C++
C++ читать книгу онлайн
С++ – это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьезного программиста. За исключением второстепенных деталей С++ является надмножеством языка программирования C. Помимо возможностей, которые дает C, С++ предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов. Используя определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиеся контролю части. Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. Такие объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя установить на стадии компиляции. Программирование с применением таких объектов часто называют объектно-ориентированным. При правильном использовании этот метод дает более короткие, проще понимаемые и легче контролируемые программы.
Ключевым понятием С++ является класс. Класс – это тип, определяемый пользователем. Классы обеспечивают сокрытие данных, гарантированную инициализацию данных, неявное преобразование типов для типов, определенных пользователем, динамическое задание типа, контролируемое пользователем управление памятью и механизмы перегрузки операций. С++ предоставляет гораздо лучшие, чем в C, средства выражения модульности программы и проверки типов. В языке есть также усовершенствования, не связанные непосредственно с классами, включающие в себя символические константы, inline-подстановку функций, параметры функции по умолчанию, перегруженные имена функций, операции управления свободной памятью и ссылочный тип. В С++ сохранены возможности языка C по работе с основными объектами аппаратного обеспечения (биты, байты, слова, адреса и т.п.). Это позволяет весьма эффективно реализовывать типы, определяемые пользователем.
С++ и его стандартные библиотеки спроектированы так, чтобы обеспечивать переносимость. Имеющаяся на текущий момент реализация языка будет идти в большинстве систем, поддерживающих C. Из С++ программ можно использовать C библиотеки, и с С++ можно использовать большую часть инструментальных средств, поддерживающих программирование на C.
Эта книга предназначена главным образом для того, чтобы помочь серьезным программистам изучить язык и применять его в нетривиальных проектах. В ней дано полное описание С++, много примеров и еще больше фрагментов программ.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
void main() (* tiny c1 = 2; tiny c2 = 62; tiny c3 = c2 – c1; // c3 = 60 tiny c4 = c3; // нет проверки диапазона (необязательна) int i = c1 + c2; // i = 64 c1 = c2 + 2 * c1; // ошибка диапазона: c1 = 0 (а не 66) c2 = c1 -i; // ошибка диапазона: c2 = 0 c3 = c2; // нет проверки диапазона (необязательна) *)
Тип вектор из tiny может оказаться более полезным, покольку он экономит пространство. Чтобы сделать этот тип более удобным в обращении, можно использовать операцию индексировния.
Другое применение определяемых операций преобразования – это типы, которые предоставляют нестандартные представления чисел (арифметика по основанию 100, арифметика, арифметика с фиксированной точкой, двоично-десятичное представление и т.п.). При этом обычно переопределяются такие операции, как + и *.
Функции преобразования оказываются особенно полезными для работы со структурами данных, когда чтение (реализованное посредством операции преобразования) тривиально, в то время как присваивание и инициализация заметно более сложны.
Типы istream и ostream опираются на функцию преобразовния, чтобы сделать возможными такие операторы, как
while (cin»»x) cout««x;
Действие ввода cin»»x выше возвращает istream amp;. Это знчение неявно преобразуется к значению, которое указывает сотояние cin, а уже это значение может проверяться оператором while (см. #8.4.2). Однако определять преобразование из оного типа в другой так, что при этом теряется информация, обычно не стоит.
6.3.3 Неоднозначности
Присваивание объекту (или инициализация объекта) класса X является допустимым, если или присваиваемое значение является X, или существует единственное преобразование присваивемого значения в тип X. В некоторых случаях значение нужного типа может быть построено с помощью нескольких применений конструкторов или операций преобразования. Это должно делаться явно; допустим только один уровень неявных преобразований, определенных пользователем. Иногда значение нужного типа может быть посроено более чем одним способом. Такие случаи являются недпустимыми. Например:
class x (* /* ... */ x(int); x(char*); *); class y (* /* ... */ y(int); *); class z (* /* ... */ z(x); *);
overload f; x f(x); y f(y);
z g(z);
f(1); // недопустимо: неоднозначность f(x(1)) или f(y(1)) f(x(1)); f(y(1)); g(«asdf»); // недопустимо: g(z(x(«asdf»))) не пробуется g(z(«asdf»));
Определяемые пользователем преобразования рассматриваюся только в том случае, если без них вызов разрешить нельзя. Например:
class x (* /* ... */ x(int); *) overload h(double), h(x); h(1);
Вызов мог бы быть проинтерпретирован или как h(double(1)), или как h(x(1)), и был бы недопустим по правилу единственности. Но первая интерпретация использует только стандартное преобразование и она будет выбрана по правилам, приведенным в #4.6.7.
Правила преобразования не являются ни самыми простыми для реализации и документации, ни наиболее общими из тех, кторые можно было бы разработать. Возьмем требование единтвенности преобразования. Более общий подход разрешил бы копилятору применять любое преобразование, которое он сможет найти; таким образом, не нужно было бы рассматривать все воможные преобразования перед тем, как объявить выражение дпустимым. К сожалению, это означало бы, что смысл программы зависит от того, какое преобразование было найдено. В резултате смысл программы неким образом зависел бы от порядка опсания преобразований. Поскольку они часто находятся в разных исходных файлах (написанных разными людьми), смысл программы будет зависеть от порядка компоновки этих частей вместе. Есть другой вариант – запретить все неявные преобразования. Нет ничего проще, но такое правило приведет либо к неэлегантным пользовательским интерфейсам, либо к бурному росту перегрженных функций, как это было в предыдущем разделе с complex.
Самый общий подход учитывал бы всю имеющуюся информацию о типах и рассматривал бы все возможные преобразования. Напрмер, если использовать предыдущее описание, то можно было бы обработать aa=f(1), так как тип aa определяет единственность толкования. Если aa является x, то единственное, дающее в рзультате x, который требуется присваиванием, – это f(x(1)), а если aa – это y, то вместоэтого будет использоваться f(y(1)). Самый общий подход справился бы и с g(«asdf»), поскольку единственной интерпретацией этого может быть g(z(x(«asdf»))). Сложность этого подхода в том, что он требует расширенного нализа всего выражения для того, чтобы определить интерпретцию каждой операции и вызова функции. Это приведет к замедлнию компиляции, а также к вызывающим удивление интерпретацим и сообщениям об ошибках, если компилятор рассмотрит преоразования, определенные в библиотеках и т.п. При таком подхде компилятор будет принимать во внимание больше, чем, как можно ожидать, знает пишущий программу программист!
6.4 Константы
Константы классового типа определить невозможно в том смысле, в каком 1.2 и 12e являются константами типа double. Вместо них, однако, часто можно использовать константы осноных типов, если их реализация обеспечивается с помощью фунций членов. Общий аппарат для этого дают конструкторы, полчающие один параметр. Когда конструкторы просты и подставляются inline, имеет смысл рассмотреть в качестве константы вызов конструктора. Если, например, в «comlpex.h» есть описание класса comlpex, то выражение zz1*3+zz2*comlpex(1,2) даст два вызова функций, а не пять. К двум вызовам функций приведут две операции *, а операция + и конструктор, к которому обращаются для создания comlpex(3) и comlpex(1,2), будут расширены inline.
6.5 Большие объекты
При каждом применении для comlpex бинарных операций, описанных выше, в функцию, которая реализует операцию, как параметр передается копия каждого операнда. Расходы на копрование каждого double заметны, но с ними вполне можно примриться. К сожалению, не все классы имеют небольшое и удобное представление. Чтобы избежать ненужного копирования, можно описать функции таким образом, чтобы они получали ссылочные параметры. Например:
class matrix (* double m[4][4]; public: matrix(); friend matrix operator+(matrix amp;, matrix amp;); friend matrix operator*(matrix amp;, matrix amp;); *);
Ссылки позволяют использовать выражения, содержащие обычные арифметические операции над большими объектами, без ненужного копирования. Указатели применять нельзя, потому что невозможно для применения к указателю смысл операции переоределить невозможно. Операцию плюс можно определить так:
matrix operator+(matrix amp;, matrix amp;); (* matrix sum; for (int i=0; i«4; i++) for (int j=0; j«4; j++) sum.m[i][j] = arg1.m[i][j] + arg2.m[i][j]; return sum; *)
Эта operator+() обращается к операндам + через ссылки, но возвращает значение объекта. Возврат ссылки может оказатся более эффективным:
class matrix (* // ... friend matrix amp; operator+(matrix amp;, matrix amp;);
friend matrix amp; operator*(matrix amp;, matrix amp;); *);
Это является допустимым, но приводит к сложности с выдлением памяти. Поскольку ссылка на результат будет передваться из функции как ссылка на возвращаемое значение, оно не может быть автоматической переменной. Поскольку часто оперция используется в выражении больше одного раза, результат не может быть и статической переменной. Как правило, его размщают в свободной памяти. Часто копирование возвращаемого знчения оказывается дешевле (по времени выполнения, объему кода и объему данных) и проще программируется.
6.6 Присваивание и инициализация
Рассмотрим очень простой класс строк string:
struct string (* char* p; int size; // размер вектора, на который указывает p
string(int sz) (* p = new char[size=sz]; *) ~string() (* delete p; *) *);
Строка – это структура данных, состоящая из вектора сиволов и длины этого вектора. Вектор создается конструктором и уничтожается деструктором. Однако, как показано в #5.10, это может привести к неприятностям. Например:
