL Programming from the Ground Up

■ Справочник программиста пo C/C++

Тем, кого интересует программирование на языке Java, мы рекомендуем такие издания.

■ Java 2: A Beginner’s Guide

■ Полный справочник по Java 2

■ Java 2: Programmer’s Reference

Если вы желаете научиться программировать на С#, обратитесь к следующим книгам.

■ С#: A Beginner’s Guide

■ Полный справочник по C#

Тем, кто интересуется Windows-программированием, мы можем предложить такие книги Шилдта.

■ Windows 98 Programming from the Ground Up

■ Windows 2000 Programming from the Ground Up

■ MFC Programming from the Ground Up

■ The Windows Annotated Archives

Если вы хотите поближе познакомиться с языком С, который является фундаментом всех современных языков программирования, обратитесь к следующим книгам.

■ Полный справочник по С

■ Освой самостоятельно С за 21 день

Если вам нужны четкие ответы, обращайтесь к Герберту Шилдту, общепризнанному авторитету в области программирования.
Ждем ваших отзывов!

Вы, уважаемый читатель, и есть главный критик и комментатор этой книги. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес.

Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать нам бумажное или электронное письмо либо просто посетить наш Web-cepвep и оставить свои замечания там. Одним словом, любым, удобным для вас способом дайте нам знать, нравится или нет вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более интересными для вас.

Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш обратный адрес. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг. Наши координаты:

E-mail: info@williamspublishing.com

WWW: http: //www.williamspublishing. com

Адреса для писем:

из России: 115419, Москва, а/я 783

из Украины: 03150, Киев, а/я 152

от редактора FB2

Так как эта электронная книга будет отображаться на устройствах с разными размерами экрана, то располежение текста книги будет разным. Так же в книге используется форматирование кода (сдвиг вправо пробелами), а в некоторых читалках пять пробелов отображается как один (AlReader2). Поэтому я сделал пробел(сдвиг) в виде юникода если ваше устройство и/или читалка поддерживают юникод, то у вас будет отображаться пробел в коде, если неподдерживают то будет отображаться квадрат (вместо него в программе компиляторе пишите пару пробелов, или один TAB)

Пример:

   <<<тут должно быть 3 квадрата... если их нет то код будет сдвинут вправо в нужных местах (ваше устройство поддерживает юникод). Если вы их видите то в местах сдвига (там где они отображаются) пишите пару пробелов (или игнорируйте их)

Так же обращайте внимание на построчный коментрарий: // на маленьком экране он может разбиться на 2 строки!


код программы //коментарий

коментарий может разбиться на две строки


1-я строка-ком


2-я строка-ентарий


в этом случае компилятор будет ругаться на команду ентарий в компиляторе он будет отображаться другим цветом нежели


//ком


в итоге программа небудет запускаться. Лечится это перемещением ентарий на строку //ком


-> 1-я строка //коментарий



Настройка отображения кода: (для того чтобы было удобее читать код программ)

AlReader2:

меню=> настройки=> стили текста=> код=> настройте: выравнивание=К левому краю, цвет=(выберите цвет), отступ слева=нет отступа, отступ справа=нет отступа, отступ начала абзаца= (убрать галочку), остальные настройки на ваш выбор. В других программах настройки аналогичны...


Так как каждый компилятор и среда разработки "по свойму нарушает стандарт C++" (что-то убирает или добавляет), а так же из за развития C++ с момента его создания, некоторые программы этой книги нужно писать по другому. По этой причине я привожу список сайтов на которых вы сможете найти ответы на интересующие вас вопросы:

http://codenet.ru/

http://hashcode.ru

http://rsdn.ru/

http://ci-plus-plus.blogspot.com/

http://programmersclub.ru/

http://cyberforum.ru/

Глава 1: Из истории создания C++

Язык C++ — единственный (из самых значительных) язык программирования, который может освоить любой программист. Это может показаться очень серьезным заявлением, но оно — не преувеличение. C++ — это центр притяжения, вокруг которого "вращается" всё современное программирование. Его синтаксис и принципы разработки определяют суть объектно-ориентированного программирования. Более того, C++ проложил "лыжню" для разработки языков будущего. Например, как Java, так и C# — прямые потомки языка C++. C++ также можно назвать универсальным языком программирования, поскольку он позволяет программистам обмениваться идеями. Сегодня быть профессиональным программистом высокого класса означает быть компетентным в C++. C++ — это ключ к современному программированию.

Приступая к изучению C++, важно знать, как он вписывается в исторический контекст языков программирования. Понимая, что привело к его созданию, какие принципы разработки он представляет и что он унаследовал от своих предшественников, вам будет легче оценить суть новаторства и уникальность средств C++. Именно поэтому в данной главе вам предлагается сделать краткий экскурс в историю создания языка программирования C++, заглянуть в его истоки, проанализировать его взаимоотношения с непосредственным предшественником (С), рассмотреть его возможности (области применения) и принципы программирования, которые он поддерживает. Здесь также вы узнаете, какое место занимает C++ среди других языков программирования.

Истоки C++

История создания C++ начинается с языка С. И немудрено: C++ построен на фундаменте С. C++ и в самом деле представляет собой супермножество языка С. (Все компиляторы C++ можно использовать для компиляции С-программ.) C++ можно назвать расширенной и улучшенной версией языка С, в которой реализованы принципы объектно-ориентированного программирования. C++ также включает ряд других усовершенствований языка С, например расширенный набор библиотечных функций. При этом "вкус и запах" C++ унаследовал непосредственно из языка С. Чтобы до конца понять и оценить достоинства C++, необходимо понять все "как" и "почему" в отношении языка С.

Создание языка С

Появление языка С потрясло компьютерный мир. Его влияние нельзя было переоценить, поскольку он коренным образом изменил подход к программированию и его восприятие. Язык С стал считаться первым современным "языком программиста", поскольку до его изобретения компьютерные языки в основном разрабатывались либо как учебные упражнения, либо как результат деятельности бюрократических структур. С языком С все обстояло иначе. Он был задуман и разработан реальными, практикующими программистами и отражал их подход к программированию. Его средства были многократно обдуманы, отточены и протестированы людьми, которые действительно работали с этим языком. В результате этого процесса появился язык, который понравился многим программистам-практикам.

Язык С быстро завоевал умы и сердца многочисленных приверженцев, у которых возникло к новому языку почти религиозное чувство, что способствовало быстрому и широкому его распространению в сообществе программистов. Короче говоря, С — это язык, который разработан программистами для программистов. Именно это и обусловило его бешеный успех.

Язык С изобрел Дэнис Ритчи (Dennis Ritchie) для компьютера PDP-11 (разработка компании DEC — Digital Equipment Corporation), который работал под управлением операционной системы (ОС) UNIX. Язык С — это результат процесса разработки, который сначала был связан с другим языком — BCPL, созданным Мартином Ричардсом (Martin Richards). Язык BCPL индуцировал появление языка, получившего название В (его автор — Кен Томпсон (Ken Thompson)), который в свою очередь привел к разработке языка С. Это случилось в начале 70-х годов.

На протяжении многих лет стандартом для языка С де-факто служил язык, поддерживаемый ОС UNIX и описанный в книге Брайана Кернигана (Brian Kernighan) и Дэниса Ритчи The С Programming Language (Prentice-Hall, 1978). Однако формальное отсутствие стандарта стало причиной расхождений между различными реализациями языка С. Чтобы изменить ситуацию, в начале лета 1983 г. был учрежден комитет по созданию ANSI-стандарта, призванного — раз и навсегда — определить язык С. Конечная версия этого стандарта была принята в декабре 1989, а его первая копия стала доступной для желающих в начале 1900. Эта версия языка С получила название С89, и именно она явилась фундаментом, на котором был построен язык C++.

На заметку: Стандарт С был обновлен в 1999 году, и эта версия языка С получила название С99. Новый стандарт содержит ряд новых средств, причем некоторые из них позаимствованы из C++, тем не менее они полностью совместимы с оригинальным стандартом С89. Насколько мне известно, на данный момент ни один из широко доступных компиляторов не поддерживает версию С99, и по-прежнему версия С89 определяет то, что обычно подразумевается под языком С. Более того, именно стандарт С89 послужил основой для создания языка C++. Вполне возможно, что будущий стандарт языка C++ будет включать средства, добавленные версией С99, но пока они не являются частью C++.


Язык С часто называют компьютерным языком "среднего уровня". Применительно к С это определение не имеет негативного оттенка, поскольку оно отнюдь не означает, что язык С менее мощный и развитый (по сравнению с языками "высокого уровня") или его сложно использовать (подобно ассемблеру). (Для языка ассемблера характерно символическое представление реального машинного кода, который может выполнять компьютер.) С называют языком среднего уровня, поскольку он сочетает элементы языков высокого уровня (например Pascal, Modula-2 или Visual Basic) с функциональностью ассемблера.

С точки зрения теории в язык высокого уровня заложено стремление дать программисту все, что он может захотеть, в виде встроенных средств. Язык низкого уровня не обеспечивает программиста ничем, кроме доступа к реальным машинным командам. Язык среднего уровня предоставляет программистам некоторый (небольшой) набор инструментов, позволяя им самим разрабатывать конструкции более высокого уровня. Другими словами, язык среднего уровня предлагает программисту встроенную мощь в сочетании с гибкостью.

Будучи языком среднего уровня, С позволяет манипулировать битами, байтами и адресами, т.е. базовыми элементами, с которыми работает компьютер. Таким образом, в С не предусмотрена попытка отделить аппаратные средства компьютера от программных. Например, размер целочисленного значения в С напрямую связан с размером слова центрального процессора (ЦП). В большинстве языков высокого уровня существуют встроенные инструкции, предназначенные для чтения и записи дисковых файлов. В языке С все эти процедуры выполняются посредством вызова библиотечных функций, а не с помощью ключевых слов, определенных в самом языке. Такой подход повышает гибкость языка С.

Язык С позволяет программисту (правильнее сказать, стимулирует его) определять подпрограммы для выполнения операций высокого уровня. Эти подпрограммы называются функциями. Функции имеют очень большое значение для языка С. Их можно назвать строительными блоками С. Программист может без особых усилий создать библиотеку функций, предназначенную для выполнения различных задач, которые используются его программой. В этом смысле программист может персонализировать С в соответствии со своими потребностями.

Необходимо упомянуть еще об одном аспекте языка С, который очень важен для C++: С — структурированный язык. Самой характерной особенностью структурированного языка является использование блоков. Блок — это набор инструкций, которые логически связаны между собой. Например, представьте себе инструкцию IF, которая при успешной проверке своего выражения должна выполнить пять отдельных инструкций. А если эти инструкции (специальным образом) сгруппировать и обращаться к ним как к единому целому, то такая группа образует блок.

Структурированный язык поддерживает концепцию подпрограмм и локальных переменных. Локальная переменная — это обычная переменная, которая известна только подпрограмме, в которой она определена. Структурированный язык также поддерживает ряд таких циклических конструкций, как while, do-while и for. Однако использование инструкции goto либо запрещается, либо не рекомендуется, и не несет в себе той смысловой нагрузки для передачи управления, какая присуща ей в таких языках программирования, как BASIC или FORTRAN. Структурированный язык позволяет структурировать текст программы, т.е. делать отступы при написании инструкций, и не требует строгой привязки к полям, как это реализовано в ранних версиях языка FORTRAN.

Наконец (и это, возможно, самое важное), язык С не несет ответственности за действия программиста. Основной принцип С состоит в том, чтобы позволить программисту делать все, что он хочет, но за последствия, т.е. за все, что делает программа (пусть даже очень необычное, что-то из ряда вон или даже подозрительное), отвечает не язык, а программист. Язык С предоставляет программисту практически полную власть над компьютером, но эта власть ложится на его плечи тяжким бременем ответственности.

Предпосылки возникновения языка C++

Приведенная выше характеристика языка С может вызвать справедливое недоумение: зачем же тогда, мол, был изобретен язык C++? Если С — такой хороший и полезный язык, то почему возникла необходимость в чем-то еще? Оказывается, все дело в сложности. На протяжении всей истории программирования усложнение программ заставляло программистов искать пути, которые бы позволили справиться со сложностью. C++ можно считать одним из способов ее преодоления. Попробуем лучше раскрыть эту взаимосвязь.

Отношение к программированию резко изменилось с момента изобретения компьютера. Основная причина — стремление "укротить" всевозрастающую сложность программ. Например, программирование для первых вычислительных машин заключалось в переключении тумблеров на их передней панели таким образом, чтобы их положение соответствовало двоичным кодам машинных команд. Пока длины программ не превышали нескольких сотен команд, такой метод еще имел право на существование. Но по мере их дальнейшего роста был изобретен язык ассемблер, чтобы программисты могли использовать символическое представление машинных команд. Поскольку программы продолжали расти в размерах, желание справиться с более высоким уровнем сложности вызвало появление языков высокого уровня, разработка которых дала программистам больше инструментов (новых и разных).

Первым широко распространенным языком программирования был, конечно же, FORTRAN. Несмотря на то что это был очень значительный шаг на пути прогресса в области программирования, FORTRAN все же трудно назвать языком, который способствовал написанию ясных и простых для понимания программ. Шестидесятые годы двадцатого столетия считаются периодом появления структурированного программирования. Именно такой метод программирования и был реализован в языке С. С помощью структурированных языков программирования можно было писать программы средней сложности, причем без особых героических усилий со стороны программиста. Но если программный проект достигал определенного размера, то даже с использованием упомянутых структурированных методов его сложность резко возрастала и оказывалась непреодолимой для возможностей программиста. Когда (к концу 70-х) к "критической" точке подошло довольно много проектов, стали рождаться новые технологии программирования. Одна из них получила название объектно-ориентированного программирования (ООП). Вооружившись методами ООП, программист мог справляться с программами гораздо большего размера, чем прежде. Но язык С не поддерживал методов ООП. Стремление получить объектно-ориентированную версию языка С в конце концов и привело к созданию C++.

Несмотря на то что язык С был одним из самых любимых и распространенных профессиональных языков программирования, настало время, когда его возможности по написанию сложных программ достигли своего предела. Желание преодолеть этот барьер и помочь программисту легко справляться с еще более сложными программами — вот что стало основной причиной создания C++.

Рождение C++

Итак, C++ появился как ответ на необходимость преодолеть еще большую сложность программ. Он был создан Бьерном Страуструпом (Bjarne Stroustrup) в 1979 году в компании Bell Laboratories (г. Муррей-Хилл, шт. Нью-Джерси). Сначала новый язык получил имя "С с классами" (С with Classes), но в 1983 году он стал называться C++.

C++ полностью включает язык С. Как упоминалось выше, С — это фундамент, на котором был построен C++. Язык C++ содержит все средства и атрибуты С и обладает всеми его достоинствами. Для него также остается в силе принцип С, согласно которому программист, а не язык, несет ответственность за результаты работы своей программы. Именно этот момент позволяет понять, что изобретение C++ не было попыткой создать новый язык программирования. Это было скорее усовершенствование уже существующего (и при этом весьма успешного) языка.

Большинство новшеств, которыми Страуструп обогатил язык С, было предназначено для поддержки объектно-ориентированного программирования. По сути, C++ стал объектно-ориентированной версией языка С. Взяв язык С за основу, Страуструп подготовил плавный переход к ООП. Теперь, вместо того, чтобы изучать совершенно новый язык, С-программисту достаточно было освоить только ряд новых средств, и он мог пожинать плоды использования объектно-ориентированной технологии программирования.

Однако в основу C++ лег не только язык С. Страуструп утверждает, что некоторые объектно-ориентированные средства были инспирированы другим объектно-ориентированным языком, а именно Simula67. Таким образом, C++ представляет собой симбиоз двух мощных методологий программирования.

Создавая C++, Страуструп понимал, насколько важно, сохранить изначальную суть языка С, т.е. его эффективность, гибкость и принципы разработки, внести в него поддержку объектно-ориентированного программирования. К счастью, эта цель была достигнута. C++ по-прежнему предоставляет программисту свободу действий и власть над компьютером (которые были присущи языку С), расширяя при этом его (программиста) возможности за счет использования объектов.

Несмотря на то что C++ изначально был нацелен на поддержку очень больших программ, этим, конечно же, его использование не ограничивалось. И в самом деле, объектно-ориентированные средства C++ можно эффективно применять практически к любой задаче программирования. Неудивительно, что C++ используется для создания компиляторов, редакторов, компьютерных игр и программ сетевого обслуживания. Поскольку C++ обладает эффективностью языка С, то программное обеспечение многих высокоэффективных систем построено с использованием C++. Кроме того, C++ — это язык, который чаще всего выбирается для Windows-программирования.

Важно также помнить следующее. Поскольку C++ является супермножеством языка С, то, научившись программировать на C++, вы сможете также программировать и на С! Таким образом, приложив усилия к изучению только одного языка программирования, вы в действительности изучите сразу два.

Эволюция C++

С момента изобретения C++ претерпел три крупных переработки, причем каждый раз язык как дополнялся новыми средствами, так и в чем-то изменялся. Первой ревизии он был подвергнут в 1985 году, а второй — в 1990. Третья ревизия имела место в процессе стандартизации, который активизировался в начале 1990-х. Специально для этого был сформирован объединенный ANSI/ISO-комитет (я был его членом), который 25 января 1994 года принял первый проект предложенного на рассмотрение стандарта. В этот проект были включены все средства, впервые определенные Страуструпом, и добавлены новые. Но в целом он отражал состояние C++ на тот момент времени.

Вскоре после завершения работы над первым проектом стандарта C++ произошло событие, которое заставило значительно расширить существующий стандарт. Речь идет о создании Александром Степановым стандартной библиотеки шаблонов (Standard Template Library — STL). Как вы узнаете позже, STL — это набор обобщенных функций, которые можно использовать для обработки данных. Он довольно большой по размеру. Комитет ANSI/ISO проголосовал за включение STL в спецификацию C++. Добавление STL расширило сферу рассмотрения средств C++ далеко за пределы исходного определения языка.

Однако включение STL, помимо прочего, замедлило процесс стандартизации C++, причем довольно существенно. Помимо STL, в сам язык было добавлено несколько новых средств и внесено множество мелких изменений. Поэтому версия C++ после рассмотрения комитетом по стандартизации стала намного больше и сложнее по сравнению с исходным вариантом Страуструпа. Конечный результат работы комитета датируется 14 ноября 1997 года, а реально ANSI/ISO-стандарт языка C++ увидел свет в 1998 году. Именно эта спецификация C++ обычно называется Standard C++. И именно она описана в этой книге. Эта версия C++ поддерживается всеми основными С++-компиляторами, включая Visual C++ (Microsoft) и C++ Builder (Borland). Поэтому код программ, приведенных в этой книге, полностью применим ко всем современным С++-средам.

Что такое объектно-ориентированное программирование

Поскольку именно принципы объектно-ориентированного программирования были основополагающими для разработки C++, важно точно определить, что они собой представляют. Объектно-ориентированное программирование объединило лучшие идеи структурированного с рядом мощных концепций, которые способствуют более эффективной организации программ. Объектно-ориентированный подход к программированию позволяет разложить задачу на составные части таким образом, что каждая составная часть будет представлять собой самостоятельный объект, который содержит собственные инструкции и данные. При таком подходе существенно понижается общий уровень сложности программ, что позволяет программисту справляться с более сложными программами, чем раньше (т.е. написанными при использовании структурированного программирования).

Все языки объектно-ориентированного программирования характеризуются тремя общими признаками: инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием. Рассмотрим кратко каждый из них (подробно они будут описаны ниже в этой книге).

Инкапсуляция

Ни для кого не секрет, что все программы, как правило, состоят из двух основных элементов: инструкций (кода) и данных. Код — это часть программы, которая выполняет действия, а данные представляют собой информацию, на которую направлены эти действия. Инкапсуляция — это такой механизм программирования, который связывает воедино код и данные, которые он обрабатывает, чтобы обезопасить их как от внешнего вмешательства, так и от неправильного использования.

В объектно-ориентированном языке код и данные могут быть связаны способом, при котором создается самостоятельный черный ящик. В этом "ящике" содержатся все необходимые (для обеспечения самостоятельности) данные и код. При таком связывании кода и данных создается объект, т.е. объект — это конструкция, которая поддерживает инкапсуляцию.

Внутри объекта, код, данные или обе эти составляющие могут быть закрытыми в "рамках" этого объекта или открытыми. Закрытый код (или данные) известен и доступен только другим частям того же объекта. Другими словами, к закрытому коду или данным не может получить доступ та часть программы, которая существует вне этого объекта. Открытый код (или данные) доступен любым другим частям программы, даже если они определены в других объектах. Обычно открытые части объекта используются для предоставления управляемого интерфейса с закрытыми элементами объекта.

Полиморфизм

Полиморфизм (от греческого слова polymorphism, означающего "много форм") — это свойство, позволяющее использовать один интерфейс для целого класса действий. Конкретное действие определяется характерными признаками ситуации. В качестве простого примера полиморфизма можно привести руль автомобиля. Для руля (т.е. интерфейса) безразлично, какой тип рулевого механизма используется в автомобиле. Другим словами, руль работает одинаково, независимо от того, оснащен ли автомобиль рулевым управлением прямого действия (без усилителя), рулевым управлением с усилителем или механизмом реечной передачи. Если вы знаете, как обращаться с рулем, вы сможете вести автомобиль любого типа. Тот же принцип можно применить к программированию. Рассмотрим, например, стек, или список, добавление и удаление элементов к которому осуществляется по принципу "последним прибыл — первым обслужен". У вас может быть программа, в которой используются три различных типа стека. Один стек предназначен для целочисленных значений, второй — для значений с плавающей точкой и третий — для символов. Алгоритм реализации всех стеков — один и тот же, несмотря на то, что в них хранятся данные различных типов. В необъектно-ориентированном языке программисту пришлось бы создать три различных набора подпрограмм обслуживания стека, причем подпрограммы должны были бы иметь различные имена, а каждый набор — собственный интерфейс. Но благодаря полиморфизму в C++ можно создать один общий набор подпрограмм (один интерфейс), который подходит для всех трех конкретных ситуаций. Таким образом, зная, как использовать один стек, вы можете использовать все остальные.

В более общем виде концепция полиморфизма выражается фразой "один интерфейс — много методов". Это означает, что для группы связанных действий можно использовать один обобщенный интерфейс. Полиморфизм позволяет понизить уровень сложности за счет возможности применения одного и того же интерфейса для задания целого класса действий. Выбор же конкретного действия (т.е. функции) применительно к той или иной ситуации ложится "на плечи" компилятора. Вам, как программисту, не нужно делать этот выбор вручную. Ваша задача — использовать общий интерфейс.

Первые языки объектно-ориентированного программирования были реализованы в виде интерпретаторов, поэтому полиморфизм поддерживался во время выполнения программ. Однако C++ — это транслируемый язык (в отличие от интерпретируемого). Следовательно, в C++ полиморфизм поддерживается на уровне как компиляции программы, так и ее выполнения.

Наследование

Наследование — это процесс, благодаря которому один объект может приобретать свойства другого. Благодаря наследованию поддерживается концепция иерархической классификации. В виде управляемой иерархической (нисходящей) классификации организуется большинство областей знаний. Например, яблоки Красный Делишес являются частью классификации яблоки, которая в свою очередь является частью класса фрукты, а тот — частью еще большего класса пища. Таким образом, класс пища обладает определенными качествами (съедобность, питательность и пр.), которые применимы и к подклассу фрукты. Помимо этих качеств, класс фрукты имеет специфические характеристики (сочность, сладость и пр.), которые отличают их от других пищевых продуктов. В классе яблоки определяются качества, специфичные для яблок (растут на деревьях, не тропические и пр.). Класс Красный Делишес наследует качества всех предыдущих классов и при этом определяет качества, которые являются уникальными для этого сорта яблок.

Если не использовать иерархическое представление признаков, для каждого объекта пришлось бы в явной форме определить все присущие ему характеристики. Но благодаря наследованию объекту нужно доопределить только те качества, которые делают его уникальным внутри его класса, поскольку он (объект) наследует общие атрибуты своего родителя. Следовательно, именно механизм наследования позволяет одному объекту представлять конкретный экземпляр более общего класса.

C++ и реализация ООП

В этой книге показано, что многие средства C++ предназначены для поддержки инкапсуляции, полиморфизма и наследования. Однако следует помнить, что язык C++ можно использовать для написания программ любого типа. Тот факт, что C++ поддерживает объектно-ориентированное программирование, не означает, что С++-программист может писать только объектно-ориентированные программы. Одним из самых важных достоинств языка C++ (как и его предшественника, языка С) является гибкость.

Связь C++ с языками Java и C#

Вероятно, многие читатели знают о существовании таких языков программирования, как Java и С#. Язык Java разработан в компании Sun Microsystems, a C# — в компании Microsoft. Поскольку иногда возникает путаница относительно того, какое отношение эти два языка имеют к C++, попробуем внести ясность в этот вопрос.

C++ является родительским языком для Java и С#. И хотя разработчики Java и C# добавили к первоисточнику, удалили из него или модифицировали различные средства, в целом синтаксис этих трех языков практически идентичен. Более того, объектная модель, используемая C++, подобна объектным моделям языков Java и С#. Наконец, очень сходно общее впечатление и ощущение от использования всех этих языков. Это значит, что, зная C++, вы можете легко изучить Java или С#. Схожесть синтаксисов и объектных моделей — одна из причин быстрого освоения (и одобрения) этих двух языков многими опытными С++-программистами. Обратная ситуация также имеет место: если вы знаете Java или С#, изучение C++ не доставит вам хлопот.

Основное различие между C++, Java и C# заключается в типе вычислительной среды, для которой разрабатывался каждый из этих языков. C++ создавался с целью написания высокоэффективных программ, предназначенных для выполнения под управлением определенной операционной системы и в расчете на ЦП конкретного типа. Например, если вы хотите написать высокоэффективную программу для выполнения на процессоре Intel Pentium под управлением операционной системы Windows, лучше всего использовать для этого язык C++.

Языки Java и C# разработаны в ответ на уникальные потребности сильно распределенной сетевой среды, которая может служить типичным примером современных вычислительных сред. Java позволяет создавать межплатформенный (совместимый с несколькими операционными средами) переносимый программный код для Internet. Используя Java, можно написать программу, которая будет выполняться в различных вычислительных средах, т.е. в широком диапазоне операционных систем и типов ЦП. Таким образом, Java-пpoгpaммa может свободно "бороздить просторами" Internet. C# разработан для среды .NET Framework (Microsoft), которая поддерживает многоязычное программирование (mixed-language programming) и компонентно-ориентированный код, выполняемый в сетевой среде.

Несмотря на то что Java и C# позволяют создавать переносимый программный код, который работает в сильно распределенной среде, цена этой переносимости — эффективность. Java-пpoгpaммы выполняются медленнее, чем С++-программы. То же справедливо и для С#. Поэтому, если вы хотите создавать высокоэффективные приложения, используйте C++. Если же вам нужны переносимые программы, используйте Java или С#.

И последнее. Языки C++, Java и C# предназначены для решения различных классов задач. Поэтому вопрос "Какой язык лучше?" поставлен некорректно. Уместнее задать вопрос по-другому: "Какой язык наиболее подходит для решения данной задачи?".

Глава 2: Обзор элементов языка C++

Самым трудным в изучении языка программирования, безусловно, является то, что ни один его элемент не существует изолированно от других. Компоненты языка работают вместе, можно сказать, в дружном "коллективе". Такая тесная взаимосвязь усложняет рассмотрение одного аспекта C++ без рассмотрения других. Зачастую обсуждение одного средства предусматривает предварительное знакомство с другим. Для преодоления подобных трудностей в этой главе приводится краткое описание таких элементов C++, как общий формат С++-программы, основные инструкции управления и операторы. При этом мы не будем углубляться в детали, а сосредоточимся на общих концепциях создания С++-программы. Большинство затронутых здесь тем более подробно рассматриваются в остальных главах книги.

Поскольку изучать язык программирования лучше всего путем реального программирования, мы рекомендуем читателю собственноручно выполнять приведенные в этой книге примеры на своем компьютере.

Первая С++-программа

Прежде чем зарываться в теорию, рассмотрим простую С++-программу. Начнем с вывода текста, а затем перейдем к ее компиляции и выполнению.


/* Программа №1 - Первая С++-программа.


Введите эту программу, затем скомпилируйте ее и выполните.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




// main() - начало выполнения программы.


int main()


{


 cout << "Это моя первая С++-программа.";




 return 0;


}

Итак, вы должны выполнить следующие действия.

1. Ввести текст программы.

2. Скомпилировать ее.

3. Выполнить.

Исходный кодэто текстовая форма программы. Объектный кодэто форма программы, которую может выполнить компьютер.

Прежде чем приступать к выполнению этих действии, необходимо определить два термина: исходный код и объектный код. Исходный код — это версия программы, которую может читать человек. Приведенный выше листинг — это пример исходного кода Выполняемая версия программы называется объектным, или выполняемым, кодом.

Ввод текста программы

Программы, представленные в этой книге, можно загрузить с Web-сайта компании Osborne с адресом: www.osborne.com. При желании вы можете ввести текст программ вручную. В этом случае необходимо использовать какой-нибудь текстовый редактор (например WordPad), а не текстовой процессор (word processor). Дело в том, что при вводе текста программ должны быть созданы исключительно текстовые файлы, а не файлы, в которых вместе с текстом сохраняется информация о его форматировании. Помните, что информация о форматировании помешает работе С++-компилятора.

Имя файла, который будет содержать исходный код программы, формально может быть любым. Но С++-программы обычно хранятся в файлах с расширением .срр . Поэтому называйте свои С++-программы любыми именами, но в качестве расширения используйте .срр . Например, назовите нашу первую программу MyProg.cpp (это имя будет употребляться в дальнейших инструкциях), а для других программ (если не будет специальных указаний) выбирайте имена по своему усмотрению.

Компилирование программы

Способ компиляции программы MyProg.срр зависит от используемого компилятора и выбранных опций. Более того, многие компиляторы, например Visual C++ (Microsoft) и C++ Builder (Borland), предоставляют два различных способа компиляции программ: с помощью компилятора командной строки и интегрированной среды разработки (Integrated Development Environment — IDE). Поэтому для компилирования С++-программ невозможно дать универсальные инструкции, которые подойдут для всех компиляторов. Это значит, что вы должны следовать инструкциям, приведенным в сопроводительной документации, прилагаемой к вашему компилятору.

Но, как упоминалось выше, самыми популярными компиляторами являются Visual C++ и C++ Builder, поэтому для удобства читателей, которые их используют, мы приведем здесь инструкции по компиляции программ, соответствующие этим компиляторам. Проще всего в обоих случаях компилировать и выполнять программы, приведенные в этой книге, с использованием компиляторов командной строки. Так мы и поступим.

Чтобы скомпилировать программу МуРrog.срр, используя Visual C++, введите следующую командную строку:


C:\...>cl -GX MyProg.cpp

Опция -GX предназначена для повышения качества компиляции. Чтобы использовать компилятор командной строки Visual C++, необходимо выполнить пакетный файл VCVARS32.bat, который входит в состав Visual C++.

Чтобы скомпилировать программу MyProg.срр, используя C++ Builder, введите такую командную строку:


С: \...>bcc32 MyProg.срр

В результате работы С++-компилятора получается выполняемый объектный код. Для Windows-среды выполняемый файл будет иметь то же имя, что и исходный, но другое расширение, а именно расширение .ехе. Итак, выполняемая версия программы MyProg.срр будет храниться в файле MyProg.ехе.

На заметку. Если при попытке скомпилировать первую программу вы получили сообщение об ошибке, но уверены, что ввели ее текст корректно, то, возможно, вы используете старую версию С++-компилятора, который был создан до принятия С++-стандарта ANSI/ISO. В этом случае обратитесь к приложению Б за инструкциями по использованию старых компиляторов.

Выполнение программы

Скомпилированная программа готова к выполнению. Поскольку результатом работы - С++-компилятора является выполняемый объектный код, то для запуска программы в качестве команды достаточно ввести ее имя. Например, чтобы выполнить программу MyProg.ехе, используйте эту командную строку:


С:\...>MyProg.срр

Результаты выполнения этой программы таковы:


Это моя первая С++-программа.

Если вы используете интегрированную среду разработки, то выполнить программу можно путем выбора из меню команды Run (Выполнить). Безусловно, более точные инструкции приведены в сопроводительной документации, прилагаемой к вашему компилятору. Но, как упоминалось выше, проще всего компилировать и выполнять приведенные в этой книге программы с помощью командной строки.

Необходимо отметить, что все эти программы представляют собой консольные приложения, а не приложения, основанные на применении окон, т.е. они выполняются в сеансе приглашения на ввод команды. При этом вам, должно быть, известно, что язык С++ не просто подходит для Windows-программирования, C++ — основной язык, применяемый в разработке Windows-приложений. Однако ни одна из программ, представленных в этой книге, не использует графического интерфейса пользователя (GUI — graphics use interface). Дело в том, что Windows — довольно сложная среда для написания программ включающая множество второстепенных тем, не связанных напрямую с языком C++ В то же время консольные приложения гораздо короче графических и лучше подходят для обучения программированию. Освоив C++, вы сможете без проблем применить свои знания в сфере создания Windows-приложений.

Построчный "разбор полетов"

После успешной компиляции и выполнения первого примера программы настало время разобраться в том, как она работает. Поэтому мы подробно рассмотрим каждую её строку. Итак, наша программа начинается с таких строк.


/* Программа №1 - Первая С++-программа.


Введите эту программу, затем скомпилируйте ее и выполните.


*/

Это — комментарий. Подобно большинству других языков программирования, C++ позволяет вводить в исходный код программы комментарии, содержание которых компилятор игнорирует. С помощью комментариев описываются или разъясняются действия, выполняемые в программе, и эти разъяснения предназначаются для тех, кто будет читать исходный код. В данном случае комментарий просто идентифицирует программу и напоминает, что с ней нужно сделать. Конечно, в реальных приложениях комментарии используются для разъяснения особенностей работы отдельных частей программы или конкретных действий программных средств. Другими словами, вы можете использовать комментарии для детального описания всех (или некоторых) ее строк.

Комментарийэто текст пояснительного содержания, встраиваемый в программу.

В C++ поддерживается два типа комментариев. Первый, показанный в начале рассматриваемой программы, называется многострочным. Комментарий этого типа должен начинаться символами /* и заканчиваться ими же, но переставленными в обратном порядке (*/). Все, что находится между этими парами символов, компилятор игнорирует. Комментарий этого типа, как следует из его названия, может занимать несколько строк. Второй тип комментариев мы рассмотрим чуть ниже.

Приведем здесь следующую строку программы.


#include <iostream>

В языке C++ определен ряд заголовков (header), которые обычно содержат информацию, необходимую для программы. В нашу программу включен заголовок <iostream> (он используется для поддержки в С++-системы ввода-вывода), который представляет собой внешний исходный файл, помещаемый компилятором в начало программы с помощью директивы #include. Ниже в этой книге мы ближе познакомимся с заголовками и узнаем, почему они так важны.

Рассмотрим следующую строку программы:


using namespace std;

Эта строка означает, что компилятор должен использовать пространство имен std. Пространства имен — относительно недавнее дополнение к языку C++. Подробнее о них мы поговорим позже, а пока ограничимся их кратким определением. Пространство имен (namespace) создает декларативную область, в которой могут размещаться различные элементы программы. Пространство имен позволяет хранить одно множество имен отдельно от другого. Другими словами, имена, объявленные в одном пространстве имен, не будут конфликтовать с такими же именами, объявленными в другом. Пространства имен позволяют упростить организацию больших программ. Ключевое слово using информирует компилятор об использовании заявленного пространства имен (в данном случае std). Именно в пространстве имен std объявлена вся библиотека стандарта C++. Таким образом, используя пространство имен std, вы упрощаете доступ к стандартной библиотеке языка.

Очередная строка в нашей программе представляет собой однострочный комментарий.


// main() - начало выполнения программы.

Так выглядит комментарий второго типа, поддерживаемый в C++. Однострочный комментарий начинается с пары символов // и заканчивается в конце строки. Как правило, программисты используют многострочные комментарии для подробных и потому более пространных разъяснений, а однострочные — для кратких (построчных) описаний инструкций или назначения переменных. Вообще-то, характер использования комментариев — личное дело программиста.

Перейдем к следующей строке:


int main()

Как сообщается в только что рассмотренном комментарии, именно с этой строки и начинается выполнение программы.

С функции main() начинается выполнение любой С++-программы.

Все С++-программы состоят из одной или нескольких функций. (Под функцией main понимаем подпрограмму.) Каждая С++-функция имеет имя, и только одна из них (её должна включать каждая С++-программа) называется main(). Выполнение C++ программы начинается и заканчивается (в большинстве случаев) выполнением функции main(). (Точнее, С++-программа начинается с вызова функции main() и обычно заканчивается возвратом из функции main().) Открытая фигурная скобка на следующей (после int main()) строке указывает на начало кода функции main(). Ключевое слово int (сокращение от слова integer), стоящее перед именем main(), означает тип данных для значения, возвращаемого функцией main(). Как вы скоро узнаете, C++ поддерживает несколько встроенных типов данных, и int — один из них.

Рассмотрим очередную строку программы:


cout << "Это моя первая С++-программа.";

Это инструкция вывода данных на консоль. При ее выполнении на экране компьютера отобразится сообщение Это моя первая С++-программа.. В этой инструкции используется оператор вывода "<<". Он обеспечивает вывод выражения, стоящего с правой стороны, на устройство, указанное с левой. Слово cout представляет собой встроенный идентификатор (составленный из частей слов console output), который в большинстве случаев означает экран компьютера. Итак, рассматриваемая инструкции обеспечивает вывод заданного сообщения на экран. Обратите внимание на то, что эта инструкция завершается точкой с запятой. В действительности все выполняемые С++-инструкции завершаются точкой с запятой.

Сообщение "Это моя первая С++-программа." представляет собой строку В C++ под строкой понимается последовательность символов, заключенная в двойные кавычки. Как вы увидите, строка в C++ — это один из часто используемых элементов языка.

А этой строкой завершается функция main():


return 0;

При ее выполнении функция main() возвращает вызывающему процессу (в роли которого обычно выступает операционная система) значение 0. Для большинства операционных систем нулевое значение, которое возвращает эта функция, свидетельствует о нормальном завершении программы. Другие значения могут означать завершение программы в связи с какой-нибудь ошибкой. Слово return относится к числу ключевых используется для возврата значения из функции. При нормальном завершении (т.е. без ошибок) все ваши программы должны возвращать значение 0.

Закрывающая фигурная скобка в конце программы формально завершает ее. Хотя фигурная скобка в действительности не является частью объектного кода программы, её "выполнение" (т.е. обработку закрывающей фигурной скобки функции main()) мысленно можно считать концом С++-программы. И в самом деле, если в этом примере программы инструкция return отсутствовала бы, программа автоматически завершилась бы по достижении этой закрывающей фигурной скобки.

Обработка синтаксических ошибок

Каждому программисту известно, насколько легко при вводе текста программы в компьютер вносятся случайные ошибки (опечатки). К счастью, при попытке скомпилировать такую программу компилятор "просигналит" сообщением о наличии синтаксических ошибок. Большинство С++-компиляторов попытаются "увидеть" смысл в исходном коде программы, независимо от того, что вы ввели. Поэтому сообщение об ошибке не всегда отражает истинную причину проблемы. Например, если в предыдущей программе случайно опустить открывающую фигурную скобку после имени функции main(), компилятор укажет в качестве источника ошибки инструкцию cout. Поэтому при получении сообщения об ошибке просмотрите две-три строки кода, непосредственно предшествующих строке с "обнаруженной" ошибкой. Ведь иногда компилятор начинает "чуять недоброе" только через несколько строк после реального местоположения ошибки.

Многие С++-компиляторы выдают в качестве результатов своей работы не только сообщения об ошибках, но и предупреждения (warning). В язык C++ "от рождения" заложено великодушное отношение к программисту, т.е. он позволяет программисту практически все, что корректно с точки зрения синтаксиса. Однако даже "всепрощающим" С++-компиляторам некоторые синтаксически правильные вещи могут показаться подозрительными. В таких ситуациях и выдается предупреждение. Тогда программист сам должен оценить, насколько справедливы подозрения компилятора. Откровенно говоря, некоторые компиляторы слишком уж бдительны и предупреждают по поводу совершенно корректных инструкций. Кроме того, компиляторы позволяют использовать различные опции, которые могут информировать об интересующих вас вещах. Иногда такая информация имеет форму предупреждающего сообщения даже несмотря на отсутствие "состава" предупреждения. Программы, приведенные в этой книге, написаны в соответствии со стандартом C++ и при корректном вводе не должны генерировать никаких предупреждающих сообщений.

Важно! Большинство С++-компиляторов предлагают несколько уровней сообщений (и предупреждений) об ошибках. В общем случае можно выбрать тип ошибок, о наличии которых вы хотели бы получать сообщения. Например, большинство компиляторов по желанию программиста могут информировать об использовании неэффективных конструкций или устаревших средств. Для примеров этой книги достаточно использовать обычную настройку компилятора. Но вам все же имеет смысл заглянуть в прилагаемую к компилятору документацию и поинтересоваться, какие возможности по управлению процессом компиляции есть в вашем распоряжении. Многие компиляторы довольно "интеллектуальны" и могут помочь в обнаружении неочевидных ошибок еще до того, как они перерастут в большие проблемы. Знание принципов, используемых компилятором при составлении отчета об ошибках, стоит затрат времени и усилий, которые потребуются от программиста на их освоение.

Вторая С++-программа

Возможно, самой важной конструкцией в любом языке программирования является присвоение переменной некоторого значения. Переменная — это именованная область памяти, в которой могут храниться различные значения. При этом значение переменной во время выполнения программы можно изменить один или несколько раз. Другими словами, содержимое переменной изменяемо, а не фиксированно.

В следующей программе создается переменная с именем х, которой присваивается значение 1023, а затем на экране отображается сообщение Эта программа выводит значение переменной х: 1023.


// Программа №2 - Использование переменной.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x; // Здесь объявляется переменная.


 x = 1023; // Здесь переменной х присваивается число 1023.


 cout << "Эта программа выводит значение переменной х: ";


 cout << х; // Отображение числа 1023.




 return 0;


}

Что же нового в этой программе? Во-первых, инструкция:


int х; // Здесь объявляется переменная.

объявляет переменную с именем х целочисленного типа. В C++ все переменные должны быть объявлены до их использования. В объявлении переменной помимо ее имени необходимо указать, значения какого типа она может хранить. Тем самым объявляется тип переменной. В данном случае переменная х может хранить целочисленные значения, т.е. целые числа, лежащие в диапазоне -32 768--32 767. В C++ для объявления переменной целочисленного типа достаточно поставить перед ее именем ключевое слово int. Таким образом, инструкция int х; объявляет переменную х типа int. Ниже вы узнаете, что C++ поддерживает широкий диапазон встроенных типов переменных. (Более того, C++ позволяет программисту определять собственные типы данных.)

Во-вторых, при выполнении следующей инструкции переменной присваивается конкретное значение:


х = 1023; // Здесь переменной х присваивается число 1023.

В C++ оператор присваивания представляется одиночным знаком равенства (=). Его действие заключается в копировании значения, расположенного справа от оператора, в переменную, указанную слева от него. После выполнения этой инструкции присваивания переменная x будет содержать число 1023.

Результаты, сгенерированные этой программой, отображаются на экране с помощью двух инструкций cout. Обратите внимание на использование следующей инструкции для вывода значения переменной x:


cout << х; // Отображение числа 1023.

В общем случае для отображения значения переменной достаточно в инструкции cout поместить ее имя справа от оператора "<<". Поскольку в данном конкретном случае переменная x содержит число 1023, то оно и будет отображено на экране. Прежде чем переходить к следующему разделу, попробуйте присвоить переменной х другие значения (в исходном коде) и посмотрите на результаты выполнения этой программы после внесения изменений.

Более реальный пример

Первые две программы, кроме демонстрации ряда важных средств языка C++, не делали ничего полезного. В следующей программе решается практическая задача преобразования галлонов в литры. Здесь также показан один из способов ввода данных в программу.


// Эта программа преобразует галлоны в литры.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int gallons, liters;


 cout << "Введите количество галлонов:";


  cin >> gallons; // Ввод данных от пользователя.


 liters = gallons * 4; // Преобразование в литры.


 cout << "Литров: " << liters;




 return 0;


}

Эта программа сначала отображает на экране сообщение, предлагающее пользователю ввести число для преобразования галлонов в литры, а затем ожидает до тех пор, пока оно не будет введено. (Помните, вы должны ввести целое число галлонов, т.е. число, не содержащее дробной части.) Затем программа отобразит значение, приблизительно равное эквивалентному объему, выраженному в литрах. В действительности для получения точного результата необходимо использовать коэффициент 3,7854 (т.е. в одном галлоне помещается 3,7854 литра), но поскольку в этом примере мы работаем с целочисленными переменными, то коэффициент преобразования округлен до 4.

Обратите внимание на то, что две переменные gallons и liters объявляются после ключевого слова int в форме списка, элементы которого разделяются запятыми. В общем случае можно объявить любое количество переменных одного типа, разделив их запятыми. (В качестве альтернативного варианта можно использовать несколько декларативных int-инструкций — результат будет тот же.)

Для приема значения, вводимого пользователем, используется следующая инструкция:


cin >> gallons; // Ввод данных от пользователя.

Здесь применяется еще один встроенный идентификатор — cin — предоставляемый С++-компилятором. Он составлен из частей слов console input и в большинстве случаев означает ввод данных с клавиатуры. В качестве оператора ввода используется символ ">>". При выполнении этой инструкции значение, введенное пользователем (которое в данном случае должно быть целочисленным), помещается в переменную, указанную с правой стороны от оператора ">>" (в данном случае это переменная gallons).

В этой программе заслуживает внимания и эта инструкция:


cout << "Литров: " << liters;

Здесь интересно то, что в одной инструкции использовано сразу два оператора вывода "<<". При ее выполнении сначала будет выведена строка "Литров: ", а за ней — значение переменной liters. В общем случае в одной инструкции Можно соединять любое количество операторов вывода, предварив каждый элемент вывода "своим" оператором

Новый тип данных

Несмотря на то что для приблизительных подсчетов вполне сгодится рассмотренная выше программа преобразования галлонов в литры, для получения более точных результатов ее необходимо переделать. Как отмечено выше, с помощью целочисленных типов данных невозможно представить значения с дробной частью. Для них нужно использовать один из типов данных с плавающей точкой, например double (двойной точности). Данные этого типа обычно находятся в диапазоне 1,7Е-308--1,7Е+308. Операции, вы-полняемые над числами с плавающей точкой, сохраняют любую дробную часть результата и, следовательно, обеспечивают более точное преобразование.

В следующей версии программы преобразования используются значения с плавающей точкой.


/* Эта программа преобразует галлоны в литры с помощью чисел с плавающей точкой.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 double gallons, liters;


 cout << "Введите количество галлонов: ";


  cin >> gallons; // Ввод данных от пользователя.


 liters = gallons * 3.7854; // Преобразование в литры.


 cout << "Литров: " << liters;




 return 0;


}

Для получения этого варианта в предыдущую программу было внесено два изменения. Во-первых, переменные gallons и liters объявлены на этот раз с использованием типа double. Во-вторых, коэффициент преобразования задан в виде числа 3.7854, что позволяет получить более точные результаты. Если С++-компилятор встречает число, содержащее десятичную точку, он автоматически воспринимает его как константу с плавающей точкой. Обратите также внимание на то, что инструкции cout и cin остались такими же, как в предыдущем варианте программы, в которой использовались переменные типа int. Это очень важный момент: С++-система ввода-вывода автоматически настраивается на тип данных, указанный в программе.

Скомпилируйте и выполните эту программу. На приглашение указать количество галлонов введите число 1. В качестве результата программа должна отобразить 3,7854 литра.

Повторим пройденное

Итак, подытожим самое важное из уже прочитанного материала.

1. Каждая С++-программа должна иметь функцию main(), которая означает начало выполнения программы.

2. Все переменные должны быть объявлены до их использования.

3. C++ поддерживает различные типы данных, включая целочисленные и с плавающей точкой.

4. Оператор вывода данных обозначается символом "<<", а при использовании в инструкции cout он обеспечивает отображение информации на экране компьютера.

5. Оператор ввода данных обозначается символом ">>", а при использовании в инструкции cin он считывает информацию с клавиатуры.

6. Выполнение программы завершается с окончанием функции main().

Функции

Любая С++-программа составляется из "строительных блоков", именуемых функциями. Функция — это подпрограмма, которая содержит одну или несколько С++-инструкий и выполняет одну или несколько задач. Хороший стиль программирования на C++ предполагает, что каждая функция выполняет только одну задачу.

Каждая функция имеет имя, которое используется для ее вызова. Своим функциям программист может давать любые имена за исключением имени main(), зарезервированного для функции, с которой начинается выполнение программы.

Функцииэто "строительные блоки" С++-программы.

В C++ ни одна функция не может быть встроена в другую. В отличие от таких языков программирования, как Pascal, Modula-2 и некоторых других, которые позволяют использование вложенных функций, в C++ все функции рассматриваются как отдельные компоненты. (Безусловно, одна функция может вызывать другую.)

При обозначении функций в тексте этой книги используется соглашение (обычно соблюдаемое в литературе, посвященной языку программирования C++), согласно которому имя функции завершается парой круглых скобок. Например, если функция имеет имя getval, то ее упоминание в тексте обозначится как getval(). Соблюдение этого соглашения позволит легко отличать имена переменных от имен функций.

В уже рассмотренных примерах программ функция main() была единственной. Как упоминалось выше, функция main() — первая функция, выполняемая при запуске программы. Ее должна содержать каждая С++-программа. Вообще, функции, которые вам предстоит использовать, бывают двух типов. К первому типу относятся функции, написанные программистом (main() — пример функции такого типа). Функции другого типа находятся в стандартной библиотеке С++-компилятора. (Стандартная библиотека будет рассмотрена ниже, а пока заметим, что она представляет собой коллекцию встроенных функций.) Как правило, С++-программы содержат как функции, написанные программистом, так и функции, предоставляемые компилятором.

Поскольку функции образуют фундамент C++, займемся ими вплотную.

Программа с двумя функциями

Следующая программа содержит две функции: main() и myfunc(). Еще до выполнения этой программы (или чтения последующего описания) внимательно изучите ее текст и попытайтесь предугадать, что она должна отобразить на экране.


/* Эта программа содержит две функции: main() и myfunc().


*/


#include <iostream>


using namespace std;




void myfunc(); // прототип функции myfunc()


int main()


{


 cout << "В функции main().";


 myfunc(); // Вызываем функцию myfunc().


 cout << "Снова в функции main().";




 return 0;


}


void myfunc() {


 cout << " В функции myfunc(). ";


}

Программа работает следующим образом. Вызывается функция main() и выполняется ее первая cout-инструкция. Затем из функции main() вызывается функция myfunc(). Обратите внимание на то, как этот вызов реализуется в программе: указывается имя функции myfunc, за которым следуют пара круглых скобок и точка с запятой. Вызов любой функции представляет собой С++-инструкцию и поэтому должен завершаться точкой с запятой. Затем функция myfunc() выполняет свою единственную cout-инструкцию и передает управление назад функции main(), причем той строке кода, которая расположена непосредственно за вызовом функции. Наконец, функция main() выполняет свою вторую cout-инструкцию, которая завершает всю программу. Итак, на экране мы должны увидеть такие результаты.


В функции main().


В функции myfunc().


Снова в функции main().

В этой программе необходимо рассмотреть следующую инструкцию.


void myfunc(); // прототип функции myfunc()

Прототип объявляет функцию до ее первого использования.

Как отмечено в комментарии, это — прототип функции myfunc(). Хотя подробнее прототипы будут рассмотрена ниже, все же без кратких пояснений здесь не обойтись. Прототип функции объявляет функцию до ее определения. Прототип позволяет компилятору узнать тип значения, возвращаемого этой функцией, а также количество и тип парамeтров, которые она может иметь. Компилятору нужно знать эту информацию до первого вызова функции. Поэтому прототип располагается до функции main(). Единственной функцией, которая не требует прототипа, является main(), поскольку она встроена в язык C++.

Как видите, функция myfunc() не содержит инструкцию return. Ключевое слово void, которое предваряет как прототип, так и определение функции myfunc(), формально заявляет о том, что функция myfunc() не возвращает никакого значения. В C++ функции, не возвращающие значений, объявляются с использованием ключевого слова void.

Аргументы функций

Функции можно передать одно или несколько значений. Значение, передаваемое функции, называется аргументом. Несмотря на то что в программах, которые мы рассматривали до сих пор, ни одна из функций (ни main(), ни myfunc()) не принимала никаких значений, функции в C++ могут принимать один или несколько аргументов. Верхний предел числа принимаемых аргументов определяется конкретным компилятором. Согласно стандарту C++ он равен 256.

Аргументэто значение, передаваемое функции при вызове.

Рассмотрим короткую программу, которая для отображения абсолютного значения числа использует стандартную библиотечную (т.е. встроенную) функцию abs(). Эта функция принимает один аргумент, преобразует его в абсолютное значение и возвращает результат.


// Использование функции abs().


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 cout << abs(-10);




 return 0;


}

Здесь функции abs() в качестве аргумента передается число -10. Функция abs() принимает этот аргумент при вызове и возвращает его абсолютное значение, которое в свою очередь передаётся инструкции cout для отображения на экране абсолютного значения числа -10. Дело в том, что если функция является частью выражения, она автоматически вызывается для получения возвращаемого ею значения. В данном случае значение, возвращаемое функцией abs(), оказывается справа от оператора "<<" и поэтому законно отображается на экране.

Обратите также внимание на то, что рассматриваемая программа включает заголовок <cstdlib>. Этот заголовок необходим для обеспечения возможности вызова функции abs(). Каждый раз, когда вы используете библиотечную функцию, в программу необходимо включать соответствующий заголовок. Заголовок, помимо прочей информации, содержит прототип библиотечной функции.

Параметрэто определяемая функцией переменная, которая принимает передаваемый функции аргумент.

При создании функции, которая принимает один или несколько аргументов, иногда необходимо объявить переменные, которые будут хранить значения аргументов. Эти переменные называются параметрами функции. Например, следующая функция выводит произведение двух целочисленных аргументов, передаваемых функции при ее вызове.


void mul (int х, int у)


{


 cout << х * у << " ";


}

При каждом вызове функции mul() выполняется умножение значения, переданного параметру х, на значение, переданное параметру у. Однако помните, что х и у — это просто переменные, которые принимают значения, передаваемые при вызове функции.

Рассмотрим следующую короткую программу, которая демонстрирует использование функции mul().


// Простая программа, которая демонстрирует использование функции mul().


#include <iostream>


using namespace std;




void mul(int x, int у); // Прототип функции mul().


int main()


{


 mul (10, 20);


 mul (5, 6);


 mul (8, 9);




 return 0;


}


void mul(int x, int y)


{


 cout << x * у << " ";


}

Эта программа выведет на экран числа 200, 30 и 72. При вызове функции mul() С++-компилятор копирует значение каждого аргумента в соответствующий параметр. В данном случае при первом вызове функции mul() число 10 копируется в переменную х, а число 20 — в переменную у. При втором вызове 5 копируется в х, а 6 — в у. При третьем вызове 8 копируется в х, а 9 — в у.

Если вы никогда не работали с языком программирования, в котором разрешены параметризованные функции, описанный процесс может показаться несколько странным. Однако волноваться не стонт: по мере рассмотрения других С++-программ принцип использования функций, их аргументов и параметров станет более понятным.

Узелок на память. Термин аргумент относится к значению, которое используется при вызове функции. Переменная, которая принимает этот аргумент, называется параметром. Функции, которые принимают аргументы, называются параметризованными функциями.

Если С++-функции имеют два или больше аргументов, то они разделяются запятыми. В этой книге под термином список аргументов следует понимать аргументы, разделенные запятыми. Для рассмотренной выше функции mul() список аргументов выражен в виде x, у.

Функции, возвращающие значения

В C++ многие библиотечные функции возвращают значения. Например, уже знакомая вам функция abs() возвращает абсолютное значение своего аргумента. Функции, написанные программистом, также могут возвращать значения. В C++ для возврата значения используется инструкция return. Общий формат этой инструкции таков:


return значение;

Нетрудно догадаться, что здесь элемент значение представляет собой значение, возвращаемое функцией.

Чтобы продемонстрировать процесс возврата функциями значений, переделаем предыдущую программу так, как показано ниже. В этой версии функция mul() возвращает произведение своих аргументов. Обратите внимание на то, что расположение функции справа от оператора присваивания означает присваивание переменной (расположенной слева) значения, возвращаемого этой функцией.


// Демонстрация возврата функциями значений.


#include <iostream>


using namespace std;




int mul (int x, int у); // Прототип функции mul().


int main()


{


 int answer;


 answer = mul (10, 11); // Присваивание значения, возвращаемого функцией.


 cout << "Ответ равен" << answer;




 return 0;


}




// Эта функция возвращает значение.


int mul (int х, int у)


{


 return х * у; // Функция возвращает произведение х и у.


}

В этом примере функция mul() возвращает результат вычисления выражения х*у с помощью инструкции return. Затем значение этого результата присваивается переменной answer. Таким образом, значение, возвращаемое инструкцией return, становится значением функции mul() в вызывающей программе.

Поскольку в этой версии программы функция mul() возвращает значение, ее имя в определении не предваряется словом void. (Вспомните, слово void используется только в том случае, когда функция не возвращает никакого значения.) Поскольку существуют различные типы переменных, существуют и различные типы значений, возвращаемых функциями. Здесь функция mul() возвращает значение целочисленного типа. Тип значения, возвращаемого функцией, предшествует ее имени как в прототипе, так и в определении.

В более ранних версиях C++ для типов значений, возвращаемых функциями, существовало соглашение, действующее по умолчанию. Если тип возвращаемого функцией значения не указан, предполагалось, что эта функция возвращает целочисленное значение. Например, функция mul() согласно тому соглашению могла быть записана так.


// Устаревший способ записи функции mul().


mul (int X, int у) /* По умолчанию в качестве типа значения, возвращаемого функцией, используется тип int.*/


{


 return х * у; // Функция возвращает произведение х и у.


}

Здесь по умолчанию предполагается целочисленный тип значения, возвращаемого функцией, поскольку не задан никакой другой тип. Однако правило установки целочисленного типа по умолчанию было отвергнуто стандартом C++. Несмотря на то что большинство компиляторов поддерживают это правило ради обратной совместимости, вы должны явно задавать тип значения, возвращаемого каждой функцией, которую пишете. Но если вам придется разбираться в старых версиях С++-программ, это соглашение следует иметь в виду.

При достижении инструкции return функция немедленно завершается, а весь остальной код игнорируется. Функция может содержать несколько инструкций return. Возврат из функции можно обеспечить с помощью инструкции return без указания возвращаемого значения, но такую ее форму допустимо применять только для функций, которые не возвращают никаких значений и объявлены с использованием ключевого слова void.

Функция main()

Как вы уже знаете, функция main() — специальная, поскольку это первая функция которая вызывается при выполнении программы. В отличие от некоторых других языков программирования, в которых выполнение всегда начинается "сверху", т.е. с первой строки кода, каждая С++-программа всегда начинается с вызова функции main() независимо от ее расположения в программе. (Все же обычно функцию main() размещают первой, чтобы ее было легко найти.)

В программе может быть только одна функция main(). Если попытаться включить в программу несколько функций main(), она "не будет знать", с какой из них начать работу. В действительности большинство компиляторов легко обнаружат ошибку этого типа и сообщат о ней. Как упоминалось выше, поскольку функция main() встроена в язык C++, она не требует прототипа.

Общий формат С++-функций

В предыдущих примерах были показаны конкретные типы функций. Однако все С++-функции имеют такой общий формат.


тип_возвращаемого_значения имя (список_параметров) {


.


.// тело метода



}

Рассмотрим подробно все элементы, составляющие функцию.

С помощью элемента тип_возвращаемого_значения указывается тип значения, возвращаемого функцией. Как будет показано ниже в этой книге, это может быть практически любой тип, включая типы, создаваемые программистом. Если функция не возвращает никакого значения, необходимо указать тип void. Если функция действительно возвращает значение, оно должно иметь тип, совместимый с указанным в определении функции.

Каждая функция имеет имя. Оно, как нетрудно догадаться, задается элементом имя. После имени функции между круглых скобок указывается список параметров, который представляет собой последовательность пар (состоящих из типа данных и имени), разделенных запятыми. Если функция не имеет параметров, элемент список_параметров отсутствует, т.е. круглые скобки остаются пустыми.

В фигурные скобки заключено тело функции. Тело функции составляют С++-инструкции, которые определяют действия функции. Функция завершается (и управление передается вызывающей процедуре) при достижении закрывающей фигурной скобки или инструкции return.

Некоторые возможности вывода данных

До сих пор у нас не было потребности при выводе данных обеспечивать переход на следующую строку. Однако такая необходимость может потребоваться очень скоро. В C++ последовательность символов "возврат каретки/перевод строки" генерируется с помощью символа новой строки. Для вывода этого символа используется такой код: \n (символ обратной косой черты и строчная буква n). Продемонстрируем использование последовательности символов "возврат каретки/перевод строки" на примере следующей программы.


/* Эта программа демонстрирует \n-последовательность, которая обеспечивает переход на новую строку.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 cout << "один\n";


 cout << "два\n";


 cout << "три";


 cout << "четыре";




 return 0;


}

При выполнении программа генерирует такие результаты:


один


два


тричетыре

Символ новой строки можно поместить в любом месте строки, а не только в конце. "Поиграйте" с символом новой строки, чтобы убедиться в том, что вы правильно понимаете его назначение.

Две простые инструкции

Для рассмотрения более реальных примеров программ нам необходимо познакомиться с двумя С++-инструкциями: if и for. (Более подробное их описание приведено ниже в этой книге.)

Инструкция if

Инструкция if позволяет сделать выбор между двумя выполняемыми ветвями программы.

Инструкция if в C++ действует подобно инструкции IF, определенной в любом другом языке программирования. Её простейший формат таков:


if(условие) инструкция;

Здесь элемент условие — это выражение, которое при вычислении может оказаться равным значению ИСТИНА или ЛОЖЬ. В C++ ИСТИНА представляется ненулевым значением, а ЛОЖЬ — нулем. Если условие, или условное выражение, истинно, элемент инструкция выполнится, в противном случае — нет. При выполнении следующего фрагмента кода на экране отобразится фраза 10 меньше 11.


if(10 < 11) cout << "10 меньше 11";

Такие операторы сравнения, как "<" (меньше) и ">=" (больше или равно), используются во многих других языках программирования. Но следует помнить, что в C++ в качестве оператора равенства применяется двойной символ "равно" (==). В следующем примере cout-инструкция не выполнится, поскольку условное выражение дает значение ЛОЖЬ. Другими словами, поскольку 10 не равно 11, cout-инструкция не отобразит на экране приветствие.


if(10==11) cout << "Привет";

Безусловно, операнды условного выражения необязательно должны быть константами. Они могут быть переменными и даже содержать обращения к функциям.

В следующей программе показан пример использования if-инструкции. При выполнении этой программы пользователю предлагается ввести два числа, а затем сообщается результат их сравнения.


// Эта программа демонстрирует использование if-инструкции.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int a,b;


 cout << "Введите первое число: ";


  cin >> a;


 cout << "Введите второе число: ";


  cin >> b;


 if(a < b) cout << "Первое число меньше второго.";




 return 0;


}

Цикл for

forодна из циклических инструкций, определенных в C++.

Цикл for повторяет указанную инструкцию заданное число раз. Инструкция for в C++ действует практически так же, как инструкция FOR, определенная в таких языках программирования, как Java, С#, Pascal и BASIC. Ее простейший формат таков:


for(инициализация; условие; инкремент) инструкция;

Здесь элемент инициализация представляет собой инструкцию присваивания, которая устанавливает управляющую переменную цикла равной начальному значению. Эта переменная действует в качестве счетчика, который управляет работой цикла. Элемент условие представляет собой выражение, в котором тестируется значение управляющей переменной цикла. Результат этого тестирования определяет, выполнится цикл for еще раз или нет. Элемент инкремент — это выражение, которое определяет, как изменяется значение управляющей переменной цикла после каждой итерации. Цикл for будет выполняться до тех пор, пока вычисление элемента условие дает истинный результат. Как только условие станет ложным, выполнение программы продолжится с инструкции, следующей за циклом for.

Например, следующая программа с помощью цикла for выводит на экран числа от 1 до 100.


// Программа демонстрирует использование for-цикла.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int count;


 for(count=1; count<=100; count=count+1)


  cout << count << " ";




 return 0;


}

На рис. 2.1 схематично показано выполнение цикла for в этом примере. Как видите, сначала переменная count инициализируется числом 1. При каждом повторении цикла проверяется условие count<=100. Если результат проверки оказывается истинным, cout-инструкция выводит значение переменной count, после чего ее содержимое увеличивается на единицу. Когда значение переменной count превысит 100, проверяемое условие даст в результате ЛОЖЬ, и выполнение цикла прекратится.

В профессионально написанном С++-коде редко можно встретить инструкцию count=count+1, поскольку для инструкций такого рода в C++ предусмотрена специальная сокращенная форма: count++. Оператор "++" называется оператором инкремента. Он увеличивает операнд на единицу. Оператор "++" дополняется оператором "--" (оператором декремента), который уменьшает операнд на единицу. С помощью оператора инкремента используемую в предыдущей программе инструкцию for можно переписать следующим образом.


for(count=1; count<=100; count++) cout << count << " ";


Блоки кода

Поскольку C++ — структурированный (а также объектно-ориентированный) язык, он поддерживает создание блоков кода. Блок — это логически связанная группа программных инструкций, которые обрабатываются как единое целое. В C++ программный блок создается путем размещения последовательности инструкций между фигурными (открывающей и закрывающей) скобками. В следующем примере


if(х<10) {


 cout << "Слишком мало, попытайтесь еще раз.";


  cin >> х;


}

обе инструкции, расположенные после if-инструкции (между фигурными скобками) выполнятся только в том случае, если значение переменной х меньше 10. Эти две инструкции (вместе с фигурными скобками) представляют блок кода. Они составляют логически неделимую группу: ни одна из этих инструкций не может выполниться без другой. С использованием блоков кода многие алгоритмы реализуются более четко и эффективно. Они также позволяют лучше понять истинную природу алгоритмов.

Блокэто набор логически связанных инструкций.

В следующей программе используется блок кода. Введите эту программу и выполните ее, и тогда вы поймете, как работает блок кода.


// Программа демонстрирует использование блока кода.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int a, b;


 cout << "Введите первое число: "; cin >> a;


 cout << "Введите второе число: "; cin >> b;


 if(a < b) {


  cout << "Первое число меньше второго.\n";


  cout << "Их разность равна: " << b-a;


 }




 return 0;


}

Эта программа предлагает пользователю ввести два числа с клавиатуры. Если первое число меньше второго, будут выполнены обе cout-инструкцин. В противном случае обе они будут опущены. Ни при каких условиях не выполнится только одна из них.

Точки с запятой и расположение инструкции

В C++ точка с запятой означает конец инструкции. Другими словами, каждая отдельная инструкция должна завершаться точкой с запятой.

Как вы знаете, блок — это набор логически связанных инструкций, которые заключены между открывающей и закрывающей фигурными скобками. Блок нe завершается точкой с запятой. Поскольку блок состоит из инструкций, каждая из которых завершается точкой с запятой, то в дополнительной точке с запятой нет никакого смысла. Признаком же конца блока служит закрывающая фигурная скобка (зачем еще один признак?).

Язык C++ не воспринимает конец строки в качестве признака конца инструкции. По-этому для компилятора не имеет значения, в каком месте строки располагается инструкция. Например, с точки зрения С++-компилятора, следующий фрагмент кода


х = у;


у = у+1;


mul(x, у);

аналогичен такой строке:


x = у; у = у+1; mul(x, у);

Практика отступов

Рассматривая предыдущие примеры, вы, вероятно, заметили, что некоторые инструкции сдвинуты относительно левого края. C++ — язык свободной формы, т.е. его синтаксис не связан позиционными или форматными ограничениями. Это означает, что для С++-компилятора не важно, как будут расположены инструкции по отношению друг к другу. Но у программистов с годами выработался стиль применения отступов, который значительно повышает читабельность программ. В этой книге мы придерживаемся этого стиля и вам советуем поступать так же. Согласно этому стилю после каждой открывающей скобки делается очередной отступ вправо, а после каждой закрывающей скобки на-чало отступа возвращается к прежнему уровню. Существуют также некоторые определенные инструкции, для которых предусматриваются дополнительные отступы (о них речь впереди).

Ключевые слова C++

В стандарте C++ определено 63 ключевых слова. Они показаны в табл. 2.1. Эти ключевые слова (в сочетании с синтаксисом операторов и разделителей) образуют определение языка C++. В ранних версиях C++ определено ключевое слово overload, но теперь оно устарело.


Следует иметь в виду, что в C++ различается строчное и прописное написание букв. Ключевые слова не являются исключением, т.е. все они должны быть написаны строчными буквами. Например, слово RETURN не будет распознано в качестве ключевого слова return.

Идентификаторы в C++

В C++ идентификатор представляет собой имя, которое присваивается функции переменной или иному элементу, определенному пользователем. Идентификаторы могут состоять из одного или нескольких символов (значимыми должны быть первые символа). Имена переменных должны начинаться с буквы или символа подчеркивания Последующим символом может быть буква, цифра и символ подчеркивания. Символы подчеркивания можно использовать для улучшения читабельности имени переменной например first_name. В C++ прописные и строчные буквы воспринимаются как личные символы, т.е. myvar и MyVar — это разные имена. Вот несколько примеров допустимых идентификаторов.



В C++ нельзя использовать в качестве идентификаторов ключевые слова. Нельзя же использовать в качестве идентификаторов имена стандартных функций (например abs). Помните, что идентификатор не должен начинаться с цифры. Так, 12х— недопустимый идентификатор. Конечно, вы вольны называть переменные и другие программные элементы по своему усмотрению, но обычно идентификатор отражает н чение или смысловую характеристику элемента, которому он принадлежит.

Стандартная библиотека C++

В примерах программ, представленных в этой главе, использовалась функция abs(). По существу функция abs() не является частью языка C++, но ее "знает" каждый С++-компилятор. Эта функция, как и множество других, входит в состав стандартной библиотеки. В примерах этой книги мы подробно рассмотрим использование многих библиотечных функций C++.

Стандартная библиотека C++ содержит множество встроенных функций, которые программисты могут использовать в своих программах.

В C++ определен довольно большой набор функций, которые содержатся в стандартной библиотеке. Эти функции предназначены для выполнения часто встречающихся задач, включая операции ввода-вывода, математические вычисления и обработку строк. При использовании программистом библиотечной функции компилятор автоматически связывает объектный код этой функции с объектным кодом программы.

Поскольку стандартная библиотека C++ довольно велика, в ней можно найти много полезных функций, которыми действительно часто пользуются программисты. Библиотечные функции можно применять подобно строительным блокам, из которых возводится здание. Чтобы не "изобретать велосипед", ознакомьтесь с документацией на библиотеку используемого вами компилятора. Если вы сами напишете функцию, которая будет "переходить" с вами от программы в программу, ее также можно поместить в библиотеку.

Помимо библиотеки функций, каждый С++-компилятор также содержит библиотеку классов, которая является объектно-ориентированной библиотекой. Наконец, в C++ определена стандартная библиотека шаблонов (Standard Template Library— STL). Она предоставляет процедуры "многократного использования", которые можно настраивать в соответствии с конкретными требованиями. Но прежде чем применять библиотеку классов или STL, нам необходимо познакомиться с классами, объектами и понять, в чем состоит суть шаблона.

Глава 3: Основные типы данных

Как вы узнали из главы 2, все переменные в C++ должны быть объявлены до их использования. Это необходимо для компилятора, которому нужно иметь информацию о типе данных, содержащихся в переменных. Только в этом случае компилятор сможет надлежащим образом скомпилировать инструкции, в которых используются переменные. В C++ определено семь основных типов данных: символьный, символьный двубайтовый, целочисленный, с плавающей точкой, с плавающей точкой двойной точности, логический (или булев) и "не имеющий значения". Для объявления переменных этих типов используются ключевые слова char, wchar_t, int, float, double, bool и void соответственно. Типичные размеры значений в битах и диапазоны представления для каждого из этих семи типов приведены в табл. 3.1. Помните, что размеры и диапазоны, используемые вашим компилятором, могут отличаться от приведенных здесь. Самое большое различие существует между 16- и 32-разрядными средами: для представления целочисленного значения в 16-разрядной среде используется, как правило, 16 бит, а в 32-разрядной — 32.

Переменные типа char используются для хранения 8-разрядных ASCII-символов (например букв А, Б или В) либо любых других 8-разрядных значений. Чтобы задать символ, необходимо заключить его в одинарные кавычки. Тип wchar_t предназначен для хранения символов, входящих в состав больших символьных наборов. Вероятно, вам известно, что в некоторых естественных языках (например китайском) определено очень большое количество символов, для которых 8-разрядное представление (обеспечиваемое типом char) весьма недостаточно. Для решения проблем такого рода в язык C++ и был добавлен тип wchar_t, который вам пригодится, если вы планируете выходить со своими программами на международный рынок.

Переменные типа int позволяют хранить целочисленные значения (не содержащие дробных компонентов). Переменные этого типа часто используются для управления циклами и в условных инструкциях. К переменным типа float и double обращаются либо для обработки чисел с дробной частью, либо при необходимости выполнения операций над очень большими или очень малыми числами. Типы float и double различаются значением наибольшего (и наименьшего) числа, которые можно хранить с помощью переменных этих типов. Как показано в табл. 3.1, тип double в C++ позволяет хранить число, приблизительно в десять раз превышающее значение типа float.


Тип bool предназначен для хранения булевых (т.е. ИСТИНА/ЛОЖЬ) значений. В C++ определены две булевы константы: true и false, являющиеся единственными значениями, которые могут иметь переменные типа bool.

Как вы уже видели, тип void используется для объявления функции, которая не возвращает значения. Другие возможности использования типа void рассматриваются ниже в этой книге.

Объявление переменных

Общий формат инструкции объявления переменных выглядит так:


тип список_переменных;

Здесь элемент тип означает допустимый в C++ тип данных, а элемент список_переменных может состоять из одного или нескольких имен (идентификаторов), разделенных запятыми. Вот несколько примеров объявлений переменных.


int i, j, k;


char ch, chr;


float f, balance;


double d;

В C++ имя переменной никак не связано с ее типом.

Согласно стандарту C++ первые 1024 символа любого имени (в том числе и имени переменной) являются значимыми. Это означает, что если два имени различаются хотя бы одним символом из первых 1024, компилятор будет рассматривать их как различные имена.

Переменные могут быть объявлены внутри функций, в определении параметров функций и вне всех функций. В зависимости от места объявления они называются локальными переменными, формальными параметрами и глобальными переменными соответственно. О важности этих трех типов переменных мы поговорим ниже в этой книге, а пока кратко рассмотрим каждый тип в отдельности.

Локальные переменные

Переменные, которые объявляются внутри функции, называются локальными. Их могут использовать только инструкции, относящиеся к телу функции. Локальные переменные неизвестны внешним функциям. Рассмотрим пример.


#include <iostream>


using namespace std;




void func();


int main()


{


 int x; // Локальная переменная для функции main().


 х = 10;


 func();


 cout << "\n";


 cout << x; // Выводится число 10.




 return 0;


}


void func()


{


 int x; // Локальная переменная для функции func().


 x = -199;


 cout << x; // Выводится число -199.


}

Локальная переменная известна только функции, в которой она определена.

В этой программе целочисленная переменная с именем х объявлена дважды: сначала в функции main(), а затем в функции func(). Но переменная х из функции main() не имеет никакого отношения к переменной х из функции func(). Другими словами, изменения, которым подвергается переменная х из функции func(), никак не отражаются на переменной х из функции main(). Поэтому приведенная выше программа выведет на экран числа -199 и 10.

В C++ локальные переменные создаются при вызове функции и разрушаются при выходе из нее. То же самое можно сказать и о памяти, выделяемой для локальных переменных: при вызове функции в нее записываются соответствующие значения, а при выходе из функции память освобождается. Это означает, что локальные переменные не поддерживают своих значений между вызовами функций. (Другими словами, значение локальной переменной теряется при каждом возврате из функции.)

В некоторых литературных источниках, посвященных C++, локальная переменная называется динамической или автоматической переменной. Но в этой книге мы будем придерживаться более распространенного термина локальная переменная.

Формальные параметры

Формальный параметрэто локальная переменная, которая получает значение аргумента, переданного функции.

Как отмечалось в главе 2, если функция имеет аргументы, то они должны быть объявлены. Их объявление осуществляется с помощью формальных параметров. Как показано в следующем фрагменте, формальные параметры объявляются после имени функции, внутри круглых скобок.


int funс1 (int first, int last, char ch)


{


 .


 .


 .


}

Здесь функция funс1() имеет три параметра с именами first, last и ch. С помощью такого объявления мы сообщаем компилятору тип каждой из переменных, которые будут принимать значения, передаваемые функции. Несмотря на то что формальные параметры выполняют специальную задачу получения значений аргументов, передаваемых функции, их можно также использовать в теле функции как обычные локальные переменные. Например, мы можем присвоить им любые значения или использовать в ка-ких-нибудь (допустимых для C++) выражениях. Но, подобно любым другим локальным переменным, их значения теряются по завершении функции.

Глобальные переменные

Глобальные переменные известны всей программе.

Чтобы придать переменной "всепрограммную" известность, ее необходимо сделать глобальной. В отличие от локальных, глобальные переменные хранят свои значения на протяжении всего времени жизни (времени существования) программы. Чтобы создать глобальную переменную, ее необходимо объявить вне всех функций. Доступ к глобальной переменной можно получить из любой функции.

В следующей программе переменная count объявляется вне всех функций. Ее объявление предшествует функции main(). Но ее с таким же успехом можно разместить в другом месте, главное, чтобы она не принадлежала какой-нибудь функции. Помните: поскольку переменную необходимо объявить до ее использования, глобальные переменные лучше всего объявлять в начале программы.


#include <iostream>


using namespace std;




void funс1();


void func2();


int count; // Это глобальная переменная.


int main()


{


 int i; // Это локальная переменная.


 for(i=0; i<10; i++){


  count = i * 2;


  funс1();


 }


 return 0;


}




void func1()


{


 cout << "count: " << count; // Обращение к глобальной переменной.


 cout << '\n'; // Вывод символа новой строки.


 func2();


}




void func2()


{


 int count; // Это локальная переменная.


 for(count=0; count<3; count++) cout <<'.';


}

Несмотря на то что переменная count не объявляется ни в функции main(), ни в функции func1(), обе они могут ее использовать. Но в функции func2() объявляется локальная переменная count. Здесь при обращении к переменной count выполняется доступ к локальной, а не к глобальной переменной. Важно помнить, что, если глобальная и локальная переменные имеют одинаковые имена, все ссылки на "спорное" имя переменной внутри функции, в которой определена локальная переменная, относятся к локальной, а не к глобальной переменной.

Модификаторы типов

В C++ перед такими типами данных, как char, int и double, разрешается использовать модификаторы. Модификатор служит для изменения значения базового типа, чтобы он более точно соответствовал конкретной ситуации. Перечислим возможные модификаторы типов.


signed


unsigned


long


short

Модификаторы signed, unsigned, long и short можно применять к целочисленным базовым типам. Кроме того, модификаторы signed и unsigned можно использовать с типом char, а модификатор long— с типом double. Все допустимые комбинации базовых типов и модификаторов для 16- и 32-разрядных сред приведены в табл. 3.2 и 3.3. В этих таблицах также указаны типичные размеры значений в битах и диапазоны представления для каждого типа. Безусловно, реальные диапазоны, поддерживаемые вашим компилятором, следует уточнить в соответствующей документации.

Изучая эти таблицы, обратите внимание на количество битов, выделяемых для хранения коротких, длинных и обычных целочисленных значений. Заметьте: в большинстве 16-разрядных сред размер (в битах) обычного целочисленного значения совпадает с размером короткого целого. Также отметьте, что в большинстве 32-разрядных сред размер (в битах) обычного целочисленного значения совпадает с размером длинного целого. "Собака зарыта" в С++-определении базовых типов. Согласно стандарту C++ размер длинного целого должен быть не меньше размера обычного целочисленного значения, а размер обычного целочисленного значения должен быть не меньше размера короткого целого. Размер обычного целочисленного значения должен зависеть от среды выполнения. Это значит, что в 16-разрядных средах для хранения значений типа int используется 16 бит, а в 32-разрядных — 32. При этом наименьший допустимый размер для целочисленных значений в любой среде должен составлять 16 бит. Поскольку стандарт C++ определяет только относительные требования к размеру целочисленных типов, нет гарантии, что один тип будет больше (по количеству битов), чем другой. Тем не менее размеры, указанные в обеих таблицах, справедливы для многих компиляторов.


Несмотря на разрешение, использование модификатора signed для целочисленных типов избыточно, поскольку объявление по умолчанию предполагает значение со знаком. Строго говоря, только конкретная реализация определяет, каким будет char-объявление: со знаком или без него. Но для большинства компиляторов объявление типа char подразумевает значение со знаком. Следовательно, в таких средах использование модификатора signed для char-объявления также избыточно. В этой книге предполагается, что char-значения имеют знак.



Различие между целочисленными значениями со знаком и без него заключается в интерпретации старшего разряда. Если задано целочисленное значение со знаком, С++-компилятор сгенерирует код с учетом того, что старший разряд значения используется в качестве флага знака. Если флаг знака равен 0, число считается положительным, а если он равен 1, — отрицательным. Отрицательные числа почти всегда представляются в дополнительном коде. Для получения дополнительного кода все разряды числа берутся в обратном коде, а затем полученный результат увеличивается на единицу.

Целочисленные значения со знаком используются во многих алгоритмах, но максимальное число, которое можно представить со знаком, составляет только половину от максимального числа, которое можно представить без знака. Рассмотрим, например, максимально возможное 16-разрядное целое число (32 767):

0 1111111 11111111

Если бы старший разряд этого значения со знаком был установлен равным 1, то оно бы интерпретировалось как -1 (в дополнительном коде). Но если объявить его как unsigned int-значение, то после установки его старшего разряда в 1 мы получили бы число 65 535.

Чтобы понять различие в С++-интерпретации целочисленных значений со знаком и без него, выполним следующую короткую программу.


#include <iostream>


using namespace std;




/* Эта программа демонстрирует различие между signed- и unsigned-значениями целочисленного типа.


*/


int main()


{


 short int i; // короткое int-значение со знаком


 short unsigned int j; // короткое int-значение без знака


 j = 60000;


 i = j;


 cout << i << " " << j;




 return 0;


}

При выполнении программа выведет два числа:


-5536 60000

Дело в том, что битовая комбинация, которая представляет число 60000 как короткое целочисленное значение без знака, интерпретируется в качестве короткого int-значения со знаком как число -5536.

В C++ предусмотрен сокращенный способ объявления unsigned-, short- и long-значений целочисленного типа. Это значит, что при объявлении int-значений достаточно использовать слова unsigned, short и long, не указывая тип int, т.е. тип int подразумевается. Например, следующие две инструкции объявляют целочисленные переменные без знака.


unsigned х;


unsigned int у;

Переменные типа char можно использовать не только для хранения ASCII-символов, но и для хранения числовых значений. Переменные типа char могут содержать "небольшие" целые числа в диапазоне -128--127 и поэтому их можно использовать вместо int-переменных, если вас устраивает такой диапазон представления чисел. Например, в следующей программе char-переменная используется для управления циклом, который выводит на экран алфавит английского языка.


// Эта программа выводит алфавит в обратном порядке.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char letter;


 for(letter='Z'; letter >= 'A'; letter--) cout << letter;




 return 0;


}

Если цикл for вам покажется несколько странным, то учтите, что символ 'А' представляется в компьютере как число, а значения от 'Z' до 'А' являются последовательными и расположены в убывающем порядке.

Литералы

Литералы, называемые также константами, — это фиксированные значения, которые не могут быть изменены программой. Мы уже использовали литералы во всех предыдущих примерах программ. А теперь настало время изучить их более подробно.

Константы могут иметь любой базовый тип данных. Способ представления каждой константы зависит от ее типа. Символьные константы заключаются в одинарные кавычки. Например, 'а' и '%' являются символьными литералами. Если необходимо присвоить символ переменной типа char, используйте инструкцию, подобную следующей:


ch = 'Z';

Чтобы использовать двубайтовый символьный литерал (т.е. константу типа wchar_t), предварите нужный символ буквой L. Например, так.


wchar_t wc;


wc = L'A';

Здесь переменной wc присваивается двубайтовая символьная константа, эквивалентная букве А.

Целочисленные константы задаются как числа без дробной части. Например, 10 и -100 — целочисленные литералы. Вещественные литералы должны содержать десятичную точку, за которой следует дробная часть числа, например 11.123. Для вещественных констант можно также использовать экспоненциальное представление чисел.

Существует два основных вещественных типа: float и double. Кроме того, существует несколько модификаций базовых типов, которые образуются с помощью модификаторов типов. Интересно, а как же компилятор определяет тип литерала? Например, число 123.23 имеет тип float или double? Ответ на этот вопрос состоит из двух частей. Во-первых, С++-компилятор автоматически делает определенные предположения насчет литералов. Во-вторых, при желании программист может явно указать тип литерала.

По умолчанию компилятор связывает целочисленный литерал с совместимым и одновременно наименьшим по занимаемой памяти тип данных, начиная с типа int. Следовательно, для 16-разрядных сред число 10 будет связано с типом int, а 103 000— с типом long int.

Единственным исключением из правила "наименьшего типа" являются вещественные (с плавающей точкой) константы, которым по умолчанию присваивается тип double. Во многих случаях такие стандарты работы компилятора вполне приемлемы. Однако у программиста есть возможность точно определить нужный тип.

Чтобы задать точный тип числовой константы, используйте соответствующий суффикс. Для вещественных типов действуют следующие суффиксы: если вещественное число завершить буквой F, оно будет обрабатываться с использованием типа float, а если буквой L, подразумевается тип long double. Для целочисленных типов суффикс U означает использование модификатора типа unsigned, а суффикс Llong. (Для задания модификатора unsigned long необходимо указать оба суффикса U и L.) Ниже приведены некоторые примеры.


Шестнадцатеричные и восьмеричные литералы

Иногда удобно вместо десятичной системы счисления использовать восьмеричную или шестнадцатеричную. В восьмеричной системе основанием служит число 8, а для выражения всех чисел используются цифры от 0 до 7. В восьмеричной системе число 10 имеет то же значение, что число 8 в десятичной. Система счисления по основанию 16 называется шестнадцатеричной и использует цифры от 0 до 9 плюс буквы от А до F, означающие шестнадцатеричные "цифры" 10, 11, 12, 13, 14 и 15. Например, шестнадцатеричное число 10 равно числу 16 в десятичной системе. Поскольку эти две системы счисления (шестнадцатеричная и восьмеричная) используются в программах довольно часто, в языке C++ разрешено при желании задавать целочисленные литералы не в десятичной, а в шестнадцатеричной или восьмеричной системе. Шестнадцатеричный литерал должен начинаться с префикса 0x (нуль и буква х) или , а восьмеричный — с нуля. Приведем два примера.


int hex = OxFF; // 255 в десятичной системе


int oct = 011; // 9 в десятичной системе

Строковые литералы

Язык C++ поддерживает еще один встроенный тип литерала, именуемый строковым. Строка— это набор символов, заключенных в двойные кавычки, например "это тест". Вы уже видели примеры строк в некоторых cout-инструкциях, с помощью которых мы выводили текст на экран. При этом обратите внимание вот на что. Хотя C++ позволяет определять строковые литералы, он не имеет встроенного строкового типа данных. Строки в C++, как будет показано ниже в этой книге, поддерживаются в виде символьных массивов. (Кроме того, стандарт C++ поддерживает строковый тип с помощью библиотечного класса string, который также описан ниже в этой книге.)

Осторожно! Не следует путать строки с символами. Символьный литерал заключается в одинарные кавычки, например 'а'. Однако "а" — это уже строка, содержащая только одну букву.

Управляющие символьные последовательности

С выводом большинства печатаемых символов прекрасно справляются символьные константы, заключенные в одинарные кавычки, но есть такие "экземпляры" (например, символ возврата каретки), которые невозможно ввести в исходный текст программы с клавиатуры. Некоторые символы (например, одинарные и двойные кавычки) в C++ имеют специальное назначение, поэтому иногда их нельзя ввести напрямую. По этой причине в языке C++ разрешено использовать ряд специальных символьных последовательностей (включающих символ "обратная косая черта"), которые также называются управляющими последовательностями. Их список приведен в табл. 3.4.

Использование управляющих последовательностей демонстрируется на примере следующей программы. При ее выполнении будут выведены символы перехода на новую строку, обратной косой черты и возврата на одну позицию.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 cout<<"\n\\\b";


 return 0;


}


Инициализация переменных

При объявлении переменной ей можно присвоить некоторое значение, т.е. инициализировать ее, записав после ее имени знак равенства и начальное значение. Общий формат инициализации имеет следующий вид:


тип имя_переменной = значение;

Вот несколько примеров.


char ch = 'а';


int first = 0;


float balance = 123.23F;

Несмотря на то что переменные часто инициализируются константами, C++ позволяет инициализировать переменные динамически, т.е. с помощью любого выражения, действительного на момент инициализации. Как будет показано ниже, инициализация играет важную роль при работе с объектами.

Глобальные переменные инициализируются только в начале программы. Локальные переменные инициализируются при каждом входе в функцию, в которой они объявлены. Все глобальные переменные инициализируются нулевыми значениями, если не указаны никакие иные инициализаторы. Неинициализированные локальные переменные будут иметь неизвестные значения до первой инструкции присваивания, в которой они используются.

Рассмотрим простой пример инициализации переменных. В следующей программе используется функция total(), которая предназначена для вычисления суммы всех последовательных чисел, начиная с единицы и заканчивая числом, переданным ей в качестве аргумента. Например, сумма ряда чисел, ограниченного числом 3, равна 1 + 2 + 3 = 6. В процессе вычисления итоговой суммы функция total() отображает промежуточные результаты. Обратите внимание на использование переменной sum в функции total().


// Пример использования инициализации переменных.


#include <iostream>


using namespace std;




void total(int x);


int main()


{


 cout << "Вычисление суммы чисел от 1 до 5.\n";


 total(5);


 cout << "\n Вычисление суммы чисел от 1 до 6.\n";


 total(6);




 return 0;


}




void total(int x)


{


 int sum=0; // Инициализируем переменную sum.


 int i, count;


 for(i=1; i<=x; i++) {


  sum = sum + i;


  for(count=0; count<10; count++) cout << '.';


  cout << "Промежуточная сумма равна " << sum << '\n';


 }


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Вычисление суммы чисел от 1 до 5.


..........Промежуточная сумма равна 1


..........Промежуточная сумма равна 3


..........Промежуточная сумма равна 6


..........Промежуточная сумма равна 10


..........Промежуточная сумма равна 15


Вычисление суммы чисел от 1 до 6.


..........Промежуточная сумма равна 1


..........Промежуточная сумма равна 3


..........Промежуточная сумма равна 6


..........Промежуточная сумма равна 10


..........Промежуточная сумма равна 15


..........Промежуточная сумма равна 21

Как видно по результатам, при каждом вызове функции total() переменная sum инициализируется нулем.

Операторы

В C++ определен широкий набор встроенных операторов, которые дают в руки программисту мощные рычаги управления при создании и вычислении разнообразнейших выражений. Оператор (operator) — это символ, который указывает компилятору на выполнение конкретных математических действий или логических манипуляций. В C++ имеется четыре общих класса операторов: арифметические, поразрядные, логические и операторы отношений. Помимо них определены другие операторы специального назначения. В этой главе рассматриваются арифметические, логические и операторы отношений.

Арифметические операторы

В табл. 3.5 перечислены арифметические операторы, разрешенные для применения в C++. Действие операторов +, -, * и / совпадает с действием аналогичных операторов в любом другом языке программирования (да и в алгебре, если уж на то пошло). Их можно применять к данным любого встроенного числового типа. После применения оператора деления (/) к целому числу остаток будет отброшен. Например, результат целочисленного деления 10/3 будет равен 3.


Остаток от деления можно получить с помощью оператора деления по модулю (%). Этот оператор работает практически так же, как в других языках программирования: возвращает остаток от деления нацело. Например, 10%3 равно 1. Это означает, что в C++ оператор "%" нельзя применять к типам с плавающей точкой (float или double). Деление по модулю применимо только к целочисленным типам. Использование этого оператора демонстрируется в следующей программе.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x, y;


 x = 10;


 y = 3;


 cout << х/у; // Будет отображено число 3.


 cout << "\n";


 cout << х%у; /* Будет отображено число 1, т.е. остаток от деления нацело. */


 cout << "\n";


 х = 1;


 y = 2;


 cout << х/у << " " << х%у; // Будут выведены числа 0 и 1.


 return 0;


}

В последней строке результатов выполнения этой программы действительно будут выведены числа 0 и 1, поскольку при целочисленном делении 1/2 получим 0 с остатком 1, т.е. выражение 1%2 дает значение 1.

Унарный минус, по сути, представляет собой умножение значения своего единственного операнда на -1. Другими словами, любое числовое значение, которому предшествует знак меняет свой знак на противоположный.

Инкремент и декремент

В C++ есть два оператора, которых нет в некоторых других языках программирования. Это операторы инкремента (++) и декремента (--). Они упоминались в главе 2, когда речь шла о цикле for. Оператор инкремента выполняет сложение операнда с числом 1, а оператор декремента вычитает 1 из своего операнда. Это значит, что инструкция


х = х + 1;

аналогична такой инструкции:


++х;

А инструкция


х = х - 1;

аналогична такой инструкции:


--x;

Операторы инкремента и декремента могут стоять как перед своим операндом (префиксная форма), так и после него (постфиксная форма). Например, инструкцию


х = х + 1;

можно переписать в виде префиксной формы


++х; // Префиксная форма оператора инкремента.

или в виде постфиксной формы:


х++; // Постфиксная форма оператора инкремента.

В предыдущем примере не имело значения, в какой форме был применен оператор инкремента: префиксной или постфиксной. Но если оператор инкремента или декремента используется как часть большего выражения, то форма его применения очень важна. Если такой оператор применен в префиксной форме, то C++ сначала выполнит эту операцию, чтобы операнд получил новое значение, которое затем будет использовано остальной частью выражения. Если же оператор применен в постфиксной форме, то C++ использует в выражении его старое значение, а затем выполнит операцию, в результате которой операнд обретет новое значение. Рассмотрим следующий фрагмент кода:


х = 10;


у = ++x;

В этом случае переменная у будет установлена равной 11. Но если в этом коде префиксную форму записи заменить постфиксной, переменная у будет установлена равной 10:


х = 10;


у = x++;

В обоих случаях переменная х получит значение 11. Разница состоит лишь в том, в какой момент она станет равной 11 (до присвоения ее значения переменной у или после). Для программиста очень важно иметь возможность управлять временем выполнения операции инкремента или декремента.

Большинство С++-компиляторов для операций инкремента и декремента создают более эффективный код по сравнению с кодом, сгенерированным при использовании обычного оператора сложения и вычитания единицы. Поэтому профессионалы предпочитают использовать (где это возможно) операторы инкремента и декремента.

Арифметические операторы подчиняются следующему порядку выполнения действий.


Операторы одного уровня старшинства вычисляются компилятором слева направо. Безусловно, для изменения порядка вычислений можно использовать круглые скобки, которые обрабатываются в C++ так же, как практически во всех других языках программирования. Операции или набор операций, заключенных в круглые скобки, приобретают более высокий приоритет по сравнению с другими операциями выражения.

История происхождения имени C++

Теперь, когда вам стало понятно значение оператора "++", можно сделать предположения насчет происхождения имени C++. Как вы знаете, C++ построен на фундаменте языка С, к которому добавлено множество усовершенствований, большинство из которых предназначены для поддержки объектно-ориентированного программирования. Таким образом, C++ представляет собой инкрементное усовершенствование языка С, а результат добавления символов "++" (оператора инкремента) к имени С оказался вполне подходящим именем для нового языка.

Бьерн Страуструп сначала назвал свой язык "С с классами" (С with Classes), но, по предложению Рика Маскитти (Rick Mascitti), он позже изменил это название на C++. И хотя успех нового языка еще только предполагался, принятие нового названия (C++) практически гарантировало ему видное место в истории, поскольку это имя было узнаваемым для каждого С-программиста.

Операторы отношений и логические операторы

Операторы отношений и логические (булевы) операторы, которые часто идут "рука об руку", используются для получения результатов в виде значений ИСТИНА/ЛОЖЬ. Операторы отношений оценивают по "двубалльной системе" отношения между двумя значениями, а логические определяют различные способы сочетания истинных и ложных значений. Поскольку операторы отношений генерируют ИСТИНА/ЛОЖЬ-результаты, то они часто выполняются с логическими операторами. Поэтому мы и рассматриваем их в одном разделе.

Операторы отношений и логические (булевы) операторы перечислены в табл. 3.6. Обратите внимание на то, что в языке C++ в качестве оператора отношения "не равно" используется символ "!=", а для оператора "равно" — двойной символ равенства (==). Согласно стандарту C++ результат выполнения операторов отношений и логических операторов имеет тип bool, т.е. при выполнении операций отношений и логических операций получаются значения true или false. При использовании более старых компиляторов результаты выполнения этих операций имели тип int (нуль или ненулевое целое, например 1). Это различие в интерпретации значений имеет в основном теоретическую основу, поскольку C++ автоматически преобразует значение true в 1, а значение false — в 0, и наоборот.

Операнды, участвующие в операциях "выяснения" отношений, могут иметь практически любой тип, главное, чтобы их можно было сравнивать. Что касается логических операторов, то их операнды должны иметь тип bool, и результат логической операции всегда будет иметь тип bool. Поскольку в C++ любое ненулевое число оценивается как истинное (true), а нуль эквивалентен ложному значению (false), то логические операторы можно использовать в любом выражении, которое дает нулевой или ненулевой результат.


Помните, что в C++ любое ненулевое число оценивается как true, а нуль— как false.

Логические операторы используются для поддержки базовых логических операций И, ИЛИ и НЕ в соответствии со следующей таблицей истинности. Здесь 1 используется как значение ИСТИНА, а 0 — как значение ЛОЖЬ.


Несмотря на то что C++ не содержит встроенный логический оператор "исключающее ИЛИ" (XOR), его нетрудно "создать" на основе встроенных. Посмотрите, как следующая функция использует операторы И, ИЛИ и НЕ для выполнения операции "исключающее ИЛИ".


bool хоr(bool a, bool b)


{


 return (а || b) && !(а && b);


}

Эта функция используется в следующей программе. Она отображает результаты применения операторов И, ИЛИ и "исключающее ИЛИ" к вводимым вами же значениям. (Помните, что здесь единица будет обработана как значение true, а нуль — как false.)


// Эта программа демонстрирует использование функции хоr().


#include <iostream>


using namespace std;




bool хоr(bool a, bool b);


int main()


{


 bool p, q;


 cout << "Введите P (0 или 1): ";


  cin >> p;


 cout << "Введите Q (0 или 1): ";


  cin >> q;


 cout << "P И Q: " << (p && q) << ' \n';


 cout << "P ИЛИ Q: " << (p || q) << ' \n';


 cout << "P XOR Q: " << xor(p, q) << '\n';


 return 0;


}




bool хоr(bool a, bool b)


{


 return (a || b) && !(a && b);


}

Вот как выглядит возможный результат выполнения этой программы.

Введите Р (0 или 1): 1

Введите Q (0 или 1): 1

Р И Q: 1

Р ИЛИ Q: 1

Р XOR Q: 0

В этой программе обратите внимание вот на что. Хотя параметры функции xor() указаны с типом bool, пользователем вводятся целочисленные значения (0 или 1). В этом ничего нет странного, поскольку C++ автоматически преобразует число 1 в true, а 0 в false. И наоборот, при выводе на экран bool-значения, возвращаемого функцией xor(), оно автоматически преобразуется в число 0 или 1 (в зависимости от того, какое значение "вернулось": false или true). Интересно отметить, что, если типы параметров функции хоr() и тип возвращаемого ею значения заменить типом int, эта функция будет работать абсолютно так же. Причина проста: все дело в автоматических преобразованиях, выполняемых С++-компилятором между целочисленными и булевыми значениями.

Как операторы отношений, так и логические операторы имеют более низкий приоритет по сравнению с арифметическими операторами. Это означает, что такое выражение, как 10 > 1+12 будет вычислено так, как если бы оно было записано в таком виде: 10 >(1 + 12)

Результат этого выражения, конечно же, равен значению ЛОЖЬ. Кроме того, взгляните еще раз на инструкции вывода результатов работы предыдущей программы на экран.


cout << "Р И Q: " << (р && q) << '\n';


cout << "Р ИЛИ Q: " << (р | | q) << '\n';

Без круглых скобок, в которые заключены выражения р && q и р || q, здесь обойтись нельзя, поскольку операторы && и || имеют более низкий приоритет, чем оператор вывода данных.

С помощью логических операторов можно объединить в одном выражении любое количество операций отношений. Например, в этом выражении объединено сразу три операции отношений.


var>15 || !(10<count) && 3<=item

Приоритет операторов отношений и логических операторов показан в следующей таблице.


Выражения

Операторы, литералы и переменные — это все составляющие выражений. Вероятно, вы уже знакомы с выражениями по предыдущему опыту программирования или из школьного курса алгебры. В следующих разделах мы рассмотрим аспекты выражений, которые касаются их использования в языке C++.

Преобразование типов в выражениях

Если в выражении смешаны различные типы литералов и переменных, компилятор преобразует их к одному типу. Во-первых, все char- и short int-значения автоматически преобразуются (с расширением "типоразмера") к типу int. Этот процесс называется целочисленным расширением (integral promotion). Во-вторых, все операнды преобразуются (также с расширением "типоразмера") к типу самого большого операнда. Этот процесс называется расширением типа (type promotion), причем он выполняется по операционно. Например, если один операнд имеет тип int, а другой — long int, то тип int расширяется в тип long int. Или, если хотя бы один из операндов имеет тип double, любой другой операнд приводится к типу double. Это означает, что такие преобразования, как из типа char в тип double, вполне допустимы. После преобразования оба операнда будут иметь один и тот же тип, а результат операции — тип, совпадающий с типом операндов.

Рассмотрим, например, преобразование типов, схематически представленное на рис. 3.1. Сначала символ ch подвергается процессу "расширения" типа и преобразуется в значение типа int. Затем результат операции ch/i приводится к типу double, поскольку результат произведения f*d имеет тип double. Результат всего выражения получит тип double, поскольку к моменту его вычисления оба операнда будут иметь тип double.


Преобразования, связанные с типом bool

Как упоминалось выше, значения типа bool автоматически преобразуются в целые числа 0 или 1 при использовании в выражении целочисленного типа. При преобразовании целочисленного результата в тип bool нуль преобразуется в false, а ненулевое значение — в true. И хотя тип bool относительно недавно был добавлен в язык C++, выполнение автоматических преобразований, связанных с типом bool, означает, что его введение в C++ не имеет негативных последствий для кода, написанного для более ранних версий C++. Более того, автоматические преобразования позволяют C++ поддерживать исходное определение значений ЛОЖЬ и ИСТИНА в виде нуля и ненулевого значения. Таким образом, тип bool очень удобен для программиста.

Приведение типов

В C++ предусмотрена возможность установить для выражения заданный тип. Для этого используется операция приведения типов (cast). C++ определяет пять видов таких операций. В этом разделе мы рассмотрим только один из них, а остальные четыре описаны ниже в этой книге (после темы создания объектов). Итак, общий формат операции приведения типов таков:


(тип) выражение

Здесь элемент тип означает тип, к которому необходимо привести выражение. Например, если вы хотите, чтобы выражение х/2 имело тип float, необходимо написать следующее:


(float) х / 2

Приведение типов рассматривается как унарный оператор, и поэтому он имеет такой же приоритет, как и другие унарные операторы.

Иногда операция приведения типов оказывается очень полезной. Например, в следующей программе для управления циклом используется некоторая целочисленная переменная, входящая в состав выражения, результат вычисления которого необходимо получить с дробной частью.


#include <iostream>


using namespace std;




int main() /* Выводим i и значение i/2 с дробной частью.*/


{


 int i;


 for(i=1; i<=100; ++i )


  cout << i << "/ 2 равно: " << (float) i / 2 << '\n';




 return 0;


}

Без оператора приведения типа (float) выполнилось бы только целочисленное деление. Приведение типов в данном случае гарантирует, что на экране будет отображена и дробная часть результата.

Использование пробелов и круглых скобок

Любое выражение в C++ для повышения читабельности может включать пробелы (или символы табуляции). Например, следующие два выражения совершенно одинаковы, но второе прочитать гораздо легче.


х=10/у*(127/х);


х = 10 / у * (127/х);

Круглые скобки (так же, как в алгебре) повышают приоритет операций, содержащихся внутри них. Использование избыточных или дополнительных круглых скобок не приведет к ошибке или замедлению вычисления выражения. Другими словами, от них не будет никакого вреда, но зато сколько пользы! Ведь они помогут прояснить (для вас самих в первую очередь, не говоря уже о тех, кому придется разбираться в этом без вас) точный порядок вычислений. Скажите, например, какое из следующих двух выражений легче понять?


х = у/3-34*temp+127;


X = (у/3) - (34*temp) + 127;

Глава 4: Инструкции управления

В этой главе вы узнаете, как управлять ходом выполнения С++-программы. Существует три категории управляющих инструкций: инструкции выбора (if, switch), итерационные инструкции (состоящие из for-, while- и do-while-циклов) и инструкции перехода (break, continue, return и goto).

За исключением return, все остальные перечисленные выше инструкции описаны в этой главе.

Инструкция if

Инструкция if позволяет сделать выбор между двумя выполняемыми ветвями программы.

Инструкция if была представлена в главе 2, но здесь мы рассмотрим ее более детально. Полный формат ее записи таков.


if(выражение) инструкция;


else инструкция;

Здесь под элементом инструкция понимается одна инструкция языка C++. Часть else необязательна. Вместо элемента инструкция может быть использован блок инструкций. В этом случае формат записи if-инструкции принимает такой вид.


if(выражение)


{


 последовательность инструкций


}


else


{


 последовательность инструкций


}

Если элемент выражение, который представляет собой условное выражение, при вычислении даст значение ИСТИНА, будет выполнена if-инструкция; в противном случае else-инструкция (если таковая существует). Обе инструкции никогда не выполняются. Условное выражение, управляющее выполнением if-инструкции, может иметь любой тип, действительный для С++-выражений, но главное; чтобы результат его вычисления можно было интерпретировать как значение ИСТИНА или ЛОЖЬ.

Использование if-инструкции рассмотрим на примере программы, которая представляет собой версию игры "Угадай магическое число". Программа генерирует случайное число и предлагает вам его угадать. Если вы угадываете число, программа выводит на экран сообщение одобрения ** Правильно **. В этой программе представлена еще одна библиотечная функция rand(), которая возвращает случайным образом выбранное целое число. Для использования этой функции необходимо включить в программу заголовок <cstdlib>.


// Программа "Угадай магическое число".


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int magic; // магическое число


 int guess; // вариант пользователя


 magic = rand(); // Получаем случайное число.


 cout << "Введите свой вариант магического числа: ";


  cin >> guess;


 if(guess == magic) cout << "** Правильно **";




 return 0;


}

В этой программе для проверки того, совпадает ли с "магическим числом" вариант, предложенный пользователем, используется оператор отношения "==". При совпадении чисел на экран выводится сообщение ** Правильно **.

Попробуем усовершенствовать нашу программу и в ее новую версию включим else-ветвь для вывода сообщения о том, что предположение пользователя оказалось неверным.


// Программа "Угадай магическое число":


// 1-е усовершенствование.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int magic; // магическое число


 int guess; // вариант пользователя


 magic = rand(); // Получаем случайное число.


 cout << "Введите свой вариант магического числа: ";


  cin >> guess;


 if(guess == magic) cout << "** Правильно **";


 else cout << "...Очень жаль, но вы ошиблись.";




 return 0;


}

Условное выражение

Иногда новичков в C++ сбивает с толку тот факт, что для управления if-инструкцией можно использовать любое действительное С++-выражение. Другими словами, тип выражения необязательно ограничивать операторами отношений и логическими операторами или операндами типа bool. Главное, чтобы результат вычисления условного выражения можно было интерпретировать как значение ИСТИНА или ЛОЖЬ. Как вы помните из предыдущей главы, нуль автоматически преобразуется в false, а все ненулевые значения— в true. Это означает, что любое выражение, которое дает в результате нулевое или ненулевое значение, можно использовать для управления if-инструкцией. Например, следующая программа считывает с клавиатуры два целых числа и отображает частное от деления первого на второе. Чтобы не допустить деления на нуль, в программе используется if-инструкция.


// Деление первого числа на второе.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int a, b;


 cout << "Введите два числа: ";


 cin >> a >> b;


 if(b) cout << a/b << '\n';


 else cout << "На нуль делить нельзя.\n";




 return 0;


}

Обратите внимание на то, что значение переменной b (делимое) сравнивается с нулем с помощью инструкции if(b), а не инструкции if(b!=0). Дело в том, что, если значение b равно нулю, условное выражение, управляющее инструкцией if, оценивается как ЛОЖЬ, что приводит к выполнению else-ветви. В противном случае (если b содержит ненулевое значение) условие оценивается как ИСТИНА, и деление благополучно выполняется. Нет никакой необходимости использовать следующую if-инструкцию, которая к тому же не свидетельствует о хорошем стиле программирования на C++.


if(b != 0) cout << а/b << '\n';

Эта форма if-инструкции считается устаревшей и потенциально неэффективной.

Вложенные if-инструкции

Вложенные if-инструкции образуются в том случае, если в качестве элемента инструкция (см. полный формат записи) используется другая if-инструкция. Вложенные if-инструкции очень популярны в программировании. Главное здесь — помнить, что else-инструкция всегда относится к ближайшей if-инструкции, которая находится внутри того же программного блока, но еще не связана ни с какой другой else-инструкцией. Вот пример.


if(i) {


 if(j) statement1;


 if(k) statement2; // Эта if-инструкция


 else statement3; // связана с этой else-инструкцией.


}


else statement4; // Эта else-инструкция связана с if(i).

Как утверждается в комментариях, последняя else-инструкция не связана с инструкцией if(j), поскольку они не находятся в одном блоке (несмотря на то, что эта if-инструкция — ближайшая, которая не имеет при себе "else-пары"). Внутренняя else-инструкция связана с инструкцией if(k), поскольку она — ближайшая и находится внутри того же блока.

Вложенная if-инструкцияэто инструкция, которая используется в качестве элемента инструкция любой другой if- или elsе-инструкции.

Язык C++ позволяет 256 уровней вложения, но на практике редко приходится вкладывать if-инструкции на "такую глубину". продемонстрируем использование вложенных инструкций с помощью очередного усовершенствования программы "Угадай магическое число" (здесь игрок получает реакцию программы на неправильный ответ).


// Программа "Угадай магическое число":


// 2-е усовершенствование.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int magic; // магическое число


 int guess; // вариант пользователя


 magic = rand(); // Получаем случайное число.


 cout << "Введите свой вариант магического числа: ";


  cin >> guess;


 if(guess == magic) {


  cout << " ** Правильно **\n";


  cout << magic << " и есть то самое магическое число.\n";


 }


 else {


  cout << "...Очень жаль, но вы ошиблись.";


  if(guess > magic) cout <<"Ваш вариант превышает магическое число.\n";


  else cout << " Ваш вариант меньше магического числа.\n";


 }


 return 0;


}

Конструкция if-else-if

Очень распространенной в программировании конструкцией, в основе которой лежит вложенная if-инструкция, является "лестница" if-else-if. Ее можно представить в следующем виде.


if(условие)


 инструкция;


else if(условие)


 инструкция;


else if(условие)


 инструкция;


.


.


.


else


 инструкция;

Здесь под элементом условие понимается условное выражение. Условные выражения вычисляются сверху вниз. Как только в какой-нибудь ветви обнаружится истинный результат, будет выполнена инструкция, связанная с этой ветвью, а вся остальная "лестница" опускается. Если окажется, что ни одно из условий не является истинным, будет выполнена последняя else-инструкция (можно считать, что она выполняет роль условия, которое действует по умолчанию). Если последняя else-инструкция не задана, а все остальные оказались ложными, то вообще никакое действие не будет выполнено.

"Лестница" if-else-ifэто последовательность вложенных if-else-инструкций.

Работа if-else-if - "лестницы" демонстрируется в следующей программе.


// Демонстрация использования "лестницы" if-else-if.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x;


 for(x=0; x<6; x++) {


  if(x==1) cout << "x равен единице.\n";


  else if(x==2) cout << "x равен двум.\n";


  else if(x==3) cout<< "x равен трем.\n";


  else if(x==4) cout << "x равен четырем.\n";


  else cout << "x не попадает в диапазон от 1 до 4.\n";


 }


 return 0;


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


х не попадает в диапазон от 1 до 4.


х равен единице,


х равен двум,


х равен трем,


х равен четырем.


х не попадает в диапазон от 1 до 4.

Как видите, последняя else-инструкция выполняется только в том случае, если все предыдущие if-условия дали ложный результат.

Цикл for

Цикл forсамый универсальный цикл C++.

В главе 2 мы уже использовали простую форму цикла for. В этой главе мы рассмотрим этот цикл более детально, и вы узнаете, насколько мощным и гибким средством программирования он является. Начнем с традиционных форм его использования.

Итак, общий формат записи цикла for для многократного выполнения одной инструкции имеет следующий вид.


for(инициализация; выражение; инкремент) инструкция;

Если цикл for предназначен для многократного выполнения не одной инструкции, а программного блока, то его общий формат выглядит так.


fоr (инициализация; выражение; инкремент)


{


 последовательность инструкций


}

Элемент инициализация обычно представляет собой инструкцию присваивания, которая устанавливает управляющую переменную цикла равной начальному значению. Эта переменная действует в качестве счетчика, который управляет работой цикла. Элемент выражение представляет собой условное выражение, в котором тестируется значение управляющей переменной цикла. Результат этого тестирования определяет, выполнится цикл for еще раз или нет. Элемент инкремент— это выражение, которое определяет, как изменяется значение управляющей переменной цикла после каждой итерации. Обратите внимание на то, что все эти элементы цикла for должны отделяться точкой с запятой. Цикл for будет выполняться до тех пор, пока вычисление элемента выражение дает истинный результат. Как только это условное выражение станет ложным, цикл завершится, а выполнение программы продолжится с инструкции, следующей за циклом for.

В следующей программе цикл for используется для вывода значений квадратного корня, извлеченных из чисел от 1 до 99. Обратите внимание на то, что в этом примере управляющая переменная цикла называется num.


#include <iostream>


#include <cmath>


using namespace std;




int main()


{


 int num;


 double sq_root;


 for(num=1; num<100; num++) {


  sq_root = sqrt((double) num);


  cout << num << " " << sq_root << '\n';


 }


 return 0;


}

Вот как выглядят первые строки результатов, выводимых этой программой.


1 1


2 1.41421


3 1.73205


4 2


5 2.23607


6 2.44949


7 2.64575


8 2.82843


9 3


10 3.16228


11 3.31662

В этой программе использована еще одна стандартная функция C++: sqrt(). Эта функция возвращает значение квадратного корня из своего аргумента. Аргумент должен иметь тип double, и именно поэтому при вызове функции sqrt() параметр num приводится к типу double. Сама функция также возвращает значение типа double. Обратите внимание на то, что в программу включен заголовок <cmath>, поскольку этот заголовочный файл обеспечивает поддержку функции sqrt().

Важно! Помимо функции sqrt(), C++ поддерживает широкий набор других математических функций, например sin(), cos(), tan(), log(), ceil() и floor(). Помните, что все математические функции требуют включения в программу заголовка <cmath>.

Управляющая переменная цикла for может изменяться как с положительным, так и с отрицательным приращением, причем величина этого приращения также может быть любой. Например, следующая программа выводит числа в диапазоне от 100 до -100 с декрементом, равным 5.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int i;


 for(i=100; i>=-100; i=i-5) cout << i << ' ';


 return 0;


}

Важно понимать, что условное выражение всегда тестируется в начале выполнения цикла for. Это значит, что если первая же проверка условия даст значение ЛОЖЬ, код тела цикла не выполнится ни разу. Вот пример:


for(count=10; count<5; count++)


cout << count; // Эта инструкция не выполнится.

Этот цикл никогда не выполнится, поскольку уже при входе в него значение его управляющей переменной count больше пяти. Это делает условное выражение (count < 5) ложным с самого начала. Поэтому даже одна итерация этого цикла не будет выполнена.

Вариации на тему цикла for

Цикл for — одна из наиболее гибких инструкций в С++, поскольку она позволяет получить широкий диапазон вариантов ее использования. Например, для управления циклом for можно использовать несколько переменных. Рассмотрим следующий фрагмент кода.


for(x=0, у=10; х<=10; ++х, --у)


 cout << х << ' ' << у << '\n';

Здесь запятыми отделяются две инструкции инициализации и два инкрементных выражения. Это делается для того, чтобы компилятор "понимал", что существует две инструкции инициализации и две инструкции инкремента (декремента). В C++ запятая представляет собой оператор, который, по сути, означает "сделай это и то". Другие применения оператора "запятая" мы рассмотрим ниже в этой книге, но чаще всего он используется в цикле for. При входе в данный цикл инициализируются обе переменные — х и у. После выполнения каждой итерации цикла переменная х инкрементируется, а переменная у декрементируется. Использование нескольких управляющих переменных в цикле иногда позволяет упростить алгоритмы. В разделах инициализации и инкремента цикла for можно использовать любое количество инструкций, но обычно их число не превышает двух.

Условным выражением, которое управляет циклом for, может быть любое допустимое С++-выражение. При этом оно необязательно должно включать управляющую переменную цикла. В следующем примере цикл будет выполняться до тех пор, пока пользователь не нажмет клавишу на клавиатуре. В этой программе представлена еще одна (очень важная) библиотечная функция: kbhit(). Она возвращает значение ЛОЖЬ, если ни одна клавиша не была нажата на клавиатуре, и значение ИСТИНА в противном случае. Функция не ожидает нажатия клавиши, позволяя тем самым циклу выполняться до тех пор, пока оно не произойдет. Функция kbhit() не определяется стандартом C++, но включена в расширение языка C++, которое поддерживается большинством компиляторов. Для ее использования в программу необходимо включить заголовок <conio.h>. (Этот заголовок необходимо указывать с расширением .h, поскольку он не определен стандартом C++.)


#include <iostream>


#include <conio.h>


using namespace std;




int main()


{


 int i;


 // Вывод чисел на экран до нажатия любой клавиши.


 for(i=0; !kbhit(); i++)


  cout << i << ' ';




 return 0;


}

На каждой итерации цикла вызывается функция kbhit(). Если после запуска программы нажать какую-нибудь клавишу, эта функция возвратит значение ИСТИНА, в результате чего выражение !kbhit() даст значение ЛОЖЬ, и цикл остановится. Но если не нажимать клавишу, функция возвратит значение ЛОЖЬ, а выражение !kbhit() даст значение ИСТИНА, что позволит циклу продолжать "крутиться".

Важно! Функция kbhit() не входит в состав стандартной библиотеки C++. Дело в том, что стандартная библиотека определяет только минимальный набор функций, который должны иметь все С++-компиляторы. Функция kbhit() не включена в этот минимальный набор, поскольку не все среды могут поддерживать взаимодействие с клавиатурой. Однако функцию kbhit() поддерживают практически все серийно выпускаемые C++- компиляторы. Производители компиляторов могут обеспечить поддержку большего числа функций, чем это необходимо для соблюдения минимальных требований по части стандартной библиотеки C++. Дополнительные же функции позволяют шире использовать возможности среды программирования. Если для вас не проблематичен вопрос переносимости кода в другую среду выполнения, вы можете свободно использовать все функции, поддерживаемые вашим компилятором.

Отсутствие элементов в определении цикла

В C++ разрешается опустить любой элемент заголовка цикла (инициализация, условное выражение, инкремент) или даже все сразу. Например, мы хотим написать цикл, который должен выполняться до тех пор, пока с клавиатуры не будет введено число 123. Вот как выглядит такая программа.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x;


 for(x=0; x!=123; ) {


  cout << "Введите число: ";


  cin >> x;


 }


 return 0;


}

Здесь в заголовке цикла for отсутствует выражение инкремента. Это означает, что при каждом повторении цикла выполняется только одно действие: значение переменной х сравнивается с числом 123. Но если ввести с клавиатуры число 123, условное выражение, проверяемое в цикле, станет ложным, и цикл завершится. Поскольку выражение инкремента в заголовке цикла for отсутствует, управляющая переменная цикла не модифицируется.

Приведем еще один вариант цикла for, в заголовке которого, как показано в следующем фрагменте кода, отсутствует раздел инициализации.


cout << "Введите номер позиции: ";


 cin >> х;


for( ; х<limit; х++) cout << ' ';

Здесь пустует раздел инициализации, а управляющая переменная х инициализируется значением, вводимым пользователем с клавиатуры до входа в цикл.

К размещению выражения инициализации за пределами цикла, как правило, прибегают только в том случае, когда начальное значение генерируется сложным процессом, который неудобно поместить в определение цикла. Кроме того, раздел инициализации оставляют пустым и в случае, когда управление циклом осуществляется с помощью параметра некоторой функции, а в качестве начального значения управляющей переменной цикла используется значение, которое получает параметр при вызове функции.

Бесконечный цикл

Бесконечный циклэто цикл, который никогда не заканчивается.

Оставив пустым условное выражение цикла for, можно создать бесконечный цикл (цикл, который никогда не заканчивается). Способ создания такого цикла показан на примере следующей конструкции цикла for.


for(;;)


{


 //...


}

Этот цикл будет работать без конца. Несмотря на существование некоторых задач программирования (например, командных процессоров операционных систем), которые требуют наличия бесконечного цикла, большинство "бесконечных циклов" — это просто циклы со специальными требованиями к завершению. Ближе к концу этой главы будет показано, как завершить цикл такого типа. (Подсказка: с помощью инструкции break.)

Циклы временной задержки

В программах часто используются так называемые циклы временной задержки. Их задача — просто "убить время". Для создания таких циклов достаточно оставить пустым тело цикла, т.е. опустить те инструкции, которые повторяет цикл на каждой итерации. Вот пример:


for(x=0; х<1000; х++);

Этот цикл лишь инкрементирует значение переменной х и не делает ничего более. Точка с запятой (в конце строки) необходима по причине того, что цикл for ожидает получить инструкцию, которая может быть пустой (как в данном случае).

Прежде чем двигаться дальше, не помешало бы поэкспериментировать с собственными вариациями на тему цикла for. Это вам поможет убедиться в его гибкости и могуществе.

Инструкция switch

Инструкция switchэто инструкция многонаправленного ветвления, которая позволяет выбрать одну из множества альтернатив.

Прежде чем переходить к изучению других циклических С++-конструкций, познакомимся с еще одной инструкцией выбора — switch. Инструкция switch обеспечивает многонаправленное ветвление. Она позволяет делать выбор одной из множества альтернатив. Хотя многонаправленное тестирование можно реализовать с помощью последовательности вложенных if-инструкций, во многих ситуациях инструкция switch оказывается более эффективным решением. Она работает следующим образом. Значение выражения последовательно сравнивается с константами из заданного списка. При обнаружении совпадения для одного из условий сравнения выполняется последовательность инструкций, связанная с этим условием. Общий формат записи инструкции switch таков.


switch(выражение) {


 case константа1:


  последовательность инструкций


  break;


 case константа2:


  последовательность инструкци


  break;


 case константа3:


  последовательность инструкций


  break;


 .


 .


 .


 default:


  последовательность инструкций


}

Элемент выражение инструкции switch должен при вычислении давать целочисленное или символьное значение. (Выражения, имеющие, например, тип с плавающей точкой, не разрешены.) Очень часто в качестве управляющего switch-выражения используется одна переменная.

Инструкция break завершает выполнение кода, определенного инструкцией switch.

Последовательность инструкций default-ветви выполняется в том случае, если ни одна из заданных case-констант не совпадет с результатом вычисления switch-выражения. Ветвь default необязательна. Если она отсутствует, то при несовпадении результата выражения ни с одной из case-констант никакое действие выполнено не будет. Если такое совпадение все-таки обнаружится, будут выполняться инструкции, соответствующие данной case-ветви, до тех пор, пока не встретится инструкция break или не будет достигнут конец switch-инструкции (либо в default-, либо в последней case-ветви).

Инструкции default-ветви выполняются в том случае, если ни одна из case констант не совпадет с результатом вычисления switch-выражения.

Итак, для применения switch-инструкции необходимо знать следующее.

■ Инструкция switch отличается от инструкции if тем, что switch-выражение можно тестировать только с использованием условия равенства (т.е. на совпадение switch-выражения с заданными case-константами), в то время как условное if-выражение может быть любого типа.

■ Никакие две case-константы в одной switch-инструкции не могут иметь идентичных значений.

■ Инструкция switch обычно более эффективна, чем вложенные if-инструкции.

■ Последовательность инструкций, связанная с каждой case-ветвью, не является блоком. Однако полная switch-инструкция определяет блок. Значимость этого факта станет очевидной после того, как вы больше узнаете о C++.

Согласно стандарту C++ switch-конструкция может иметь не более 16 384 case-инструкций. Но на практике (исходя из соображений эффективности) обычно ограничиваются гораздо меньшим их количеством.

Использование switch-инструкции демонстрируется в следующей программе. Она создает простую "справочную" систему, которая описывает назначение for-, if- и switch-инструкций. После отображения списка предлагаемых тем, по которым возможно предоставление справки, программа переходит в режим ожидания до тех пор, пока пользователь не сделает свой выбор. Введенное пользователем значение используется в инструкции switch для отображения информация по указанной теме. (Вы могли бы в качестве упражнения дополнить информацию по имеющимся темам, а также ввести в эту "справочную" систему новые темы.)


// Демонстрация switch-инструкции на примере простой "справочной" системы.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int choice;


 cout << "Справка по темам:\n\n";


 cout << "1. for\n";


 cout << "2. if\n";


 cout << "3. switch\n\n";




 cout << "Введите номер темы (1-3): ";


  cin >> choice;


 cout << "\n";


 switch(choice) {


  case 1:


   cout << "for - это самый универсальный цикл в С++.\n";


   break;


  case 2:


   cout << "if - это инструкция условного ветвления.\n";


   break;


  case 3:


   cout <<"switch - это инструкция многонаправленного ветвления.\n";


   break;


  default:


   cout << "Вы должны ввести число от 1 до З.\n";


  }


 return 0;


}

Вот один из вариантов выполнения этой программы.


Справка по темам:


1. for


2. if


3. switch


Введите номер темы (1-3) : 2

if - это инструкция условного ветвления.

Формально инструкция break необязательна, хотя в большинстве случаев использования switch-конструкций она присутствует. Инструкция break, стоящая в последовательности инструкций любой case-ветви, приводит к выходу из всей switch-конструкции и передает управление инструкции, расположенной сразу после нее. Но если инструкция break в case-ветви отсутствует, будут выполнены все инструкции, связанные с данной case-ветвью, а также все последующие инструкции, расположенные под ней, до тех пор, пока все-таки не встретится инструкция break, относящаяся к одной из последующих case-ветвей, или не будет достигнут конец switch-конструкции.

Рассмотрим внимательно следующую программу. Попробуйте предугадать, что будет отображено на экране при ее выполнении.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int i;


 for(i=0; i<5; i++) {


  switch(i) {


   case 0: cout << "меньше 1\n";


   case 1: cout << "меньше 2\n";


   case 2: cout << "меньше 3\n";


   case 3: cout << "меньше 4\n";


   case 4: cout << "меньше 5\n";


  }


 cout << ' \n';


 }


 return 0;


}

Вот как выглядят результаты выполнения этой программы.


меньше 1


меньше 2


меньше 3


меньше 4


меньше 5




меньше 2


меньше 3


меньше 4


меньше 5




меньше 3


меньше 4


меньше 5




меньше 4


меньше 5




меньше 5

Как видно по результатам, если инструкция break в одной case-ветви отсутствует, выполняются инструкции, относящиеся к следующей case-ветви.

Как показано в следующем примере, в switch-конструкцию можно включать "пустые" case-ветви.


switch(i) {


 case 1:


 case 2:


 case 3: do_something();


  break;


 case 4: do_something_else();


  break;


}

Если переменная i в этом фрагменте кода получает значение 1, 2 или 3, вызывается функция do_something(). Если же значение переменной i равно 4, делается обращение к функции do_something_else(). Использование "пачки" нескольких пустых case-ветвей характерно для случаев, когда они используют один и тот же код.

Вложенные инструкции switch

Инструкция switch может быть использована как часть case -последовательности внешней инструкции switch. В этом случае она называется вложенной инструкцией switch. Необходимо отметить, что case-константы внутренних и внешних инструкций switch могут иметь одинаковые значения, при этом никаких конфликтов не возникнет. Например, следующий фрагмент кода вполне допустим.


switch(ch1) {


 case 'А': cout <<"Эта константа А - часть внешней инструкции switch";


  switch(ch2) {


   case 'A': cout <<"Эта константа A - часть внутренней инструкции switch";


    break;


   case 'В': // ...


  }


  break;


 case 'В': // ...

Цикл while

Инструкция whileеще один способ организации циклов в C++.

Общая форма цикла while имеет такой вид:


while(выражение) инструкция;

Здесь под элементом инструкция понимается либо одиночная инструкция, либо блок инструкций. Работой цикла управляет элемент выражение, который представляет собой любое допустимое С++-выражение. Элемент инструкция выполняется до тех пор, пока условное выражение возвращает значение ИСТИНА. Как только это выражение становится ложным, управление передается инструкции, которая следует за этим циклом.

Использование цикла while демонстрируется на примере следующей небольшой программы. Практически все компиляторы поддерживают расширенный набор символов, который не ограничивается символами ASCII. В расширенный набор часто включаются специальные символы и некоторые буквы из алфавитов иностранных языков. ASCII-символы используют значения, не превышающие число 127, а расширенный набор символов— значения из диапазона 128-255. При выполнении этой программы выводятся все символы, значения которых лежат в диапазоне 32-255 (32 — это код пробела). Выполнив эту программу, вы должны увидеть ряд очень интересных символов.


/* Эта программа выводит все печатаемые символы, включая расширенный набор символов, если таковой существует.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int main(){


 unsigned char ch;


 ch = 32;


 while(ch) {


  cout << ch;


  ch++;


 }


 return 0;


}

Рассмотрим while-выражение из предыдущей программы. Возможно, вас удивило, что оно состоит всего лишь из одной переменной ch. Но "ларчик" здесь открывается просто. Поскольку переменная ch имеет здесь тип unsigned char, она может содержать значения от 0 до 255. Если ее значение равно 255, то после инкрементирования оно "сбрасывается" в нуль. Следовательно, факт равенства значения переменной ch нулю служит удобным способом завершить while-цикл.

Подобно циклу for, условное выражение проверяется при входе в цикл while, а это значит, что тело цикла (при ложном результате вычисления условного выражения) может не выполниться ни разу. Это свойство цикла устраняет необходимость отдельного тестирования до начала цикла. Следующая программа выводит строку, состоящую из точек. Количество отображаемых точек равно значению, которое вводит пользователь. Программа не позволяет "рисовать" строки, если их длина превышает 80 символов. Проверка на допустимость числа выводимых точек выполняется внутри условного выражения цикла, а не снаружи.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int len;


 cout << "Введите длину строки (от 1 до 79): ";


  cin >> len;


 while(len>0 && len<80) {


  cout << '.';


  len--;


 }


 return 0;


}

Тело while-цикла может вообще не содержать ни одной инструкции. Вот пример:


while(rand() != 100);

Этот цикл выполняется до тех пор, пока случайное число, генерируемое функцией rand(), не окажется равным числу 100.

Цикл do-while

Цикл do-whileэто единственный цикл, который всегда делает итерацию хотя бы один раз.

В отличие от циклов for и while, в которых условие проверяется при входе, цикл do-while проверяет условие при выходе из цикла. Это значит, что цикл do-while всегда выполняется хотя бы один раз. Его общий формат имеет такой вид.

do {

 инструкции;

}while(выражение);

Несмотря на то что фигурные скобки необязательны, если элемент инструкции состоит только из одной инструкции, они часто используются для улучшения читабельности конструкции do-while, не допуская тем самым путаницы с циклом while. Цикл do-while выполняется до тех пор, пока остается истинным элемент выражение, который представляет собой условное выражение.

В следующей программе цикл do-while выполняется до тех пор, пока пользователь не введет число 100.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int num;


 do {


  cout << "Введите число (100 - для выхода): ";


  cin >> num;


 }while(num != 100);


 return 0;


}

Используя цикл do-while, мы можем еще более усовершенствовать программу "Угадай магическое число". На этот раз программа "не выпустит" вас из цикла угадывания, пока вы не угадаете это число.


// Программа "Угадай магическое число":


// 3-е усовершенствование.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int magic; // магическое число


 int guess; // вариант пользователя


 magic = rand(); // Получаем случайное число.


 do {


  cout << "Введите свой вариант магического числа: ";


   cin >> guess;


  if(guess == magic) {


   cout << "** Правильно ** ";


   cout << magic <<" и есть то самое магическое число.\n";


  }


  else {


   cout << "...Очень жаль, но вы ошиблись.";


   if(guess > magic)


    cout <<" Ваш вариант превышает магическое число.\n";


   else cout <<" Ваш вариант меньше магического числа.\n";


  }


 }while(guess != magic);


 return 0;


}

Использование инструкции continue

Инструкция continue позволяет немедленно перейти к выполнению следующей итерации цикла.

В C++ существует средство "досрочного" выхода из текущей итерации цикла. Этим средством является инструкция continue. Она принудительно выполняет переход к следующей итерации, опуская выполнение оставшегося кода в текущей. Например, в следующей программе инструкция continue используется для "ускоренного" поиска чётных чисел в диапазоне от 0 до 100.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x;


 for(x=0; x<=100; x++) {


  if(x%2) continue;


  cout << x << ' ';


 }


 return 0;


}

Здесь выводятся только четные числа, поскольку при обнаружении нечётного числа происходит преждевременный переход к следующей итерации, и cout-инструкция опускается.

В циклах while и do-while инструкция continue передает управление непосредственно инструкции, проверяющей условное выражение, после чего циклический процесс продолжает "идти своим чередом". А в цикле for после выполнения инструкции continue сначала вычисляется инкрементное выражение, а затем— условное. И только после этого циклический процесс будет продолжен.

Использование инструкции break для выхода из цикла

Инструкция break позволяет немедленно выйти из цикла.

С помощью инструкции break можно организовать немедленный выход из цикла, опустив выполнение кода, оставшегося в его теле, и проверку условного выражения. При обнаружении внутри цикла инструкции break цикл завершается, а управление передается инструкции, следующей, после цикла. Рассмотрим простой пример.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int t;


 // Цикл работает для значений t от 0 до 9, а не до 100!


 for(t=0; t<100; t++) {


  if(t==10) break;


  cout << t <<' ';


 }


 return 0;


}

Эта программа выведет на экран числа от 0 до 9, а не до 100, поскольку инструкция break при значении t, равном 10, обеспечивает немедленный выход из цикла.

Инструкция break обычно используется циклах, в которых при создании особых условий необходимо обеспечить немедленное их завершение. Следующий фрагмент содержит пример ситуации, когда по нажатию клавиши выполнение цикла останавливается.


for(i=0; i<1000; i++) {


 // Какие-то действия.


 if(kbhit()) break;


}

Инструкция break приводит к выходу из самого внутреннего цикла. Рассмотрим пример.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int t, count;


 for(t=0; t<100; t++) {


  count = 1;


  for(;;) {


   cout << count << ' ';


   count++;


   if(count==10) break;


  }


  cout << '\n';


 }


 return 0;


}

Эта программа 100 раз выводит на экран числа от 0 до 9. При каждом выполнении инструкции break управление передается назад во внешний цикл for.

На заметку. Инструкция break, которая завершает выполнение инструкции switch, влияет только на инструкцию switch, а не на содержащий ее цикл.

На примере предыдущей программы вы убедились, что в C++ с помощью инструкция for можно создать бесконечный цикл. (Бесконечные циклы можно также создавать, используя инструкции while или do-while, но цикл for — это традиционное решение.) Для выхода из бесконечного цикла необходимо использовать инструкцию break. (Безусловно, инструкцию break можно использовать и для завершения небесконечного цикла.)

Вложенные циклы

Как было продемонстрировано на примере предыдущей программы, один цикл можно вложить в другой. В C++ разрешено использовать до 256 уровней вложения. Вложенные циклы используются для решения задач самого разного профиля. Например, в следующей программе вложенный цикл for позволяет найти простые числа в диапазоне от 2 до 1000.


/* Эта программа выводит простые числа, найденные в диапазоне от 2 до 1000.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int i, j;


 for(i=2; i<1000; i++) {


  for(j=2; j<=(i/j); j++)


   if(!(i%j)) break; // Если число имеет множитель, значит, оно не простое.


  if(j > (i/j)) cout << i << " - простое число\n";


 }


 return 0;


}

Эта программа определяет, является ли простым число, которое содержится в переменной i, путем последовательного его деления на значения, расположенные между числом 2 и результатом вычисления выражения i/j. (Остановить перебор множителей можно на значении выражения i/j, поскольку число, которое превышает i/j, уже не может быть множителем значения i.) Если остаток от деления i/j равен нулю, значит, число i не является простым. Но если внутренний цикл завершится полностью (без досрочного окончания по инструкции break), это означает, что текущее значение переменной i действительно является простым числом.

Инструкция goto

Инструкция gotoэто С++-инструкция безусловного перехода.

Долгие годы эта инструкция находилась в немилости у программистов, поскольку способствовала, с их точки зрения, созданию "спагетти-кода". Однако инструкция goto по-прежнему используется, и иногда даже очень эффективно. В этой книге не делается попытка "реабилитации" законных прав этой инструкции в качестве одной из форм управления программой. Более того, необходимо отметить, что в любой ситуации (в области программирования) можно обойтись без инструкции goto, поскольку она не является элементом, обеспечивающим полноту описания языка программирования. Вместе с тем, в определенных ситуациях ее использование может быть очень полезным В этой книге было решено ограничить использование инструкции goto рамками этого раздела, так как, по мнению большинства программистов, она вносит в программу лишь беспорядок и делает ее практически нечитабельной. Но, поскольку использование инструкции goto в некоторых случаях может сделать намерение программиста яснее, ей стоит уделить некоторое внимание.

Инструкция goto требует наличия в программе метки. Метка — это действительный в C++ идентификатор, за которым поставлено двоеточие. При выполнении инструкции goto управление программой передается инструкции, указанной с помощью метки. Метка должна находиться в одной функции с инструкцией goto, которая ссылается на эту метку.

Меткаэто идентификатор, за которым стоит двоеточие.

Например, с помощью инструкции goto и метки можно организовать следующий цикл на 100 итераций.


х = 1;


 loop1:


  х++;


  if(х < 100) goto loop1;

Иногда инструкцию goto стоит использовать для выхода из глубоко вложенных инструкций цикла. Рассмотрим следующий фрагмент кода.


for(...) {


 for(...) {


  while(...) {


   if(...) goto stop;


  }


 }


}


stop:


 cout << "Ошибка в программе.\n";

Чтобы заменить инструкцию goto, пришлось бы выполнить ряд дополнительных проверок. В данном случае инструкция goto существенно упрощает программный код. Простым применением инструкции break здесь не обошлось, поскольку она обеспечила бы выход лишь из самого внутреннего цикла.

Важно! Инструкцию goto следует применять с оглядкой (как сильнодействующее лекарство). Если без нее ваш код будет менее читабельным или для вас важна скорость выполнения программы, то в таких случаях использование инструкции goto показано.

Итак, подведем итоги...

Следующий пример представляет собой последнюю версию программы "Угадай магическое число". В ней использованы многие средства С++-программирования, представленные в этой главе, и, прежде чем переходить к следующей, убедитесь в том, что хорошо понимаете все рассмотренные здесь элементы языка C++. Этот вариант программы позволяет сгенерировать новое число, сыграть в игру и выйти из программы.


// Программа "Угадай магическое число": последняя версия.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




void play(int m);


int main()


{


 int option;


 int magic;


 magic = rand();


 do {


  cout << "1. Получить новое магическое число\n";


  cout << "2. Сыграть\n";


  cout << "3. Выйти из программы\n";


  do {


   cout << "Введите свой вариант: ";


    cin >> option;


  }while(option<1 || option>3);


  switch(option){


   case 1:


    magic = rand();


    break;


   case 2:


    play(magic);


    break;


   case 3:


    cout << "До свидания !\n";


    break;


  }


 }while(option != 3);


 return 0;


}




// Сыграем в игру.


void play(int m)


{


 int t, x;


 for(t=0; t<100; t++) {


  cout << "Угадайте магическое число: ";


   cin >> x;


  if(x==m) {


   cout << "** Правильно **\n";


   return;


  }


  else


   if(x<m) cout << "Маловато.\n";


   else cout << "Многовато.\n";


 }


 cout << "Вы использовали все шансы угадать число. " << "Попытайтесь снова.\n";


}

Глава 5: Массивы и строки

В этой главе мы рассматриваем массивы. Массив (array) — это коллекция переменных одинакового типа, обращение к которым происходит с применением общего для всех имени. В C++ массивы могут быть одно- или многомерными, хотя в основном используются одномерные массивы. Массивы представляют собой удобное средство группирования связанных переменных.

Чаще всего используются символьные массивы, в которых хранятся строки. Как упоминалось выше, в C++ не определен встроенный тип данных для хранения строк. Поэтому строки реализуются как массивы символов. Такой подход к реализации строк дает С++-программисту больше "рычагов" управления по сравнению с теми языками, в которых используется отдельный строковый тип данных.

Одномерные массивы

Одномерный массивэто список связанных переменных. Для объявления одномерного массива используется следующая форма записи.


тип имя_массива [размер];

Здесь с помощью элемента записи тип объявляется базовый тип массива. Базовый тип определяет тип данных каждого элемента, составляющего массив. Количество элементов, которые будут храниться в массиве, определяется элементом размер. Например, при выполнении приведенной ниже инструкции объявляется int-массив (состоящий из 10 элементов) с именем sample.


int sample[10];

Индекс идентифицирует конкретный элемент массива.

Доступ к отдельному элементу массива осуществляется с помощью индекса. Индекс описывает позицию элемента внутри массива. В C++ первый элемент массива имеет нулевой индекс. Поскольку массив sample содержит 10 элементов, его индексы изменяются от 0 до 9. Чтобы получить доступ к элементу массива по индексу, достаточно указать нужный номер элемента в квадратных скобках. Так, первым элементом массива sample является sample[0], а последним — sample[9]. Например, следующая программа помещает в массив sample числа от 0 до 9.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int sample[10]; // Эта инструкция резервирует область памяти для 10 элементов типа int.


 int t;




 // Помещаем в массив значения.


 for(t=0; t<10; ++t) sample[t]=t;


  // Отображаем массив.


  for(t=0; t<10; ++t)


   cout << sample[t] << ' ';




 return 0;


}

В C++ все массивы занимают смежные ячейки памяти. (Другими словами, элементы массива в памяти расположены последовательно друг за другом.) Ячейка с наименьшим адресом относится к первому элементу массива, а с наибольшим — к последнему. Например, после выполнения этого фрагмента кода


int i [7];


int j;


for(j=0; j<7; j++)i[j]=j;

массив i будет выглядеть следующим образом.


Для одномерных массивов общий размер массива в байтах вычисляется так:

всего байтов = размер типа в байтах х количество элементов.

Массивы часто используются в программировании, поскольку позволяют легко обрабатывать большое количество связанных переменных. Например, в следующей программе создается массив из десяти элементов, каждому элементу присваивается случайное число, а затем на экране отображаются минимальное и максимальное значения.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int i, min_value, max_value;


 int list [10];


 for(i=0; i<10; i++) list[i] = rand();




 // Находим минимальное значение.


 min_value = list[0];


 for(i=1; i<10; i++)


  if(min_value > list[i]) min_value = list[i];


 cout << "Минимальное значение: " << min_value << ' \n';




 // Находим максимальное значение.


 max_value = list[0];


 for(i=1; i<10; i++)


  if(max_value < list[i]) max_value = list[i];


 cout << "Максимальное значение: " << max_value << '\n';




 return 0;


}

В C++ нельзя присвоить один массив другому. В следующем фрагменте кода, например, присваивание а = b; недопустимо.


int а[10], b[10];


// ...


а = b; // Ошибка!!!

Чтобы поместить содержимое одного массива в другой, необходимо отдельно выполнить присваивание каждого значения.

На границах массивов погранзаставы нет

В C++ не выполняется никакой проверки "нарушения границ" массивов, т.е. ничего не может помешать программисту обратиться к массиву за его пределами. Если это происходит при выполнении инструкции присваивания, могут быть изменены значения в ячейках памяти, выделенных некоторым другим переменным или даже вашей программе. Другими словами, обращение к массиву (размером N элементов) за границей N-гo элемента может привести к разрушению программы при отсутствии каких-либо замечаний со стороны компилятора и без выдачи сообщений об ошибках во время работы программы. Это означает, что вся ответственность за соблюдение границ массивов лежит только на программистах, которые должны гарантировать корректную работу с массивами. Другими словами, программист обязан использовать массивы достаточно большого размера, чтобы в них можно было без осложнений помещать данные, но лучше всего в программе предусмотреть проверку пересечения границ массивов.

Например, С++-компилятор "молча" скомпилирует и позволит запустить следующую программу на выполнение, несмотря на то, что в ней происходит выход за границы массива crash.

Осторожно! Не выполняйте следующий пример программы. Это может разрушить вашу систему.


// Некорректная программа. Не выполняйте ее!


int main()


{


 int crash[10], i;


 for(i=0; i<100; i++) crash[i]=i;


 return 1;


}

В данном случае цикл for выполнит 100 итераций, несмотря на то, что массив crash предназначен для хранения лишь десяти элементов. При выполнении этой программы возможна перезапись важной информации, что может привести к аварийной остановке программы.

Вас, возможно, удивляет такая "непредусмотрительность" C++, которая выражается в отсутствии встроенных средств динамической проверки на "неприкосновенность" границ массивов. Напомню, однако, что язык C++ предназначен для профессиональных программистов, и его задача — предоставить им возможность создавать максимально эффективный код. Любая проверка корректности доступа средствами C++ существенно замедляет выполнение программы. Поэтому подобные действия оставлены на рассмотрение программистам. Как будет показано ниже в этой книге, при необходимости программист может сам определить тип массива и заложить в него проверку нерушимости границ.

Сортировка массива

Одной из самых распространенных операций, выполняемых над массивами, является сортировка. Существует множество различных алгоритмов сортировки. Широко применяется, например, сортировка перемешиванием и сортировка методом Шелла. Известен также алгоритм Quicksort (быстрая сортировка с разбиением исходного набора данных на две половины так, что любой элемент первой половины упорядочен относительно любого элемента второй половины). Однако самым простым считается алгоритм сортировки пузырьковым методом. Несмотря на то что пузырьковая сортировка не отличается высокой эффективностью (и в самом деле, его производительность неприемлема для сортировки больших массивов), его вполне успешно можно применять для сортировки массивов малого размера.

Алгоритм сортировки пузырьковым методом получил свое название от способа, используемого для упорядочивания элементов массива. Здесь выполняются повторяющиеся операции сравнения и при необходимости меняются местами смежные элементы. При этом элементы с меньшими значениями постепенно перемещаются к одному концу массива, а элементы с большими значениями — к другому. Этот процесс напоминает поведение пузырьков воздуха в резервуаре с водой. Пузырьковая сортировка выполняется путем нескольких проходов по массиву, во время которых при необходимости осуществляется перестановка элементов, оказавшихся "не на своем месте". Количество проходов, гарантирующих получение отсортированного массива, равно количеству элементов в массиве, уменьшенному на единицу.

В следующей программе реализована сортировка массива (целочисленного типа), содержащего случайные числа. Эта программа заслуживает внимательного разбора.


// Использование метода пузырьковой сортировки


// для упорядочения массива.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int nums[10];


 int a, b, t;


 int size;


 size = 10; // Количество элементов, подлежащих сортировке.




 // Помещаем в массив случайные числа.


 for(t=0; t<size; t++) nums[t] = rand();




 // Отображаем исходный массив.


 cout << "Исходный массив: ";


 for(t=0; t<size; t++) cout << nums[t] << ' ';


 cout << '\n';




 // Реализация метода пузырьковой сортировки.


 for(a=1; a<size; а++)


  for(b=size-1; b>=a; b--) {


   if(nums[b-1] > nums[b]) {     // Элементы неупорядочены.


    // Меняем элементы местами.


    t = nums[b-1];


    nums[b-1] = nums[b];


    nums[b] = t;


   }


  }


 }




 // Конец пузырьковой сортировки.


 // Отображаем отсортированный массив.


 cout << "Отсортированный массив: ";


 for(t=0; t<size; t++)


  cout << nums[t] << ' ';




 return 0;


}

Хотя алгоритм пузырьковой сортировки пригоден для небольших массивов, для массивов большого размера он становится неэффективным. Более универсальным считается алгоритм Quicksort. В стандартную библиотеку C++ включена функция qsort(), которая реализует одну из версий этого алгоритма. Но, прежде чем использовать ее, вам необходимо изучить больше средств C++. (Подробно функция qsort() рассмотрена в главе 20.)

Строки

Чаще всего одномерные массивы используются для создания символьных строк. В C++ строка определяется как символьный массив, который завершается нулевым символом ('\0'). При определении длины символьного массива необходимо учитывать признак ее завершения и задавать его длину на единицу больше длины самой большой строки из тех, которые предполагается хранить в этом массиве.

Строкаэто символьный массив, который завершается нулевым символом.

Например, объявляя массив str, предназначенный для хранения 10-символьной строки, следует использовать следующую инструкцию.


char str [11];

Заданный здесь размер (11) позволяет зарезервировать место для нулевого символа в конце строки.

Как упоминалось выше в этой книге, C++ позволяет определять строковые литералы. Вспомним, что строковый литерал — это список символов, заключенный в двойные кавычки. Вот несколько примеров.


"Привет"


"Мне нравится C++"


"#$%@@#$"


""

Строка, приведенная последней (""), называется нулевой. Она состоит только из одного нулевого символа (признака завершения строки). Нулевые строки используются для представления пустых строк.

Вам не нужно вручную добавлять в конец строковых констант нулевые символы. С++-компилятор делает это автоматически. Следовательно, строка "ПРИВЕТ" в памяти размещается так, как показано на этом рисунке:


Считывание строк с клавиатуры

Проще всего считать строку с клавиатуры, создав массив, который примет эту строку с помощью инструкции cin. Считывание строки, введенной пользователем с клавиатуры, отображено в следующей программе.


// Использование cin-инструкции для считывания строки с клавиатуры.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 cout << "Введите строку: ";


  cin >> str; // Считываем строку с клавиатуры.


 cout << "Вот ваша строка: ";


 cout << str;




 return 0;


}

Несмотря на то что эта программа формально корректна, она не лишена недостатков. Рассмотрим следующий результат ее выполнения.


Введите строку: Это проверка


Вот ваша строка: Это

Как видите, при выводе строки, введенной с клавиатуры, программа отображает только слово "Это", а не всю строку. Дело в том, что оператор ">>" прекращает считывание строки, как только встречает символ пробела, табуляции или новой строки (будем называть эти символы пробельными).

Для решения этой проблемы можно использовать еще одну библиотечную функцию gets(). Общий формат ее вызова таков.


gets(имя_массива);

Если в программе необходимо считать строку с клавиатуры, вызовите функцию gets(), а в качестве аргумента передайте имя массива, не указывая индекса. После выполнения этой функции заданный массив будет содержать текст, введенный с клавиатуры. Функция gets() считывает вводимые пользователем символы до тех пор, пока он не нажмет клавишу <Enter>. Для вызова функции gets() в программу необходимо включить заголовок <cstdio>.

В следующей версии предыдущей программы демонстрируется использование функции gets(), которая позволяет ввести в массив строку символов, содержащую пробелы.


// Использование функции gets() для считывания строки с клавиатуры.


#include <iostream>


#include <cstdio>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 cout << "Введите строку: ";


 gets(str); // Считываем строку с клавиатуры.


 cout << "Вот ваша строка: ";


 cout << str;




 return 0;


}

На этот раз после запуска новой версии программы на выполнение и ввода с клавиатуры текста "Это простой тест" строка считывается полностью, а затем так же полностью и отображается.


Введите строку: Это простой тест


Вот ваша строка: Это простой тест

В этой программе следует обратить внимание на следующую инструкцию.


cout << str;

Здесь (вместо привычного литерала) используется имя строкового массива. И хотя причина такого использования инструкции cout вам станет ясной после прочтения еще нескольких глав этой книги, пока кратко заметим, что имя символьного массива, который содержит строку, можно использовать везде, где допустимо применение строкового литерала.

При этом имейте в виду, что ни оператор ">>", ни функция gets() не выполняют граничной проверки (на отсутствие нарушения границ массива). Поэтому, если пользователь введет строку, длина которой превышает размер массива, возможны неприятности, о которых упоминалось выше. Из сказанного следует, что оба описанных здесь варианта считывания строк с клавиатуры потенциально опасны. Однако после подробного рассмотрения С++-возможностей ввода-вывода в главе 18 мы узнаем способы, позволяющие обойти эту проблему.

Некоторые библиотечные функции обработки строк

Язык C++ поддерживает множество функций обработки строк. Самыми распространенными из них являются следующие.


strcpy()


strcat()


strlen()


strcmp()

Для вызова всех этих функций в программу необходимо включить заголовок <cstring>. Теперь познакомимся с каждой функцией в отдельности.

Функция strcpy()

Общий формат вызова функции strcpy() таков:


strcpy (to, from);

Функция strcpy() копирует содержимое строки from в строку to. Помните, что массив, используемый для хранения строки to, должен быть достаточно большим, чтобы в него можно было поместить строку из массива from. В противном случае массив to переполнится, т.е. произойдет выход за его границы, что может привести к разрушению программы.

Использование функции strcpy() демонстрируется в следующей программе, которая копирует строку "Привет" в строку str.


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 strcpy(str, "Привет");


 cout << str;




 return 0;


}

Функция strcat()

Обращение к функции strcat() имеет следующий формат.


strcat(s1, s2);

Функция strcat() присоединяет строку s2 к концу строки s1, при этом строка s2 не изменяется. Обе строки должны завершаться нулевым символом. Результат вызова этой функции, т.е. результирующая строка s1 также будет завершаться нулевым символом. Использование функции strcat() демонстрируется в следующей программе, которая должна вывести на экран строку "Привет всем!".


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char s1[20], s2[10];


 strcpy(s1, "Привет");


 strcpy(s2, " всем!");


 strcat (s1, s2);


 cout << s1;




 return 0;


}

Функция strcmp()

Обращение к функции strcmp() имеет следующий формат:


strcmp(s1, s2);

Функция strcmp() сравнивает строку s2 со строкой s1 и возвращает значение 0, если они равны. Если строка s1 лексикографически (т.е. в соответствии с алфавитным порядком) больше строки s2, возвращается положительное число. Если строка s1 лексикографически меньше строки s2, возвращается отрицательное число.

Использование функции strcmp() демонстрируется в следующей программе, которая служит для проверки правильности пароля, введенного пользователем (для ввода пароля с клавиатуры и его верификации служит функция password()).


#include <iostream>


#include <cstring>


#include <cstdio>


using namespace std;




bool password();


int main()


{


 if(password()) cout << "Вход разрешен.\n";


 else cout << "В доступе отказано.\n";




 return 0;


}




// Функция возвращает значение true, если пароль принят, и значение false в противном случае.


bool password()


{


 char s[80];


 cout << "Введите пароль: ";


 gets(s);


 if(strcmp(s, "пароль")) { // Строки различны.


  cout << "Пароль недействителен.\n";


  return false;


 }


 // Сравниваемые строки совпадают.


 return true;


}

При использовании функции strcmp() важно помнить, что она возвращает число 0 (т.е. значение false), если сравниваемые строки равны. Следовательно, если вам необходимо выполнить определенные действия при условии совпадения строк, вы должны использовать оператор НЕ (!). Например, при выполнении следующей программы запрос входных данных продолжается до тех пор, пока пользователь не введет слово "Выход".


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char s [80];


 for(;;) {


  cout << "Введите строку: ";


  gets (s);


  if(!strcmp("Выход", s)) break;


 }




 return 0;


}

Функция strlen()

Общий формат вызова функции strlen() таков:


strlen(s);

Здесь s — строка. Функция strlen() возвращает длину строки, указанной аргументом s.

При выполнении следующей программы будет показана длина строки, введенной с клавиатуры.


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 cout << "Введите строку: "; gets(str);


 cout << "Длина строки равна: " << strlen(str);




 return 0;


}

Если пользователь введет строку "Привет всем!", программа выведет на экране число 12. При подсчете символов, составляющих заданную строку, признак завершения строки (нулевой символ) не учитывается.

А при выполнении этой программы строка, введенная с клавиатуры, будет отображена на экране в обратном порядке. Например, при вводе слова "привет" программа отобразит слово "тевирп". Помните, что строки представляют собой символьные массивы, которые позволяют ссылаться на каждый элемент (символ) в отдельности.


// Отображение строки в обратном порядке.


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 int i;


 cout << "Введите строку: ";


 gets(str);


 for(i=strlen(str)-1; i>=0; i--)


  cout << str[i];


 return 0;


}

В следующем примере продемонстрируем использование всех этих четырех строковых функций.


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char s1[80], s2 [80];


 cout << "Введите две строки: ";


 gets (s1); gets(s2);


 cout << "Их длины равны: " << strlen (s1);


 cout << ' '<< strlen(s2) << '\n';




 if(!strcmp(s1, s2)) cout << "Строки равны \n";


 else cout << "Строки не равны \n";


 strcat(s1, s2);


 cout << s1 << '\n';




 strcpy(s1, s2);


 cout << s1 << " и " << s2 << ' ';


 cout << "теперь равны\n";


 return 0;


}

Если запустить эту программу на выполнение и по приглашению ввести строки "привет" и "всем", то она отобразит на экране следующие результаты:


Их длины равны: 6 4


Строки не равны


привет всем


всем и всем теперь равны

Последнее напоминание: не забывайте, что функция strcmp() возвращает значение false, если строки равны. Поэтому, если вы проверяете равенство строк, необходимо использовать оператор "!" (НЕ), чтобы реверсировать условие (т.е. изменить его на обратное), как было показано в предыдущей программе.

Использование признака завершения строки

Факт завершения нулевыми символами всех С++-строк можно использовать для упрощения различных операций над ними. Следующий пример позволяет убедиться в том, насколько простой код требуется для замены всех символов строки их прописными эквивалентами.


// Преобразование символов строки  в их прописные эквиваленты.


#include <iostream>


#include <cstring>


#include <cctype>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 int i;


 strcpy(str, "test");


 for(i=0; str[i]; i++) str[i] = toupper(str[i]);


  cout << str;


 return 0;


}

Эта программа при выполнении выведет на экран слово TEST. Здесь используется библиотечная функция toupper(), которая возвращает прописной эквивалент своего символьного аргумента. Для вызова функции toupper() необходимо включить в программу заголовок <cctype>.

Обратите внимание на то, что в качестве условия завершения цикла for используется массив str, индексируемый управляющей переменной i (str[i]). Такой способ управления циклом вполне приемлем, поскольку за истинное значение в C++ принимается любое ненулевое значение. Вспомните, что все печатные символы представляются значениями, не равными нулю, и только символ, завершающий строку, равен нулю. Следовательно, этот цикл работает до тех пор, пока индекс не укажет на нулевой признак конца строки, т.е. пока значение str[i] не станет нулевым. Поскольку нулевой символ отмечает конец строки, цикл останавливается в точности там, где нужно. При дальнейшей работе с этой книгой вы увидите множество примеров, в которых нулевой признак конца строки используется подобным образом.

Важно! Помимо функции toupper(), стандартная библиотека C++ содержит много других функций обработки символов. Например, функцию toupper() дополняет функция tolower(), которая возвращает строчный эквивалент своего символьного аргумента. Часто используются такие функции, как isalpha(), isdigit(), isspace() и ispunct(), которые принимают символьный аргумент и определяют, принадлежит ли он к соответствующей категории. Например, функция isalpha() возвращает значение ИСТИНА, если ее аргументом является буква (элемент алфавита).

Двумерные массивы

В C++ можно использовать многомерные массивы. Простейший многомерный массив — двумерный. Двумерный массив, по сути, представляет собой список одномерных массивов. Чтобы объявить двумерный массив целочисленных значений размером 10x20 с именем twod, достаточно записать следующее: 


int twod[10][20];

Обратите особое внимание на это объявление. В отличие от многих других языков программирования, в которых при объявлении массива значения размерностей отделяются запятыми, в C++ каждая размерность заключается в собственную пару квадратных скобок.

Чтобы получить доступ к элементу массива twod с координатами 3,5 , необходимо использовать запись twod[3][5]. В следующем примере в двумерный массив помещаются последовательные числа от 1 до 12.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int t,i, num[3] [4];


 for(t=0; t<3; ++t) {


  for(i=0; i<4; ++i) {


   num[t][i] = (t*4)+i+l;


   cout << num[t][i] << ' ';


  }


  cout << '\n';


 }




 return 0;


}

В этом примере элемент num[0][0] получит значение 1, элемент num[0][1] — значение 2, элемент num[0][2] — значение 3 и т.д. Значение элемента num[2][3] будет равно числу 12. Схематически этот массив можно представить, как показано на рис. 5.1.

В двумерном массиве позиция любого элемента определяется двумя индексами. Если представить двумерный массив в виде таблицы данных, то один индекс означает строку, а второй — столбец. Из этого следует, что, если к доступ элементам массива предоставить в порядке, в котором они реально хранятся в памяти, то правый индекс будет изменяться быстрее, чем левый.


Необходимо помнить, что место хранения для всех элементов массива определяется во время компиляции. Кроме того, память, выделенная для хранения массива, используется в течение всего времени существования массива. Для определения количества байтов памяти, занимаемой двумерным массивом, используйте следующую формулу.

число байтов = число строк х число столбцов х размер типа в байтах

Следовательно, двумерный целочисленный массив размерностью 10x5 занимает в памяти 10x5x2, т.е. 100 байт (если целочисленный тип имеет размер 2 байт).

Многомерные массивы

В C++, помимо двумерных, можно определять массивы трех и более измерений. Вот как объявляется многомерный массив.


тип имя[размер1] [размер2]... [размерN];

Например, с помощью следующего объявления создается трехмерный целочисленный массив размером 4x10x3.


int multidim[4][10][3];

Как упоминалось выше, память, выделенная для хранения всех элементов массива, используется в течение всего времени существования массива. Массивы с числом измерений, превышающим три, используются нечасто, хотя бы потому, что для их хранения требуется большой объем памяти. Например, хранение элементов четырехмерного символьного массива размером 10x6x9x4 займет 2 160 байт. А если каждую размерность увеличить в 10 раз, то занимаемая массивом память возрастет до 21 600 000 байт. Как видите, большие многомерные массивы способны "съесть" большой объем памяти, а программа, которая их использует, может очень быстро столкнуться с проблемой нехватки памяти.

Инициализация массивов

В C++ предусмотрена возможность инициализации массивов. Формат инициализации массивов подобен формату инициализации других переменных.


тип имя_массива [размер] = {список_значений};

Здесь элемент список_значений представляет собой список значений инициализации элементов массива, разделенных запятыми. Тип каждого значения инициализации должен быть совместим с базовым типом массива (элементом тип). Первое значение инициализации будет сохранено в первой позиции массива, второе значение — во второй и т.д. Обратите внимание на то, что точка с запятой ставится после закрывающей фигурной скобки (}).

Например, в следующем примере 10-элементный целочисленный массив инициализируется числами от 1 до 10.


int i [ 10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

После выполнения этой инструкции элемент i[0] получит значение 1, а элемент i[9] —значение 10.

Для символьных массивов, предназначенных для хранения строк, предусмотрен сокращенный вариант инициализации, который имеет такую форму,


char имя_массива[размер] = "строка";

Например, следующий фрагмент кода инициализирует массив str фразой "привет",


  char str[7] = "привет";

Это равнозначно поэлементной инициализации.


  char str [7] = {'п', 'р', 'и', 'в', 'е', 'т', '\0'};

Поскольку в C++ строки должны завершаться нулевым символом, убедитесь, что при объявлении массива его размер указан с учетом признака конца. Именно поэтому в предыдущем примере массив str объявлен как 7-элементный, несмотря на то, что в слове "привет" только шесть букв. При использовании строкового литерала компилятор добавляет нулевой признак конца строки автоматически.

Многомерные массивы инициализируются по аналогии с одномерными. Например, в следующем фрагменте программы массив sqrs инициализируется числами от 1 до 10 и квадратами этих чисел.


int sqrs[10][2] = {


 1, 1,


 2, 4,


 3, 9,


 4, 16,


 5, 25,


 6, 36,


 7, 49,


 8, 64,


 9, 81,


 10, 100


};

Теперь рассмотрим, как элементы массива sqrs располагаются в памяти (рис. 5.2).

При инициализации многомерного массива список инициализаторов каждой размерности (подгруппу инициализаторов) можно заключить в фигурные скобки. Вот, например, как выглядит еще один вариант записи предыдущего объявления.


int sqrs[10][2] = {


 {1, 1},


 {2, 4},


 {3, 9},


 {4, 16},


 {5, 25},


 {6, 36},


 {7, 49},


 {8, 64},


 {9, 81},


 {10, 100}


};


При использовании подгрупп инициализаторов недостающие члены подгруппы будут инициализированы нулевыми значениями автоматически.

В следующей программе массив sqrs используется для поиска квадрата числа, введенного пользователем. Программа сначала выполняет поиск заданного числа в массиве, а затем выводит соответствующее ему значение квадрата.


#include <iostream>


using namespace std;




int sqrs[10][2] = {


 {1, 1},


 {2, 4},


 {3, 9},


 {4, 16},


 {5, 25},


 {6, 36},


 {7, 49},


 {8, 64},


 {9, 81},


 {10, 100}


};


int main()


{


 int i, j;


 cout << "Введите число от 1 до 10: ";


  cin >> i;




 // Поиск значения i.


 for(j=0; j<10; j++)


  if(sqrs[j][0]==i) break;


 cout << "Квадрат числа " << i << " равен ";


 cout << sqrs[j][1];




 return 0;


}

Глобальные массивы инициализируются в начале выполнения программы, а локальные — при каждом вызове функции, в которой они содержатся. Рассмотрим пример.


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




void f1();


int main()


{


 f1();


 f1();


 return 0;


}




void f1()


{


 char s[80]="Этo просто тест\n";


 cout << s;


 strcpy(s, "ИЗМЕНЕНО\n"); // Изменяем значение строки s.


 cout << s;


}

При выполнении этой программы получаем такие результаты.


Это просто тест


ИЗМЕНЕНО


Это просто тест


ИЗМЕНЕНО

В этой программе массив s инициализируется при каждом вызове функции f1(). Тот факт, что при ее выполнении массив s изменяется, никак не влияет на его повторную инициализацию при последующих вызовах функции f1(). Поэтому при каждом входе в нее на экране отображается следующий текст.


Это просто тест

"Безразмерная" инициализация массивов

Предположим, что мы используем следующий вариант инициализации массивов для построения таблицы сообщений об ошибках.


char e1[14] = "Деление на 0\n";


char е2[23] = "Конец файла\n";


char еЗ[21] = "В доступе отказано\п";

Нетрудно предположить, что вручную неудобно подсчитывать символы в каждом сообщении, чтобы определить корректный размер массива. К счастью, в C++ предусмотрена возможность автоматического определения длины массивов путем использования их "безразмерного" формата. Если в инструкции инициализации массива не указан его размер, C++ автоматически создаст массив, размер которого будет достаточным для хранения всех значений инициализаторов. При таком подходе предыдущий вариант инициализации массивов для построения таблицы сообщений об ошибках можно переписать так.


char е1[] = "Деление на 0\n";


char е2[] = "Конец файла\n";


char еЗ[] = "В доступе отказано\n";

Помимо удобства в первоначальном определении массивов, метод "безразмерной" инициализации позволяет изменить любое сообщение без пересчета его длины. Тем самым устраняется возможность внесения ошибок, вызванных случайным просчетом.

"Безразмерная" инициализация массивов не ограничивается одномерными массивами. При инициализации многомерных массивов вам необходимо указать все данные, за исключением крайней слева размерности, чтобы С++-компилятор мог должным образом индексировать массив. Используя "безразмерную" инициализацию массивов, можно создавать таблицы различной длины, позволяя компилятору автоматически выделять область памяти, достаточную для их хранения.

В следующем примере массив sqrs объявляется как "безразмерный".


int sqrs[][2] = {


 1, 1,


 2, 4,


 3, 9,


 4, 16,


 5, 25,


 6, 36,


 7, 49,


 8, 64,


 9, 81,


 10, 100


};

Преимущество такой формы объявления перед "габаритной" (с точным указанием всех размерностей) состоит в том, что программист может удлинять или укорачивать таблицу значений инициализации, не изменяя размерности массива.

Массивы строк

Существует специальная форма двумерного символьного массива, которая представляет собой массив строк. В использовании массивов строк нет ничего необычного. Например, в программировании баз данных для выяснения корректности вводимых пользователем команд входные данные сравниваются с содержимым массива строк, в котором записаны допустимые в данном приложении команды. Для создания массива строк используется двумерный символьный массив, в котором размер левого индекса определяет количество строк, а размер правого — максимальную длину каждой строки. Например, при выполнении следующей инструкции объявляется массив, предназначенный для хранения 30 строк длиной 80 символов,


char str_array[30][80];

Массив строкэто специальная форма двумерного массива символов.

Получить доступ к отдельной строке довольно просто: достаточно указать только левый индекс. Например, следующая инструкция вызывает функцию gets() для записи третьей строки массива str_array.


gets(str_array[2]);

Чтобы лучше понять, как следует обращаться с массивами строк, рассмотрим следующую короткую программу, которая принимает строки текста, вводимые с клавиатуры, и отображает их на экране после ввода пустой строки.


// Вводим строки текста и отображаем их на экране.


#include <iostream>


#include <cstdio>


using namespace std;




int main()


{


 int t, i;


 char text[100][80];


 for(t=0; t<100; t++) {


  cout << t << ": ";


  gets(text[t]);


  if(!text[t] [0]) break; // Выход из цикла по пустой строке.


 }


 // Отображение строк на экране.


 for(i=0; i<t; i++)


  cout << text[i] << ' \n';




 return 0;


}

Обратите внимание на то, как в программе выполняется проверка на ввод пустой строки. Функция gets() возвращает строку нулевой длины, если единственной нажатой клавишей оказалась клавиша <Enter>. Это означает, что первым байтом в строке будет нулевой символ. Нулевое значение всегда интерпретируется как ложное, но взятое с отрицанием (!) дает значение ИСТИНА, которое позволяет выполнить немедленный выход из цикла с помощью инструкции break.

Пример использования массивов строк

Массивы строк обычно используются для обработки таблиц данных. Рассмотрим, например, упрощенную базу данных служащих, в которой хранится имя, номер телефона, количество часов, отработанных служащим за отчетный период, и размер почасового оклада для каждого служащего. Чтобы создать такую программу для коллектива, состоящего из десяти служащих, определим четыре массива (из них первые два будут массивами строк).


char name[10][80]; // Массив имен служащих.


char phone[10][20]; // Массив телефонных номеров служащих.


float hours[10]; // Массив часов, отработанных за неделю.


float wage[10]; // Массив окладов.

Чтобы ввести информацию о каждом служащем, воспользуемся следующей функцией enter().


// Функция ввода информации в базу данных.


void enter()


{


 int i;


 char temp[80];


 for(i=0; i<10; i++) {


  cout << "Введите фамилию: ";


   cin >> name[i];


  cout << "Введите номер телефона: ";


   cin >> phone[i];


  cout << "Введите количество отработанных часов: ";


   cin >> hours[i];


  cout << "Введите оклад: ";


   cin >> wage[i];


 }


}

На основании введенных данных можно составить отчет, вычислив заработную плату, которая причитается каждому служащему. Для этого воспользуемся следующей функцией report().


// Отображение отчета.


void report()


{


 int i;


 for(i=0; i<10; i++) {


  cout << name[i] << ' ' << phone[i] << '\n';


  cout << "Заработная плата за неделю: "<< wage[i] * hours[i];


  cout << '\n';


 }


}

Полностью программа базы данных служащих приведена ниже. Обратите особое внимание на то, как реализуется доступ к каждому массиву. Эта версия программы ведения базы данных служащих еще далека от совершенства, поскольку введенная в нее информация теряется сразу же по выходу из программы. Ниже в этой книге мы научимся сохранять информацию в дисковом файле.


// Простая программа ведения базы данных служащих.


#include <iostream>


using namespace std;




char name[10][80]; // Массив имен служащих.


char phone[10] [20]; // Массив телефонных номеров служащих.


float hours[10]; // Массив часов, отработанных за неделю.


float wage[10]; // Массив окладов.




int menu();


void enter(), report();


int main()


{


 int choice;


 do {


  choice = menu(); // Получаем команду, выбранную пользователем.


  switch(choice) {


   case 0: break;


   case 1: enter();


    break;


   case 2: report();


    break;


   default: cout << "Попробуйте еще раз.\n\n";


  }


 }while(choice != 0);




 return 0;


}




// Функция возвращает команду, выбранную пользователем.


int menu()


{


 int choice;


 cout << "0. Выход из программы\n";


 cout << "1. Ввод информации\n";


 cout << "2. Генерирование отчета\n";


 cout << "\n Выберите команду: ";


  cin >> choice;




 return choice;


}




// Функция ввода информации в базу данных.


void enter()


{


 int i;


 char temp[80];


 for(i=0; i<10; i++) {


  cout << "Введите фамилию: ";


   cin >> name[i];


  cout << "Введите номер телефона: ";


   cin >> phone[i];


  cout << "Введите количество отработанных часов: ";


   cin >> hours[i];


  cout << "Введите оклад: ";


   cin >> wage[i];


 }


}




// Отображение отчета.


void report()


{


 int i;


 for(i=0; i<10; i++) {


  cout << name[i] << ' ' << phone[i] << '\n';


  cout << "Заработная плата за неделю: "<< wage[i] * hours[i];


  cout << '\n';


 }


}

Глава 6: Указатели

Указатели, без сомнения, — один из самых важных и сложных аспектов C++. В значительной степени мощь многих средств C++ определяется использованием указателей. Например, благодаря им обеспечивается поддержка связных списков и динамического выделения памяти, и именно они позволяют функциям изменять содержимое своих аргументов. Однако об этом мы поговорим в последующих главах, а пока (т.е. в этой главе) мы рассмотрим основы применения указателей и покажем, как можно избежать некоторых потенциальных проблем, связанных с их использованием.

При рассмотрении темы указателей нам придется использовать такие понятия, как размер базовых С++-типов данных. В этой главе мы предположим, что символы занимают в памяти один байт, целочисленные значения — четыре, значения с плавающей точкой типа float — четыре, а значения с плавающей точкой типа double — восемь (эти размеры характерны для типичной 32-разрядной среды).

Что представляют собой указатели

Указатели — это переменные, которые хранят адреса памяти. Чаще всего эти адреса обозначают местоположение в памяти других переменных. Например, если х содержит адрес переменной у, то о переменной, х говорят, что она "указывает" на у.

Указательэто переменная, которая содержит адрес другой переменной.

Переменные-указатели (или переменные типа указатель) должны быть соответственно объявлены. Формат объявления переменной-указателя таков:


тип *имя_переменной;

Здесь элемент тип означает базовый тип указателя, причем он должен быть допустимым С++-типом. Элемент имя_переменной представляет собой имя переменной-указателя. Рассмотрим пример. Чтобы объявить переменную р указателем на int-значение, используйте следующую инструкцию.


int *р;

Для объявления указателя на float-значение используйте такую инструкцию.


float *р;

В общем случае использование символа "звездочка" (*) перед именем переменной в инструкции объявления превращает эту переменную в указатель.

Базовый тип указателя определяет тип данных, на которые он будет ссылаться.

Тип данных, на которые будет ссылаться указатель, определяется его базовым типом. Рассмотрим еще один пример.


int *ip; // указатель на целочисленное значение


double *dp; // указатель на значение типа double

Как отмечено в комментариях, переменная ip — это указатель на int-значение, поскольку его базовым типом является тип int, а переменная dp — указатель на double-значение, поскольку его базовым типом является тип double, Следовательно, в предыдущих примерах переменную ip можно использовать для указания на int-значения, а переменную dp на double-значения. Однако помните: не существует реального средства, которое могло бы помешать указателю ссылаться на "бог-знает-что". Вот потому-то указатели потенциально опасны.

Операторы, используемые с указателями

С указателями используются два оператора: "*" и "&" Оператор "&" — унарный. Он возвращает адрес памяти, по которому расположен его операнд. (Вспомните: унарному оператору требуется только один операнд.) Например, при выполнении следующего фрагмента кода


balptr = &balance;

в переменную balptr помещается адрес переменной balance. Этот адрес соответствует области во внутренней памяти компьютера, которая принадлежит переменной balance. Выполнение этой инструкции никак не повлияло на значение переменной balance. Назначение оператора можно "перевести" на русский язык как "адрес переменной", перед которой он стоит. Следовательно, приведенную выше инструкцию присваивания можно выразить так: "переменная balptr получает адрес переменной balance". Чтобы лучше понять суть этого присваивания, предположим, что переменная balance расположена в области памяти с адресом 100. Следовательно, после выполнения этой инструкции переменная balptr получит значение 100.

Второй оператор работы с указателями (*) служит дополнением к первому (&). Это также унарный оператор, но он обращается к значению переменной, расположенной по адресу, заданному его операндом. Другими словами, он ссылается на значение переменной, адресуемой заданным указателем. Если (продолжая работу с предыдущей инструкцией присваивания) переменная balptr содержит адрес переменной balance, то при выполнении инструкции


value = *balptr;

переменной value будет присвоено значение переменной balance, на которую указывает переменная balptr. Например, если переменная balance содержит значение 3200, после выполнения последней инструкции переменная value будет содержать значение 3200, поскольку это как раз то значение, которое хранится по адресу 100. Назначение оператора "*" можно выразить словосочетаинем "по адресу". В данном случае предыдущую инструкцию можно прочитать так: "переменная value получает значение (расположенное) по адресу balptr". Действие приведенных выше двух инструкций схематично показано на рис. 6.1.

Последовательность операций, отображенных на рис. 6.1, реализуется в следующей программе.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int balance;


 int *balptr;


 int value;




 balance = 3200;


 balptr = &balance;


 value = *balptr;


 cout << "Баланс равен:" << value <<'\n';




 return 0;


}


При выполнении этой программы получаем такие результаты:


Баланс равен: 3200

К сожалению, знак умножения (*) и оператор со значением "по адресу" обозначаются одинаковыми символами "звездочка", что иногда сбивает с толку новичков в языке C++. Эти операции никак не связаны одна с другой. Имейте в виду, что операторы "*" и "&" имеют более высокий приоритет, чем любой из арифметических операторов, за исключением унарного минуса, приоритет которого такой же, как у операторов, применяемых для работы с указателями.

Операции, выполняемые с помощью указателей, часто называют операциями непрямого доступа, поскольку мы косвенно получаем доступ к переменной посредством некоторой другой переменной.

Операция непрямого доступаэто процесс использования указателя для доступа к некоторому объекту.

О важности базового типа указателя

На примере предыдущей программы была показана возможность присвоения переменной value значения переменной balance посредством операции непрямого доступа, т.е. с использованием указателя. Возможно, при этом у вас промелькнул вопрос: "Как С++-компилятор узнает, сколько необходимо скопировать байтов в переменную value из области памяти, адресуемой указателем balptr?". Сформулируем тот же вопрос в более общем виде: как С++-компилятор передает надлежащее количество байтов при выполнении операции присваивания с использованием указателя? Ответ звучит так. Тип данных, адресуемый указателем, определяется базовым типом указателя. В данном случае, поскольку balptr представляет собой указатель на целочисленный тип, С++-компилятор скопирует в переменную value из области памяти, адресуемой указателем balptr, четыре байт информации (что справедливо для 32-разрядной среды), но если бы мы имели дело с double-указателем, то в аналогичной ситуации скопировалось бы восемь байт.

Переменные-указатели должны всегда указывать на соответствующий тип данных. Например, при объявлении указателя типа int компилятор "предполагает", что все значения, на которые ссылается этот указатель, имеют тип int. С++-компилятор попросту не позволит выполнить операцию присваивания с участием указателей (с обеих сторон от оператора присваивания), если типы этих указателей несовместимы (по сути не одинаковы).

Например, следующий фрагмент кода некорректен.


int *р;


double f;


// ...


р = &f; // ОШИБКА!

Некорректность этого фрагмента состоит в недопустимости присваивания double-указателя int-указателю. Выражение &f генерирует указатель на double-значение, а р — указатель на целочисленный тип int. Эти два типа несовместимы, поэтому компилятор отметит эту инструкцию как ошибочную и не скомпилирует программу.

Несмотря на то что, как было заявлено выше, при присваивании два указателя должны быть совместимы по типу, это серьезное ограничение можно преодолеть (правда, на свой страх и риск) с помощью операции приведения типов. Например, следующий фрагмент кода теперь формально корректен.


int *р;


double f;


// ...


р = (int *) &f; // Теперь формально все ОК!

Операция приведения к типу (int *) вызовет преобразование double- к int-указателю. Все же использование операции приведения в таких целях несколько сомнительно, поскольку именно базовый тип указателя определяет, как компилятор будет обращаться с данными, на которые он ссылается. В данном случае, несмотря на то, что p (после выполнения последней инструкции) в действительности указывает на значение с плавающей точкой, компилятор по-прежнему "считает", что он указывает на целочисленное значение (поскольку р по определению — int-указатель).

Чтобы лучше понять, почему использование операции приведения типов при присваивании одного указателя другому не всегда приемлемо, рассмотрим следующую программу.


// Эта программа не будет выполняться правильно.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 double x, у;


 int *p;


 x = 123.23;


 p = (int *) &x; // Используем операцию приведения типов для присваивания double-указателя int-указателю.


 у = *р; // Что происходит при выполнении этой инструкции?


 cout << у; // Что выведет эта инструкция?




 return 0;


}

Как видите, в этой программе переменной p (точнее, указателю на целочисленное значение) присваивается адрес переменной х (которая имеет тип double). Следовательно, когда переменной y присваивается значение, адресуемое указателем р, переменная y получает только четыре байт данных (а не все восемь, требуемые для double-значения), поскольку р— указатель на целочисленный тип int. Таким образом, при выполнении cout-инструкции на экран будет выведено не число 123.23, а, как говорят программисты, "мусор". (Выполните программу и убедитесь в этом сами.)

Присваивание значений с помощью указателей

При присваивании значения области памяти, адресуемой указателем, его (указатель) можно использовать с левой стороны от оператора присваивания. Например, при выполнении следующей инструкции (если р — указатель на целочисленный тип)


*р = 101;

число 101 присваивается области памяти, адресуемой указателем р. Таким образом, эту инструкцию можно прочитать так: "по адресу р помещаем значение 101". Чтобы инкрементировать или декрементировать значение, расположенное в области памяти, адресуемой указателем, можно использовать инструкцию, подобную следующей.


(*р)++;

Круглые скобки здесь обязательны, поскольку оператор "*" имеет более низкий приоритет, чем оператор "++".

Присваивание значений с использованием указателей демонстрируется в следующей программе.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int *p, num;


 p = #


 *p = 100;


 cout << num << ' ';


 (*p)++;


 cout << num << ' ';


 (*p)--;


 cout << num << '\n';




 return 0;


}

Вот такие результаты генерирует эта программа.


100 101 100

Использование указателей в выражениях

Указатели можно использовать в большинстве допустимых в C++ выражений. Но при этом следует применять некоторые специальные правила и не забывать, что некоторые части таких выражений необходимо заключать в круглые скобки, чтобы гарантированно получить желаемый результат.

Арифметические операции над указателями

С указателями можно использовать только четыре арифметических оператора: ++, --, + и -. Чтобы лучше понять, что происходит при выполнении арифметических действий с указателями, начнем с примера. Пусть p1 — указатель на int-переменную с текущим значением 2 ООО (т.е. p1 содержит адрес 2 ООО). После выполнения (в 32-разрядной среде) выражения


p1++;

содержимое переменной-указателя p1 станет равным 2 004, а не 2 001! Дело в том, что при каждом инкрементировании указатель p1 будет указывать на следующее int-значение. Для операции декрементирования справедливо обратное утверждение, т.е. при каждом декрементировании значение p1 будет уменьшаться на 4. Например, после выполнения инструкции


p1--;

указатель p1 будет иметь значение 1 996, если до этого оно было равно 2 000. Итак, каждый раз, когда указатель инкрементируется, он будет указывать на область памяти, содержащую следующий элемент базового типа этого указателя. А при каждом декрементировании он будет указывать на область памяти, содержащую предыдущий элемент базового типа этого указателя.

Для указателей на символьные значения результат операций инкрементирования и декрементирования будет таким же, как при "нормальной" арифметике, поскольку символы занимают только один байт. Но при использовании любого другого типа указателя при инкрементировании или декрементировании значение переменной-указателя будет увеличиваться или уменьшаться на величину, равную размеру его базового типа.

Арифметические операции над указателями не ограничиваются использованием операторов инкремента и декремента. Со значениями указателей можно выполнять операции сложения и вычитания, используя в качестве второго операнда целочисленные значения. Выражение


p1 = p1 + 9;

заставляет p1 ссылаться на девятый элемент базового типа указателя p1 относительно элемента, на который p1 ссылался до выполнения этой инструкций.

Несмотря на то что складывать указатели нельзя, один указатель можно вычесть из другого (если они оба имеют один и тот же базовый тип). Разность покажет количество элементов базового типа, которые разделяют эти два указателя.

Помимо сложения указателя с целочисленным значением и вычитания его из указателя, а также вычисления разности двух указателей, над указателями никакие другие арифметические операции не выполняются. Например, с указателями нельзя складывать float- или double-значения.

Чтобы понять, как формируется результат выполнения арифметических операций над указателями, выполним следующую короткую программу. Она выводит реальные физические адреса, которые содержат указатель на int-значение (i) и указатель на float-значение (f). Обратите внимание на каждое изменение адреса (зависящее от базового типа указателя), которое происходит при повторении цикла. (Для большинства 32-разрядных компиляторов значение i будет увеличиваться на 4, а значение f — на 8.) Отметьте также, что при использовании указателя в cout-инструкции его адрес автоматически отображается в формате адресации, применяемом для текущего процессора и среды выполнения.


// Демонстрация арифметических операций над указателями.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int *i, j[10];


 double *f, g[10];


 int x;


 i = j;


 f = g;


 for(x=0; x<10; x++)


  cout << i+x << ' ' << f+x << '\n';




 return 0;


}

Вот как выглядит возможный вариант выполнения этой программы (ваши результаты могут отличаться от приведенных, но интервалы между значениями должны быть такими же).


0012FE5C 0012FE84


0012FE60 0012FE8C


0012FE64 0012FE94


0012FE68 0012FE9C


0012FE6C 0012FEA4


0012FE70 0012FEAC


0012FE74 0012FEB4


0012FE78 0012FEBC


0012FE7C 0012FEC4


0012FE80 0012FECC

Узелок на память. Все арифметические операции над указателями выполняются относительно базового типа указателя.

Сравнение указателей

Указатели можно сравнивать, используя операторы отношения ==, < и >. Однако для того, чтобы результат сравнения указателей поддавался интерпретации, сравниваемые указатели должны быть каким-то образом связаны. Например, если p1 и р2 — указатели, которые ссылаются на две отдельные и никак не связанные переменные, то любое сравнение p1 и р2 в общем случае не имеет смысла. Но если p1 и р2 указывают на переменные, между которыми существует некоторая связь (как, например, между элементами одного и того же массива), то результат сравнения указателей p1 и р2 может иметь определенный смысл. Ниже в этой главе мы рассмотрим пример программы, в которой используется сравнение указателей.

Указатели и массивы

В C++ указатели и массивы тесно связаны между собой, причем настолько, что зачастую понятия "указатель" и "массив" взаимозаменяемы. В этом разделе мы попробуем проследить эту связь. Для начала рассмотрим следующий фрагмент программы.


char str[80];


char *p1;


p1 = str;

Здесь str представляет собой имя массива, содержащего 80 символов, a p1 — указатель на тип char. Особый интерес представляет третья строка, при выполнении которой переменной p1 присваивается адрес первого элемента массива str. (Другими словами, после этого присваивания p1 будет указывать на элемент str[0].) Дело в том, что в C++ использование имени массива без индекса генерирует указатель на первый элемент этого массива. Таким образом, при выполнении присваивания p1 = str адрес stг[0] присваивается указателю p1. Это и есть ключевой момент, который необходимо четко понимать: неиндексированное имя массива, использованное в выражении, означает указатель на начало этого массива.

Имя массива без индекса образует указатель на начало этого массива.

Поскольку после рассмотренного выше присваивания p1 будет указывать на начало массива str, указатель p1 можно использовать для доступа к элементам этого массива. Например, если нужно получить доступ к пятому элементу массива str, используйте одно из следующих выражений:


str[4]


или


*(p1+4)

В обоих случаях будет выполнено обращение к пятому элементу. Помните, что индексирование массива начинается с нуля, поэтому при индексе, равном четырем, обеспечивается доступ к пятому элементу. Точно такой же эффект производит суммирование значения исходного указателя (p1) с числом 4, поскольку p1 указывает на первый элемент массива str.

Необходимость использования круглых скобок, в которые заключено выражение p1+4, обусловлена тем, что оператор "*" имеет более высокий приоритет, чем оператор "+". Без этих круглых скобок выражение бы свелось к получению значения, адресуемого указателем p1, т.е. значения первого элемента массива, которое затем было бы увеличено на 4.

Важно! Убедитесь лишний раз в правильности использования круглых скобок в выражении с указателями. В противном случае ошибку будет трудно отыскать, поскольку внешне программа может выглядеть вполне корректной. Если у вас есть сомнения в необходимости их использования, примите решение в их пользу — вреда от этого не будет.

В действительности в C++ предусмотрено два способа доступа к элементам массивов: с помощью индексирования массивов и арифметики указателей. Дело в том, что арифметические операции над указателями иногда выполняются быстрее, чем индексирование массивов, особенно при доступе к элементам, расположение которых отличается строгой упорядоченностью. Поскольку быстродействие часто является определяющим фактором при выборе тех или иных решений в программировании, то использование указателей для доступа к элементам массива— характерная особенность многих С++-программ. Кроме того, иногда указатели позволяют написать более компактный код по сравнению с использованием индексирования массивов.

Чтобы лучше понять различие между использованием индексирования массивов и арифметических операций над указателями, рассмотрим две версии одной и той же программы. В этой программе из строки текста выделяются слова, разделенные пробелами. Например, из строки "Привет дружище" программа должна выделить слова "Привет" и "дружище". Программисты обычно называют такие разграниченные символьные последовательности лексемами (token). При выполнении программы входная строка посимвольно копируется в другой массив (с именем token) до тех пор, пока не встретится пробел. После этого выделенная лексема выводится на экран, и процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут конец строки. Например, если в качестве входной строки использовать строку Это лишь простой тест., программа отобразит следующее.


Это


лишь


простой


тест.

Вот как выглядит версия программы разбиения строки на слова с использованием арифметики указателей.


// Программа разбиения строки на слова:


// версия с использованием указателей.


#include <iostream>


#include <cstdio>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 char token[80];


 char *p, *q;




 cout << "Введите предложение: ";


 gets(str);


 p = str;


 // Считываем лексему из строки.


 while(*р) {


  q = token; // Устанавливаем q для указания на начало массива token.


  /* Считываем символы до тех пор, пока не встретится либо пробел, либо нулевой символ (признак завершения строки). */


  while(*p != ' ' && *р) {


   *q = *р;


   q++; р++;


  }


  if(*p) р++; // Перемещаемся за пробел.


  *q = '\0'; // Завершаем лексему нулевым символом.


  cout << token << '\n';


 }


 return 0;


}

А вот как выглядит версия той же программы с использованием индексирования массивов.


// Программа разбиения строки на слова:


// версия с использованием индексирования массивов.


#include <iostream>


#include <cstdio>


using namespace std;




int main()


{


 char str[80];


 char token[80];


 int i, j;


 cout << "Введите предложение: ";


 gets(str);


 // Считываем лексему из строки.


 for(i=0; ; i++) {


  /* Считываем символы до тех пор пока не встретится либо пробел, либо нулевой символ (признак завершения строки). */


  for(j=0; str[i]!=' ' && str[i]; j++, i++)


   token[j] = str[i];


  token[j] = '\0'; // Завершаем лексему нулевым символом.


  cout << token << '\n';


  if(!str[i]) break;


 }


 return 0;


}

У этих программ может быть различное быстродействие, что обусловлено особенностями генерирования кода С++-компиляторами. Как правило, при использовании индексирования массивов генерируется более длинный код (с большим количеством машинных команд), чем при выполнении арифметических действий над указателями. Поэтому неудивительно, что в профессионально написанном С++-коде чаще встречаются версии, ориентированные на обработку указателей. Но если вы— начинающий программист, смело используйте индексирование массивов, пока не научитесь свободно обращаться с указателями.

Индексирование указателя

Как было показано выше, можно получить доступ к массиву, используя арифметические действия над указателями. Интересно то, что в C++ указатель, Который ссылается на массив, можно индексировать так, как если бы это было имя массива (это говорит о тесной связи между указателями и массивами). Соответствующий такому подходу синтаксис обеспечивает альтернативу арифметическим операциям над указателями, поскольку он более удобен в некоторых ситуациях. Рассмотрим пример.


// Индексирование указателя подобно массиву.


#include <iostream>


#include <cctype>


using namespace std;




int main()


{


 char str[20] = "I love you";


 char *p;


 int i;


 p = str;


 // Индексируем указатель.


 for(i=0; p[i]; i++) p[i] = toupper(p[i]);


 cout << p; // Отображаем строку.


 return 0;


}

При выполнении программа отобразит на экране следующее.


I LOVE YOU

Вот как работает эта программа. Сначала в массив str вводится строка "I love you". Затем адрес начала этой строки присваивается указателю р. После этого каждый символ строки str с помощью функции toupper() преобразуется в его прописной эквивалент посредством индексирования указателя р. Помните, что выражение р[i] по своему действию идентично выражению *(p+i).

О взаимозаменяемости указателей и массивов

Выше было показано, что указатели и массивы очень тесно связаны. И действительно, во многих случаях они взаимозаменяемы. Например, с помощью указателя, который содержит адрес начала массива, можно получить доступ к элементам этого массива либо посредством арифметических действий над указателем, либо посредством индексирования массива. Однако в общем случае указатели и массивы не являются взаимозаменяемыми. Рассмотрим, например, такой фрагмент кода.


int num[10];


int i;


for(i=0; i<10; i++) {


 *num = i; // Здесь все в порядке.


 num++; // ОШИБКА — переменную num модифицировать нельзя.


}

Здесь используется массив целочисленных значений с именем num. Как отмечено в комментарии, несмотря на то, что совершенно приемлемо применить к имени num оператор "*" (который обычно применяется к указателям), абсолютно недопустимо модифицировать значение num. Дело в том, что num — это константа, которая указывает на начало массива. И ее, следовательно, инкрементировать никак нельзя. Другими словами, несмотря на то, что имя массива (без индекса) действительно генерирует указатель на начало массива, его значение изменению не подлежит.

Хотя имя массива генерирует константу-указатель, на него, тем не менее, (подобно указателям) можно включать в выражения, если, конечно, оно при этом не модифицируется. Например следующая инструкция, при выполнении которой элементу num[3] присваивается значение 100, вполне допустима.


*(num+3) = 100; // Здесь все в порядке, поскольку num не изменяется.

Указатели и строковые литералы

Возможно, вас удивит способ обработки С++-компиляторами строковых литералов, подобных следующему.


cout << strlen("С++-компилятор");

Если С++-компилятор обнаруживает строковый литерал, он сохраняет его в таблице строк программы и генерирует указатель на нужную строку. Поэтому следующая программа совершенно корректна и при выполнении выводит на экран фразу: Работа с указателями - сплошное удовольствие!.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char *s;


 s = "Работа с указателями - сплошное удовольствие!\n";


 cout << s;


 return 0;


}

При выполнении этой программы символы, образующие строковый литерал, сохраняются в таблице строк, а переменной s присваивается указатель на соответствующую строку в этой таблице.

Таблица строкэто таблица, сгенерированная компилятором для хранения строк, используемых в программе.

Поскольку указатель на таблицу строк конкретной программы при использовании строкового литерала генерируется автоматически, то можно попытаться использовать этот факт для модификации содержимого данной таблицы. Однако такое решения вряд ли можно назвать удачным. Дело в том, что С++-компиляторы создают оптимизированные таблицы, в которых один строковый литерал может использоваться в двух (или больше) различных местах программы. Поэтому "насильственное" изменение строки может вызвать нежелательные побочные эффекты. Более того, строковые литералы представляют собой константы, и некоторые современные С++-компиляторы попросту не позволят менять их содержимое. А при попытке сделать это будет сгенерирована ошибка времени выполнения.

Все познается в сравнении

Выше отмечалось, что значение одного указателя можно сравнивать с другим. Но, чтобы сравнение указателей имело смысл, сравниваемые указатели должны быть каким-то образом связаны друг с другом. Чаще всего такая связь устанавливается в случае, когда оба указателя указывают на элементы одного и того же массива. Например, даны два указателя (с именами А и В), которые ссылаются на один и тот же массив. Если А меньше В, значит, указатель А указывает на элемент, индекс которого меньше индекса элемента, адресуемого указателем В. Такое сравнение особенно полезно для определения граничных условий.

Сравнение указателей демонстрируется в следующей программе. В этой программе создается две переменных типа указатель. Одна (с именем start) первоначально указывает на начало массива, а вторая (с именем end) — на его конец. По мере ввода пользователем чисел массив последовательно заполняется от начала к концу. Каждый раз, когда в массив вводится очередное число, указатель start инкрементируется. Чтобы определить, заполнился ли массив, в программе просто сравниваются значения указателей start и end. Когда start превысит end, массив будет заполнен "до отказа". Программе останется лишь вывести содержимое заполненного массива на экран.


// Пример сравнения указателей.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int num[10];


 int *start, *end;


 start = num;


 end = &num[9];


 while(start <= end) {


  cout << "Введите число: ";


   cin >> *start;


  start++;


 }


 start << num; /* Восстановление исходного значения указателя */


 while(start <= end) {


  cout << *start << ' ';


  start++;


 }


 return 0;


}

Как показано в этой программе, поскольку start и end оба указывают на общий объект (в данном случае им является массив num), их сравнение может иметь смысл. Подобное сравнение часто используется в профессионально написанном С++-коде.

Массивы указателей

Указатели, подобно данным других типов, могут храниться в массивах. Вот, например, как выглядит объявление 10-элементного массива указателей на int-значения.


int *ipa[10];

Здесь каждый элемент массива ipa содержит указатель на целочисленное значение.

Чтобы присвоить адрес int-переменной с именем var третьему элементу этого массива указателей, запишите следующее.


ipa[2] = &var;

Помните, что здесь ipa — массив указателей на целочисленные значения. Элементы этого массива могут содержать только значения, которые представляют собой адреса переменных целочисленного типа. Вот поэтому переменная var предваряется оператором Чтобы присвоить значение переменной var целочисленной переменной х с помощью массива ipa, используйте такой синтаксис.


x = *ipa[2];

Поскольку адрес переменной var хранится в элементе ipa[2], применение оператора "*" к этой индексированной переменной позволит получить значение переменной var.

Подобно другим массивам, массивы указателей можно инициализировать. Как правило, инициализированные массивы указателей используются для хранения указателей на строки. Например, чтобы создать функцию, которая выводит счастливые предсказания, можно следующим образом определить массив fortunes,


char *fortunes[] = {


 "Вскоре деньги потекут к Вам рекой.\n",


 "Вашу жизнь озарит новая любовь.\n",


 "Вы будете жить долго и счастливо.\n",


 "Деньги, вложенные сейчас в дело, принесут доход.\n",


 "Близкий друг будет искать Вашего расположения.\n"


};

Не забывайте, что C++ обеспечивает хранение всех строковых литералов в таблице строк, связанной с конкретной программой, поэтому массив нужен только Для хранения указателей на эти строки. Таким образом, для вывода второго сообщения достаточно использовать инструкцию, подобную следующей.


cout << fortunes[1];

Ниже программа предсказаний приведена целиком. Для получения случайных чисел используется функция rand(), а для получения случайных чисел в диапазоне от 0 до 4 — оператор деления по модулю, поскольку именно такие числа могут служить для доступа к элементам массива по индексу.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


#include <conio.h>


using namespace std;




char *fortunes[] = {


 "Вскоре деньги потекут к Вам рекой.\n",


 "Вашу жизнь озарит новая любовь.\n",


 "Вы будете жить долго и счастливо.\n",


 "Деньги, вложенные сейчас в дело, принесут доход.\n",


 "Близкий друг будет искать Вашего расположения.\n"


};




int main()


{


 int chance;


 cout <<"Чтобы узнать свою судьбу, нажмите любую клавишу: ";


 // Рандомизируем генератор случайных чисел.


 while(!kbhit()) rand();


 cout << '\n';


 chance = rand();


 chance = chance % 5;


 cout << fortunes[chance];




 return 0;


}

Обратите внимание на цикл while, который вызывает функцию rand() до тех пор, пока не будет нажата какая-либо клавиша. Поскольку функция rand() всегда генерирует одну и ту же последовательность случайных чисел, важно иметь возможность программно использовать эту последовательность с некоторой произвольной позиции. (В противном случае каждый раз после запуска программа будет выдавать одно и то же "предсказание".) Эффект случайности достигается за счет повторяющихся обращений к функции rand(). Когда пользователь нажмет клавишу, цикл остановится на некоторой, случайной позиции последовательности генерируемых чисел, и эта позиция определит номер сообщения, которое будет выведено на экран. Напомню, что функция kbhit() представляет собой довольно распространенное расширение библиотеки функций C++, обеспечиваемое многими компиляторами, но не входит в стандартный пакет библиотечных функций C++.

В следующем примере используется двумерный массив указателей для создания программы, которая отображает синтаксис-памятку по ключевым словам C++. В программе инициализируется список указателей на строки. Первая размерность массива предназначена для указания на ключевые слова C++, а вторая — на краткое их описание. Список завершается двумя нулевыми строками, которые используются в качестве признака конца списка. Пользователь вводит ключевое слово, а программа должна вывести на экран его описание. Как видите, этот список содержит всего несколько ключевых слов. Поэтому его продолжение остается за вами.


// Простая памятка по ключевым словам C++.


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




char *keyword[][2] = {


 "for", "for(инициализация; условие; инкремент)",


 "if", "if(условие) ... else ... ",


 "switch", "switch(значение) {case-список}",


 "while", "while(условие) ...",


 // Сюда нужно добавить остальные ключевые слова C++.


 "", "" // Список должен завершаться нулевыми строками.


};




int main()


{


 char str[80];


 int i;


 cout << "Введите ключевое слово: ";


  cin >> str;


 // Отображаем синтаксис.


 for(i=0; *keyword[i][0]; i++)


  if(!strcmp(keyword[i][0], str))


   cout << keyword[i][1];


 return 0;


}

Вот пример выполнения этой программы.


Введите ключевое слово: for


for (инициализация; условие; инкремент)

В этой программе обратите внимание на выражение, управляющее циклом for. Оно приводит к завершению цикла, когда элемент keyword[i][0] содержит указатель на нуль, который интерпретируется как значение ЛОЖЬ. Следовательно, цикл останавливается, когда встречается нулевая строка, которая завершает массив указателей.

Соглашение о нулевых указателях 

Объявленный, но не инициализированный указатель будет содержать произвольное значение. При попытке использовать указатель до присвоения ему конкретного значения можно разрушить не только собственную программу, но даже и операционную систему (отвратительнейший, надо сказать, тип ошибки!). Поскольку не существует гарантированного способа избежать использования неинициализированного указателя, С++-программисты приняли процедуру, которая позволяет избегать таких ужасных ошибок. По соглашению, если указатель содержит нулевое значение, считается, что он ни на что не ссылается. Это значит, что, если всем неиспользуемым указателям присваивать нулевые значения и избегать использования нулевых указателей, можно избежать случайного использования неинициализированного указателя. Вам следует придерживаться этой практики программирования.

При объявлении указатель любого типа можно инициализировать нулевым значением, например, как это делается в следующей инструкции,


float *р = 0; // р — теперь нулевой указатель.

Для тестирования указателя используется инструкция if (любой из следующих ее вариантов).


if(р) // Выполняем что-то, если р — не нулевой указатель.


if(!p) // Выполняем что-то, если р — нулевой указатель.

Соблюдая упомянутое выше соглашение о нулевых указателях, вы можете избежать многих серьезных проблем, возникающих при использование указателей.

Указатели и 16-разрядные среды

Несмотря на то что в настоящее время большинство вычислительных сред 32-разрядные, все же немало пользователей до сих пор работают в 16-разрядных (в основном, это DOS и Windows 3.1) и, естественно, с 16-разрядным кодом. Эти операционные системы были разработаны для процессоров семейства Intel 8086, которые включают такие модификации, как 80286, 80386, 80486 и Pentium (при работе в режиме эмуляции процессора 8086). И хотя при написании нового кода программисты, как правило, ориентируются на использование 32-разрядной среды выполнения, все же некоторые программы по-прежнему создаются и поддерживаются в более компактных 16-разрядных средах. Поскольку некоторые темы актуальны только для 16-разрядных сред, программистам, которые работают в них, будет полезно получить информацию о том, как адаптировать "старый" код к новой среде, т.е. переориентировать 16-разрядный код на 32-разрядный.

При написании 16-разрядного кода для процессоров семейства Intel 8086 программист вправе рассчитывать на шесть способов компиляции программ, которые различаются организацией компьютерной памяти. Программы можно компилировать для миниатюрной, малой, средней, компактной, большой и огромной моделей памяти. Каждая из этих моделей по-своему оптимизирует пространство, резервируемое для данных, кода и стека. Различие в организации компьютерной памяти объясняется использованием процессорами семейства Intel 8086 сегментированной архитектуры при выполнении 16-разрядного кода. В 16-разрядном сегментированном режиме процессоры семейства Intel 8086 делят память на 16К сегментов.

В некоторых случаях модель памяти может повлиять на поведение указателей и ваши возможности по их использованию. Основная проблема возникает при инкрементировании указателя за пределы сегмента. Рассмотрение особенностей каждой из 16-разрядных моделей памяти выходит за рамки этой книги. Главное, чтобы вы знали, что, если вам придется работать в 16-разрядной среде и ориентироваться на процессоры семейства Intel 8086, вы должны изучить документацию, прилагаемую к используемому вами компилятору, и подробно разобраться в моделях памяти и их влиянии на указатели.

И последнее. При написании программ для современной 32-разрядной среды необходимо знать, что в ней используется единственная модель организации памяти, которая называется одноуровневой, несегментированной или линейной (flat model). 

Многоуровневая непрямая адресация

Можно создать указатель, который будет ссылаться на другой указатель, а тот — на конечное значение. Эту ситуацию называют многоуровневой непрямой адресацией (multiple indirection) или использованием указателя на указатель. Идея многоуровневой непрямой адресации схематично проиллюстрирована на рис. 6.2. Как видите, значение обычного указателя (при одноуровневой непрямой адресации) представляет собой адрес переменной, которая содержит некоторое значение. В случае применения указателя на указатель первый содержит адрес второго, а тот ссылается на переменную, содержащую определенное значение.


При использовании непрямой адресации можно организовать любое желаемое количество уровней, но, как правило, ограничиваются лишь двумя, поскольку увеличение числа уровней часто ведет к возникновению концептуальных ошибок.

 Переменную, которая является указателем на указатель, нужно объявить соответствующим образом. Для этого достаточно перед ее именем поставить дополнительный символ "звездочка"(*). Например, следующее объявление сообщает компилятору о том, что balance — это указатель на указатель на значение типа int.


int **balance;

Необходимо помнить, что переменная balance здесь — не указатель на целочисленное значение, а указатель на указатель на int-значение.

Чтобы получить доступ к значению, адресуемому указателем на указатель, необходимо дважды применить оператор "*" как показано в следующем коротком примере.


// Использование многоуровневой непрямой адресации.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int x, *p, **q;


 x = 10;


 p = &x;


 q = &p;


 cout << **q; // Выводим значение переменной x.




 return 0;


}

Здесь переменная p объявлена как указатель на int-значеине, а переменная q — как указатель на указатель на int-значеине. При выполнении этой программы мы получим значение переменной х, т.е. число 10.

Проблемы, связанные с использованием указателей

Для программиста нет ничего более страшного, чем "взбесившиеся" указатели! Указатели можно сравнить с энергией атома: они одновременно и чрезвычайно полезны и чрезвычайно опасны. Если проблема связана с получением указателем неверного значения, то такую ошибку отыскать труднее всего.

Трудности выявления ошибок, связанных с указателями, объясняются тем, что сам по себе указатель не обнаруживает проблему. Проблема может проявиться только косвенно, возможно, даже в результате выполнения нескольких инструкций после "крамольной" операции с указателем. Например, если один указатель случайно получит адрес "не тех" данных, то при выполнении операции с этим "сомнительным" указателем адресуемые данные могут подвергнуться нежелательному изменению, и, что самое здесь неприятное, это "тайное" изменение, как правило, становится явным гораздо позже. Такое "запаздывание" существенно усложняет поиск ошибки, поскольку посылает вас по "ложному следу". К тому моменту, когда проблема станет очевидной, вполне возможно, что указатель-виновник внешне будет выглядеть "безобидной овечкой", и вам придется затратить еще немало времени, чтобы найти истинную причину проблемы.

Поскольку для многих работать с указателями — значит потенциально обречь себя на поиски ответа на вопрос "Кто виноват?", мы попытаемся рассмотреть возможные "овраги" на пути отважного программиста и показать обходные пути, позволяющие избежать изматывающих "мук творчества".

Неинициализированные указатели

Классический пример ошибки, допускаемой при работе с указателями, — использование неинициализированного указателя. Рассмотрим следующий фрагмент кода.


// Эта программа некорректна.


int main()


{


 int х, *р;


 х = 10;


 *р = х; // На что указывает переменная р?


 return 0;


}

Здесь указатель р содержит неизвестный адрес, поскольку он нигде не определен. У вас нет возможности узнать, где записано значение переменной х. При небольших размерах программы (например, как в данном случае) ее странности (которые заключаются в том, что указатель р содержит адрес, не принадлежащий ни коду программы, ни области данных) могут никак не проявляться, т.е. программа внешне будет работать нормально. Но по мере ее развития и, соответственно, увеличения ее объема, вероятность того, что р станет указывать либо на код программы, либо на область данных, возрастет. В один прекрасный день программа вообще перестанет работать. Способ не допустить создания таких программ очевиден: прежде чем использовать указатель, позаботьтесь о том, чтобы он ссылался на что-нибудь действительное!

Некорректное сравнение указателей

Сравнение указателей, которые не ссылаются на элементы одного и того же массива, в общем случае некорректно и часто приводит к возникновению ошибок. Никогда не стоит полагаться на то, что различные объекты будут размещены в памяти каким-то определенным образом (где-то рядом) или на то, что все компиляторы и операционные среды будут обрабатывать ваши данные одинаково. Поэтому любое сравнение указателей, которые ссылаются на различные объекты, может привести к неожиданным последствиям. Рассмотрим пример.


char s[80];


char у[80];


char *p1, *р2;


p1 = s;


р2 = у;


if(p1 < р2) . . .

Здесь используется некорректное сравнение указателей, поскольку C++ не дает никаких гарантий относительно размещения переменных в памяти. Ваш код должен быть написан таким образом, чтобы он работал одинаково устойчиво вне зависимости от того, где расположены данные в памяти.

Было бы ошибкой предполагать, что два объявленных массива будут расположены в памяти "плечом к плечу", и поэтому можно обращаться к ним путем индексирования их с помощью одного и того же указателя. Предположение о том, что инкрементируемый указатель после выхода за границы первого массива станет ссылаться на второй, совершенно ни на чем не основано и потому неверно. Рассмотрим этот пример внимательно.


int first[101;


int second[10];


int *p, t;


p = first;


for(t=0; t<20; ++t) {


 *p = t;


 p++;


}

Цель этой программы — инициализировать элементы массивов first и second числами от 0 до 19. Однако этот код не позволяет надеяться на достижение желаемого результата, несмотря на то, что в некоторых условиях и при использовании определенных компиляторов эта программа будет работать так, как задумано автором. Не стоит полагаться на то, что массивы first и second будут расположены в памяти компьютера последовательно, причем первым обязательно будет массив first. Язык C++ не гарантирует определенного расположения объектов в памяти, и потому эту программу нельзя считать корректной.

Не забывайте об установке указателей

Следующая (некорректная) программа должна принять строку, введенную с клавиатуры, а затем отобразить ASCII-код для каждого символа этой строки. (Обратите внимание на то, что для вывода ASCII-кодов на экран используется операция приведения типов.) Однако эта программа содержит серьезную ошибку.


// Эта программа некорректна.


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char s [80];


 char *p1;


 p1 = s;


 do {


  cout << "Введите строку: ";


  gets(p1); // Считываем строку.




  // Выводим ASCII-значения каждого символа.


  while(*p1) cout << (int) *p1++ << ' ';


  cout << ' \n';


 }while(strcmp (s, "конец"));




 return 0;


}

Сможете ли вы сами найти здесь ошибку?

В приведенном выше варианте программы указателю p1 присваивается адрес массива s только один раз. Это присваивание выполняется вне цикла. При входе в do-while-цикл (т.е. при первой его итерации) p1 действительно указывает на первый символ массива s. Но при втором проходе того же цикла p1 указатель будет содержать значение, которое останется после выполнения предыдущей итерации цикла, поскольку указатель p1 не устанавливается заново на начало массива s. Рано или поздно граница массива s будет нарушена.

Вот как выглядит корректный вариант той же программы.


// Эта программа корректна.


#include <iostream>


#include <cstdio>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 char s[80];


 char *p1;


 do {


  p1 = s; // Устанавливаем p1 при каждой итерации цикла.


  cout << "Введите строку: ";


  gets(p1); // Считываем строку.




  // Выводим ASCII-значения каждого символа.


  while(*p1) cout << (int) *p1++ <<' ';


  cout << '\n';


 }while(strcmp(s, "конец"));




 return 0;


}

Итак, в этом варианте программы в начале каждой итерации цикла указатель p1 устанавливается на начало строки.

Узелок на память. Чтобы использование указателей было безопасным, нужно в любой момент знать, на что они ссылаются.

Глава 7:Функции, часть первая: ОСНОВЫ

В этой главе мы приступаем к углубленному рассмотрению функций. Функции — это строительные блоки C++, а потому без полного их понимания невозможно стать успешным С++-программистом. Мы уже коснулись темы функций в главе 2 и использовали их в каждом примере программы. В этой главе мы познакомимся с ними более детально. Данная тема включает рассмотрение правил действия областей видимости функций, рекурсивных функций, некоторых специальных свойств функции main(), инструкции return и прототипов функций.

Правила действия областей видимости функций

Правила действия областей видимости определяют возможность получения доступа к объекту и время его существования.

Правила действия областей видимости любого языка программирования — это правила, которые позволяют управлять доступом к объекту из различных частей программы. Другими словами, правила действия областей видимости определяют, какой код имеет доступ к той или иной переменной. Эти правила также определяют время "жизни" переменной. Как упоминалось выше, существует три вида переменных: локальные переменные, формальные параметры и глобальные переменные. На этот раз мы рассмотрим правила действия областей видимости с точки зрения функций.

Локальные переменные

Как вы уже знаете, переменные, объявленные внутри функции, называются локальными. Но в C++ предусмотрено более "внимательное" отношение к локальным переменным, чем мы могли заметить до сих пор. В C++ переменные могут быть включены в блоки. Это означает, что переменную можно объявить внутри любого блока кода, после чего она будет локальной по отношению к этому блоку. (Помните, что блок начинается с открывающей фигурной скобки и завершается закрывающей.) В действительности переменные, локальные по отношению к функции, образуют просто специальный случай более общей идеи.

Локальную переменную могут использовать лишь инструкции, включенные в блок, в котором эта переменная объявлена. Другими словами, локальная переменная неизвестна за пределами собственного блока кода. Следовательно, инструкции вне блока не могут получить доступ к объекту, определенному внутри блока.

Важно понимать, что локальные переменные существуют только во время выполнения программного блока, в котором они объявлены. Это означает, что локальная переменная создается при входе в "свой" блок и разрушается при выходе из него. А поскольку локальная переменная разрушается при выходе из "своего" блока, ее значение теряется.

Самым распространенным программным блоком является функция. В C++ каждая функция определяет блок кода, который начинается с открывающей фигурной скобки этой функции и завершается ее закрывающей фигурной скобкой. Код функции и ее данные — это ее "частная собственность", и к ней не может получить доступ ни одна инструкция из любой другой функции, за исключением инструкции ее вызова. (Например, невозможно использовать инструкцию goto для перехода в середину кода другой функции.) Тело функции надежно скрыто от остальной части программы, и если в функции не используются глобальные переменные, то она не может оказать никакого влияния на другие части программы, равно, как и те на нее. Таким образом, содержимое одной функции совершенно независимо от содержимого другой. Другими словами, код и данные, определенные в одной функции, не могут взаимодействовать с кодом и данными, определенными в другой, поскольку две функции имеют различные области видимости.

Поскольку каждая функция определяет собственную область видимости, переменные, объявленные в одной функции, не оказывают никакого влияния на переменные, объявленные в другой, причем даже в том случае, если эти переменные имеют одинаковые имена. Рассмотрим, например, следующую программу.


#include <iostream>


using namespace std;




void f1();


int main()


{


 char str[] = "Это - массив str в функции main().";


 cout << str << '\n';


 f1();


 cout << str << '\n';




 return 0;


}




void f1()


{


 char str[80];


 cout << "Введите какую-нибудь строку: ";


  cin >> str;


 cout << str << '\n';


}

Символьный массив str объявляется здесь дважды: первый раз в функции main() и еще раз — в функции f1(). При этом массив str, объявленный в функции main(), не имеет никакого отношения к одноименному массиву из функции f1(). Как разъяснялось выше, каждый массив (в данном случае str) известен только блоку кода, в котором он объявлен. Чтобы убедиться в этом, достаточно выполнить приведенную выше программу. Как видите, несмотря на то, что массив str получает строку, вводимую пользователем при выполнении функции f1(), содержимое массива str в функции main() остается неизменным.

Язык C++ содержит ключевое слово auto, которое можно использовать для объявления локальных переменных. Но поскольку все неглобальные переменные являются по умолчанию auto-переменными, то к этому ключевому слову практически никогда не прибегают. Поэтому вы не найдете в этой книге ни одного примера с его использованием. Но если вы захотите все-таки применить его в своей программе, то знайте, что размещать его нужно непосредственно перед типом переменной, как показано ниже.


auto char ch;

Обычной практикой является объявление всех переменных, используемых в функции, в начале программного блока этой функции. В этом случае всякий, кому придется разбираться в коде этой функции, легко узнает, какие переменные в ней используются. Тем не менее начало блока функции — это не единственно возможное место для объявления локальных переменных. Локальные переменные можно объявлять в любом месте блока кода. Переменная, объявленная в блоке, локальна по отношению к этому блоку. Это означает, что такая переменная не существует до тех пор, пока не будет выполнен вход в блок, а разрушение такой переменной происходит при выходе из ее блока. При этом никакой код вне этого блока не может получить доступ к этой переменной (даже код, принадлежащий той же функции).

Чтобы лучше понять вышесказанное, рассмотрим следующую программу.


/* Эта программа демонстрирует локальность переменных по отношению к блоку.


*/


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 int choice;


 cout << "(1) сложить числа или ";


 cout << "(2) конкатенировать строки?: ";


  cin >> choice;


 if(choice == 1) {


  int a, b; /* Активизируются две int-переменные. */


  cout << "Введите два числа: ";


   cin >> а >> b;


  cout << "Сумма равна " << a+b << '\n';


 }


 else {


  char s1 [80], s2[80]; /* Активизируются две строки. */


  cout << "Введите две строки: ";


   cin >> s1;


   cin >> s2;


  strcat(s1, s2);


  cout << "Конкатенация равна " << s1 << '\n';


 }


 return 0;


}

Эта программа в зависимости от выбора пользователя обеспечивает ввод либо двух чисел, либо двух строк. Обратите внимание на объявление переменных а и b в if-блоке и переменных s1 и s2 в else-блоке. Существование этих переменных начнется с момента входа в соответствующий блок и прекратится сразу после выхода из него. Если пользователь выберет сложение чисел, будут созданы переменные а и b, а если он захочет конкатенировать строки— переменные s1 и s2. Наконец, ни к одной из этих переменных нельзя обратиться извне их блока, даже из части кода, принадлежащей той же функции. Например, если вы попытаетесь скомпилировать следующую (некорректную) версию программы, то получите сообщение об ошибке.


/* Эта программа некорректна. */


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




int main()


{


 int choice;


 cout << "(1) сложить числа или ";


 cout << "(2) конкатенировать строки?: ";


  cin >> choice;


 if(choice == 1) {


  int a, b; /* Активизируются две int-переменные. */


  cout << "Введите два числа: ";


   cin >> а >> b;


  cout << "Сумма равна " << a+b << '\n';


 }


 else {


  char s1 [80], s2 [80]; /* Активизируются две строки. */


  cout << "Введите две строки: ";


   cin >> s1;


   cin >> s2;


  strcat (s1, s2);


  cout << "Конкатенация равна " << s1 << '\n';


 }


 a = 10; // *** Ошибка ***


 // Переменная а здесь неизвестна!


 return 0;


}

Поскольку в данном случае переменная а неизвестна вне своего if-блока, компилятор выдаст ошибку при попытке ее использовать.

Если имя переменной, объявленной во внутреннем блоке, совпадает с именем переменной, объявленной во внешнем блоке, то "внутренняя" переменная переопределяет "внешнюю" в пределах области видимости внутреннего блока. Рассмотрим пример.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int i, j;


 i = 10;


 j = 100;


 if(j > 0) {


  int i; // Эта переменная i отделена от внешней переменной i.


  i = j /2;


  cout << "Внутренняя переменная i: " << i << '\n';


 }


 cout << "Внешняя переменная i: " << i << '\n';




 return 0;


}

Вот как выглядят результаты выполнения этой программы.


Внутренняя переменная i: 50


Внешняя переменная i: 10

Здесь переменная i, объявленная внутри if-блока, переопределяет, или скрывает, внешнюю переменную i. Изменения, которым подверглась внутренняя переменная i, не оказывают никакого влияния на внешнюю i. Более того, вне if-блока внутренняя переменная i больше не существует, и поэтому внешняя переменная i снова становится видимой.

Поскольку локальные переменные создаются с каждым входом и разрушаются с каждым выходом из программного блока, в котором они объявлены, они не хранят своих значений между активизациями блоков. Это особенно важно помнить в отношении функций. При вызове функции ее локальные переменные создаются, а при выходе из нее — разрушаются. Это означает, что локальные переменные не сохраняют своих значений между вызовами функций. (Существует один способ обойти это ограничение — он будет рассмотрен ниже в этой книге.)

Локальные переменные не хранят своих значений между активизациями.

Локальные переменные хранятся в стеке, если не задан иной способ хранения. Поскольку стек — это динамически изменяемая область памяти, локальные переменные не могут в общем случае сохранять свои значения между вызовами функций.

Как упоминалось выше, несмотря на то, что локальные переменные обычно объявляются в начале своего блока, это не является обязательным. Локальные переменные можно объявить в любом месте блока, главное, чтобы это было сделано до их использования. Например, следующая программа вполне допустима.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 cout << "Введите число: ";


 int a; // Объявляем одну переменную.


 cin >> a;




 cout << "Введите второе число: ";


 int b; // Объявляем еще одну переменную.


 cin >> b;




 cout << "Произведение равно: " << а*Ь << '\n';




 return 0;


}

В этом примере переменные а и b не объявляются до тех пор, пока они станут нужными. Все же большинство программистов объявляют все локальные переменные в начале блока, в котором они используются, но это, как говорится, вопрос стилистики (или вкуса).

Объявление переменных в итерационных инструкциях и инструкциях выбора

Переменную можно объявить в разделе инициализации цикла for или условном выражении инструкций if, switch или while. Переменная, объявленная в одной из этих инструкций, имеет область видимости, которая ограничена блоком кода, управляемым этой инструкцией. Например, переменная, объявленная в инструкции цикла for, будет локальной для этого цикла, как показано в следующем примере.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 // Переменная i локальная для цикла for.


 for(int i=0; i<10; i++) {


  cout << i << " ";


  cout << "в квадрате равно " << i * i << "\n";


 }


 // i = 10; // *** Ошибка *** -- i здесь неизвестна!


 return 0;


}

Здесь переменная i объявляется в разделе инициализации цикла for и используется для управления этим циклом. А за пределами цикла переменная i неизвестна.

В общем случае, если управляющая переменная цикла for не нужна за пределами этого цикла, то объявление ее внутри for-инструкции (как показано в этом примере) хорошо тем, что оно ограничивает ее существование рамками цикла и тем самым предотвращает случайное использование в каком-то другом месте программы. Профессиональные программисты часто объявляют управляющую переменную цикла внутри for-инструкции. Но если переменная требуется коду вне цикла, ее нельзя объявлять в инструкции for.

Важно! Утверждение о том, что переменная, объявленная в разделе инициализации цикла for, является локальной по отношению к этому циклу или не является таковой, изменилось со временем (имеется в виду время, в течение которого развивался язык C++). Первоначально такая переменная была доступна после выхода из цикла for. Однако стандарт C++ ограничивает область видимости этой переменной рамками цикла for. Но следует иметь в виду, что различные компиляторы и теперь по-разному "смотрят" на эту ситуацию.

Если ваш компилятор полностью соблюдает стандарт C++, то вы можете также объявить переменную в условном выражении инструкций if, switch или while. Например, в следующем фрагменте кода


if(int х = 20) {


 cout << "Это значение переменной х: ";


 cout << х;


}

объявляется переменная х, которой присваивается число 20. Поскольку это выражение оценивается как истинное, инструкция cout будет выполнена. Область видимости переменных, объявленных в условном выражении инструкции, ограничивается блоком кода, управляемым этой инструкцией. Следовательно, в данном случае переменная х неизвестна за пределами инструкции if. По правде говоря, далеко не все программисты считают объявление переменных в условном выражении инструкций признаком хорошего стиля программирования, и поэтому такой прием в этой книге больше не повторится.

Формальные параметры

Как вы знаете, если функция использует аргументы, она должна объявить переменные, которые будут принимать значения этих аргументов. Эти переменные называются формальными параметрами функции. Если не считать получения значений аргументов при вызове функции, то поведение формальных параметров ничем не отличается от поведения любых других локальных переменных внутри функции. Область видимости параметра ограничивается рамками его функции.

Программист должен гарантировать, что тип объявляемых им формальных параметров совпадает с типом аргументов, передаваемых функции. И еще. Несмотря на то что эти переменные выполняют специальную задачу получения значений аргументов, их можно использовать подобно любым другим локальным переменным. Например, параметру внутри функции можно присвоить какое-нибудь новое значение.

Глобальные переменные

Глобальные переменные во многих отношениях противоположны локальным. Они известны на протяжении всей программы, их можно использовать в любом месте кода. и они сохраняют свои значения во время выполнения всего кода программы. Следовательно, их область видимости расширяется до объема всей программы. Глобальная переменная создается путем ее объявления вне какой бы то ни было функции. Благодаря их глобальности доступ к этим переменным можно получить из любого выражения, вне зависимости от функции, в которой это выражение находится.

Если глобальная и локальная переменные имеют одинаковые имена, то преимущество находится на стороне локальной переменной. Другими словами, локальная переменная скроет глобальную с таким же именем. Таким образом, несмотря на то, что к глобальной переменной теоретически можно получить доступ из любого кода программы, практически это возможно только в случае, если одноименная локальная переменная не переопределит глобальную.

Использование глобальных переменных демонстрируется в следующей программе. Как видите, переменные count и num_right объявлены вне всех функций, следовательно, они— глобальные. Из обычных практических соображений лучше объявлять глобальные переменные поближе к началу программы. Но формально они просто должны быть объявлены до их первого использования. Предлагаемая для рассмотрения программа— всего лишь простой тренажер по выполнению арифметического сложения. Сначала пользователю предлагается указать количество упражнений. Для выполнения каждого упражнения вызывается функция drill(), которая генерирует два случайных числа в диапазоне от 0 до 99. Пользователю предлагается сложить эти числа, а затем проверяется ответ. На каждое упражнение дается три попытки. В конце программа отображает количество правильных ответов. Обратите особое внимание на глобальные переменные, используемые в этой программе.


// Простая программа-тренажер по выполнению сложения.


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




void drill();


int count; // Переменные count и num_right — глобальные.


int num_right;


int main()


{


 cout << "Сколько практических упражнений: ";


  cin >> count;


 num_right = 0;


 do {


  drill(); count--;


 }while(count);


 cout << "Вы дали " << num_right<< " правильных ответов.\n";


 return 0;


}




void drill()


{


 int count; /* Эта переменная count — локальная и никак не связана с одноименной глобальной.*/


 int а, b, ans;


 // Генерируем два числа между 0 и 99.


 а = rand() % 100;


 b = rand() % 100;


 // Пользователь получает три попытки дать правильный ответ.


 for(count=0; count<3; count++) {


  cout << "Сколько будет " << а << " + " << b << "? ";


   cin >> ans;


  if(ans==a+b) {


   cout << "Правильно\n";


   num_right++;


   return;


  }


 }


 cout << "Вы использовали все свои попытки.\n";


 cout << "Ответ равен " << a+b << '\n';


}

При внимательном изучении этой программы вам должно быть ясно, что как функция main(), так и функция drill() получают доступ к глобальной переменной num_right. Но с переменной count дело обстоит несколько сложнее. В функции main() используется глобальная переменная count. Однако в функции drill() объявляется локальная переменная count. Поэтому здесь при использовании имени count подразумевается именно локальная, а не глобальная переменная count. Помните, что, если в функции глобальная и локальная переменные имеют одинаковые имена, то при обращении к этому имени подразумевается локальная, а не глобальная переменная.

Хранение глобальных переменных осуществляется в некоторой определенной области памяти, специально выделяемой программой для этих целей. Глобальные переменные полезны в том случае, когда в нескольких функциях программы используются одни и те же данные, или когда переменная должна хранить свое значение на протяжении выполнения всей программы. Однако без особой необходимости следует избегать использования глобальных переменных, и на это есть три причины.

■ Они занимают память в течение всего времени выполнения программы, а не только тогда, когда действительно необходимы.

■ Использование глобальной переменной в "роли", с которой легко бы "справилась" локальная переменная, делает такую функцию менее универсальной, поскольку она полагается на необходимость определения данных вне этой функции.

■ Использование большого количества глобальных переменных может привести к появлению ошибок в работе программы, поскольку при этом возможно проявление неизвестных и нежелательных побочных эффектов. Основная проблема, характерная для разработки больших С++-программ, — случайная модификация значения переменной в каком-то другом месте программы. Чем больше глобальных переменных в программе, тем больше вероятность ошибки.

Передача указателей и массивов в качестве аргументов

До сих пор в приводимых здесь примерах функциям передавались значения простых переменных. Но возможны ситуации, когда в качестве аргументов необходимо использовать указатели и массивы. Рассмотрению особенностей передачи аргументов этого типа и посвящены следующие подразделы.

Вызов функций с указателями

В C++ разрешается передавать функции указатели. Для этого достаточно объявить параметр типа указатель. Рассмотрим пример.


// Передача функции указателя.


#include <iostream>


using namespace std;




void f (int *j);


int main()


{


 int i;


 int *p;


 p = &i; // Указатель p теперь содержит адрес переменной i.


 f(p);


 cout << i; // Переменная i теперь содержит число 100.


 return 0;


}




void f (int *j)


{


 *j = 100; // Переменной, адресуемой указателем j, присваивается число 100.


}

Как видите, в этой программе функция f() принимает один параметр: указатель на целочисленное значение. В функции main() указателю р присваивается адрес переменной i. Затем из функции main() вызывается функция f(), а указатель р передается ей в качестве аргумента. После того как параметр-указатель j получит значение аргумента р, он (так же, как и р) будет указывать на переменную i, определенную в функции main(). Таким образом, при выполнении операции присваивания


*j = 100;

переменная i получает значение 100. Поэтому программа отобразит на экране число 100. В общем случае приведенная здесь функция f() присваивает число 100 переменной, адрес которой был передан этой функции в качестве аргумента.

В предыдущем примере необязательно было использовать переменную р. Вместо нее при вызове функции f() достаточно использовать переменную i, предварив ее оператором "&" (при этом, как вы знаете, генерируется адрес переменной i). После внесения оговоренного изменения предыдущая программа приобретает такой вид.


// Передача указателя функции -- исправленная версия.


#include <iostream>


using namespace std;




void f (int *j);


int main()


{


 int i;


 f(&i);


 cout << i;


 return 0;


}




void f (int * j)


{


 *j = 100; // Переменной, адресуемой указателем j, присваивается число 100.


}

Передавая указатель функции, необходимо понимать следующее. При выполнении некоторой операции в функции, которая использует указатель, эта операция фактически выполняется над переменной, адресуемой этим указателем. Таким образом, такая функция может изменить значение объекта, адресуемого ее параметром.

Вызов функций с массивами

Если массив является аргументом функции, то необходимо понимать, что при вызове такой функции ей передается только адрес первого элемента массива, а не полная его копия. (Помните, что в C++ имя массива без индекса представляет собой указатель на первый элемент этого массива.) Это означает, что объявление параметра должно иметь тип, совместимый с типом аргумента. Вообще существует три способа объявить параметр, который принимает указатель на массив. Во-первых, параметр можно объявить как массив, тип и размер которого совпадает с типом и размером массива, используемого при вызове функции. Этот вариант объявления параметра-массива продемонстрирован в следующем примере.


#include <iostream>


using namespace std;




void display(int num[10]);


int main()


{


 int t[10], i;


 for(i=0; i<10; ++i) t[i]=i;


 display(t); // Передаем функции массив t.




 return 0;


}




// Функция выводит все элементы массива.


void display(int num[10])


{


 int i;


 for(i=0; i<10; i++) cout << num[i] <<' ';


}

Несмотря на то что параметр num объявлен здесь как целочисленный массив, состоящий из 10 элементов, С++-компилятор автоматически преобразует его в указатель на целочисленное значение. Необходимость этого преобразования объясняется тем, что никакой параметр в действительности не может принять массив целиком. А так как будет передан один лишь указатель на массив, то функция должна иметь параметр, способный принять этот указатель.

Второй способ объявления параметра-массива состоит в его представлении в виде безразмерного массива, как показано ниже.


void display(int num[])


{


 int i;


 for(i=0; i<10; i++) cout << num[i] << ' ';


}

Здесь параметр num объявляется как целочисленный массив неизвестного размера. Поскольку C++ не обеспечивает проверку нарушения границ массива, то реальный размер массива — нерелевантный фактор для подобного параметра (но, безусловно, не для программы в целом). Целочисленный массив при таком способе объявления также автоматически преобразуется С++-компилятором в указатель на целочисленное значение.

Наконец, рассмотрим третий способ объявления параметра-массива. При передаче массива функции ее параметр можно объявить как указатель. Как раз этот вариант чаще всего используется профессиональными программистами. Вот пример:


void display(int *num)


{


 int i;


 for(i=0; i<10; i++) cout << num[i] << ' ';


}

Возможность такого объявления параметра (в данном случае num) объясняется тем, что любой указатель (подобно массиву) можно индексировать с помощью символов квадратных скобок ([]). Таким образом, все три способа объявления параметра-массива приводятся к одинаковому результату, который можно выразить одним словом: указатель.

Однако отдельный элемент массива, используемый в качестве аргумента, обрабатывается подобно обычной переменной. Например, рассмотренную выше программу можно было бы переписать, не используя передачу целого массива:


#include <iostream>


using namespace std;




void display(int num);


int main()


{


 int t[10],i;


 for(i=0; i<10; ++i) t[i]=i;


 for(i=0; i<10; i++) display(t[i]);




 return 0;


}




// Функция выводит одно число.


void display(int num)


{


 cout << num << ' ';


}

Как видите, параметр, используемый функцией display(), имеет тип int. Здесь не важно, что эта функция вызывается с использованием элемента массива, поскольку ей передается только один его элемент.

Помните, что, если массив используется в качестве аргумента функции, то функции передается адрес этого массива. Это означает, что код функции может потенциально изменить реальное содержимое массива, используемого при вызове функции. Например, в следующей программе функция cube() преобразует значение каждого элемента массива в куб этого значения. При вызове функции cube() в качестве первого аргумента необходимо передать адрес массива значений, подлежащих преобразованию, а в качестве второго — его размер.


#include <iostream>


using namespace std;




void cube(int *n, int num);


int main()


{


 int i, nums[10];


 for(i=0; i<10; i++) nums[i] = i+1;




 cout << "Исходное содержимое массива: ";


 for(i=0; i<10; i++) cout << nums[i] << ' ';


 cout << '\n';




 cube(nums, 10); // Вычисляем кубы значений.


 cout << "Измененное содержимое: ";


 for(i=0; i<10; i++) cout << nums[i] << ' ';




 return 0;


}




void cube(int *n, int num)


{


 while(num) {


  *n = *n * *n * *n;


  num--;


  n++;


 }


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Исходное содержимое массива: 12345678910


Измененное содержимое: 1 8 27 64 125 216 343 512 729 1000

Как видите, после обращения к функции cube() содержимое массива nums изменилось: каждый элемент стал равным кубу исходного значения. Другими словами, элементы массива nums были модифицированы инструкциями, составляющими тело функции cube(), поскольку ее параметр n указывает на массив nums.

Передача функциям строк

Как вы уже знаете, строки в C++ — это обычные символьные массивы, которые завершаются нулевым символом. Таким образом, при передаче функции строки реально передается только указатель (типа char*) на начало этой строки. Рассмотрим, например, следующую программу. В ней определяется функция stringupper(), которая преобразует строку символов в ее прописной эквивалент.


// Передача функции строки.


#include <iostream>


#include <cstring>


#include <cctype>


using namespace std;




void stringupper(char *str);


int main()


{


 char str[80];


 strcpy(str, "Мне нравится C++");


 stringupper(str);


 cout << str; // Отображаем строку с использованием прописного написания символов.


 return 0;


}




void stringupper(char *str)


{


 while(*str) {


  *str = toupper(*str); // Получаем прописной эквивалент одного символа.


  str++; // Переходим к следующему символу.


 }


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


МНЕ НРАВИТСЯ C++

Обратите внимание на то, что параметр str функции stringupper() объявляется с использованием типа char*. Это позволяет получить указатель на символьный массив, который содержит строку. Рассмотрим еще один пример передачи строки функции. Как вы узнали в главе 5, стандартная библиотечная функция strlen() возвращает длину строки. В следующей программе показан один из возможных вариантов реализации этой функции.


// Одна из версий функции strlen().


#include <iostream>


using namespace std;




int mystrlen(char *str);


int main()


{


 cout << "Длина строки ПРИВЕТ ВСЕМ равна: ";


 cout << mystrlen("ПРИВЕТ ВСЕМ");


 return 0;


}




// Нестандартная реализация функции strlen().


int mystrlen(char *str)


{


 int i;


 for(i=0; str[i]; i++); // Находим конец строки.


 return i;


}

Вот как выглядят результаты выполнения этой программы.


Длина строки ПРИВЕТ ВСЕМ равна: 11

В качестве упражнения вам стоило бы попытаться самостоятельно реализовать другие строковые функции, например strcpy() или strcat(). Этот тест позволит узнать, насколько хорошо вы освоили такие элементы языка C++, как массивы, строки и указатели.

Аргументы функции main(): argc и argv 

Аргумент командной строки представляет собой информацию, задаваемую в командной строке после имени программы.

Иногда возникает необходимость передать информацию программе при ее запуске. Как правило, это реализуется путем передачи аргументов командной строки функции main(). Аргумент командной строки представляет собой информацию, указываемую в команде (командной строке), предназначенной для выполнения операционной системой, после имени программы. (В Windows команда "Run" (Выполнить) также использует командную строку.) Например, С++-программы можно компилировать путем выполнения следующей команды,


cl prog_name

Здесь элемент prog_name — имя программы, которую мы хотим скомпилировать. Имя программы передается С++-компилятору в качестве аргумента командной строки.

В C++ для функции main() определено два встроенных, но необязательных параметра, argc и argv, которые получают свои значения от аргументов командной строки. В конкретной операционной среде могут поддерживаться и другие аргументы (такую информацию необходимо уточнить по документации, прилагаемой к вашему компилятору). Рассмотрим параметры argc и argv более подробно.

На заметку. Формально для имен параметров командной строки можно выбирать любые идентификаторы, однако имена argc и argv используются по соглашению уже в течение нескольких лет, и поэтому имеет смысл не прибегать к другим идентификаторам, чтобы любой программист, которому придется разбираться в вашей программе, смог быстро идентифицировать их как параметры командной строки.

Параметр argc имеет целочисленный тип и предназначен для хранения количества аргументов командной строки. Его значение всегда не меньше единицы, поскольку имя программы также является одним из учитываемых аргументов. Параметр argv представляет собой указатель на массив символьных указателей. Каждый указатель в массиве argv ссылается на строку, содержащую аргумент командной строки. Элемент argv[0] указывает на имя программы; элемент argv[1] — на первый аргумент, элемент argv[2] — на второй и т.д. Все аргументы командной строки передаются программе как строки, поэтому числовые аргументы необходимо преобразовать в программе в соответствующий внутренний формат.

Важно правильно объявить параметр argv. Обычно это делается так.


char *argv[];

Доступ к отдельным аргументам командной строки можно получить путем индексации массива argv. Как это сделать, показано в следующей программе. При ее выполнении на экран выводится приветствие ("Привет" ), а за ним — ваше имя, которое должно быть первым аргументом командной строки.


#include <iostream>


using namespace std;


int main(int argc, char *argv[])


{


 if(argc!=2) {


  cout << "Вы забыли ввести свое имя.\n";


  return 1;


 }


 cout << "Привет, " << argv[1] << '\n';


 return 0;


}

Предположим, что вас зовут Том и что вы назвали эту программу именем name. Тогда, если запустить эту программу, введя команду name Том, результат ее работы должен выглядеть так: Привет, Том. Например, вы работаете с диском А, и в ответ на приглашение на ввод команды должны ввести упомянутую выше команду и получить следующий результат.


A>name Том


Привет, Том


А>

В C++ точно не оговорено, как должны быть представлены аргументы командной строки, поскольку среды выполнения (операционные системы) имеют здесь большие различия. Однако чаще всего используется следующее соглашение: каждый аргумент командной строки должен быть отделен пробелом или символом табуляции. Как правило, запятые, точки с запятой и тому подобные знаки не являются допустимыми разделителями аргументов. Например, строка


один, два и три

состоит из четырех строковых аргументов, в то время как строка


один, два, три

включает только два, поскольку запятая не является допустимым разделителем.

Если необходимо передать в качестве одного аргумента командной строки набор символов, который содержит пробелы, то его нужно заключить в кавычки. Например, этот набор символов будет воспринят как один аргумент командной строки:


"это лишь один аргумент"

Следует иметь в виду, что представленные здесь примеры применимы к широкому диапазону сред, но это не означает, что ваша среда входит в их число.

Чтобы получить доступ к отдельному символу в одном из аргументов командной строки, при обращении к массиву argv добавьте второй индекс. Например, при выполнении приведенной ниже программы посимвольно отображаются все аргументы, с которыми она была вызвана.


/* Эта программа посимвольно выводит все аргументы командной строки, с которыми она была вызвана.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int main(int argc, char *argv[])


{


 int t, i;


 for(t=0; t<argc; ++t) {


  i = 0;


  while(argv[t][i]) {


   cout << argv[t][i];


   ++i;


  }


  cout << ' ';


 }


 return 0;


}

Нетрудно догадаться, что первый индекс массива argv позволяет получить доступ к соответствующему аргументу командной строки, а второй — к конкретному символу этого строкового аргумента.

Обычно аргументы argc и argv используются для ввода в программу начальных параметров, исходных значений, имен файлов или вариантов (режимов) работы программы. В C++ можно ввести столько аргументов командной строки, сколько допускает операционная система. Использование аргументов командной строки придает программе профессиональный вид и позволяет использовать ее в командном файле (исполняемом текстовом файле, содержащем одну или несколько команд).

Передача числовых аргументов командной строки

Как упоминалось выше, при передаче программе числовых данных в качестве аргументов командной строки эти данные принимаются в строковой форме. В программе должно быть предусмотрено их преобразование в соответствующий внутренний формат с помощью одной из стандартных библиотечных функций, поддерживаемых C++. Например, при выполнении следующей программы выводится сумма двух чисел, которые указываются в командной строке после имени программы. Для преобразования аргументов командной строки во внутреннее представление здесь используется стандартная библиотечная функция atof(). Она преобразует число из строкового формата в значение типа double.


/* Эта программа отображает сумму двух числовых аргументов командной строки.


*/


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main(int argc, char *argv[])


{


 double a, b;


 if(argc!=3) {


  cout << "Использование: add число число\n";


  return 1;


 }


 a = atof(argv[1]);


 b = atof(argv[2]);


 cout << a + b;


 return 0;


}

Чтобы сложить два числа, используйте командную строку такого вида (предполагая, что эта программа имеет имя add).


C>add 100.2 231

Преобразование числовых строк в числа

Стандартная библиотека C++ включает несколько функций, которые позволяют преобразовать строковое представление числа в его внутренний формат. Для этого используются такие функции, как atoi(), atol() и atof(). Они преобразуют строку в целочисленное значение (типа int), длинное целое (типа long) и значение с плавающей точкой (типа double) соответственно. Использование этих функций (для их вызова необходимо включить в программу заголовочный файл <cstdlib>) демонстрируется в следующей программе.


// Демонстрация использования функций atoi(), atol() и atof().


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int i;


 long j;


 double k;


 i = atoi ("100");


 j = atol("100000");


 k = atof("-0.123");


 cout << i << ' ' << j << ' ' << k;


 cout << ' \n';




 return 0;


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


100 100000 -0.123

Функции преобразования строк полезны не только при передаче числовых данных программе через аргументы командной строки, но и в ряде других ситуаций.

Инструкция return

До сих пор (начиная с главы 2) мы использовали инструкцию return без подробных разъяснений. Напомним, что инструкция return выполняет две важные операции. Во-первых, она обеспечивает немедленное возвращение управления к инициатору вызова функции. Во-вторых, ее можно использовать для передачи значения, возвращаемого функцией. Именно этим двум операциям и посвящен данный раздел.

Завершение функции

Как вы уже знаете, управление от функции передается инициатору ее вызова в двух ситуациях: либо при обнаружении закрывающейся фигурной скобки, либо при выполнении инструкции return. Инструкцию return можно использовать с некоторым заданным значением либо без него. Но если в объявлении функции указан тип возвращаемого значения (т.е. не тип void), то функция должна возвращать значение этого типа. Только void-функции могут использовать инструкцию return без какого бы то ни было значения.

Для void-функций инструкция return главным образом используется как элемент программного управления. Например, в приведенной ниже функции выводится результат возведения числа в положительную целочисленную степень. Если же показатель степени окажется отрицательным, инструкция return обеспечит выход из функции, прежде чем будет сделана попытка вычислить такое выражение. В этом случае инструкция return действует как управляющий элемент, предотвращающий нежелательное выполнение определенной части функции.


void power(int base, int exp)


{


 int i;


 if(exp<0) return; /* Чтобы не допустить возведения числа в отрицательную степень, здесь выполняется возврат в вызывающую функцию и игнорируется остальная часть функции. */


 i = 1;


 for( ; exp; exp--) i = base * i;


 cout << "Результат равен: " << i;


}

Функция может содержать несколько инструкций return. Функция будет завершена при выполнении хотя бы одного из них. Например, следующий фрагмент кода совершенно правомерен.


void f()


{


 // ...


 switch(с) {


  case 'a': return;


  case 'b': // ...


  case 'c': return;


 }


 if(count<100) return;


 // ...


}

Однако следует иметь в виду, что слишком большое количество инструкций return может ухудшить ясность алгоритма и ввести в заблуждение тех, кто будет в нем разбираться. Несколько инструкций return стоит использовать только в том случае, если они способствуют ясности функции.

Возврат значений

Каждая функция, кроме типа void, возвращает какое-нибудь значение. Это значение явно задается с помощью инструкции return. Другими словами, любую не void-функцию можно использовать в качестве операнда в выражении. Следовательно, каждое из следующих выражений допустимо в C++.


х = power(у);


if(max(х, у)) > 100) cout << "больше";


switch(abs (х)) {

Несмотря на то что все не void-функции возвращают значения, они необязательно должны быть использованы в программе. Самый распространенный вопрос относительно значений, возвращаемых функциями, звучит так: "Поскольку функция возвращает некоторое значение, то разве я не должен (должна) присвоить это значение какой-нибудь переменной?". Ответ: нет, это необязательно. Если значение, возвращаемое функцией, не участвует в присваивании, оно попросту отбрасывается (теряется).

Рассмотрим следующую программу, в которой используется стандартная библиотечная функция abs().


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int i;


 i = abs(-10); // строка 1


 cout << abs(-23); // строка 2


 abs(100); // строка 3




 return 0;


}

Функция abs() возвращает абсолютное значение своего целочисленного аргумента. Она использует заголовок <cstdlib>. В строке 1 значение, возвращаемое функцией abs(), присваивается переменной i. В строке 2 значение, возвращаемое функцией abs(), ничему не присваивается, но используется инструкцией cout. Наконец, в строке 3 значение, возвращаемое функцией abs(), теряется, поскольку не присваивается никакой другой переменной и не используется как часть выражения.

Если функция, тип которой отличен от типа void, завершается в результате обнаружения закрывающейся фигурной скобки, то значение, которое она возвращает, не определено (т.е. неизвестно). Из-за особенностей формального синтаксиса C++ не void-функция не обязана выполнять инструкцию return. Это может произойти в том случае, если конец функции будет достигнут до обнаружения инструкции return. Но, поскольку функция объявлена как возвращающая значение, значение будет таки возвращено, даже если это просто "мусор". В общем случае любая создаваемая вами не void-функция должна возвращать значение посредством явно выполняемой инструкции return.

Выше упоминалось, что void-функция может иметь несколько инструкций return. То же самое относится и к функциям, которые возвращают значения. Например, представленная в следующей программе функция find_substr() использует две инструкции return, которые позволяют упростить алгоритм ее работы. Эта функция выполняет поиск заданной подстроки в заданной строке. Она возвращает индекс первого обнаруженного вхождения заданной подстроки или значение -1, если заданная подстрока не была найдена. Например, если в строке "Я люблю C++ " необходимо отыскать подстроку "люблю", то функция find_substr() возвратит число 2 (которое представляет собой индекс символа "л" в строке "Я люблю C++ ").


#include <iostream>


using namespace std;




int find_substr(char *sub, char *str);


int main()


{


 int index;


 index = find_substr("три", "один два три четыре");


 cout << "Индекс равен " << index; // Индекс равен 9.




 return 0;


}




// Функция возвращает индекс искомой подстроки или -1, если она не была найдена.


int find_substr(char *sub, char *str)


{


 int t;


 char *p, *p2;


 for(t=0; str[t]; t++) {


  p = &str[t]; // установка указателей


  p2 = sub;


  while(*p2 && *p2==*p) { // проверка совпадения


   p++; p2++;


  }


  /* Если достигнут конец р2-строки (т.е. подстроки), то подстрока была найдена. */


  if(!*p2) return t; // Возвращаем индекс подстроки.


 }


 return -1; // Подстрока не была обнаружена.


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Индекс равен 9

Поскольку искомая подстрока существует в заданной строке, выполняется первая инструкция return. В качестве упражнения измените программу так, чтобы ею выполнялся поиск подстроки, которая не является частью заданной строки. В этом случае функция find_substr() должна возвратить значение -1 (благодаря второй инструкции return).

Функцию можно объявить так, чтобы она возвращала значение любого типа данных, действительного для C++ (за исключением массива: функция не может возвратить массив). Способ объявления типа значения, возвращаемого функцией, аналогичен тому, который используется для объявления переменных: имени функции должен предшествовать спецификатор типа. Спецификатор типа сообщает компилятору, значение какого типа данных должна возвратить функция. Указываемый в объявлении функции тип должен быть совместимым с типом данных, используемым в инструкции return. В противном случае компилятор отреагирует сообщением об ошибке.

Функции, которые не возвращают значений (void-функции)

Как вы заметили, функции, которые не возвращают значений, объявляются с указанием типа void. Это ключевое слово не допускает их использования в выражениях и защищает от неверного применения. В следующем примере функция print_vertical() выводит аргумент командной строки в вертикальном направлении (вниз) по левому краю экрана. Поскольку эта функция не возвращает никакого значения, в ее объявлении использовано ключевое слово void.


#include <iostream>


using namespace std;




void print_vertical(char *str);


int main(int argc, char *argv[])


{


 if(argc==2) print_vertical(argv[1]);


 return 0;


}




void print_vertical(char *str)


{


 while(*str)


 cout << *str++ << '\n';


}

Поскольку print_vertical() объявлена как void-функция, ее нельзя использовать в выражении. Например, следующая инструкция неверна и поэтому не скомпилируется.


х = print_vertical("Привет!"); // ошибка

Важно! В первых версиях языка С не был предусмотрен тип void. Таким образом, в старых С-программах функции, не возвращающие значений, по умолчанию имели тип int. Если вам придется встретиться с такими функциями при переводе старых С-программ "на рельсы" C++, просто объявите их с использованием ключевого слова void, сделав их void-функциями.

Функции, которые возвращают указатели

Функции могут возвращать указатели. Указатели возвращаются подобно значениям любых других типов данных и не создают при этом особых проблем. Но, поскольку указатель представляет собой одно из самых сложных (или небезопасных) средств языка C++, имеет смысл посвятить ему отдельный раздел.

Чтобы вернуть указатель, функция должна объявить его тип в качестве типа возвращаемого значения. Вот как, например, объявляется тип возвращаемого значения для функции f(), которая должна возвращать указатель на целое число.


int *f();

Если функция возвращает указатель, то значение, используемое в ее инструкции return, также должно быть указателем. (Как и для всех функций, return-значение должно быть совместимым с типом возвращаемого значения.)

В следующей программе демонстрируется использование указателя в качестве типа возвращаемого значения. Это — новая версия приведенной выше функции find_substr(), только теперь она возвращает не индекс найденной подстроки, а указатель на нее. Если заданная подстрока не найдена, возвращается нулевой указатель.


// Новая версия функции find_substr().


// которая возвращает указатель на подстроку.


#include <iostream>


using namespace std;




char *find_substr(char *sub, char *str);


int main()


{


 char *substr;


 substr = find_substr("три", "один два три четыре");


 cout << "Найденная подстрока: " << substr;




 return 0;


}




// Функция возвращает указатель на искомую подстроку или нуль, если таковая не будет найдена.


char *find_substr(char *sub, char *str)


{


 int t;


 char *p, *p2, *start;


 for(t=0; str[t]; t++) {


  p = &str[t]; // установка указателей


  start = p;


  р2 = sub;


  while(*р2 && *p2==*p) { // проверка совпадения


   р++; р2++;


  }


  /* Если достигнут конец р2-подстроки, то эта подстрока была найдена. */


  if(!*р2) return start; // Возвращаем указатель на начало найденной подстроки.


 }


 return 0; // подстрока не найдена


}

При выполнении этой версии программы получен следующий результат.


Найденная подстрока: три четыре

В данном случае, когда подстрока "три" была найдена в строке "один два три четыре", функция find_substr() возвратила указатель на начало искомой подстроки "три", который в функции main() был присвоен переменной substr. Таким образом, при выводе значения substr на экране отобразился остаток строки, т.е. "три четыре".

Многие поддерживаемые C++ библиотечные функции, предназначенные для обработки строк, возвращают указатели на символы. Например, функция strcpy() возвращает указатель на первый аргумент.

Прототипы функций

Прототип объявляет функцию до ее первого использования.

До сих пор в приводимых здесь примерах программ прототипы функций использовались без каких-либо разъяснений. Теперь настало время поговорить о них подробно. В C++ все функции должны быть объявлены до их использования. Обычно это реализуется с помощью прототипа функции. Прототипы содержат три вида информации о функции:

■ тип возвращаемого ею значения;

■ тип ее параметров;

■ количество параметров.

Прототипы позволяют компилятору выполнить следующие три важные операции.

■ Они сообщают компилятору, код какого типа необходимо генерировать при вызове функции. Различия в типах параметров и значении, возвращаемом функцией, обеспечивают различную обработку компилятором.

■ Они позволяют C++ обнаружить недопустимые преобразования типов аргументов, используемых при вызове функции, в тип, указанный в объявлении ее параметров, и сообщить о них.

■ Они позволяют компилятору выявить различия между количеством аргументов, используемых при вызове функции, и количеством параметров, заданных в определении функции.

Общая форма прототипа функции аналогична ее определению за исключением того, что в прототипе не представлено тело функции.


type func_name(type parm_name1, type parm_name2,


...,


type parm_nameN);

Использование имен параметров в прототипе необязательно, но позволяет компилятору идентифицировать любое несовпадение типов при возникновении ошибки, поэтому лучше имена параметров все же включать в прототип функции.

Чтобы лучше понять полезность прототипов функций, рассмотрим следующую программу. Если вы попытаетесь ее скомпилировать, то получите от компилятора сообщение об ошибке, поскольку в этой программе делается попытка вызвать функцию sqr_it() с целочисленным аргументом, а не с указателем на целочисленное значение (согласно прототипу функции). Ошибка состоит в недопустимости преобразования целочисленного значения в указатель.


/* В этой программе используется прототип функции, который позволяет осуществить строгий контроль типов.


*/


void sqr_it(int *i); // прототип функции


int main()


{


 int х;


 х = 10;


 sqr_it(x); // *** Ошибка *** — несоответствие типов!


 return 0;


}




void sqr_it(int *i)


{


 *i=*i * *i;


}

Важно! Несмотря на то что язык С допускает прототипы, их использование не является обязательным. Дело в том, что в первых версиях С они не применялись. Поэтому при переводе старого С-кода в С++-код перед компиляцией программы необходимо обеспечить наличие прототипов абсолютно для всех функций.

Подробнее о заголовках 

В начале этой книги вы узнали о существовании стандартных заголовков C++, которые содержат информацию, необходимую для ваших программ. Несмотря на то что все вышесказанное — истинная правда, это еще не вся правда. Заголовки C++ содержат прототипы стандартных библиотечных функций, а также различные значения и определения, используемые этими функциями. Подобно функциям, создаваемым программистами, стандартные библиотечные функции также должны "заявить о себе" в форме прототипов до их использования. Поэтому любая программа, в которой используется библиотечная функция, должна включать заголовок, содержащий прототип этой функции.

Чтобы узнать, какой заголовок необходим для той или иной библиотечной функции, следует обратиться к справочному руководству, прилагаемому к вашему компилятору. Помимо описания каждой функции, там должно быть указано имя заголовка, который необходимо включить в программу для использования выбранной функции.

Сравнение старого и нового стилей объявления параметров функций

Если вам приходилось когда-либо разбираться в старом С-коде, то вы, возможно, обратили внимание на необычное (с точки зрения современного программиста) объявление параметров функции. Этот старый стиль объявления параметров, который иногда называют классическим форматом, устарел, но его до сих пор можно встретить в программах "эпохи раннего С". В C++ (и обновленном С-коде) используется новая форма объявлений параметров функций. Но если вам придется работать со старыми С-программами и, особенно, если понадобится переводить их в С++-код, то вам будет полезно понимать и форму объявления параметров, "выдержанную" в старом стиле.

Объявление параметра функции согласно старому стилю состоит из двух частей: списка параметров, заключенного в круглые скобки, который приводится после имени функции, и собственно объявления параметров, которое должно находиться между закрывающей круглой скобкой и открывающей фигурной скобкой функции. Например, это "новое" объявление (т.е. по новому стилю)


float f(int a, int b, char ch)


{ ...

будет выглядеть с использованием старого стиля несколько по-другому.


float f(a, b, ch)


int а, b;


char ch;


{ ...

Обратите внимание на то, что в классической форме после указания имени типа в списке может находиться несколько параметров. В новой форме объявления это не допускается.

В общем случае, чтобы преобразовать объявление параметров из старого стиля в новый (С++-стиль), достаточно внести объявление типов параметров в круглые скобки, следующие за именем функции. При этом помните, что каждый параметр должен быть объявлен отдельно, с собственным спецификатором типа.

Рекурсия

Рекурсивная функцияэто функция, которая вызывает сама себя.

Рекурсия — это последняя тема, которую мы рассмотрим в этой главе. Рекурсия, которую иногда называют циклическим определением, представляет собой процесс определения чего-либо на собственной основе. В области программирования под рекурсией понимается процесс вызова функцией самой себя. Функцию, которая вызывает саму себя, называют рекурсивной.

Классическим примером рекурсии является вычисление факториала числа с помощью функции factr(). Факториал числа N представляет собой произведение всех целых чисел от 1 до N. Например, факториал числа 3 равен 1x2x3, или 6. Рекурсивный способ вычисления факториала числа демонстрируется в следующей программе. Для сравнения сюда же включен и его нерекурсивный (итеративный) эквивалент.


#include <iostream>


using namespace std;




int factr(int n);


int fact(int n);


int main()


{


 // Использование рекурсивной версии.


 cout << "Факториал числа 4 равен " << factr(4);


 cout << '\n';




 // Использование итеративной версии.


 cout << "Факториал числа 4 равен " << fact(4);


 cout << '\n';




 return 0;


}




// Рекурсивная версия.


int factr(int n)


{


 int answer;


 if(n==1) return(1);


 answer = factr(n-1)*n;


 return(answer);


}




// Итеративная версия.


int fact(int n)


{


 int t, answer;


 answer =1;


 for(t=1; t<=n; t++) answer = answer* (t);


 return (answer);


}

Нерекурсивная версия функции fact() довольно проста и не требует расширенных пояснений. В ней используется цикл, в котором организовано перемножение последовательных чисел, начиная с 1 и заканчивая числом, заданным в качестве параметра: на каждой итерации цикла текущее значение управляющей переменной цикла умножается на текущее значение произведения, полученное в результате выполнения предыдущей итерации цикла.

Рекурсивная функция factr() несколько сложнее. Если она вызывается с аргументом, равным 1, то сразу возвращает значение 1. В противном случае она возвращает произведение factr(n-1) * n. Для вычисления этого выражения вызывается метод factr() с аргументом n-1. Этот процесс повторяется до тех пор, пока аргумент не станет равным 1, после чего вызванные ранее методы начнут возвращать значения. Например, при вычислении факториала числа 2 первое обращение к методу factr() приведет ко второму обращению к тому же методу, но с аргументом, равным 1. Второй вызов метода factr() возвратит значение 1, которое будет умножено на 2 (исходное значение параметра n). Возможно, вам будет интересно вставить в функцию factr() инструкции cout, чтобы показать уровень каждого вызова и промежуточные результаты.

Когда функция вызывает сама себя, в системном стеке выделяется память для новых локальных переменных и параметров, и код функции с самого начала выполняется с этими новыми переменными. Рекурсивный вызов не создает новой копии функции. Новыми являются только аргументы. При возвращении каждого рекурсивного вызова из стека извлекаются старые локальные переменные и параметры, и выполнение функции возобновляется с "внутренней" точки ее вызова. О рекурсивных функциях можно сказать, что они "выдвигаются" и "задвигаются".

Следует иметь в виду, что в большинстве случаев использование рекурсивных функций не дает значительного сокращения объема кода. Кроме того, рекурсивные версии многих процедур выполняются медленнее, чем их итеративные эквиваленты, из-за дополнительных затрат системных ресурсов, связанных с многократными вызовами функций. Слишком большое количество рекурсивных обращений к функции может вызвать переполнение стека. Поскольку локальные переменные и параметры сохраняются в системном стеке и каждый новый вызов создает новую копию этих переменных, может настать момент, когда память стека будет исчерпана. В этом случае могут быть разрушены другие ("ни в чем не повинные") данные. Но если рекурсия построена корректно, об этом вряд ли стоит волноваться.

Основное достоинство рекурсии состоит в том, что некоторые типы алгоритмов рекурсивно реализуются проще, чем их итеративные эквиваленты. Например, алгоритм сортировки Quicksort довольно трудно реализовать итеративным способом. Кроме того, некоторые задачи (особенно те, которые связаны с искусственным интеллектом) просто созданы для рекурсивных решений. Наконец, у некоторых программистов процесс мышления организован так, что им проще думать рекурсивно, чем итеративно.

При написании рекурсивной функции необходимо включить в нее инструкцию проверки условия (например, if-инструкцию), которая бы обеспечивала выход из функции без выполнения рекурсивного вызова. Если этого не сделать, то, вызвав однажды такую функцию, из нее уже нельзя будет вернуться. При работе с рекурсией это самый распространенный тип ошибки. Поэтому при разработке программ с рекурсивными функциями не стоит скупиться на инструкции cout, чтобы быть в курсе того, что происходит в конкретной функции, и иметь возможность прервать ее работу в случае обнаружения ошибки.

Рассмотрим еще один пример рекурсивной функции. Функция reverse() использует рекурсию для отображения своего строкового аргумента в обратном порядке.


// Отображение строки в обратном порядке с помощью рекурсии.


#include <iostream>


using namespace std;




void reverse(char *s);


int main()


{


 char str[] = "Это тест";


 reverse(str);


 return 0;


}




// Вывод строки в обратном порядке.


void reverse(char *s)


{


 if(*s)reverse(s+1);


 else return;


 cout << *s;


}

Функция reverse() проверяет, не передан ли ей в качестве параметра указатель на нуль, которым завершается строка. Если нет, то функция reverse() вызывает саму себя с указателем на следующий символ в строке. Этот "закручивающийся" процесс повторяется до тех пор, пока той же функции не будет передан указатель на нуль. Когда, наконец, обнаружится символ конца строки, пойдет процесс "раскручивания", т.е. вызванные ранее функции начнут возвращать значения, и каждый возврат будет сопровождаться "довыполнением" метода, т.е. отображением символа s. В результате исходная строка посимвольно отобразится в обратном порядке.

Создание рекурсивных функций часто вызывает трудности у начинающих программистов. Но с приходом опыта использование рекурсии становится для многих обычной практикой.

Глава 8: Функции, часть вторая: ссылки, перегрузка и использование аргументов по умолчанию

В этой главе мы продолжим изучение функций, а именно рассмотрим три самые важные темы, связанные с функциями C++: ссылки, перегрузка функций и использование аргументов по умолчанию. Эти три средства в значительной степени расширяют возможности функций. Как будет показано ниже, ссылка — это неявный указатель. Перегрузка функций представляет собой свойство, которое позволяет одну функцию реализовать несколькими способами, причем в каждом случае возможно выполнение отдельной задачи. Поэтому есть все основания считать перегрузку функций одним из путей поддержки полиморфизма в C++. Используя возможность задания аргументов по умолчанию, можно определить значение для параметра, которое будет автоматически применено в случае, если соответствующий аргумент не задан.

Поскольку к параметрам функций часто применяются ссылки (это основная причина их существования), начнем эту главу с краткого рассмотрения способов передачи аргументов функциям.

Два способа передачи аргументов

При вызове по значению функции передается значение аргумента.

Чтобы понять происхождение ссылки, необходимо знать теорию процесса передачи аргументов. В общем случае в языках программирования, как правило, предусматривается два способа, которые позволяют передавать аргументы в подпрограммы (функции, методы, процедуры). Первый называется вызовом по значению (call-by-value). В этом случае значение аргумента копируется в формальный параметр подпрограммы. Следовательно, изменения, внесенные в параметры подпрограммы, не влияют на аргументы, используемые при ее вызове.

При вызове по ссылке функции передается адрес аргумента.

Второй способ передачи аргумента подпрограмме называется вызовом по ссылке (call-by-reference). В этом случае в параметр копируется адрес аргумента (а не его значение). В пределах вызываемой подпрограммы этот адрес используется для доступа к реальному аргументу, заданному при ее вызове. Это значит, что изменения, внесенные в параметр, окажут воздействие на аргумент, используемый при вызове подпрограммы.

Как в C++ реализована передача аргументов

По умолчанию для передачи аргументов в C++ используется метод вызова по значению. Это означает, что в общем случае код функции не может изменить аргументы, используемые при вызове функции. Во всех программах этой книги, представленных до сих пор, использовался метод вызова по значению.

Рассмотрим следующую функцию.


#include <iostream>


using namespace std;




int sqr_it(int x);


int main()


{


 int t=10;


 cout << sqr_it(t) << ' ' << t;


 return 0;


}




int sqr_it(int x)


{


 x = x*x;


 return x;


}

В этом примере значение аргумента, передаваемого функции sqr_it(), 10, копируется в параметр х. При выполнении присваивания х = х*х изменяется лишь локальная переменная х. Переменная t, используемая при вызове функции sqr_it(), по-прежнему будет иметь значение 10, и на нее никак не повлияют операции, выполняемые в этой функции. Следовательно, после запуска рассматриваемой программы на экране будет выведен такой результат: 100 10.

Узелок на память. По умолчанию функции передается копия аргумента. То, что происходит внутри функции, никак не отражается на значении переменной, используемой при вызове функции.

Использование указателя для обеспечения вызова по ссылке

Несмотря на то что в качестве С++-соглашения о передаче параметров по умолчанию действует вызов по значению, существует возможность "вручную" заменить его вызовом по ссылке. В этом случае функции будет передаваться адрес аргумента (т.е. указатель на аргумент). Это позволит внутреннему коду функции изменить значение аргумента, которое хранится вне функции. Пример такого "дистанционного" управления значениями переменных вы видели в предыдущей главе при рассмотрении возможности вызова функции с указателями (в примере программы функции передавался указатель на целочисленную переменную). Как вы знаете, указатели передаются функциям подобно значениям любого другого типа. Безусловно, для этого необходимо объявить параметры с типом указателей.

Чтобы понять, как передача указателя позволяет вручную обеспечить вызов по ссылке, рассмотрим следующую версию функции swap(). (Она меняет значения двух переменных, на которые указывают ее аргументы.)


void swap(int *х, int *у)


{


 int temp;


 temp = *x; // Временно сохраняем значение, расположенное по адресу х.


 *х = *у; // Помещаем значение, хранимое по адресу у, в адрес х.


 *у = temp; // Помещаем значение, которое раньше хранилось по адресу х, в адрес у.


}

Здесь параметры и означают переменные, адресуемые указателями х и у, которые попросту являются адресами аргументов, используемых при вызове функции swap(). Следовательно, при выполнении этой функции будет совершен реальный обмен содержимым переменных, используемых при ее вызове.

Поскольку функция swap() ожидает получить два указателя, вы должны помнить, что функцию swap() необходимо вызывать с адресами переменных, значения которых вы хотите обменять. Корректный вызов этой функции продемонстрирован в следующей программе.


#include <iostream>


using namespace std;




// Объявляем функцию swap(), которая использует указатели.


void swap(int *х, int *у);


int main()


{


 int i, j;


 i = 10;


 j = 20;


 cout << "Исходные значения переменных i и j: ";


 cout << i << ' ' << j << '\n';




 swap(&j, &i); // Вызываем swap() с адресами переменных i и j.


 cout << "Значения переменных i и j после обмена: ";


 cout << i << ' ' << j << '\n';


 return 0;


}




// Обмен аргументами.


void swap(int *x, int *y)


{


 int temp;


 temp = *x; // Временно сохраняем значение, расположенное по адресу х.


 *х = *у; // Помещаем значение, хранимое по адресу у, в адрес х.


 *у = temp; // Помещаем значение, которое раньше хранилось по адресу х, в адрес у.


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Исходные значения переменных i и j: 10 20


Значения переменных i и j после обмена: 20 10

В этом примере переменной i было присвоено начальное значение 10, а переменной j20. Затем была вызвана функция swap() с адресами переменных i и j. Для получения адресов здесь используется унарный оператор Следовательно, функции swap() при вызове были переданы адреса переменных i и j, а не их значения. После выполнения функции swap() переменные i и j обменялись своими значениями.

Ссылочные параметры

Ссылочный параметр автоматически получает адрес соответствующего аргумента.

Несмотря на возможность "вручную" организовать вызов по ссылке с помощью оператора получения адреса, такой подход не всегда удобен. Во-первых, он вынуждает программиста выполнять все операции с использованием указателей. Во-вторых, вызывая функцию, программист должен не забыть передать ей адреса аргументов, а не их значения. К счастью, в C++ можно сориентировать компилятор на автоматическое использование вызова по ссылке (вместо вызова по значению) для одного или нескольких параметров конкретной функции. Такая возможность реализуется с помощью ссылочного параметра (reference parameter). При использовании ссылочного параметра функции автоматически передается адрес (а не значение) аргумента. При выполнении кода функции, а именно при выполнении операций над ссылочным параметром, обеспечивается его автоматическое разыменование, и поэтому программисту не нужно использовать операторы, работающие с указателями.

Ссылочный параметр объявляется с помощью символа который должен предшествовать имени параметра в объявлении функции. Операции, выполняемые над ссылочным параметром, оказывают влияние на аргумент, используемый при вызове функции, а не на сам ссылочный параметр.

Чтобы лучше понять механизм действия ссылочных параметров, рассмотрим для начала простой пример. В следующей программе функция f() принимает один ссылочный параметр типа int.


// Использование ссылочного параметра.


#include <iostream>


using namespace std;




void f(int &i);


int main()


{


 int val = 1;


 cout << "Старое значение переменной val: " << val << '\n';




 f(val); // Передаем адрес переменной val функции f().


 cout << "Новое значение переменной val: " << val << '\n';




 return 0;


}




void f(int &i)


{


 i = 10; // Модификация аргумента, заданного при вызове.


}

При выполнении этой программы получаем такой результат.


Старое значение переменной val: 1


Новое значение переменной val: 10

Обратите особое внимание на определение функции f().


void f (int &i)


{


 i = 10; // Модификация аргумента, заданного при вызове.


}

Итак, рассмотрим объявление параметра i. Его имени предшествует символ который "превращает" переменную i в ссылочный параметр. (Это объявление также используется в прототипе функции.) Инструкция


i = 10;

(в данном случае она одна составляет тело функции) не присваивает переменной i значение 10. В действительности значение 10 присваивается переменной, на которую ссылается переменная i (в нашей программе ею является переменная val). Обратите внимание на то, что в этой инструкции не используется оператор который необходим при работе с указателями. Применяя ссылочный параметр, вы тем самым уведомляете С++-компилятор о передаче адреса (т.е. указателя), и компилятор автоматически разыменовывает его за вас. Более того, если бы вы попытались "помочь" компилятору, использовав оператор то сразу же получили бы сообщение об ошибке (и вправду "ни одно доброе дело не остается безнаказанным").

Поскольку переменная i была объявлена как ссылочный параметр, компилятор автоматически передает функции f() адрес любого аргумента, с которым вызывается эта функция. Таким образом, в функции main() инструкция


f(val); // Передаем адрес переменной val функции f().

передает функции f() адрес переменной val (а не ее значение). Обратите внимание на то, что при вызове функции f() не нужно предварять переменную val оператором "&". (Более того, это было бы ошибкой.) Поскольку функция f() получает адрес переменной val в форме ссылки, она может модифицировать значение этой переменной.

Чтобы проиллюстрировать реальное применение ссылочных параметров (и тем самым продемонстрировать их достоинства), перепишем нашу старую знакомую функцию swap() с использованием ссылок. В следующей программе обратите внимание на то, как функция swap() объявляется и вызывается.


#include <iostream>


using namespace std;




// Объявляем функцию swap() с использованием ссылочных параметров.


void swap(int &х, int &у);


int main()


{


 int i, j;


 i = 10; j = 20;




 cout << " Исходные значения переменных i и j: ";


 cout << i << ' ' << j << '\n';




 swap (j, i);


 cout << " Значения переменных i и j после обмена: ";


 cout << i << ' ' << j << '\n';




 return 0;


}




/* Здесь функция swap() определяется в расчете на вызов по ссылке, а не на вызов по значению. Поэтому она может выполнить обмен значениями двух аргументов, с которыми она вызывается.


*/


void swap(int &х, int &у)


{


 int temp;


 temp = x; // Сохраняем значение, расположенное по адресу х.


 х = у; // Помещаем значение, хранимое по адресу у, в адрес х.


 у = temp; // Помещаем значение, которое раньше хранилось по адресу х, в адрес у.


}

Опять таки, обратите внимание на то, что объявление х и у ссылочными параметрами избавляет вас от необходимости использовать оператор при организации обмена значениями. Как уже упоминалось, такая "навязчивость" с вашей стороны стала бы причиной ошибки. Поэтому запомните, что компилятор автоматически генерирует адреса аргументов, используемых при вызове функции swap(), и автоматически разыменовывает ссылки х и у.

Итак, подведем некоторые итоги. После создания ссылочный параметр автоматически ссылается (т.е. неявно указывает) на аргумент, используемый при вызове функции. Более того, при вызове функции не нужно применять к аргументу оператор Кроме того, в теле функции ссылочный параметр используется непосредственно, т.е. без использования оператора Все операции, включающие ссылочный параметр, автоматически выполняются над аргументом, используемым при вызове функции.

Узелок на память. Присваивая некоторое значение ссылке, вы в действительности присваиваете это значение переменной, на которую указывает эта ссылка. Поэтому, применяя ссылку в качестве аргумента функции, при вызове функции вы в действительности используете такую переменную.

Объявление ссылочных параметров

В изданной в 1986 г. книге Язык программирования C++ (в которой был впервые описан синтаксис C++) Бьерн Страуструп представил стиль объявления ссылочных параметров, одобренный другими программистами. В соответствии с этим стилем оператор "&" связывается с именем типа, а не с именем переменной. Например, вот как выглядит еще один способ записи прототипа функции swap().


void swap(int& х, int& у);

Нетрудно заметить, что в этом объявлении символ "&" прилегает вплотную к имени типа int, а не к имени переменной х.

Некоторые программисты определяют в таком стиле и указатели, связывая символ "*" с типом, а не с переменной, как в этом примере.


float* р;

Приведенные объявления отражают желание некоторых программистов иметь в C++ отдельный тип ссылки или указателя. Но дело в том, что подобное связывание символа "&" или "*" с типом (а не с переменной) не распространяется, в соответствии с формальным синтаксисом C++, на весь список переменных, приведенных в объявлении, что может привести к путанице. Например, в следующем объявлении создается один указатель (а не два) на целочисленную переменную.


int* а, b;

Здесь b объявляется как целочисленная переменная (а не как указатель на целочисленную переменную), поскольку, как определено синтаксисом C++, используемый в объявлении символ "*" или "&" связывается с конкретной переменной, которой он предшествует, а не с типом, за которым он следует.

Важно понимать, что для С++-компилятора абсолютно безразлично, как именно вы напишете объявление: int *р или int* р. Таким образом, если вы предпочитаете связывать символ "*" или "&" с типом, а не переменной, поступайте, как вам удобно. Но, чтобы избежать в дальнейшем каких-либо недоразумений, в этой книге мы будем связывать символ "*" или "&" с именем переменной, а не с именем типа.

Важно! В языке С ссылки не поддерживаются. Поэтому единственный способ обеспечить в языке С вызов по ссылке состоит в использовании указателей, как было показано выше (см. первую версию функции swap()). Преобразуя С-код в С++-код, вам стоит вместо параметров-указателей использовать, где это возможно, ссылки.

Возврат ссылок

Функция может возвращать ссылку. В программировании на C++ предусмотрено несколько применений для ссылочных значений, возвращаемых функциями. Сейчас мы продемонстрируем только некоторые из них, а другие рассмотрим ниже в этой книге, когда познакомимся с перегрузкой операторов.

Если функция возвращает ссылку, это означает, что она возвращает неявный указатель на значение, передаваемое ею в инструкции return. Этот факт открывает поразительные возможности: функцию, оказывается, можно использовать в левой части инструкции присваивания! Например, рассмотрим следующую простую программу.


// Возврат ссылки.


#include <iostream>


using namespace std;




double &f();


double val = 100.0;


int main()


{


 double newval;


 cout << f() << '\n'; // Отображаем значение val.




 newval = f(); // Присваиваем значение val переменной newval.


 cout << newval << '\n'; // Отображаем значение newval.




 f() = 99.1; // Изменяем значение val.


 cout << f() << '\n'; // Отображаем новое значение val.




 return 0;


}




double &f()


{


 return val; // Возвращаем ссылку на val.


}

Вот как выглядят результаты выполнения этой программы.


100


100


99.1

Рассмотрим эту программу подробнее. Судя по прототипу функции f(), она должна возвращать ссылку на double-значение. За объявлением функции f() следует объявление глобальной переменной val, которая инициализируется значением 100. При выполнении следующей инструкции выводится исходное значение переменной val.


cout << f() << '\n'; // Отображаем значение val.

После вызова функция f() возвращает ссылку на переменную val. Поскольку функция f() объявлена с "обязательством" вернуть ссылку, при выполнении строки


return val; // Возвращаем ссылку на val.

автоматически возвращается ссылка на глобальную переменную val. Эта ссылка затем используется инструкцией cout для отображения значения val.

При выполнении строки


newval = f(); //Присваиваем значение val переменной newval.

ссылка на переменную val, возвращенная функцией f(), используется для присвоения значения val переменной newval.

А вот самая интересная строка в программе.


f() = 99.1; // Изменяем значение val.

При выполнении этой инструкции присваивания значение переменной val становится равным числу 99,1. И вот почему: поскольку функция f() возвращает ссылку на переменную val, эта ссылка и является приемником инструкции присваивания. Таким образом, значение 99,1 присваивается переменной val косвенно, через ссылку на нее, которую возвращает функция f().

Наконец, при выполнении строки


cout << f() << '\n'; // Отображаем новое значение val.

отображается новое значение переменной val (после того, как ссылка на переменную val будет возвращена в результате вызова функции f() в инструкции cout).

Приведем еще один пример программы, в которой в качестве значения, возвращаемого функцией, используется ссылка (или значение ссылочного типа).


#include <iostream>


using namespace std;




double &change_it(int i);


// Функция возвращает ссылку.


double vals[] = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};


int main()


{


 int i;


 cout << "Вот исходные значения: ";


 for(i=0; i<5; i++)


  cout << vals[i] << ' ';


 cout << '\n';




 change_it(1) = 5298.23; // Изменяем 2-й элемент.


 change_it(3) = -98.8; // Изменяем 4-й элемент.




 cout << "Вот измененные значения: ";


 for(i=0; i<5; i++)


  cout << vals[i] << ' ';


 cout << '\n';




 return 0;


}




double &change_it(int i)


{


 return vals[i]; // Возвращаем ссылку на i-й элемент.


}

Эта программа изменяет значения второго и четвертого элементов массива vals. Результаты ее выполнения таковы.


Вот исходные значения: 1.1 2.2 3.3 4.4 5.5


Вот измененные значения: 1.1 5298.23 3.3 -98.8 5.5

Давайте разберемся, как они были получены. Функция change_it() объявлена как возвращающая ссылку на значение типа double. Говоря более конкретно, она возвращает ссылку на элемент массива vals, который задан ей в качестве параметра i. Таким образом, при выполнении следующей инструкции функции main()


change_it(1) = 5298.23; // Изменяем 2-й элемент.

функция change_it() возвращает ссылку на элемент vals[1]. Через эту ссылку элементу vals[1] теперь присваивается значение 5298,23. Аналогичные события происходят при выполнении и этой инструкции.


change_it(3) = -98.8; // Изменяем 4-й элемент.

Поскольку функция change_it() возвращает ссылку на конкретный элемент массива vals, ее можно использовать в левой части инструкции для присвоения нового значения соответствующему элементу массива.

Однако, организуя возврат функцией ссылки, необходимо позаботиться о том, чтобы объект, на который она ссылается, не выходил за пределы действующей области видимости. Например, рассмотрим такую функцию.


// Здесь ошибка: нельзя возвращать ссылку


// на локальную переменную.


int &f()


{


 int i=10;


 return i;


}

При завершении функции f() локальная переменная i выйдет за пределы области видимости. Следовательно, ссылка на переменную i, возвращаемая функцией f(), будет неопределенной. В действительности некоторые компиляторы не скомпилируют функцию f() в таком виде, и именно по этой причине. Однако проблема такого рода может быть создана опосредованно, поэтому нужно внимательно отнестись к тому, на какой объект будет возвращать ссылку ваша функция.

Создание ограниченного массива

Ссылочный тип в качестве типа значения, возвращаемого функцией, можно с успехом применить для создания ограниченного массива. Как вы знаете, при выполнении С++-кода проверка нарушения границ при индексировании массивов не предусмотрена. Это означает, что может произойти выход за границы области памяти, выделенной для массива. Другими словами, может быть задан индекс, превышающий размер массива. Однако путем создания ограниченного, или безопасного, массива выход за его границы можно предотвратить. При работе с таким массивом любой выходящий за установленные границы индекс не допускается для индексирования массива.

Один из способов создания ограниченного массива иллюстрируется в следующей программе.


// Простой способ организации безопасного массива.


#include <iostream>


using namespace std;




int &put(int i); // Помещаем значение в массив.


int get(int i); // Считываем значение из массива.




int vals[10];


int error = -1;




int main()


{


 put(0) = 10; // Помещаем значения в массив.


 put(1) = 20;


 put(9) = 30;




 cout << get(0) << ' ';


 cout << get(1) << ' ';


 cout << get(9) << ' ';




 // А теперь специально генерируем ошибку.


 put(12) =1; // Индекс за пределами границ массива.


return 0;


}




// Функция занесения значения в массив.


int &put(int i)


{


 if(i>=0 && i<10)


   return vals[i]; // Возвращаем ссылку на i-й элемент.


  else {


   cout << "Ошибка нарушения границ!\n";


   return error; // Возвращаем ссылку на error.


  }


}




// Функция считывания значения из массива.


int get(int i)


{


 if(i>=0 && i<10)


   return vals[i]; // Возвращаем значение i-го элемента.


  else {


   cout << "Ошибка нарушения границ!\n";


   return error; // Возвращаем значение переменной error.


  }


}

Результат, полученный при выполнении этой программы, выглядит так.


10 20 30 Ошибка нарушения границ!

В этой программе создается безопасный массив, предназначенный для хранения десяти целочисленных значений. Чтобы поместить в него значение, используйте функцию put(), а чтобы прочитать нужный элемент массива, вызовите функцию get(). При использовании обеих функций индекс интересующего вас элемента задается в виде аргумента. Как видно из текста программы, функции get() и put() не допускают выход за границы области памяти, выделенной для массива. Обратите внимание на то, что функция put() возвращает ссылку на заданный элемент и поэтому законно используется в левой части инструкции присваивания.

Несмотря на то что метод реализации безопасного массива, представленный в предыдущей программе, вполне корректен, возможен более удачный вариант. Как будет показано ниже в этой книге (при рассмотрении темы перегрузки операторов), программист может создать собственный безопасный массив, при работе с которым достаточно использовать стандартную систему обозначений.

Независимые ссылки

Понятие ссылки включено в C++ главным образом для поддержки способа передачи параметров "по ссылке" и для использования в качестве ссылочного типа значения, возвращаемого функцией. Несмотря на это, можно объявить независимую переменную ссылочного типа, которая и называется независимой ссылкой. Однако, справедливости ради, необходимо сказать, что эти независимые ссылочные переменные используются довольно редко, поскольку они могут "сбить с пути истинного" вашу программу. Сделав (для очистки совести) эти замечания, мы все же можем уделить независимым ссылкам некоторое внимание.

Независимая ссылкаэто просто еще одно название для переменных некоторого иного типа.

Независимая ссылка должна указывать на некоторый объект. Следовательно, независимая ссылка должна быть инициализирована при ее объявлении. В общем случае это означает, что ей будет присвоен адрес некоторой ранее объявленной переменной. После этого имя такой ссылочной переменной можно применять везде, где может быть использована переменная, на которую она ссылается. И в самом деле, между ссылкой и переменной, на которую она ссылается, практически нет никакой разницы. Рассмотрим, например, следующую программу.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int j, k;


 int &i = j; // независимая ссылка




 j = 10;


 cout << j << " " << i; // Выводится: 10 10


 k = 121;


 i = k; // Копирует в переменную j значение переменной k, а не адрес переменной k.


 cout << "\n" << j; // Выводится: 121


 return 0;


}

При выполнении эта программа выводит следующие результаты.


10 10


121

Адрес, который содержит ссылочная переменная, фиксирован и его нельзя изменить. Следовательно, при выполнении инструкции i = k в переменную j (адресуемую ссылкой i) копируется значение переменной k, а не ее адрес. В качестве еще одного примера отметим, что после выполнения инструкции i++ ссылочная переменная i не станет содержать новый адрес, как можно было бы предположить. В данном случае на 1 увеличится содержимое переменной j.

Как было отмечено выше, независимые ссылки лучше не использовать, поскольку чаще всего им можно найти замену, а их неаккуратное применение может исказить ваш код. Согласитесь: наличие двух имен для одной и той же переменной, по сути, уже создает ситуацию, потенциально порождающую недоразумения.

Ограничения при использовании ссылок

На применение ссылочных переменных накладывается ряд следующих ограничений.

■ Нельзя ссылаться на ссылочную переменную.

■ Нельзя создавать массивы ссылок.

■ Нельзя создавать указатель на ссылку, т.е. нельзя к ссылке применять оператор "&"

■ Ссылки не разрешено использовать для битовых полей структур. (Битовые поля рассматриваются ниже в этой книге.)

Перегрузка функций

Перегрузка функцийэто механизм, который позволяет двум родственным функциям иметь одинаковые имена.

В этом разделе мы узнаем об одной из самых удивительных возможностей языка C++ — перегрузке функций. В C++ несколько функций могут иметь одинаковые имена, но при условии, что их параметры будут различными. Такую ситуацию называют перегрузкой функций (function overloading), а функции, которые в ней задействованы, — перегруженными (overloaded). Перегрузка функций — один из способов реализации полиморфизма в C++.

Рассмотрим простой пример перегрузки функций.


// "Трехкратная" перегрузка функции f().


#include <iostream>


using namespace std;




void f(int i); // один целочисленный параметр


void f(int i, int j); // два целочисленных параметра


void f(double k); // один параметр типа double




int main()


{


 f (10); // вызов функции f(int)


 f(10, 20); // вызов функции f (int, int)


 f(12.23); // вызов функции f(double)




 return 0;


}




void f(int i)


{


 cout << "В функции f(int), i равно " << i << '\n';


}




void f(int i, int j)


{


 cout << "В функции f(int, int), i равно " << i;


 cout << ", j равно " << j << '\n';


}




void f(double k)


{


 cout << "В функции f(double), k равно " << k << ' \n';


}

При выполнении эта программа генерирует следующие результаты.


В функции f(int), i равно 10


В функции f(int, int), i равно 10, j равно 20


В функции f(double), к равно 12.23

Как видите, функция f() перегружается три раза. Первая версия принимает один целочисленный параметр, вторая — два целочисленных параметра, а третья — один double-параметр. Поскольку списки параметров для всех трех версий различны, компилятор обладает достаточной информацией, чтобы вызвать правильную версию каждой функции. В общем случае для создания перегрузки некоторой функции достаточно объявить различные ее версии.

Для определения того, какую версию перегруженной функции вызвать, компилятор использует тип и/или количество аргументов. Таким образом, перегруженные функции должны отличаться типами и/или числом параметров. Несмотря на то что перегруженные методы могут отличаться и типами возвращаемых значений, этого вида информации недостаточно для C++, чтобы во всех случаях компилятор мог решить, какую именно функцию нужно вызвать.

Чтобы лучше понять выигрыш от перегрузки функций, рассмотрим три функции из стандартной библиотеки: abs(), labs() и fabs(). Они были впервые определены в языке С, а затем ради совместимости включены в C++. Функция abs() возвращает абсолютное значение (модуль) целого числа, функция labs() возвращает модуль длинного целочисленного значения (типа long), a fabs() — модуль значения с плавающей точкой (типа double). Поскольку язык С не поддерживает перегрузку функций, каждая функция должна иметь собственное имя, несмотря на то, что все три функции выполняют, по сути, одно и то же действие. Это делает ситуацию сложнее, чем она есть на самом деле. Другими словами, при одних и тех же действиях программисту необходимо помнить имена всех трех (в данном случае) функций вместо одного. Но в C++, как показано в следующем примере, можно использовать только одно имя для всех трех функций.


// Создание функций myabs() — перегруженной версии функции abs().


#include <iostream>


using namespace std;




// Функция myabs() перегружается тремя способами.


int myabs(int i);


double myabs(double d);


long myabs(long l);




int main()


{


 cout << myabs(-10) << "\n";


 cout << myabs(-11.0) << "\n";


 cout << myabs(-9L) << "\n";




 return 0;


}




int myabs(int i)


{


 cout << "Использование int-функции myabs(): ";


 if(i<0) return -i;


 else return i;


}




double myabs(double d)


{


 cout << "Использование double-функции myabs(): ";


 if(d<0.0) return -d;


 else return d;


}




long myabs(long l)


{


 cout << "Использование long-функции myabs(): ";


 if(1<0) return -1;


 else return 1;


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Использование int-функции myabs(): 10


Использование double-функции myabs(): 11


Использование long-функции myabs(): 9

При выполнении эта программа создает три похожие, но все же различные функции, вызываемые с использованием "общего" (одного на всех) имени myabs. Каждая из них возвращает абсолютное значение своего аргумента. Во всех ситуациях вызова компилятор "знает", какую именно функцию ему использовать. Для принятия решения ему достаточно "взглянуть" на тип аргумента, передаваемого функции. Принципиальная значимость перегрузки состоит в том, что она позволяет обращаться к связанным функциям посредством одного, общего для всех, имени. Следовательно, имя myabs представляет общее действие, которое выполняется во всех случаях. Компилятору остается правильно выбрать конкретную версию при конкретных обстоятельствах. Благодаря полиморфизму программисту нужно помнить не три различных имени, а только одно. Несмотря на простоту приведенного примера, он позволяет понять, насколько перегрузка способна упростить процесс программирования.

Каждая версия перегруженной функции может выполнять любые действия. Другими словами, не существует правила, которое бы обязывало программиста связывать перегруженные функции общими действиями. Однако с точки зрения стилистики перегрузка функций все-таки подразумевает определенное "родство" его версий. Таким образом, несмотря на то, что одно и то же имя можно использовать для перегрузки не связанных общими действиями функций, этого делать не стоит. Например, в принципе можно использовать имя sqr для создания функции, которая возвращает квадрат целого числа, и функции, которая возвращает значение квадратного корня из вещественного числа (типа double). Но, поскольку эти операции фундаментально различны, применение механизма перегрузки методов в этом случае сводит на нет его первоначальную цель. (Такой стиль программирования, наверное, подошел бы лишь для того, чтобы ввести в заблуждение конкурента.) На практике перегружать имеет смысл только тесно связанные операции.

Анахронизм в виде ключевого слова overload

На заре создания C++ перегруженные функции необходимо было явным образом объявлять таковыми с помощью ключевого слова overload. Это ключевое слово больше не требуется в C++. В действительности стандартом C++ оно даже не включено в список ключевых слов. Однако время от времени его можно встретить в каком-нибудь С++-коде, особенно в старых книгах и статьях.

Общая форма использования ключевого слова overload такова.


overload func_name;

Здесь элемент func_name представляет собой имя перегружаемой функции. Эта инструкция должна предшествовать объявлениям перегруженных функций. (В общем случае оно встречается в начале программы.) Например, если функция Counter() является перегруженной, то в программу могла быть включена такая строка.


overload Counter;

Если вы встретите overload-объявления при работе со старыми программами, их можно просто удалить: они больше не нужны. Поскольку ключевое слово overload — анахронизм, его не следует использовать в новых С++-программах. На самом деле большинство компиляторов его попросту не воспримет.

Аргументы, передаваемые функции по умолчанию 

В C++ мы можем придать параметру некоторое значение, которое будет автоматически использовано, если при вызове функции не задается аргумент, соответствующий этому параметру. Аргументы, передаваемые функции по умолчанию, можно использовать, чтобы упростить обращение к сложным функциям, а также в качестве "сокращенной формы" перегрузки функций.

Задание аргументов, передаваемых функции по умолчанию, синтаксически аналогично инициализации переменных. Рассмотрим следующий пример, в котором объявляется функция myfunc(), принимающая один аргумент типа double с действующим по умолчанию значением 0.0 и один символьный аргумент с действующим по умолчанию значением 'Х'.


void myfunc(double num = 0.0, char ch = 'Х')


{


 .


 .


 .


}

После такого объявления функцию myfunc() можно вызвать одним из трех следующих способов.


myfunc(198.234, 'A'); // Передаем явно заданные значения.


myfunc(10.1); // Передаем для параметра num значение 10.1, а для параметра ch позволяем применить  аргумент, задаваемый по умолчанию ('Х').


myfunc(); // Для обоих параметров num и ch позволяем применить аргументы, задаваемые по умолчанию.

При первом вызове параметру num передается значение 198.234, а параметру ch — символ 'А'. Во время второго вызова параметру num передается значение 10.1, а параметр ch по умолчанию устанавливается равным символу 'Х'. Наконец, в результате третьего вызова как параметр num, так и параметр ch по умолчанию устанавливаются равными значениям, заданным в объявлении функции.

Включение в C++ возможности передачи аргументов по умолчанию позволяет программистам упрощать код программ. Чтобы предусмотреть максимально возможное количество ситуаций и обеспечить их корректную обработку, функции часто объявляются с большим числом параметров, чем необходимо в наиболее распространенных случаях. Поэтому благодаря применению аргументов по умолчанию программисту нужно указывать не все аргументы (используемые в общем случае), а только те, которые имеют смысл для определенной ситуации.

Аргумент, передаваемый функции по умолчанию, представляет собой значение, которое будет автоматически передано параметру функции в случае, если аргумент, соответствующий этому параметру, явным образом не задан.

Насколько полезна возможность передачи аргументов по умолчанию, показано на примере функции clrscr(), представленной в следующей программе. Функция clrscr() очищает экран путем вывода последовательности символов новой строки (это не самый эффективный способ, но он очень подходит для данного примера). Поскольку в наиболее часто используемом режиме представления видеоизображений на экран дисплея выводится 25 строк текста, то в качестве аргумента по умолчанию используется значение 25. Но так как в других видеорежимах на экране может отображаться больше или меньше 25 строк, аргумент, действующий по умолчанию, можно переопределить, явно указав нужное значение.


#include <iostream>


using namespace std;




void clrscr(int size=25);


int main()


{


 int i;


 for(i=0; i<30; i++ ) cout << i << '\n';


 clrscr(); // Очищаем 25 строк.




 for(i=0; i<30; i++ ) cout << i << '\n';


 clrscr(10); // Очищаем 10 строк.




 return 0;


}




void clrscr(int size)


{


 for(; size; size--) cout << '\n';


}

Как видно из кода этой программы, если значение, действующее по умолчанию, соответствует ситуации, при вызове функции clrscr() аргумент указывать не нужно. Но в других случаях аргумент, действующий по умолчанию, можно переопределить и передать параметру size нужное значение.

При создании функций, имеющих значения аргументов, передаваемых по умолчанию, необходимо помнить две вещи. Эти значения по умолчанию должны быть заданы только однажды, причем при первом объявлении функции в файле. В предыдущем примере аргумент по умолчанию был задан в прототипе функции clrscr(). При попытке определить новые (или даже те же) передаваемые по умолчанию значения аргументов в определении функции clrscr() компилятор отобразит сообщение об ошибке и не скомпилирует вашу программу.

Несмотря на то что передаваемые по умолчанию аргументы должны быть определены только один раз, для каждой версии перегруженной функции для передачи по умолчанию можно задавать различные аргументы. Таким образом, разные версии перегруженной функции могут иметь различные значения аргументов, действующие по умолчанию.

Важно понимать, что все параметры, которые принимают значения по умолчанию, должны быть расположены справа от остальных. Например, следующий прототип функции содержит ошибку.


// Неверно!


void f(int а = 1, int b);

Если вы начали определять параметры, которые принимают значения по умолчанию, нельзя после них указывать параметры, задаваемые при вызове функции только явным образом. Поэтому следующее объявление также неверно и не будет скомпилировано.


int myfunc(float f, char *str, int i=10, int j);

Поскольку для параметра i определено значение по умолчанию, для параметра j также нужно задать значение по умолчанию.

Сравнение возможности передачи аргументов по умолчанию с перегрузкой функций

Как упоминалось в начале этого раздела, одним из применений передачи аргументов по умолчанию является "сокращенная форма" перегрузки функций. Чтобы понять это, представьте, что вам нужно создать две "адаптированные" версии стандартной функции strcat(). Одна версия должна присоединять все содержимое одной строки к концу другой. Вторая же принимает третий аргумент, который задает количество конкатенируемых (присоединяемых) символов. Другими словами, эта версия должна конкатенировать только заданное количество символов одной строки к концу другой.

Допустим, что вы назвали свои функции именем mystrcat() и предложили такой вариант их прототипов.


void mystrcat(char *s1, char *s2, int len);


void mystrcat(char *s1, char *s2);

Первая версия должна скопировать len символов из строки s2 в конец строки s1. Вторая версия копирует всю строку, адресуемую указателем s2, в конец строки, адресуемой указателем s1, т.е. действует подобно стандартной функции strcat().

Несмотря на то что для достижения поставленной цели можно реализовать две версии функции mystrcat(), есть более простой способ решения этой задачи. Используя возможность передачи аргументов по умолчанию, можно создать только одну функцию mystrcat(), которая заменит обе задуманные ее версии. Реализация этой идеи продемонстрирована в следующей программе.


// Применение пользовательской версии функции strcat().


#include <iostream>


#include <cstring>


using namespace std;




void mystrcat(char *s1, char *s2, int len = -1);


int main()


{


 char str1[80] = "Это тест.";


 char str2[80] = "0123456789";




 mystrcat(str1, str2, 5); // Присоединяем 5 символов.


 cout << str1 << '\n';




 strcpy(str1, "Это тест."); // Восстанавливаем str1.




 mystrcat(str1, str2); // Присоединяем всю строку.


 cout << str1 << '\n';




 return 0;


}




// Пользовательская версия функции strcat().


void mystrcat(char *s1, char *s2, int len)


{


 // Находим конец строки s1.


 while(*s1) s1++;


 if(len == -1) len = strlen(s2);


 while(*s2 && len) {


  *s1 = *s2; // Копируем символы.


  s1++; s2++; len--;


 }


 *s1 = '\0'; // Завершаем строку s1 нулевым символом.


}

Здесь функция mystrcat() присоединяет len символов строки, адресуемой параметром s2, к концу строки, адресуемой параметром s1. Но если значение len равно -1, как и в случае разрешения передачи этого аргумента по умолчанию, функция mystrcat() присоединит к строке s1 всю строку, адресуемую параметром s2. (Другими словами, если значение len равно -1, функция mystrcat() действует подобно стандартной функции strcat().) Используя для параметра len возможность передачи аргумента по умолчанию, обе операции можно объединить в одной функции.

Этот пример позволил продемонстрировать, как аргументы, передаваемые функции по умолчанию, обеспечивают основу для сокращенной формы объявления перегруженных функций.

Об использовании аргументов, передаваемых по умолчанию

Несмотря на то что аргументы, передаваемые функции по умолчанию, — очень мощное средство программирования (при их корректном использовании), с ними могут иногда возникать проблемы. Их назначение — позволить функции эффективно выполнять свою работу, обеспечивая при всей простоте этого механизма значительную гибкость. В этом смысле все передаваемые по умолчанию аргументы должны отражать способ наиболее общего использования функции или альтернативного ее применения. Если не существует некоторого единого значения, которое обычно присваивается тому или иному параметру, то и нет смысла объявлять соответствующий аргумент по умолчанию. На самом деле объявление аргументов, передаваемых функции по умолчанию, при недостаточном для этого основании деструктуризирует код, поскольку такие аргументы способны сбить с толку любого, кому придется разбираться в такой программе. Наконец, основным принципом использования аргументов по умолчанию должен быть, как у врачей, принцип "не навредить". Другими словами, случайное использование аргумента по умолчанию не должно привести к необратимым отрицательным последствиям. Ведь такой аргумент можно просто забыть указать при вызове некоторой функции, и, если это случится, подобный промах не должен вызвать, например, потерю важных данных!


Перегрузка функций и неоднозначность


Неоднозначность возникает тогда, когда компилятор не может определить различие между двумя перегруженными функциями.

Прежде чем завершить эту главу, мы должны исследовать вид ошибок, уникальный для C++: неоднозначность. Возможны ситуации, в которых компилятор не способен сделать выбор между двумя (или более) корректно перегруженными функциями. Такие ситуации и называют неоднозначными. Инструкции, создающие неоднозначность, являются ошибочными, а программы, которые их содержат, скомпилированы не будут.

Основной причиной неоднозначности в C++ является автоматическое преобразование типов. В C++ делается попытка автоматически преобразовать тип аргументов, используемых для вызова функции, в тип параметров, определенных функцией. Рассмотрим пример.


int myfunc(double d);


.


.


.


cout << myfunc('c'); // Ошибки нет, выполняется преобразование типов.

Как отмечено в комментарии, ошибки здесь нет, поскольку C++ автоматически преобразует символ 'c' в его double-эквивалент. Вообще говоря, в C++ запрещено довольно мало видов преобразований типов. Несмотря на то что автоматическое преобразование типов — это очень удобно, оно, тем не менее, является главной причиной неоднозначности. Рассмотрим следующую программу.


// Неоднозначность вследствие перегрузки функций.


#include <iostream>


using namespace std;




float myfunc(float i);


double myfunc(double i);




int main()


{


 // Неоднозначности нет, вызывается функция myfunc(double).


 cout << myfunc (10.1) << " ";




 // Неоднозначность.


 cout << myfunc(10);


 return 0;


}




float myfunc(float i)


{


 return i;


}




double myfunc(double i)


{


 return -i;


}

Здесь благодаря перегрузке функция myfunc() может принимать аргументы либо типа float, либо типа double. При выполнении строки кода


cout << myfunc (10.1) << " ";

не возникает никакой неоднозначности: компилятор "уверенно" обеспечивает вызов функции myfunc(double), поскольку, если не задано явным образом иное, все литералы с плавающей точкой в C++ автоматически получают тип double. Но при вызове функции myfunc() с аргументом, равным целому числу 10, в программу вносится неоднозначность, поскольку компилятору неизвестно, в какой тип ему следует преобразовать этот аргумент: float или double. Оба преобразования допустимы. В такой неоднозначной ситуации будет выдано сообщение об ошибке, и программа не скомпилируется.

На примере предыдущей программы хотелось бы подчеркнуть, что неоднозначность в ней вызвана не перегрузкой функции myfunc(), объявленной дважды для приема double- и float-аргумента, а использованием при конкретном вызове функции myfunc() аргумента неопределенного для преобразования типа. Другими словами, ошибка состоит не в перегрузке функции myfunc(), а в конкретном ее вызове.

А вот еще один пример неоднозначности, вызванной автоматическим преобразованием типов в C++.


// Еще одна ошибка, вызванная неоднозначностью.


#include <iostream>


using namespace std;




char myfunc(unsigned char ch);


char myfunc(char ch);




int main()


{


 cout << myfunc('c'); // Здесь вызывается myfunc(char).


 cout << myfunc(88) << " "; // Вносится неоднозначность.


 return 0;


}




char myfunc(unsigned char ch)


{


 return ch-1;


}




char myfunc(char ch)


{


 return ch+1;


}

В C++ типы unsigned char и char не являются существенно неоднозначными. (Это — различные типы.) Но при вызове функции myfunc() с целочисленным аргументом 88 компилятор "не знает", какую функцию ему выполнить, т.е. в значение какого типа ему следует преобразовать число 88: типа char или типа unsigned char? Оба преобразования здесь вполне допустимы.

Неоднозначность может быть также вызвана использованием в перегруженных функциях аргументов, передаваемых по умолчанию. Для примера рассмотрим следующую программу.


// Еще один пример неоднозначности.


#include <iostream>


using namespace std;




int myfunc(int i);


int myfunc(int i, int j=1);




int main()


{


 cout << myfunc(4, 5) << " "; // неоднозначности нет


 cout << myfunc(10); // неоднозначность


 return 0;


}




int myfunc(int i)


{


 return i;


}




int myfunc(int i, int j)


{


 return i*j;


}

Здесь в первом обращении к функции myfunc() задается два аргумента, поэтому у компилятора нет никаких сомнений в выборе нужной функции, а именно myfunc(int i, int j), т.е. никакой неоднозначности в этом случае не привносится. Но при втором обращении к функции myfunc() мы получаем неоднозначность, поскольку компилятор "не знает", то ли ему вызвать версию функции myfunc(), которая принимает один аргумент, то ли использовать возможность передачи аргумента по умолчанию к версии, которая принимает два аргумента.

Программируя на языке C++, вам еще не раз придется столкнуться с ошибками неоднозначности, которые, к сожалению, очень легко "проникают" в программы, и только опыт и практика помогут вам избавиться от них.

Глава 9: Еще о типах данных и операторах

Прежде чем переходить к более сложным средствам C++, имеет смысл подробнее познакомиться с некоторыми типами данных и операторами. Кроме уже рассмотренных нами типов данных, в C++ определены и другие. Одни из них состоят из модификаторов, добавляемых к уже известным вам типам. Другие включают перечисления, а третьи используют ключевое слово typedef. C++ также поддерживает ряд операторов, которые значительно расширяют область действия языка и позволяют решать задачи программирования в весьма широком диапазоне. Речь идет о поразрядных операторах, операторах сдвига, а также операторах "?" и sizeof. Кроме того, в этой главе рассматриваются такие специальные операторы, как new и delete. Они предназначены для поддержки С++-системы динамического распределения памяти.

Спецификаторы типа const и volatile

Спецификаторы типа const и volatile управляют доступом к переменной.

В C++ определено два спецификатора типа, которые оказывают влияние на то, каким образом можно получить доступ к переменным или модифицировать их. Это спецификаторы const и volatile. Официально они именуются cv-спецификаторами и должны предшествовать базовому типу при объявлении переменной.

Спецификатор типа const

Переменные, объявленные с использованием спецификатора const, не могут изменить свои значения во время выполнения программы. Однако любой const-переменной можно присвоить некоторое начальное значение. Например, при выполнении инструкции


const double version = 3.2;

создается double-переменная version, которая содержит значение 3.2, и это значение программа изменить уже не может. Но эту переменную можно использовать в других выражениях. Любая const-переменная получает значение либо во время явно задаваемой инициализации, либо при использовании аппаратно-зависимых средств. Применение спецификатора const к объявлению переменной гарантирует, что она не будет модифицирована другими частями вашей программы.

Спецификатор const предотвращает модификацию переменной при выполнении программы.

Спецификатор const имеет ряд важных применений. Возможно, чаще всего его используют для создания const-параметров типа указатель. Такой параметр-указатель защищает объект, на который он ссылается, от модификации со стороны функции. Другими словами, если параметр-указатель предваряется ключевым словом const, никакая инструкция этой функции не может модифицировать переменную, адресуемую этим параметром. Например, функция code() в следующей короткой программе сдвигает каждую букву в сообщении на одну алфавитную позицию (т.е. вместо буквы 'А' ставится буква 'Б' и т.д.), отображая таким образом сообщение в закодированном виде. Использование спецификатора const в объявлении параметра не позволяет коду функции модифицировать объект, на который указывает этот параметр.


#include <iostream>


using namespace std;




void code(const char *str);




int main()


{


 code("Это тест.");


 return 0;


}




/* Использование спецификатора const гарантирует, что str не может изменить аргумент, на который он указывает.


*/


void code(const char *str)


{


 while(*str) {


  cout << (char) (*str+1);


  str++;


 }


}

Поскольку параметр str объявляется как const-указатель, у функции code() нет никакой возможности внести изменения в строку, адресуемую параметром str. Но если вы попытаетесь написать функцию code() так, как показано в следующем примере, то обязательно получите сообщение об ошибке, и программа не скомпилируется.


// Этот код неверен.


void code(const char *str)


{


 while(*str) {


  *str = *str + 1; // Ошибка, аргумент модифицировать нельзя.


  cout << (char) *str;


  str++;


 }


}

Поскольку параметр str является const-указателем, его нельзя использовать для модификации объекта, на который он ссылается.

Спецификатор const можно также использовать для ссылочных параметров, чтобы не допустить в функции модификацию переменных, на которые ссылаются эти параметры. Например, следующая программа некорректна, поскольку функция f() пытается модифицировать переменную, на которую ссылается параметр i.


// Нельзя модифицировать const-ссылки.


#include <iostream>


using namespace std;




void f(const int &i);




int main()


{


 int к = 10;


 f(к);


 return 0;


}




// Использование ссылочного const-параметра.


void f (const int &i)


{


 i = 100; // Ошибка, нельзя модифицировать const-ссылку.


 cout << i;


}

Спецификатор const еще можно использовать для подтверждения того, что ваша программа не изменяет значения некоторой переменной. Вспомните, что переменная типа const может быть модифицирована внешними устройствами, т.е. ее значение может быть установлено каким-нибудь аппаратным устройством (например, датчиком). Объявив переменную с помощью спецификатора const, можно доказать, что любые изменения, которым подвергается эта переменная, вызваны исключительно внешними событиями.

Наконец, спецификатор const используется для создания именованных констант. Часто в программах многократно применяется одно и то же значение для различных целей. Например, необходимо объявить несколько различных массивов таким образом, чтобы все они имели одинаковый размер. Когда нужно использовать подобное "магическое число", имеет смысл реализовать его в виде const-переменной. Затем вместо реального значения можно использовать имя этой переменной, а если это значение придется впоследствии изменить, вы измените его только в одном месте программы. Следующая программа позволяет попробовать этот вид применения спецификатора const "на вкус".


#include <iostream>


using namespace std;




const int size = 10;




int main()


{


 int A1[size], A2[size], A3[size];


 // . . .


}

Если в этом примере понадобится использовать новый размер для массивов, вам потребуется изменить только объявление переменной size и перекомпилировать программу. В результате все три массива автоматически получат новый размер.

Спецификатор типа volatile

Спецификатор volatile информирует компилятор о том, что данная переменная может быть изменена внешними (по отношению к программе) факторами.

Спецификатор volatile сообщает компилятору о том, что значение соответствующей переменной может быть изменено в программе неявным образом. Например, адрес некоторой глобальной переменной может передаваться управляемой прерываниями подпрограмме тактирования, которая обновляет эту переменную с приходом каждого импульса сигнала времени. В такой ситуации содержимое переменной изменяется без использования явно заданных инструкций программы. Существуют веские основания для того, чтобы сообщить компилятору о внешних факторах изменения переменной. Дело в том, что С++-компилятору разрешается автоматически оптимизировать определенные выражения в предположении, что содержимое той или иной переменной остается неизменным, если оно не находится в левой части инструкции присваивания. Но если некоторые факторы (внешние по отношению к программе) изменят значение этого поля, такое предположение окажется неверным, в результате чего могут возникнуть проблемы.

Например, в следующем фрагменте программы предположим, что переменная clock обновляется каждую миллисекунду часовым механизмом компьютера. Но, поскольку переменная clock не объявлена с использованием спецификатора volatile, этот фрагмент кода может иногда работать недолжным образом. (Обратите особое внимание на строки, обозначенные буквами "А" и "Б".)


int clock, timer;


 // ...


timer = clock; // строка A


// ... Какие-нибудь действия.




cout << "Истекшее время " << clock-timer; // строка Б

В этом фрагменте переменная clock получает свое значение, когда она присваивается переменной timer в строке А. Но, поскольку переменная clock не объявлена с использованием спецификатора volatile, компилятор волен оптимизировать этот код, причем таким способом, при котором значение переменной clock, возможно, не будет опрошено в инструкции cout (строка Б), если между строками А и Б не будет ни одного промежуточного присваивания значения переменной clock. (Другими словами, в строке Б компилятор может просто еще раз использовать значение, которое получила переменная clock в строке А.) Но если между моментами выполнения строк А и Б поступят очередные импульсы сигнала времени, то значение переменной clock обязательно изменится, а строка Б в этом случае не отразит корректный результат.

Для решения этой проблемы необходимо объявить переменную clock с ключевым словом volatile.


volatile int clock;

Теперь значение переменной clock будет опрашиваться при каждом ее использовании.

И хотя на первый взгляд это может показаться странным, спецификаторы const и volatile можно использовать вместе. Например, следующее объявление абсолютно допустимо. Оно создает const-указатель на volatile-объект.


const volatile unsigned char *port = (const volatile char *) 0x2112;

В этом примере для преобразования целочисленного литерала 0x2112 в const-указатель на volatile-символ необходимо применить операцию приведения типов.

Спецификаторы классов памяти

C++ поддерживает пять спецификаторов классов памяти:


auto


extern


register


static


mutable

Спецификаторы классов памяти определяют, как должна храниться переменная.

С помощью этих ключевых слов компилятор получает информацию о том, как должна храниться переменная. Спецификатор классов памяти необходимо указывать в начале объявления переменной.

Спецификатор mutable применяется только к объектам классов, о которых речь впереди. Остальные спецификаторы мы рассмотрим в этом разделе.

Спецификатор класса памяти auto

Редко используемый спецификатор auto объявляет локальную переменную.

Спецификатор auto объявляет локальную переменную. Но он используется довольно редко (возможно, вам никогда и не доведется применить его), поскольку локальные переменные являются "автоматическими" по умолчанию. Вряд ли вам попадется это ключевое слово и в чужих программах.

Спецификатор класса памяти extern

Все программы, которые мы рассматривали до сих пор, имели довольно скромный размер. Реальные же компьютерные программы гораздо больше. По мере увеличения размера файла, содержащего программу, время компиляции становится иногда раздражающе долгим. В этом случае следует разбить программу на несколько отдельных файлов. После этого небольшие изменения, вносимые в один файл, не потребуют перекомпиляции всей программы. При разработке больших проектов такой многофайловый подход может сэкономить существенное время. Реализовать этот подход позволяет ключевое слово extern.

В программах, которые состоят из двух или более файлов, каждый файл должен "знать" имена и типы глобальных переменных, используемых программой в целом. Однако нельзя просто объявить копии глобальных переменных в каждом файле. Дело в том, что в C++ программа может включать только одну копию каждой глобальной переменной. Следовательно, если вы попытаетесь объявить необходимые глобальные переменные в каждом файле, возникнут проблемы. Когда компоновщик попытается скомпоновать эти файлы, он обнаружит дублированные глобальные переменные, и компоновка программы не состоится. Чтобы выйти из этого затруднительного положения, достаточно объявить все глобальные переменные в одном файле, а в других использовать extern-объявления, как показано на рис. 9.1.

Спецификатор extern объявляет переменную, но не выделяет для нее области памяти.


В файле F1 объявляются и определяются переменные х, у и ch. В файле F2 используется скопированный из файла F1 список глобальных переменных, к объявлению которых добавлено ключевое слово extern. Спецификатор extern делает переменную известной для модуля, но в действительности не создает ее. Другими словами, ключевое слово extern предоставляет компилятору информацию о типе и имени глобальных переменных, повторно не выделяя для них памяти. Во время компоновки этих двух модулей все ссылки на эти внешние переменные будут определены.

До сих пор мы не уточняли, в чем состоит различие между объявлением и определением переменной, но здесь это очень важно. При объявлении, переменной присваивается имя и тип, а посредством определения для переменной выделяется память. В большинстве случаев объявления переменных одновременно являются определениями. Предварив имя переменной спецификатором extern, можно объявить переменную, не определяя ее.

Существует еще одно применение для ключевого слова extern, которое не связано с многофайловыми проектами. Не секрет, что много времени уходит на объявления глобальных переменных, которые, как правило, приводятся в начале программы, но это не всегда обязательно. Если функция использует глобальную переменную, которая определяется ниже (в том же файле), в теле функции ее можно специфицировать как внешнюю (с помощью ключевого слова extern). При обнаружении определения этой переменной компилятор вычислит соответствующие ссылки на нее.

Рассмотрим следующий пример. Обратите внимание на то, что глобальные переменные first и last объявляются не перед, а после функции main().


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 extern int first, last; // Использование глобальных переменных.


 cout << first << " " << last << "\n";


 return 0;


}




// Глобальное определение переменных first и last.


int first = 10, last = 20;

При выполнении этой программы на экран будут выведены числа 10 и 20, поскольку глобальные переменные first и last, используемые в инструкции cout, инициализируются этими значениями. Поскольку extern-объявление в функции main() сообщает компилятору о том, что переменные first и last объявляются где-то в другом месте (в данном случае ниже, но в том же файле), программу можно скомпилировать без ошибок, несмотря на то, что переменные first и last используются до их определения.

Важно понимать, что extern-объявления переменных, показанные в предыдущей программе, необходимы здесь только по той причине, что переменные first и last не были определены до их использования в функции main(). Если бы их определения компилятор обнаружил раньше определения функции main(), необходимости в extern-инструкции не было бы. Помните, если компилятор обнаруживает переменную, которая не была объявлена в текущем блоке, он проверяет, не совпадает ли она с какой-нибудь из переменных, объявленных внутри других включающих блоков. Если нет, компилятор просматривает ранее объявленные глобальные переменные. Если обнаруживается совпадение их имен, компилятор предполагает, что ссылка была именно на эту глобальную переменную. Спецификатор extern необходим только в том случае, если вы хотите использовать переменную, которая объявляется либо ниже в том же файле, либо в другом.

И еще. Несмотря на то что спецификатор extern объявляет, но не определяет переменную, существует одно исключение из этого правила. Если в extern-объявлении переменная инициализируется, то такое extern-объявление становится определением. Это очень важный момент, поскольку любой объект может иметь несколько объявлений, но только одно определение.

Статические переменные

Переменные типа static — это переменные "долговременного" хранения, т.е. они хранят свои значения в пределах своей функции или файла. От глобальных они отличаются тем, что за рамками своей функции или файла они неизвестны. Поскольку спецификатор static по-разному определяет "судьбу" локальных и глобальных переменных, мы рассмотрим их в отдельности.

Локальные static-переменные

Локальная static-переменная поддерживает свое значение между вызовами функции.

Если к локальной переменной применен модификатор static, то для нее выделяется постоянная область памяти практически так же, как и для глобальной переменной. Это позволяет статической переменной поддерживать ее значение между вызовами функций.(Другими словами, в отличие от обычной локальной переменной, значение static-переменной не теряется при выходе из функции.) Ключевое различие между статической локальной и глобальной переменными состоит в том, что статическая локальная переменная известна только блоку, в котором она объявлена. Таким образом, статическую локальную переменную в некоторой степени можно назвать глобальной переменной, которая имеет ограниченную область видимости.

Чтобы объявить статическую переменную, достаточно предварить ее тип ключевым словом static. Например, при выполнении этой инструкции переменная count объявляется статической.


static int count;

Статической переменной можно присвоить некоторое начальное значение. Например, в этой инструкции переменной count присваивается начальное значение 200:


static int count = 200;

Локальные static-переменные инициализируются только однажды, в начале выполнения программы, а не при каждом входе в функцию, в которой они объявлены.

Возможность использования статических локальных переменных важна для создания независимых функций, поскольку существуют такие типы функций, которые должны сохранять их значения между вызовами. Если бы статические переменные не были предусмотрены в C++, пришлось бы использовать вместо них глобальные, что открыло бы путь для всевозможных побочных эффектов.

Рассмотрим пример использования static-переменной. Она служит для хранения текущего среднего значения от чисел, вводимых пользователем.


/* Вычисляем текущее среднее значение от чисел, вводимых пользователем.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int r_avg(int i);




int main()


{


 int num;


 do {


  cout << "Введите числа (-1 означает выход): ";


   cin >> num;


  if(num != -1)


   cout << "Текущее среднее равно: " << r_avg(num);


  cout << '\n';


 }while(num > -1);


 return 0;


}




// Вычисляем текущее среднее.


int r_avg(int i)


{


 static int sum=0, count=0;


 sum = sum + i;


 count++;


 return sum / count;


}

Здесь обе локальные переменные sum и count объявлены статическими и инициализированы значением 0. Помните, что для статических переменных инициализация выполняется только один раз (при первом выполнении функции), а не при каждом входе в функцию. В этой программе функция r_avg() используется для вычисления текущего среднего значения от чисел, вводимых пользователем. Поскольку обе переменные sum и count являются статическими, они поддерживают свои значения между вызовами функции r_avg(), что позволяет нам получить правильный результат вычислений. Чтобы убедиться в необходимости модификатора static, попробуйте удалить его из программы. После этого программа не будет работать корректно, поскольку промежуточная сумма будет теряться при каждом выходе из функции r_avg().

Глобальные static-переменные

Глобальная static-переменная известна только для файла, в котором она объявлена.

Если модификатор static применен к глобальной переменной, то компилятор создаст глобальную переменную, которая будет известна только для файла, в котором она объявлена. Это означает, что, хотя эта переменная является глобальной, другие функции в других файлах не имеют о ней "ни малейшего понятия" и не могут изменить ее содержимое. Поэтому она и не может стать "жертвой" несанкционированных изменений. Следовательно, для особых ситуаций, когда локальная статичность оказывается бессильной, можно создать небольшой файл, который будет содержать лишь функции, использующие глобальные static-переменные, отдельно скомпилировать этот файл и работать с ним, не опасаясь вреда от побочных эффектов "всеобщей глобальности".

Рассмотрим пример, который представляет собой переработанную версию программы (из предыдущего раздела), вычисляющей текущее среднее значение. Эта версия состоит из двух файлов и использует глобальные static-переменные для хранения значений промежуточной суммы и счетчика вводимых чисел.


//---------------------Первый файл---------------------


#include <iostream>


using namespace std;




int r_avg(int i);


void reset();




int main()


{


 int num;


 do {


  cout <<"Введите числа (-1 для выхода, -2 для сброса): ";


   cin >> num;


  if(num==-2) {


   reset();


   continue;


  }


  if(num != -1)


   cout << "Среднее значение равно: " << r_avg(num);


  cout << '\n';


 }while(num != -1);


 return 0;


}




//---------------------Второй файл---------------------


#include <iostream>


static int sum=0, count=0;




int r_avg(int i)


{


 sum = sum + i;


 count++;


 return sum / count;


}




void reset()


{


 sum = 0;


 count = 0;


}

В этой версии программы переменные sum и count являются глобально статическими, т.е. их глобальность ограничена вторым файлом. Итак, они используются функциями r_avg() и reset(), причем обе они расположены во втором файле. Этот вариант программы позволяет сбрасывать накопленную сумму (путем установки в исходное положение переменных sum и count), чтобы можно было усреднить другой набор чисел. Но ни одна из функций, расположенных вне второго файла, не может получить доступ к этим переменным. Работая с данной программой, можно обнулить предыдущие накопления, введя число -2. В этом случае будет вызвана функция reset(). Проверьте это. Кроме того, попытайтесь получить из первого файла доступ к любой из переменных sum или count. (Вы получите сообщение об ошибке.)

Итак, имя локальной static-переменной известно только функции или блоку кода, в котором она объявлена, а имя глобальной static-переменной — только файлу, в котором она "обитает". По сути, модификатор static позволяет переменным существовать так, что о них знают только функции, использующие их, тем самым "держа в узде" и ограничивая возможности негативных побочных эффектов. Переменные типа static позволяют программисту "скрывать" одни части своей программы от других частей. Это может оказаться просто супердостоинством, когда вам придется разрабатывать очень большую и сложную программу.

Важно! Несмотря на то что глобальные static-переменные по-прежнему допустимы и широко используются в С++-коде, стандарт C++ возражает против их применения. Для управления доступом к глобальным переменным рекомендуется другой метод, который заключается в использовании пространств имен. Этот метод описан ниже в этой книге.

Регистровые переменные

Возможно, чаще всего используется спецификатор класса памяти register. Для компилятора модификатор register означает предписание обеспечить такое хранение соответствующей переменной, чтобы доступ к ней можно было получить максимально быстро. Обычно переменная в этом случае будет храниться либо в регистре центрального процессора (ЦП), либо в кэше (быстродействующей буферной памяти небольшой емкости). Вероятно, вы знаете, что доступ к регистрам ЦП (или к кэш-памяти) принципиально быстрее, чем доступ к основной памяти компьютера. Таким образом, переменная, сохраняемая в регистре, будет обслужена гораздо быстрее, чем переменная, сохраняемая, например, в оперативной памяти (ОЗУ). Поскольку скорость, с которой к переменным можно получить доступ, определяет, по сути, скорость выполнения вашей программы, для получения удовлетворительных результатов программирования важно разумно использовать спецификатор register.

Спецификатор register в объявлении переменной означает требование оптимизировать код для получения максимально возможной скорости доступа к ней.

Формально спецификатор register представляет собой лишь запрос, который компилятор вправе проигнорировать. Это легко объяснить: ведь количество регистров (или устройств памяти с малым временем выборки) ограничено, причем для разных сред оно может быть различным. Поэтому, если компилятор исчерпает память быстрого доступа, он будет хранить register-переменные обычным способом. В общем случае неудовлетворенный register-запрос не приносит вреда, но, конечно же, и не дает никаких преимуществ хранения в регистровой памяти.

Поскольку в действительности только для ограниченного количества переменных можно обеспечить быстрый доступ, важно тщательно выбрать, к каким из них применить модификатор register. (Только правильный выбор может повысить быстродействие программы.) Как правило, чем чаще к переменной требуется доступ, тем большая выгода будет получена в результате оптимизации кода с помощью спецификатора register. Поэтому объявлять регистровыми имеет смысл управляющие переменные цикла или переменные, к которым выполняется доступ в теле цикла. На примере следующей функции показано, как register-переменная типа int используется для управления циклом. Эта функция вычисляет результат выражения mе для целочисленных значений с сохранением знака исходного числа (т.е. при m = -2 и е = 2 результат будет равен -4).


int signed_pwr(register int m, register int e)


{


 register int temp;


 int sign;




 if(m < 0) sign = -1;


 else sign = 1;




 temp = 1;


 for( ; e; e--) temp = temp * m;




 return temp * sign;


}

В этом примере переменные m, е и temp объявлены как регистровые, поскольку все они используются в теле цикла, и потому к ним часто выполняется доступ. Однако переменная sign объявлена без спецификатора register, поскольку она не является частью цикла и используется реже.

Происхождение модификатора register

Модификатор register был впервые определен в языке С. Первоначально он применялся только к переменным типа int и char или к указателям и заставлял хранить переменные этого типа в регистре ЦП, а не в ОЗУ, где хранятся обычные переменные. Это означало, что операции с регистровыми переменными могли выполняться намного быстрее, чем операции с остальными (хранимыми в памяти), поскольку для опроса или модификации их значений не требовался доступ к памяти.

После стандартизации языка С было принято решение расширить определение спецификатора register. Согласно ANSI-стандарту С модификатор register можно применять к любому типу данных. Его использование стало означать для компилятора требование сделать доступ к переменной типа register максимально быстрым. Для ситуаций, включающих символы и целочисленные значения, это по-прежнему означает помещение их в регистры ЦП, поэтому традиционное определение все еще в силе. Поскольку язык C++ построен на ANSI-стандарте С, он также поддерживает расширенное определение спецификатора register.

Как упоминалось выше, точное количество register-переменных, которые реально будут оптимизированы в любой одной функции, определяется как типом процессора, так и конкретной реализацией C++, которую вы используете. В общем случае можно рассчитывать по крайней мере на две. Однако не стоит беспокоиться о том, что вы могли объявить слишком много register-переменных, поскольку C++ автоматически превратит регистровые переменные в нерегистровые, когда их лимит будет исчерпан. (Это гарантирует переносимость С++-кода в рамках широкого диапазона процессоров.)

Чтобы показать влияние, оказываемое register-переменными на быстродействие программы, в следующем примере измеряется время выполнения двух циклов for, которые отличаются друг от друга только типом управляющих переменных. В программе используется стандартная библиотечная С++-функция clock(), которая возвращает количество импульсов сигнала времени системных часов, подсчитанных с начала выполнения этой программы. Программа должна включать заголовок <ctime>.


/* Эта программа демонстрирует влияние, которое может оказать использование register-переменной на скорость выполнения программы.


*/


#include <iostream>


#include <ctime>


using namespace std;




unsigned int i; //не register-переменная


unsigned int delay;




int main()


{


 register unsigned int j;


 long start, end;


 start = clock();


 for(delay=0; delay<50; delay++)


  for(i=0; i<64000000; i++);


 end = clock();


 cout << "Количество тиков для не register-цикла: ";


 cout << end-start << ' \n';




 start = clock();


 for(delay=0; delay<50; delay++)


  for(j=0; j<64000000; j++);


 end = clock();


 cout << "Количество тиков для register-цикла: ";


 cout << end-start << '\n';




 return 0;


}

При выполнении этой программы вы убедитесь, что цикл с "регистровым" управлением выполняется приблизительно в два раза быстрее, чем цикл с "нерегистровым" управлением. Если вы не увидели ожидаемой разницы, это может означать, что ваш компилятор оптимизирует все переменные. Просто "поиграйте" программой до тех пор, пока разница не станет очевидной.

На заметку. При написании этой книги была использована среда Visual C++, которая игнорирует ключевое слово register. Visual C++ применяет оптимизацию "как считает нужным". Поэтому вы можете не заметить влияния спецификатора register на выполнение предыдущей программы. Однако ключевое слово register все еще принимается компилятором без сообщения об ошибке. Оно просто не оказывает никакого воздействия.

Перечисления 

В C++ можно определить список именованных целочисленных констант. Такой список называется перечислением (enumeration). Эти константы можно затем использовать везде, где допустимы целочисленные значения (например, в целочисленных выражениях). Перечисления определяются с помощью ключевого слова enum, а формат их определения имеет такой вид:


enum type_name { список_перечисления } список_переменных;

Под элементом список_перечисления понимается список разделенных запятыми имен, которые представляют значения перечисления. Элемент список_переменных необязателен, поскольку переменные можно объявить позже, используя имя типа перечисления. В следующем примере определяется перечисление apple и две переменные типа apple с именами red и yellow.


enum apple {Jonathan, Golden_Del, Red_Del, Winesap, Cortland, McIntosh} red, yellow;

Определив перечисление, можно объявить другие переменные этого типа, используя имя перечисления. Например, с помощью следующей инструкции объявляется одна переменная fruit перечисления apple.


apple fruit;

Эту инструкцию можно записать и так.


enum apple fruit;

Ключевое слово enum объявляет перечисление.

Однако использование ключевого слова enum здесь излишне. В языке С (который также поддерживает перечисления) обязательной была вторая форма, поэтому в некоторых программах вы можете встретить подобную запись.

С учетом предыдущих объявлений следующие типы инструкций совершенно допустимы.


fruit = Winesap;


if(fruit==Red_Del) cout << "Red Delicious\n";

Важно понимать, что каждый символ списка перечисления означает целое число, причем каждое следующее число (представленное идентификатором) на единицу больше предыдущего. По умолчанию значение первого символа перечисления равно нулю, следовательно, значение второго — единице и т.д. Поэтому при выполнении этой инструкции


cout << Jonathan << ' ' << Cortland;

на экран будут выведены числа 0 4.

Несмотря на то что перечислимые константы автоматически преобразуются в целочисленные, обратное преобразование автоматически не выполняется. Например, следующая инструкция некорректна.


fruit =1; // ошибка

Эта инструкция вызовет во время компиляции ошибку, поскольку автоматического преобразования целочисленных значений в значения типа apple не существует. Откорректировать предыдущую инструкцию можно с помощью операции приведения типов.


fruit = (apple) 1; // Теперь все в порядке, но стиль не совершенен.

Теперь переменная fruit будет содержать значение Golden_Del, поскольку эта apple-константа связывается со значением 1. Как отмечено в комментарии, несмотря на то, что эта инструкция стала корректной, ее стиль оставляет желать лучшего, что простительно лишь в особых обстоятельствах.

Используя инициализатор, можно указать значение одной или нескольких перечислимых констант. Это делается так: после соответствующего элемента списка перечисления ставится знак равенства и нужное целое число. При использовании инициализатора следующему (после инициализированного) элементу списка присваивается значение, на единицу превышающее предыдущее значение инициализатора. Например, при выполнении следующей инструкции константе Winesap присваивается значение 10.


enum apple {Jonathan, Golden_Del, Red_Del, Winesap=10, Cortland, McIntosh};


Часто в отношении перечислений ошибочно предполагается, что символы перечисления можно вводить и выводить как строки. Например, следующий фрагмент кода выполнен не будет.


// Слово "McIntosh" на экран таким образом не попадет.


fruit = McIntosh;


cout << fruit;

He забывайте, что символ McIntosh — это просто имя для некоторого целочисленного значения, а не строка. Следовательно, при выполнении предыдущего кода на экране отобразится числовое значение константы McIntosh, а не строка "McIntosh". Конечно, можно создать код ввода и вывода символов перечисления в виде строк, но он выходит несколько громоздким. Вот, например, как можно отобразить на экране названия сортов яблок, связанных с переменной fruit.


switch(fruit) {


 case Jonathan: cout << "Jonathan";


  break;


 case Golden_Del: cout << "Golden Delicious";


  break;


 case Red_Del: cout << "Red Delicious";


  break;


 case Winesap: cout << "Winesap";


  break;


 case Cortland: cout << "Cortland";


  break;


 case McIntosh: cout << "McIntosh";


  break;


}

Иногда для перевода значения перечисления в соответствующую строку можно объявить массив строк и использовать значение перечисления в качестве индекса. Например, следующая программа выводит названия трех сортов яблок.


#include <iostream>


using namespace std;




enum apple {Jonathan, Golden_Del, Red_Del, Winesap, Cortland, McIntosh};




// Массив строк, связанных с перечислением apple.


char name[][20] = {


 "Jonathan",


 "Golden Delicious",


 "Red Delicious",


 "Winesap",


 "Cortland",


 "McIntosh",


};




int main()


{


 apple fruit;




 fruit = Jonathan;


 cout << name[fruit] << '\n';




 fruit = Winesap;


 cout << name[fruit] << '\n';




 fruit = McIntosh;


 cout << name[fruit] << '\n';




 return 0;


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


Jonathan


Winesap


McIntosh

Использованный в этой программе метод преобразования значения перечисления в строку можно применить к перечислению любого типа, если оно не содержит инициализаторов. Для надлежащего индексирования массива строк перечислимые константы должны начинаться с нуля, быть строго упорядоченными по возрастанию, и каждая следующая константа должна быть больше предыдущей точно на единицу.

Из-за того, что значения перечисления необходимо вручную преобразовывать в удобные для восприятия человеком строки, они, в основном, используются там, где такое преобразование не требуется. Для примера рассмотрите перечисление, используемое для определения таблицы символов компилятора.

Ключевое слово typedef

Ключевое слово typedef позволяет создать новое имя для существующего типа данных.

В C++ разрешается определять новые имена типов данных с помощью ключевого слова typedef. При использовании typedef-имени новый тип данных не создается, а лишь определяется новое имя для уже существующего типа. Благодаря typedef-именам можно сделать машинозависимые программы более переносимыми: для этого иногда достаточно изменить typedef-инструкции. Это средство также позволяет улучшить читабельность кода, поскольку для стандартных типов данных с его помощью можно использовать описательные имена. Общий формат записи инструкции typedef таков,


typedef тип новое_имя;

Здесь элемент тип означает любой допустимый тип данных, а элемент новое_имя — новое имя для этого типа. При этом заметьте: новое имя определяется вами в качестве дополнения к существующему имени типа, а не для его замены.

Например, с помощью следующей инструкции можно создать новое имя для типа float,


typedef float balance;

Эта инструкция является предписанием компилятору распознавать идентификатор balance как еще одно имя для типа float. После этой инструкции можно создавать float-переменные с использованием имени balance.


balance over_due;

Здесь объявлена переменная с плавающей точкой over_due типа balance, который представляет собой стандартный тип float, но имеющий другое название.

Еще об операторах 

Выше в этой книге вы уже познакомились с большинством операторов, которые не уникальны для C++. Но, в отличие от других языков программирования, в C++ предусмотрены и другие специальные операторы, которые значительно расширяют возможности языка и повышают его гибкость. Этим операторам и посвящена оставшаяся часть данной главы.

Поразрядные операторы 

Поразрядные операторы обрабатывают отдельные биты.

Поскольку C++ нацелен на то, чтобы позволить полный доступ к аппаратным средствам компьютера, важно, чтобы он имел возможность непосредственно воздействовать на отдельные биты в рамках байта или машинного слова. Именно поэтому C++ и содержит поразрядные операторы. Поразрядные операторы предназначены для тестирования, установки или сдвига реальных битов в байтах или словах, которые соответствуют символьным или целочисленным С++-типам. Поразрядные операторы не используются для операндов типа bool, float, double, long double, void или других еще более сложных типов данных. Поразрядные операторы (они перечислены в табл. 9.1) очень часто используются для решения широкого круга задач программирования системного уровня, например, при опросе информации о состоянии устройства или ее формировании. Теперь рассмотрим каждый оператор этой группы в отдельности.


Поразрядные операторы И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ

Поразрядные операторы И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ (обозначаемые символами &, |, ^ и ~ соответственно) выполняют те же операции, что и их логические эквиваленты (т.е. они действуют согласно той же таблице истинности). Различие состоит лишь в том, что поразрядные операции работают на побитовой основе. В следующей таблице показан результат выполнения каждой поразрядной операции для всех возможных сочетаний операндов (нулей и единиц).


Как видно из таблицы, результат применения оператора XOR (исключающее ИЛИ) будет равен значению ИСТИНА (1) только в том случае, если истинен (равен значению 1) лишь один из операндов; в противном случае результат принимает значение ЛОЖЬ (0).

Поразрядный оператор И можно представить как способ подавления битовой информации. Это значит, что 0 в любом операнде, обеспечит установку в 0 соответствующего бита результата. Вот пример.

 1101 0011

& 1010 1010

 1000 0010

Следующая программа считывает символы с клавиатуры и преобразует любой строчный символ в его прописной эквивалент путем установки шестого бита равным значению 0. Набор символов ASCII определен так, что строчные буквы имеют почти такой же код, что и прописные, за исключением того, что код первых отличается от кода вторых ровно на 32[только для латинского алфавита]. Следовательно, как показано в этой программе, чтобы из строчной буквы сделать прописную, достаточно обнулить ее шестой бит.


// Получение прописных букв.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char ch;


 do {


  cin >> ch;




  // Эта инструкция обнуляет 6-й бит.


  ch = ch & 223; // В переменной ch теперь прописная буква.


  cout << ch;


 }while(ch! = 'Q');




 return 0;


}

Значение 223, используемое в инструкции поразрядного И, является десятичным представлением двоичного числа 1101 1111. Следовательно, эта операция И оставляет все биты в переменной ch нетронутыми, за исключением шестого (он сбрасывается в нуль).

Оператор И также полезно использовать, если нужно определить, установлен ли интересующий вас бит (т.е. равен ли он значению 1) или нет. Например, при выполнении следующей инструкции вы узнаете, установлен ли 4-й бит в переменной status,


if(status & 8) cout << "Бит 4 установлен";

Чтобы понять, почему для тестирования четвертого бита используется число 8, вспомните, что в двоичной системе счисления число 8 представляется как 0000 1000, т.е. в числе 8 установлен только четвертый разряд. Поэтому условное выражение инструкции if даст значение ИСТИНА только в том случае, если четвертый бит переменной status также установлен (равен 1). Интересное использование этого метода показано на примере функции disp_binary(). Она отображает в двоичном формате конфигурацию битов своего аргумента. Мы будем использовать функцию disp_binary() ниже в этой главе для исследования возможностей других поразрядных операций.


// Отображение конфигурации битов в байте.


void disp_binary(unsigned u)


{


 register int t;


 for(t=128; t>0; t=t/2)


  if(u & t) cout << "1";


  else cout << "0 ";


 cout << "\n";


}

Функция disp_binary(), используя поразрядный оператор И, последовательно тестирует каждый бит младшего байта переменной u, чтобы определить, установлен он или сброшен. Если он установлен, отображается цифра 1, в противном случае — цифра 0. Интереса ради попробуйте расширить эту функцию так, чтобы она отображала все биты переменной u, а не только ее младший байт.

Поразрядный оператор ИЛИ, в противоположность поразрядному И, удобно использовать для установки нужных битов в единицу. При выполнении операции ИЛИ наличие в любом операнде бита, равного 1, означает, что в результате соответствующий бит также будет равен единице. Вот пример.

 1101 0011

1010 1010

 1111 1011

Можно использовать оператор ИЛИ для превращения рассмотренной выше программы (которая преобразует строчные символы в их прописные эквиваленты) в ее "противоположность", т.е. теперь, как показано ниже, она будет преобразовывать прописные буквы в строчные.


// Получение строчных букв.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char ch;


 do {


  cin >> ch;


  /* Эта инструкция делает букву строчной, устанавливая ее 6-й бит.*/


  ch = ch | 32;


  cout << ch;


 }while(ch != 'q');


 return 0;


}

Установка шестого бита превращает прописную букву в ее строчный эквивалент. Поразрядное исключающее ИЛИ (XOR) устанавливает в единицу бит результата только в том случае, если соответствующие биты операндов отличаются один от другого, т.е. не равны. Вот пример:

 0111 1111

^ 1011 1001

 1100 0110

Унарный оператор НЕ (или оператор дополнения до 1) инвертирует состояние всех битов своего операнда. Например, если целочисленное значение (хранимое в переменной А), представляет собой двоичный код 1001 0110, то в результате операции получим двоичный код 0110 1001.

В следующей программе демонстрируется использование оператора НЕ посредством отображения некоторого числа и его дополнения до 1 в двоичном коде с помощью приведенной выше функции disp_binary().


#include <iostream>


using namespace std;




void disp_binary(unsigned u);


int main()


{


 unsigned u;


 cout << "Введите число между 0 и 255: ";


  cin >> u;




 cout << "Исходное число в двоичном коде: ";


 disp_binary(u);




 cout << "Его дополнение до единицы: ";


 disp_binary(~u);




 return 0;


}




// Отображение битов, составляющих байт.


void disp_binary(unsigned u)


{


 register int t;


 for(t=128; t>0; t=t/2)


  if(u & t) cout << "1";


  else cout << "0";


 cout << "\n";


}

Вот как выглядят результаты выполнения этой программы.


Введите число между 0 и 255: 99


Исходное число в двоичном коде: 01100011


Его дополнение до единицы: 10011100

И еще. Не путайте логические и поразрядные операторы. Они выполняют различные действия. Операторы &, | и ~ применяются непосредственно к каждому биту значения в отдельности. Эквивалентные логические операторы обрабатывают в качестве операндов значения ИСТИНА/ЛОЖЬ (не нуль/нуль). Поэтому поразрядные операторы нельзя использовать вместо их логических эквивалентов в условных выражениях. Например, если значение х равно 7, то выражение х && 8 имеет значение ИСТИНА, в то время как выражение х & 8 дает значение ЛОЖЬ.

Узелок на память. Оператор отношения или логический оператор всегда генерирует результат, который имеет значение ИСТИНА или ЛОЖЬ, в то время как аналогичный поразрядный оператор генерирует значение, получаемое согласно таблице истинности конкретной операции.

Операторы сдвига

Операторы сдвига, ">>" и "<<" сдвигают все биты в значении вправо или влево.

Общий формат использования оператора сдвига вправо выглядит так.


значение >> число_битов

А оператор сдвига влево используется так.


значение << число_битов

Операторы сдвига предназначены для сдвига битов в рамках целочисленного значения.

Здесь элемент число_битов указывает, на сколько позиций должно быть сдвинуто значение. При каждом сдвиге влево все биты, составляющее значение, сдвигаются влево на одну позицию, а в младший разряд записывается нуль. При каждом сдвиге вправо все биты сдвигаются, соответственно, вправо. Если сдвигу вправо подвергается значение без знака, в старший разряд записывается нуль. Если же сдвигу вправо подвергается значение со знаком, значение знакового разряда сохраняется. Как вы помните, отрицательные целые числа представляются установкой старшего разряда числа равным единице. Таким образом, если сдвигаемое значение отрицательно, при каждом сдвиге вправо в старший разряд записывается единица, а если положительно — нуль. Не забывайте, сдвиг, выполняемый операторами сдвига, не является циклическим, т.е. при сдвиге как вправо, так и влево крайние биты теряются, и содержимое потерянного бита узнать невозможно.

Операторы сдвига работают только со значениями целочисленных типов, например, символами, целыми числами и длинными целыми числами. Они не применимы к значениям с плавающей точкой.

Побитовые операции сдвига могут оказаться весьма полезными для декодирования входной информации, получаемой от внешних устройств (например, цифроаналоговых преобразователей), и обработки информация о состоянии устройств. Поразрядные операторы сдвига можно также использовать для выполнения ускоренных операций умножения и деления целых чисел. С помощью сдвига влево можно эффективно умножать на два, сдвиг вправо позволяет не менее эффективно делить на два.

Следующая программа наглядно иллюстрирует результат использования операторов сдвига.


// Демонстрация выполнения поразрядного сдвига.


#include <iostream>


using namespace std;




void disp_binary(unsigned u);




int main()


{


 int i=1, t;


 for(t=0; t<8; t++) {


  disp_binary(i);


  i = i << 1;


 }


 cout << "\n";


 for(t=0; t<8; t++) {


  i = i >> 1;


  disp_binary(i);


 }


 return 0;


}




// Отображение битов, составляющих байт.


void disp_binary(unsigned u)


{


 register int t;


 for(t=128; t>0; t=t/2)


  if(u & t) cout << "1";


  else cout << "0 ";


 cout << "\n";


}

Результаты выполнения этой программы таковы.


0 0 0 0 0 0 0 1


0 0 0 0 0 0 1 0


0 0 0 0 0 1 0 0


0 0 0 0 1 0 0 0


0 0 0 1 0 0 0 0


0 0 1 0 0 0 0 0


0 1 0 0 0 0 0 0


1 0 0 0 0 0 0 0


1 0 0 0 0 0 0 0


0 1 0 0 0 0 0 0


0 0 1 0 0 0 0 0


0 0 0 1 0 0 0 0


0 0 0 0 1 0 0 0


0 0 0 0 0 1 0 0


0 0 0 0 0 0 1 0


0 0 0 0 0 0 0 1

Оператор "знак вопроса"

Одним из самых замечательных операторов C++ является оператор "?". Оператор "?" можно использовать в качестве замены if-else-инструкций, употребляемых в следующем общем формате.


if(условие)


 переменная = выражение 1;


else


 переменная = выражение 2;

Здесь значение, присваиваемое переменной, зависит от результата вычисления элемента условие, управляющего инструкцией if.

Оператор "?" называется тернарным, поскольку он работает с тремя операндами. Вот его общий формат записи:


Выражение1? Выражение2 : Выражение3;

Все элементы здесь являются выражениями. Обратите внимание на использование и расположение двоеточия.

Значение ?-выражения определяется следующим образом. Вычисляется Выражение1. Если оно оказывается истинным, вычисляется Выражение2, и результат его вычисления становится значением всего ?-выражения. Если результат вычисления элемента Выражение1 оказывается ложным, значением всего ?-выражения становится результат вычисления элемента Выражение3. Рассмотрим следующий пример.


while(something) {


 х = count > 0 ? 0 : 1;


 // ...


}

Здесь переменной x будет присваиваться значение 0 до тех пор, пока значение переменной count не станет меньше или равно нулю. Аналогичный код (но с использованием if-else-инструкции) выглядел бы так.


while(something) {


 if(count >0) x = 0;


 else x = 1;


 // ...


}

А вот еще один пример практического применения оператора ?. Следующая программа делит два числа, но не допускает деления на нуль.


/* Эта программа использует оператор ? для предотвращения деления на нуль.


*/


#include <iostream>


using namespace std;




int div_zero();




int main()


{


 int i, j, result;


 cout << "Введите делимое и делитель: ";


  cin >> i >> j;


 // Эта инструкция не допустит возникновения ошибки деления на нуль.


 result = j ? i/j : div_zero();


 cout << "Результат: " << result;




 return 0;


}




int div_zero()


{


 cout << "Нельзя делить на нуль. \n";


 return 0;


}

Здесь, если значение переменной j не равно нулю, выполняется деление значения переменной i на значение переменной j, а результат присваивается переменной result. В противном случае вызывается обработчик ошибки деления на нуль div_zeго(), и переменной result присваивается нулевое значение.

Составные операторы присваивания

В C++ предусмотрены специальные составные операторы присваивания, в которых объединено присваивание с еще одной операцией. Начнем с примера и рассмотрим следующую инструкцию.


х = x + 10;

Используя составной оператор присваивания, ее можно переписать в таком виде.


х += 10;

Пара операторов += служит указанием компилятору присвоить переменной х сумму текущего значения переменной х и числа 10. Этот пример служит иллюстрацией того, что составные операторы присваивания упрощают программирование определенных инструкций присваивания. Кроме того, они позволяют компилятору сгенерировать более эффективный код.

Составные версии операторов присваивания существуют для всех бинарных операторов (т.е. для всех операторов, которые работают с двумя операндами). Таким образом, при таком общем формате бинарных операторов присваивания


переменная = переменная ор выражение;

общая форма записи их составных версий выглядит так:


переменная ор = выражение;

Здесь элемент ор означает конкретный арифметический или логический оператор, объединяемый с оператором присваивания.

А вот еще один пример. Инструкция


х = х - 100;

аналогична такой:


x -= 100;

Обе эти инструкции присваивают переменной х ее прежнее значение, уменьшенное на 100.

Составные операторы присваивания можно часто встретить в профессионально написанных С++-программах, поэтому каждый С++-программист должен быть с ними на "ты" .

Оператор "запятая"

Не менее интересным, чем описанные выше операторы, является такой оператор C++, как "запятая". Вы уже видели несколько примеров его использования в цикле for, где с его помощью была организована инициализация сразу нескольких переменных. Но оператор "запятая" также может составлять часть выражения. Его назначение в этом случае — связать определенным образом несколько выражений. Значение списка выражений, разделенных запятыми, определяется в этом случае значением крайнего справа выражения. Значения других выражений отбрасываются. Следовательно, значение выражения справа становится значением всего выражения-списка. Например, при выполнении этой инструкции


var = (count=19, incr=10, count+1);

переменной count сначала присваивается число 19, переменной incr — число 10, а затем к значению переменной count прибавляется единица, после чего переменной var присваивается значение крайнего справа выражения, т.е. count+1, которое равно 20. Круглые скобки здесь обязательны, поскольку оператор "запятая" имеет более низкий приоритет, чем оператор присваивания.

Чтобы понять назначение оператора "запятая", попробуем выполнить следующую программу.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int i, j;


 j = 10;


 i = (j++, j+100, 999+j);


 cout << i;


 return 0;


}

Эта программа выводит на экран число 1010. И вот почему: сначала переменной j присваивается число 10, затем переменная j инкрементируется до 11. После этого вычисляется выражение j+100, которое нигде не применяется. Наконец, выполняется сложение значения переменной j (оно по-прежнему равно 11) с числом 999, что в результате дает число 1010.

По сути, назначение оператора "запятая" — обеспечить выполнение заданной последовательности операций. Если эта последовательность используется в правой части инструкции присваивания, то переменной, указанной в ее левой части, присваивается значение последнего выражения из списка выражений, разделенных запятыми. Оператор "запятая" по его функциональной нагрузке можно сравнить со словом "и", используемым в фразе: "сделай это, и то, и другое...".

Несколько присваиваний "в одном"

Язык C++ позволяет применить очень удобный метод одновременного присваивания многим переменным одного и того же значения. Речь идет об объединении сразу нескольких присваиваний в одной инструкции. Например, при выполнении этой инструкции переменным count, incr и index будет присвоено число 10.


count = incr = index = 10;

Этот формат присвоения нескольким переменным общего значения можно часто встретить в профессионально написанных программах.

Использование ключевого слова sizeof

Иногда полезно знать размер (в байтах) одного из типов данных. Поскольку размеры встроенных С++-типов данных в разных вычислительных средах могут быть различными, а знание размера переменной во всех ситуациях имеет важное значение, то для решения этой проблемы в C++ включен оператор (действующий во время компиляции программы), который используется в двух следующих форматах.


sizeof (type)


sizeof value

Оператор sizeof во время компиляции программы получает размер типа или значения.

Первая версия возвращает размер заданного типа данных, а вторая — размер заданного значения. Если вам нужно узнать размер некоторого типа данных (например, int), заключите название этого типа в круглые скобки. Если же вас интересует размер области памяти, занимаемой конкретным значением, можно обойтись без круглых скобок, хотя при желании их можно использовать.

Чтобы понять, как работает оператор sizeof, испытайте следующую короткую программу. Для многих 32-разрядных сред она должна отобразить значения 1, 4, 4 и 8.


// Демонстрация использования оператора sizeof.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 char ch;


 int i;




 cout << sizeof ch << ' '; // размер типа char


 cout << sizeof i << ' '; // размер типа int


 cout << sizeof (float) << ' '; // размер типа float


 cout << sizeof (double) << ' '; // размер типа double




 return 0;


}

Как упоминалось выше, оператор sizeof действует во время компиляции программы. Вся информация, необходимая для вычисления размера указанной переменной или заданного типа данных, известна уже во время компиляции.

Оператор sizeof можно применить к любому типу данных. Например, в случае применения к массиву он возвращает количество байтов, занимаемых массивом. Рассмотрим следующий фрагмент кода.


int nums[4];


cout << sizeof nums; // Будет выведено число 16.

Для 4-байтных значений типа int при выполнении этого фрагмента кода на экране отобразится число 16 (которое получается в результате умножения 4 байт на 4 элемента массива).

Оператор sizeof главным образом используется при написании кода, который зависит от размера С++-типов данных. Помните: поскольку размеры типов данных в C++ определяются конкретной реализацией, не стоит полагаться на размеры типов, определенные в реализации, в которой вы работаете в данный момент.

Динамическое распределение памяти с использованием операторов new и delete

Для С++-программы существует два основных способа хранения информации в основной памяти компьютера. Первый состоит в использовании переменных. Область памяти, предоставляемая переменным, закрепляется за ними во время компиляции и не может быть изменена при выполнении программы. Второй способ заключается в использовании C++-системы динамического распределения памяти. В этом случае память для данных выделяется по мере необходимости из раздела свободной памяти, который расположен между вашей программой (и ее постоянной областью хранения) и стеком. Этот раздел называется "кучей" (heap). (Расположение программы в памяти схематично показано на рис. 9.2.)

Система динамического распределения памяти — это средство получения программой некоторой области памяти во время ее выполнения.


Динамическое выделение памяти — это получение программой памяти во время ее выполнения. Другими словами, благодаря этой системе программа может создавать переменные во время выполнения, причем в нужном (в зависимости от ситуации) количестве. Эта система динамического распределения памяти особенно ценна для таких структур данных, как связные списки и двоичные деревья, которые изменяют свой размер по мере их использования. Динамическое выделение памяти для тех или иных целей — важная составляющая почти всех реальных программ.

Чтобы удовлетворить запрос на динамическое выделение памяти, используется так называемая "куча". Нетрудно предположить, что в некоторых чрезвычайных ситуациях свободная память "кучи" может исчерпаться. Следовательно, несмотря на то, что динамическое распределение памяти (по сравнению с фиксированным) обеспечивает большую гибкость, но и в этом случае оно имеет свои пределы.

Оператор new позволяет динамически выделить область памяти.

Язык C++ содержит два оператора, new и delete, которые выполняют функции по выделению и освобождению памяти. Приводим их общий формат.


переменная-указатель = new тип_переменной;


delete переменная-указатель;

Оператор delete освобождает ранее выделенную динамическую память.

Здесь элемент переменная-указатель представляет собой указатель на значение, тип которого задан элементом тип_переменной. Оператор new выделяет область памяти, достаточную для хранения значения заданного типа, и возвращает указатель на эту область памяти. С помощью оператора new можно выделить память для значений любого допустимого типа. Оператор delete освобождает область памяти, адресуемую заданным указателем. После освобождения эта память может быть снова выделена в других целях при последующем new-запросе на выделение памяти.

Поскольку объем "кучи" конечен, она может когда-нибудь исчерпаться. Если для удовлетворения очередного запроса на выделение памяти не существует достаточно свободной памяти, оператор new потерпит фиаско, и будет сгенерировано исключение. Исключение— это ошибка специального типа, которая возникает во время выполнения программы (в C++ предусмотрена целая подсистема, предназначенная для обработки таких ошибок). (Исключения описаны в главе 17.) В общем случае ваша программа должна обработать подобное исключение и по возможности выполнить действие, соответствующее конкретной ситуации. Если это исключение не будет обработано вашей программой, ее выполнение будет прекращено.

Такое поведение оператора new в случае невозможности удовлетворить запрос на выделение памяти определено стандартом C++. На такую реализацию настроены также все современные компиляторы, включая последние версии Visual C++ и C++ Builder. Однако дело в том, что некоторые более ранние компиляторы обрабатывают new-инструкции по-другому. Сразу после изобретения языка C++ оператор new при неудачном выполнении возвращал нулевой указатель. Позже его реализация была изменена так, чтобы в случае неудачи генерировалось исключение, как было описано выше. Поскольку в этой книге мы придерживаемся стандарта C++, то во всех представленных здесь примерах предполагается именно генерирование исключения. Если же вы используете более старый компилятор, обратитесь к прилагаемой к нему документации и уточните, как реализован оператор new (при необходимости внесите в примеры соответствующие изменения).

Поскольку исключения рассматриваются ниже в этой книге (после темы классов и объектов), мы не будем пока отвлекаться на обработку исключений, генерируемых в случае неудачного выполнения оператора new. Кроме того, ни один из примеров в этой и последующих главах не должен вызвать неудачного выполнения оператора new, поскольку в этих программах запрашивается лишь несколько байтов. Но если такая ситуация все же возникнет, то в худшем случае это приведет к завершению программы. В главе 17, посвященной обработке исключений, вы узнаете, как обработать исключение, сгенерированное оператором new.

Рассмотрим пример программы, которая иллюстрирует использование операторов new и delete.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int *p;


 p = new int; // Выделяем память для int-значения.


 *p = 20; // Помещаем в эту область памяти значение 20.


 cout << *р; // Убеждаемся (путем вывода на экран) в работоспособности этого кода.


 delete р; // Освобождаем память.




 return 0;


}

Эта программа присваивает указателю р адрес (взятой из "кучи") области памяти, которая будет иметь размер, достаточный для хранения целочисленного значения. Затем в эту область памяти помещается число 20, после чего на экране отображается ее содержимое. Наконец, динамически выделенная память освобождается.

Благодаря такому способу организации динамического выделения памяти оператор delete необходимо использовать только с тем указателем на память, который был возвращен в результате new-запроса на выделение памяти. Использование оператора delete с другим типом адреса может вызвать серьезные проблемы.

Инициализация динамически выделенной памяти

Используя оператор new, динамически выделяемую память можно инициализировать. Для этого после имени типа задайте начальное значение, заключив его в круглые скобки. Например, в следующей программе область памяти, адресуемая указателем p, инициализируется значением 99.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 int *p;


 p = new int (99); // Инициализируем память числом 99.


 cout << *p; // На экран выводится число 99.


 delete p;


 return 0;


}

Выделение памяти для массивов

С помощью оператора new можно выделять память и для массивов. Вот как выглядит общий формат операции выделения памяти для одномерного массива:


переменная-указатель = new тип [размер];

Здесь элемент размер задает количество элементов в массиве.

Чтобы освободить память, выделенную для динамически созданного массива, используйте такой формат оператора delete:


delete [] переменная-указатель;

Здесь элемент переменная-указатель представляет собой адрес, полученный при выделении памяти для массива (с помощью оператора new). Квадратные скобки означают для C++, что динамически созданный массив удаляется, а вся область памяти, выделенная для него, автоматически освобождается.

Важно! Более старые С++-компиляторы могут требовать задания размера удаляемого массива, поскольку в ранних версиях C++ для освобождения памяти, занимаемой удаляемым массивом, необходимо было применять такой формат оператора delete:


delete [размер] переменная-указатель;

Здесь элемент размер задает количество элементов в массиве. Стандарт C++ больше не требует указывать размер при его удалении.

При выполнении следующей программы выделяется память для 10-элементного массива типа double, который затем заполняется значениями от 100 до 109, после чего содержимое этого массива отображается на экране.


#include <iostream>


using namespace std;




int main()


{


 double *p;


 int i;


 p = new double [10]; // Выделяем память для 10-элементного массива. 




 //Заполняем массив значениями от 100 до 109.


 for(i=0; i<10; i++) р[i] = 100.00 + i;




 // Отображаем содержимое массива.


 for(i=0; i<10; i++) cout << p[i] << " ";


 delete [] p; // Удаляем весь массив.


 return 0;


}

При динамическом выделении памяти для массива важно помнить, что его нельзя одновременно и инициализировать.

Динамическое распределение памяти в языке С: функции malloc() и free()

Язык С не содержит операторов new или delete. Вместо них в С используются библиотечные функции, предназначенные для выделения и освобождения памяти. В целях совместимости C++ по-прежнему поддерживает С-систему динамического распределения памяти и не зря: в С++-программах все еще используются С-ориентированные средства динамического распределения памяти. Поэтому им стоит уделить внимание.

Ядро С-системы распределения памяти составляют функции malloc() и free(). Функция malloc() предназначена для выделения памяти, а функция frее() — для ее освобождения. Другими словами, каждый раз, когда с помощью функции malloc() делается запрос, часть свободной памяти выделяется в соответствии с этим запросом. При каждом вызове функции frее() соответствующая область памяти возвращается системе. Любая программа, которая использует эти функции, должна включать заголовок <cstdlib>.

Функция malloc() имеет такой прототип,


void *malloc(size_t num_bytes);

Здесь num_bytes означает количество байтов запрашиваемой памяти. (Тип size_t представляет собой разновидность целочисленного типа без знака.) Функция malloc() возвращает указатель типа void, который играет роль обобщенного указателя. Чтобы из этого обобщенного указателя получить указатель на нужный вам тип, необходимо использовать операцию приведения типов. В результате успешного вызова функция malloc() возвратит указатель на первый байт области памяти, выделенной из "кучи". Если для удовлетворения запроса свободной памяти в системе недостаточно, функция malloc() возвращает нулевой указатель.

Функция free() выполняет действие, обратное действию функции malloc() в том, что она возвращает системе ранее выделенную ею память. После освобождения память можно снова использовать последующим обращением к функции malloc(). Функция free() имеет такой прототип.


void free(void *ptr);

Здесь параметр ptr представляет собой указатель на память, ранее выделенную с помощью функции malloc(). Никогда не следует вызывать функцию free() с недействительным аргументом; это может привести к разрушению списка областей памяти, подлежащих освобождению.

Использование функций malloc() и free() иллюстрируется в следующей программе.


// Демонстрация использования функций malloc() и free().


#include <iostream>


#include <cstdlib>


using namespace std;




int main()


{


 int *i;


 double *j;




 i = (int *) malloc(sizeof(int));


 if(!i) {


  cout << "Выделить память не удалось.\n";


  return 1;


 }




 j = (double *) malloc(sizeof(double));


 if(! j ) {


  cout << "Выделить память не удалось.\n";


  return 1;


 }




 *i = 10;


 *j = 100.123;


 cout << *i << ' ' << *j;




 // Освобождение памяти.


 free (i);


 free (j);




 return 0;


}

Несмотря на то что функции malloc() и fгее() — полностью пригодны для динамического распределения памяти, есть ряд причин, по которым в C++ определены собственные средства динамического распределения памяти. Во-первых, оператор new автоматически вычисляет размер выделяемой области памяти для заданного типа, т.е. вам не нужно использовать оператор sizeof, а значит, налицо экономия в коде и трудовых затратах программиста. Но важнее то, что автоматическое вычисление не допускает выделения неправильного объема памяти. Во-вторых, С++-оператор new автоматически возвращает корректный тип указателя, что освобождает программиста от необходимости использовать операцию приведения типов. В-третьих, используя оператор new, можно инициализировать объект, для которого выделяется память. Наконец, как будет показано ниже в этой книге, программист может создать собственные версии операторов new и delete.

И последнее. Из-за возможной несовместимости не следует смешивать функции malloc() и free() с операторами new и delete в одной программе.

Сводная таблица приоритетов С++-операторов

В табл. 9.2 показан приоритет выполнения всех С++-операторов (от высшего до самого низкого). Большинство операторов ассоциированы слева направо. Но унарные операторы, операторы присваивания и оператор "?" ассоциированы справа налево. Обратите внимание на то, что эта таблица включает несколько операторов, которые мы пока не использовали в наших примерах, поскольку они относятся к объектно-ориентированному программированию (и описаны ниже).


Глава 10: Структуры и объединения

В языке C++ определено несколько составных типов данных, т.е. типов, которые состоят из двух или более элементов. С одним из составных типов — массивом — вы уже знакомы. С двумя другими — структурами и объединениями — вы познакомитесь в этой главе, а знакомство с еще одним типом — классом — мы отложим до главы 11. И хотя структура и объединение предназначены для удовлетворения различных потребностей программистов, оба они представляют собой удобные средства управления группами связанных переменных. При этом важно понимать, что создание структуры (или объединения) означает создание нового определенного программистом типа данных. Сама возможность создания собственных типов данных является признаком могущества языка C++.

В C++ структуры и объединения имеют как объектно-ориентированные, так и не объектно-ориентированные атрибуты. В этой главе рассматриваются только последние. Об объектно-ориентированных и их свойствах речь пойдет в следующей главе после введения понятия о классах и объектах.

Структуры

Структура это группа связанных переменных.

В C++ структура представляет собой коллекцию объединенных общим именем переменных, которая обеспечивает удобное средство хранения родственных данных в одном месте. Структуры — это совокупные типы данных, поскольку они состоят из нескольких различных, но логически связанных переменных. По тем же причинам их иногда называют составными или конгломератными типами данных.

Прежде чем будет создан объект структуры, должен быть определен ее формат. Это делается посредством объявления структуры. Объявление структуры позволяет понять, переменные какого типа она содержит. Переменные, составляющие структуру, называются ее членами. Члены структуры также называют элементами или полями.

Член структурыэто переменная, которая является частью структуры.

В общем случае все члены структуры должны быть логически связаны друг с другом. Например, структуры обычно используются для хранения такой информации, как почтовые адреса, таблицы имен компилятора, элементы карточного каталога и т.п. Безусловно, отношения между членами структуры совершенно субъективны и определяются программистом. Компилятор "ничего о них не знает" (или "не хочет знать").

Начнем рассмотрение структуры с примера. Определим структуру, которая может содержать информацию о товарах, хранимых на складе компании. Одна запись инвентарной ведомости обычно состоит из нескольких данных, например: наименование товара, стоимость и количество, имеющееся в наличии. Поэтому для управления подобной информацией удобно использовать именно структуру. В следующем фрагменте кода объявляется структура, которая определяет следующие элементы: наименование товара, стоимость, розничная цена, имеющееся в наличии количество и время до пополнения запасов. Этих данных часто вполне достаточно для управления складским хозяйством. О начале объявления структуры компилятору сообщает ключевое слово struct.


struct inv_type {


 char item[40]; // наименование товара


 double cost; // стоимость


 double retail; // розничная цена


 int on_hand; // имеющееся в наличии количество


 int lead_time; // число дней до пополнения запасов


};

Имя структурыэто ее спецификатор типа.

Обратите внимание на то, что объявление завершается точкой с запятой. Дело в том, что объявление структуры представляет собой инструкцию. Именем типа структуры здесь является inv_type. Другими словами, имя inv_type идентифицирует конкретную структуру данных и является ее спецификатором типа.

В предыдущем объявлении в действительности не было создано ни одной переменной. Был определен лишь формат данных. Чтобы с помощью этой структуры объявить реальную переменную (т.е. физический объект), нужно записать инструкцию, подобную следующей.


inv_type inv_var;

Вот теперь объявляется структурная переменная типа inv_type с именем inv_var. Помните: определяя структуру, вы определяете новый тип данных, но он не будет реализован до тех пор, пока вы не объявите переменную того типа, который уже реально существует.

При объявлении структурной переменной C++ автоматически выделит объем памяти, достаточный для хранения всех членов структуры. На рис. 10.1 показано, как переменная inv_var будет размещена в памяти компьютера (в предположении, что double-значение занимает 8 байт, а int-значение — 4).

Одновременно с определением структуры можно объявить одну или несколько переменных, как показано в этом примере.


struct inv_type {


 char item[40]; // наименование товара


 double cost; // стоимость


 double retail; // розничная цена


 int on_hand; // имеющееся в наличии количество


 int lead_time; // число дней до пополнения запасов


} inv_varA, inv_varB, inv_varC;

Этот фрагмент кода определяет структурный тип inv_type и объявляет переменные inv_varA, inv_varB и inv_varC этого типа. Важно понимать, что каждая структурная переменная содержит собственные копии членов структуры. Например, поле cost структуры inv_varA изолировано от поля cost структуры inv_varB. Следовательно, изменения, вносимые в одно поле, никак не влияют на содержимое другого поля.

Если для программы достаточно только одной структурной переменной, в ее определение необязательно включать имя структурного типа. Рассмотрим следующий пример:


struct {


 char item[40]; // наименование товара


 double cost; // стоимость


 double retail; // розничная цена


 int on_hand; // имеющееся в наличии количество


 int lead_time; // число дней до пополнения запасов


} temp;

Этот фрагмент кода объявляет одну переменную temp в соответствии с предваряющим ее определением структуры.


Ключевое слово struct означает начало объявления структуры.

Общий формат объявления структуры выглядит так.


struct имя_типа_структуры {


 тип имя_элемента1;


 тип имя_элемента2;


 тип имя_элемента3;


 .


 .


 .


 тип имя_элементаN;


} структурные_переменные;

Доступ к членам структуры

К отдельным членам структуры доступ осуществляется с помощью оператора "точка". Например, при выполнении следующего кода значение 10.39 будет присвоено полю cost структурной переменной inv_var, которая была объявлена выше.


inv_var.cost = 10.39;

Чтобы обратиться к члену структуры, нужно перед его именем поставить имя структурной переменной и оператор "точка". Так осуществляется доступ ко всем элементам структуры. Общий формат доступа записывается так.


имя_структурной_переменной.имя_члена

Оператор "точка" (.) позволяет получить доступ к любому члену любой структуры.

Следовательно, чтобы вывести значение поля cost на экран, необходимо выполнить следующую инструкцию.


cout << inv_var.cost;

Аналогичным способом можно использовать символьный массив inv_var.item в вызове функции gets().


gets(inv_var.item);

Здесь функции gets() будет передан символьный указатель на начало области памяти, отведенной элементу item.

Если вам нужно получить доступ к отдельным элементам массива inv_var.item, используйте индексацию. Например, с помощью этого кода можно посимвольно вывести на экран содержимое массива inv_var.item.


int t;


for(t=0; inv_var.itern[t]; t++)


 cout << inv_var.item[t];

Массивы структур

Структуры могут быть элементами массивов. И в самом деле, массивы структур используются довольно часто. Чтобы объявить массив структур, необходимо сначала определить структуру, а затем объявить массив элементов этого структурного типа. Например, чтобы объявить 100-элементный массив структур типа inv_type (который определен выше), достаточно записать следующее.


inv_type invtry[100];

Чтобы получить доступ к конкретной структуре в массиве структур, необходимо индексировать имя структуры. Например, чтобы отобразить на экране содержимое члена on_hand третьей структуры, используйте такую инструкцию.


cout << invtry[2].on_hand;

Подобно всем переменным массивов, у массивов структур индексирование начинается с нуля.

Простой пример инвентаризации склада

Чтобы продемонстрировать применение структур, разработаем простую программу управления складом, в которой для хранения информации о товарах, размещенных на складе компании, используется массив структур типа inv_type. Различные функции, определенные в этой программе, взаимодействуют со структурой и ее элементами по-разному.

Инвентарная ведомость будет храниться в структурах типа inv_type, организованных в массиве invtry.


const int SIZE = 100;




struct inv_type {


 char item[40]; // наименование товара


 double cost; // стоимость


 double retail; // розничная цена


 int on_hand; // имеющееся в наличии количество


 int lead_time; // число дней до пополнения запасов


} invtry[SIZE];

Размер массива выбран произвольно. При желании его можно легко изменить. Обратите внимание на то, что размерность массива задана с использованием const-переменной. А поскольку размер массива во всей программе используется несколько раз, применение const-переменной для этой цели весьма оправданно. Чтобы изменить размер массива, достаточно изменить значение константной переменной SIZE, а затем перекомпилировать программу. Использование const-переменной для определения "магического числа", которое часто употребляется в программе, — обычная практика в профессиональном С++-коде.

Разрабатываемая программа должна обеспечить выполнение следующих действий:

■ ввод информации о товарах, хранимых на складе;

■ отображение инвентарной ведомости;

■ модификация заданного элемента.

Прежде всего напишем функцию main(), которая должна иметь примерно такой вид.


int main()


{


 char choice;


 init_list();


 for(;;) {


  choice = menu();


  switch(choice) {


   case 'e': enter();


    break;


   case 'd': display();


    break;


   case 'u': update();


    break;


   case 'q': return 0;


  }


 }


}

Функция main() начинается с вызова функции init_list(), которая инициализирует массив структур. Затем организован цикл, который отображает меню и обрабатывает команду, выбранную пользователем. Приведем код функции init_list().


// Инициализация массива структур.


void init_list()


{


 int t;


 // Имя нулевой длины означает пустое имя.


 for(t=0; t<SIZE; t++) *invtry[t].item = '\0';


}

Функция init_list() подготавливает массив структур для использования, помещая в первый байт поля item нулевой символ. Предполагается, что если поле item пустое, то структура, в которой оно содержится, попросту не используется.

Функция menu_select() отображает команды меню и принимает вариант, выбранный пользователем.


// Получение команды меню, выбранной пользователем.


int menu()


{


 char ch;


 cout << '\n';


 do {


  cout << "(E)nter\n"; // Ввести новый элемент.


  cout << "(D)isplay\n"; // Отобразить всю ведомость.


  cout << "(U)pdate\n"; // Изменить элемент.


  cout << "(Q)uit\n\n"; // Выйти из программы.


  cout << "Выберите команду: ";


   cin >> ch;


 }while(!strchr("eduq", tolower(ch)));


 return tolower(ch);


}

Пользователь выбирает из предложенного меню команду, вводя нужную букву. Например, чтобы отобразить всю инвентарную ведомость, нажмите букву "D".

Функция menu() вызывает библиотечную функцию C++ strchr(), которая имеет такой прототип.


char *strchr(const char *str, int ch);

Эта функция просматривает строку, адресуемую указателем str, на предмет вхождения в нее символа, который хранится в младшем байте переменной ch. Если такой символ обнаружится, функция возвратит указатель на него. И в этом случае значение, возвращаемое функцией, по определению будет истинным. Но если совпадения символов не произойдет, функция возвратит нулевой указатель, который по определению представляет собой значение ЛОЖЬ. Так здесь организована проверка того, являются ли значения, вводимые пользователем, допустимыми командами меню.

Функция enter() предваряет вызов функции input(), которая "подсказывает" пользователю порядок ввода данных и принимает их. Рассмотрим код обеих функций.


// Ввод элементов в инвентарную ведомость.


void enter()


{


 int i;


 // Находим первую свободную структуру.


 for(i=0; i<SIZE; i++)


  if( !*invtry[i].item) break;




 // Если массив полон, значение i будет равно SIZE.


 if(i==SIZE) {


  cout << "Список полон.\n";


  return;


 }


 input (i);


}




// Ввод информации.


void input(int i)


{


 cout << "Товар: ";


  cin >> invtry[i].item;




 cout << "Стоимость: ";


  cin >> invtry[i].cost;




 cout << "Розничная цена: ";


  cin >> invtry[i].retail;




 cout << "В наличии: ";


  cin >> invtry[i].on_hand;




 cout << "Время до пополнения запасов (в днях): ";


  cin >> invtry[i].lead_time;


}

Функция enter() сначала находит пустую структуру. Для этого проверяется поле item каждого (по очереди) элемента массива invtry, начиная с первого. Если поле item оказывается пустым, то предполагается, что структура, к которой оно относится, еще ничем не занята. Если не отыщется ни одной свободной структуры при проверке всего массива структур, управляющая переменная цикла i станет равной его размеру. Это говорит о том, что массив полон, и в него уже нельзя ничего добавить. Если же в массиве найдется свободный элемент, будет вызвана функция input() для получения информации о товаре, вводимой пользователем. Если вас интересует, почему код ввода данных о новом товаре не является частью функции enter(), то ответ таков: функция input() используется также и функцией update(), о которой речь впереди.

Поскольку информация о товарах на складе может меняться, программа ведения инвентарной ведомости должна позволять вносить изменения в ее отдельные элементы. Это реализуется путем вызова функции update().


// Модификация существующего элемента.


void update()


{


 int i;


 char name[80];




 cout << "Введите наименование товара: ";


  cin >> name;




 for(i=0; i<SIZE; i++)


  if(!strcmp(name, invtry[i].item)) break;




 if(i==SIZE) {


  cout << "Товар не найден.\n";


  return;


 }




 cout << "Введите новую информацию.\n";


 input(i);


}

Эта функция предлагает пользователю ввести наименование товара, информацию о котором ему нужно изменить. Затем она просматривает весь список существующих элементов, и если указанный товар в нем имеется, то вызывается функция input(), которая обеспечивает прием от пользователя новой информации.

Нам осталось рассмотреть функцию display(). Она выводит на экран инвентарную ведомость в полном объеме. Код функции display() выглядит так.


// Отображение на экране инвентарной ведомости.


void display()


{


 int t;


 for(t=0; t<SIZE; t++ ) {


  if(*invtry[t].item) {


   cout << invtry[t].item << '\n';


   cout << "Стоимость: $" << invtry[t].cost;


   cout << "\nB розницу: $";


   cout << invtry[t].retail << '\n';


   cout << "В наличии: " << invtry[t].on_hand;


   cout << "\nДо пополнения осталось: ";


   cout << invtry[t].lead_time << " дней\n\n";


  }


 }


}

Ниже приведена законченная программа ведения инвентарной ведомости. Вам следует ввести эту программу в свой компьютер и исследовать ее работу. Внесите некоторые изменения и понаблюдайте, как они отразятся на ее выполнении. Попробуйте также расширить программу, добавив функции поиска в списке заданного товара, удаления уже ненужного элемента или полной очистки инвентарной ведомости.


/* Простая программа ведения инвентарной ведомости, в которой используется массив структур.


*/


#include <iostream>


#include <cctype>


#include <cstring>


#include <cstdlib>


using namespace std;




const int SIZE = 100;




struct inv_type {


 char item[40]; // наименование товара


 double cost; // стоимость


 double retail; // розничная цена


 int on_hand; // имеющееся в наличии количество


 int lead_time; // число дней до пополнения запасов


} invtry[SIZE];


void enter(), init_list(), display();


void update(), input(int i);




int menu();




int main()


{


 char choice;


 init_list();


 fоr (;;) {


  choice = menu();


  switch(choice) {


   case 'e' : enter();


    break;


   case 'd' : display();


    break;


   case 'u': update();


    break;


   case 'q': return 0;


  }


 }


}




// Инициализация массива структур.


void init_list()


{


 int t;


 // Имя нулевой длины означает пустое имя.


 for(t=0; t<SIZE; t++ ) *invtry[t].item = '\0';


}




//Получение команды меню, выбранной пользователем.


int menu()


{


 char ch;


 cout << '\n';


 do {


  cout << "(E)nter\n"; // Ввести новый элемент.


  cout << "(D)isplay\n"; // Отобразить всю ведомость.


  cout << " (U) pdate\n"; // Изменить элемент.


  cout << " (Q) uit\n\n"; // Выйти из программы.


  cout << "Выберите команду: ";


   cin >> ch;


 }while(!strchr("eduq", tolower(ch)));


 return tolower(ch);


}




//Ввод элементов в инвентарную ведомость.


void enter()


{


 int i;




 // Находим первую свободную структуру.


 for(i=0; i<SIZE; i++)


  if(!*invtry[i].item) break;




 // Если массив полон, значение i будет равно SIZE.


 if(i==SIZE) {


  cout << "Список полон.\n";


  return;


 }


 input(i);


}




// Ввод информации.


void input(int i)


{


 cout << "Товар: ";


  cin >> invtry[i].item;




 cout << "Стоимость: ";


  cin >> invtry[i].cost;




 cout << "Розничная цена: ";


  cin >> invtry[i].retail;




 cout << "В наличии: ";


  cin >> invtry[i].on_hand;




 cout << "Время до пополнения запасов (в днях): ";


  cin >> invtry[i].lead_time;


}




// Модификация существующего элемента.


void update()


{


 int i;


 char name[80];




 cout << "Введите наименование товара: ";


  cin >> name;




 for(i=0; i<SIZE; i++)


  if(!strcmp(name, invtry[i].item)) break;




 if(i==SIZE) {


  cout << "Товар не найден.\n";


  return;


 }


 cout << "Введите новую информацию.\n";


 input (i);


}




// Отображение на экране инвентарной ведомости.


void display()


{


 int t;


 for(t=0; t<SIZE; t++) {


  if(*invtry[t].item) {


   cout << invtry[t].item << '\n';


   cout << "Стоимость: $" << invtry[t].cost;


   cout << "\nB розницу: $";


   cout << invtry[t].retail << '\n';


   cout << "В наличии: " << invtry[t].on_hand;


   cout << "\nДо пополнения осталось: ";


   cout << invtry[t].lead_time << " дней\n\n";


  }


 }


}

Передача структур функциям

При передаче функции структуры в качестве аргумента используется механизм передачи параметров по значению. Это означает, что любые изменения, внесенные в содержимое структуры в теле функции, которой она передана, не влияют на структуру, используемую в качестве аргумента. Однако следует иметь в виду, что передача больших структур требует значительных затрат системных ресурсов. (Как правило, чем больше данных передается функции, тем больше расходуется системных ресурсов.)

Используя структуру в качестве параметра, помните, что тип аргумента должен соответствовать типу параметра. Например, в следующей программе сначала объявляется структура sample, а затем функция f1() принимает параметр типа sample.


// Передача функции структуры в качестве аргумента.


#include <iostream>


using namespace std;




// Определяем тип структуры.


struct sample {


 int a;


 char ch;


};


void f1(sample parm);




int main()


{


 struct sample arg; // Объявляем переменную arg типа sample.


 arg.a = 1000;


 arg.ch = 'x';


 f1(arg);




 return 0;


}




void f1(sample parm)


{


 cout << parm.a << " " << parm.ch << "\n";


}

Здесь как аргумент arg в функции main(), так и параметр parm в функции f1() имеют одинаковый тип. Поэтому аргумент arg можно передать функции f1(). Если бы типы этих структур были различны, при компиляции программы было бы выдано сообщение об ошибке.

Присваивание структур

Содержимое одной структуры можно присвоить другой, если обе эти структуры имеют одинаковый тип. Например, следующая программа присваивает значение структурной переменной svar1 переменной svar2.


// Демонстрация присваивания значений структур.


#include <iostream>


using namespace std;




struct stype {


 int a, b;


};




int main()


{


 stype svar1, svar2;


 svar1.a = svar1.b = 10;


 svar2.a = svar2.b = 20;




 cout << "Структуры до присваивания.\n";


 cout << "svar1: " << svar1.a << ' ' << svar1.b;


 cout <<'\n';


 cout << "svar2: " << svar2.a << ' ' << svar2.b;


 cout <<"\n\n";




 svar2 = svar1; // присваивание структур


 cout << "Структуры после присваивания.\n";


 cout << "svar1: " << svar1.a << ' ' << svar1.b;


 cout << '\n';


 cout << "svar2: " << svar2.a << ' ' << svar2.b;




 return 0;


}

Эта программа генерирует следующие результаты.


Структуры до присваивания.


svar1: 10 10


svar2: 20 20


Структуры после присваивания,


svar1: 10 10


svar2: 10 10

В C++ каждое новое объявление структуры определяет новый тип. Следовательно, даже если две структуры физически одинаковы, но имеют разные имена типов, компилятор будет считать их разными и не позволит присвоить значение одной из них другой. Рассмотрим следующий фрагмент кода. Он некорректен и поэтому не скомпилируется.


struct stype1 {


 int a, b;


};




struct stype2 {


 int a, b;


};




stype1 svar1;


stype2 svar2;


svar2 = svar1; // Ошибка из-за несоответствия типов.

Несмотря на то что структуры stype1 и stype2 физически одинаковы, с точки зрения компилятора они являются отдельными типами.

Узелок на память. Одну структуру можно присвоить другой только в том случае, если обе они имеют одинаковый тип.

Использование указателей на структуры и оператора "стрелка"

В C++ указатели на структуры можно использовать таким же способом, как и указатели на переменные любого другого типа. Однако использование указателей на структуры имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

Указатель на структуру объявляется так же, как указатель на любую другую переменную, т.е. с помощью символа "*", поставленного перед именем структурной переменной. Например, используя определенную выше структуру inv_type, можно записать следующую инструкцию, которая объявляет переменную inv_pointer указателем на данные типа inv_type:


inv_type *inv_pointer;

Чтобы найти адрес структурной переменной, необходимо перед ее именем разместить оператор "&". Например, предположим, с помощью следующего кода мы определяем структуру, объявляем структурную переменную и указатель на структуру определенного нами типа.


struct bal {


 float balance;


 char name[80];


}


person;


bal *p; // Объявляем указатель на структуру.

Тогда при выполнении инструкции


р = &person;

в указатель р будет помещен адрес структурной переменной person.

К членам структуры можно получить доступ с помощью указателя на эту структуру. Но в этом случае используется не оператор "точка", а оператор "->". Например, при выполнении этой инструкции мы получаем доступ к полю balance через указатель р:


p->balance

Оператор "->" называется оператором "стрелка". Он образуется с использованием знаков "минус" и "больше".

Оператор "стрелка" (->) позволяет получить доступ к членам структуры с помощью указателя.

Указатель на структуру можно использовать в качестве параметра функции. Важно помнить о таком способе передачи параметров, поскольку он работает гораздо быстрее, чем в случае, когда функции "собственной персоной" передается объемная структура. (Передача указателя всегда происходит быстрее, чем передача самой структуры.)

Узелок на память. Чтобы получить доступ к членам структуры, используйте оператор "точка". Чтобы получить доступ к членам структуры с помощью указателя, используйте оператор "стрелка".

Пример использования указателей на структуры

В качестве интересного примера использования указателей на структуры можно рассмотреть С++-функции времени и даты. Эти функции считывают значения текущего системного времени и даты. Для их использования в программу необходимо включить заголовок <ctime>. Этот заголовок поддерживает два типа даты, требуемые упомянутыми функциями. Один из этих типов, time_t, предназначен для представления системного времени и даты в виде длинного целочисленного значения, которое используется в качестве календарного времени. Второй тип представляет собой структуру tm, которая содержит отдельные элементы даты и времени. Такое представление времени называют поэлементным. Структура tm имеет следующий формат.


struct tm {


 int tm_sec; /* секунды, 0-59 */


 int tm_min; /* минуты, 0-59 */


 int tm_hour; /* часы, 0-23 */


 int tm_mday; /* день месяца, 1-31 */


 int tm_mon; /* месяц, начиная с января, 0-11 */


 int tm_year; /* год после 1900 */


 int tm_wday; /* день, начиная с воскресенья, 0-6 */


 int tm_yday; /* день, начиная с 1-го января, 0-365 */


 int tm_isdst /* индикатор летнего времени */


}

Значение tm_isdst положительно, если действует режим летнего времени (Daylight Saving Time), равно нулю, если не действует, и отрицательно, если информация об этом недоступна.

Основным средством определения времени и даты в C++ является функция time(), которая имеет такой прототип:


time_t time(time_t *curtime);

Функция time() возвращает текущее календарное время системы. Если в системе отсчет времени не производится, возвращается значение -1. Функцию time() можно вызывать ли