Глава 2

Описания и Константы

Прежде чем имя (идентификатор) может быть использовано в C++ программе, он должно быть описано. Это значит, что надо задать его тип, чтобы сообщить компилятору, к какого вида объектам относится имя. Вот несколько примеров, иллюстрирующих разнообразие описаний:

  char ch;
  int count = 1;
  char* name = "Bjarne";
  struct complex { float re, im; };
  complex cvar;
  extern complex sqrt(complex);
  extern int error_number;
  typedef complex point;
  float real(complex* p) { return p->re; };
  const double pi = 3.1415926535897932385;
  struct user;

  extern complex sqrt(complex);
  extern int error_number;
  struct user;

  int count;
  int count;               // ошибка: переопределение
  exnern int error_number;
  exnern int error_number; // ошибка: несоответствие типов

2.1.1 Область Видимости

Описание вводит имя в области видимости; то есть, имя может использоваться только в определенной части программы. Для имени, описанного в функции (такое имя часто называют локальным), эта область видимости простирается от точки описания до конца блока, в котором появилось описание; для имени не в функции и не в классе (называемого часто глобальным именем) область видимости простирается от точки описания до конца файла, в котором появилось описание. Описание имени в блоке может скрывать (прятать) описание во внутреннем блоке или глобальное имя. Это значит, что можно переопределять имя внутри блока для ссылки на другой объект. После выхода из блока имя вновь обретает свое прежнее значение. Например:

  int x;            // глобальное x

  f() {
      int x;        // локальное x прячет глобальное x
      x = 1;        // присвоить локальному x
      {
          int x;    // прячет первое локальное x
          x = 2;    // присвоить второму локальному x
      }
      x = 3;        // присвоить первому локальному x
  }

  int* p = &x;      // взять адрес глобального x

  int x;

  f()
  {
      int x = 1;      // скрывает глобальное x
      ::x = 2;        // присваивает глобальному x
  }

  int x;

  f()
  {
      int x = x;    // извращение
  }

  int x;

  f()             // извращение
  {
      int y = x;  // глобальное x
      int x = 22;
      y = x;      // локальное x
  }

  f(int x)
  {
      int x;        // ошибка
  }

2.1.2 Объекты и Адреса (Lvalue)

2.2 Имена

2.3 Типы

Каждое имя (идентификатор) в C++ программе имеет ассоциированный с ним тип. Этот тип определяет, какие операции можно применять к имени (то есть к объекту, на который оно ссылается), и как эти операции интерпретируются. Например:

  int error number;
  float real(complex* p);

  main()
  {
      int* p = new int;
      cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) "\n";
  }

  float f;
  char* p;
  //...
  long ll = long(p);     // преобразует p в long
  int i = int(f);        // преобразует f в int

2.3.1 Основные Типы

В C++ есть набор основных типов, которые соответствуют наиболее общим основным единицам памяти компьютера и наиболее общим основным способам их использования:

  char
  short int
  int
  long int

  float
  double

  unsigned char
  unsigned short int
  unsigned int
  unsigned long int

  const a = 1;
  static x;

     1==sizeof(char)<=sizeof(short)<= sizeof(int)<=sizeof(long)
     sizeof(float)<=sizeof(double)

2.3.2 Неявное Преобразование Типа

2.3.3 Производные Типы

Другие типы модно выводить из основных типов (и типов, определенных пользователем) посредством операций описания:

*	указатель
&	ссылка
[]	вектор
()	функция

и механизма определения структур. Например:

  int* a;
  float v[10];
  char* p[20];    // вектор из 20 указателей на символ
  void f(int);
  struct str { short length; char* p; };

2.3.4 Тип void

Тип void (пустой) синтаксически ведет себя как основной тип. Однако использовать его можно только как часть производного типа, объектов типа void не существует. Он используется для того, чтобы указать, что функция не возвращает значения, или как базовый тип для указателей на объекты неизвестного типа.

 void f()     // f не возвращает значение
 void* pv;    // указатель на объект неизвестного типа

  void* allocate(int size);    // выделить
  void deallocate(void*);      // освободить

  f() {
      int* pi = (int*)allocate(10*sizeof(int));
      char* pc = (char*)allocate(10);
  //...
  deallocate(pi);
  deallocate(pc);
  }

2.3.5 Указатели

Для большинства типов T T* является типом указатель на T. То есть, в переменной типа T* может храниться адрес объекта типа T. Для указателей на вектора и указателей на функции вам, к сожалению, придется пользоваться более сложной записью:

  int* pi;
  char** cpp;             // указатель на указатель на char
  int (*vp)[10];          // указатель на вектор из 10 int'ов
  int (*fp)(char, char*); // указатель на функцию
                          // получающую параметры (char, char*)
                          // и возвращающую int

 char c1 = 'a';
 char* p = &c1;    // в p хранится адрес c1
 char c2 = *p;    // c2 = 'a'

  int strlen(char* p)
  {
      int i = 0;
      while (*p++) i++;
      return i;
  }

  int strlen(char* p)
  {
      char* q = p;
      while (*q++) ;
      return q-p-1;
  }

2.3.6 Вектора

Для типа T T[size] является типом "вектор из size элементов типа T". Элементы индексируются (нумеруются) от 0 до size-1. Например:

  float v[3];   // вектор из трех float: v[0], v[1], v[2]
  int a[2][5];  // два вектора из пяти int
  char* vpc;    // вектор из 32 указателей на символ

  extern int strlen(char*);

  char alpha[] = "abcdefghijklmnoprstuvwxyz";

  main()
  {
      int sz = strlen(alpha);

      for (int i=0; i. 

2.3.7 Указатели и Вектора

Указатели и вектора в C++ связаны очень тесно. Имя вектора можно использовать как указатель на его первый элемент, поэтому пример с алфавитом можно было написать так:

  char alpha[] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
  char* p = alpha;
  char ch;

  while (ch = *p++)
      cout << chr(ch) << " = " << ch
           << " = 0" << oct(ch) << "\n";

  char* p = &alpha[0];

  extern int strlen(char*);
  char v[] = "Annemarie";
  char* p = v;
  strlen(p);
  strlen(v);

2.3.8 Структуры

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

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

  address jd;
  jd.name = "Jim Dandy";
  jd.number = 61;

  address jd = {
      "Jim Dandy",
      61, "South Street",
      "New Providence", {'N','J'}, 7974
  };

2.3.9 Эквивалентность типов

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

  struct s1 { int a; };
  struct s2 { int a; };

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

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

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

2.3.10 Ссылки

2.3.11 Регистры

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

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

2.4 Константы

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

  0    1234    976    12345678901234567890

  0        02        077        0123

  0x0      0x2       0x3f       0x53

2.4.2 Константы с Плавающей Точкой

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

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

  65.43    e    -    21

2.4.3 Символьные Константы

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

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

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

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

2.4.4 Строки

Строковая константа - это последовательность символов, заключенная в двойные кавычки:

  "это строка"

  sizeof("asdf")==5;

  cout << "гудок в конце сообщения\007\n"

  "это не строка,
  а синтаксическая ошибка"

  cout << "здесь все \
  ok"

  здесь все ok

  char v1[] = "a\x0fah\0129";    // 'a' '\xfa' 'h' '\12' '9'
  char v2[] = "a\xfah\129";      // 'a' '\xfa' 'h' '\12' '9'
  char v3[] = "a\xfad\127";      // 'a' '\xfad' '\127'

2.4.5 Ноль

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

  const int model = 145;
  const int v[] = { 1, 2, 3, 4 };

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

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

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

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

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

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

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

2.4.7 Перечисления

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

  enum { ASM, AUTO, BREAK };

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

  enum keyword { ASM, AUTO, BREAK };

  keyword key;

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

  enum int16 {
      sign=0100000,               // знак
      most_significant=040000,    // самый значимый
      least_significant=1         // наименее значимый
  };

2.5 Экономия Пространства

Использование char для представления двоичной переменной, например, переключателя включено/выключено, может показаться экстравагантным, но char является наименьшим объектом, который в C++ может выделяться независимо. Можно, однако, сгруппировать несколько таких крошечных переменных вместе в виде полей struct. Член определяется как поле путем указания после его имени числа битов, которые он занимает. Допустимы неименованные поля; они не влияют на смысл именованных полей, но неким машинно-зависимым образом могут улучшить размещение:

  struct sreg {
      unsigned enable : 1;
      unsigned page : 3;
      unsigned : 1;        // неиспользуемое
      unsigned mode : 2;
      unsigned : 4:        // неиспользуемое
      unsigned access : 1;
      unsigned length : 1;
      unsigned non_resident : 1;
  }

  sreg* sr0 = (sreg*)0777572;
  //...
  if (sr->access) {        // нарушение доступа
      // чистит массив
      sr->access = 0;
  }

2.5.2 Объединения

Рассмотрим проектирование символьной таблицы, в которой каждый элемент содержит имя и значение, и значение может быть либо строкой, либо целым:

  struct entry {
      char* name;
      char  type;
      char* string_value;        // используется если type == 's'
      int   int_value;           // используется если type == 'i'
  };

  void print_entry(entry* p)
  {
      switch p->type {
      case 's':
          cout << p->string_value;
          break;
      case 'i':
          cout << p->int_value;
          break;
      default:
          cerr << "испорчен type\n";
          break;
      }
  }

  struct entry {
      char* name;
      char  type;
      union {
          char* string_value;    // используется если type == 's'
          int   int_value;       // используется если type == 'i'
      };
  };

2.6 Упражнения