<< Пред.           стр. 37 (из 121)           След. >>

Список литературы по разделу

 void (*pfl)(int);
 extern "C" void (*pf2)(int);
 int main() {
  pfl = pf2; // ошибка: pfl и pf2 имеют разные типы
  // ...
 }
 Отметим, что в некоторых реализациях С++ характеристики указателей на функции С и С++ одинаковы. Отдельные компиляторы могут допустить подобное присваивание, рассматривая это как расширение языка.
 Если директива связывания применяется к объявлению, она затрагивает все функции, участвующие в данном объявлении.
 В следующем примере параметр pfParm также служит указателем на С-функцию. Директива связывания применяется к объявлению функции, к которой этот параметр относится:
 // pfParm - указатель на С-функцию
 extern "C" void f1( void(*pfParm)(int) );
 Следовательно, f1() является С-функцией с одним параметром – указателем на С-функцию. Значит, передаваемый ей аргумент должен быть либо такой же функцией, либо указателем на нее, поскольку считается, что указатели на функции, написанные на разных языках, имеют разные типы. (Снова заметим, что в тех реализациях С++, где указатели на функции С и С++ имеют одинаковые характеристики, компилятор может поддерживать расширение языка, позволяющее не различать эти два типа указателей.)
 Коль скоро директива связывания относится ко всем функциям в объявлении, то как же объявить функцию С++, имеющую в качестве параметра указатель на С-функцию? С помощью директивы typedef. Например:
 // FC представляет собой тип:
 // С-функция с параметром типа int, не возвращающая никакого значения
 extern "C" typedef void FC( int );
 
 // f2() - C++ функция с параметром -
 // указателем на С-функцию
 void f2( FC *pfParm );
 Упражнение 7.21
 В разделе 7.5 приводится определение функции factorial(). Напишите объявление указателя на нее. Вызовите функцию через этот указатель для вычисления факториала 11.
 Упражнение 7.22
 Каковы типы следующих объявлений:
 (a) int (*mpf)(vector&);
 (b) void (*apf[20])(doub1e);
 (c) void (*(*papf)[2])(int);
 Как сделать эти объявления более понятными, используя директивы typedef?
 Упражнение 7.23
 Вот функции из библиотеки С, определенные в заголовочном файле :
 double abs(double);
 double sin(double);
 double cos(double);
 double sqrt(double);
 Как бы вы объявили массив указателей на С-функции и инициализировали его этими четырьмя функциями? Напишите main(), которая вызывает sqrt() с аргументом 97.9 через элемент массива.
 Упражнение 7.24
 Вернемся к примеру sort(). Напишите определение функции
 int sizeCompare( const string &, const string & );
 Если передаваемые в качестве параметров строки имеют одинаковую длину, то sizeCompare() возвращает 0; если первая строка короче второй, то отрицательное число, а если длиннее, то положительное. Напоминаем, что длина строки возвращается операцией size() класса string. Измените main() для вызова sort(), передав в качестве третьего аргумента указатель на sizeCompare().
 
 8. Область видимости и время жизни
 В этой главе обсуждаются два важных вопроса, касающиеся объявлений в С++. Где употребляется объявленное имя? Когда можно безопасно использовать объект или вызывать функцию, т.е. каково время жизни сущности в программе? Для ответа на первый вопрос мы введем понятие областей видимости и покажем, как они ограничивают применение имен в исходном файле программы. Мы рассмотрим разные типы таких областей: глобальную и локальную, а также более сложное понятие областей видимости пространств имен, которое появится в конце главы. Отвечая на второй вопрос, мы опишем, как объявления вводят глобальные объекты и функции (сущности, “живущие” в течение всего времени работы программы), локальные (“живущие” на определенном отрезке выполнения) и динамически размещаемые объекты (временем жизни которых управляет программист). Мы также исследуем свойства времени выполнения, характерные для этих объектов и функций.
 8.1. Область видимости
 Каждое имя в С++ программе должно относиться к уникальной сущности (объекту, функции, типу или шаблону). Это не значит, что оно встречается только один раз во всей программе: его можно повторно использовать для обозначения другой сущности, если только есть некоторый контекст, помогающий различить разные значения одного и того же имени. Контекстом, служащим для такого различения, служит область видимости. В С++ поддерживается три их типа: локальная область видимости, область видимости пространства имен и область видимости класса.
 Локальная область – это часть исходного текста программы, содержащаяся в определении функции (или в блоке). Любая функция имеет собственную такую часть, и каждая составная инструкция (или блок) внутри функции также представляет собой отдельную локальную область.
 Область видимости пространства имен – часть исходного текста программы, не содержащаяся внутри объявления или определения функции или определения класса. Самая внешняя часть называется глобальной областью видимости или глобальной областью видимости пространства имен.
 Объекты, функции, типы и шаблоны могут быть определены в глобальной области видимости. Программисту разрешено задать пользовательские пространства имен, заключенные внутри глобальной области с помощью определения пространства имен. Каждое такое пространство является отдельной областью видимости. Пользовательское пространство, как и глобальное, может содержать объявления и определения объектов, функций, типов и шаблонов, а также вложенные пользовательские пространства имен. (Они рассматриваются в разделах 8.5 и 8.6.)
 Каждое определение класса представляет собой отдельную область видимости класса. (О таких областях мы расскажем в главе 13.)
 Имя может обозначать различные сущности в зависимости от области видимости. В следующем фрагменте программы имя s1 относится к четырем разным сущностям:
 #include
 #include
 
 // сравниваем s1 и s2 лексикографически
 int lexicoCompare( const string &sl, const string &s2 ) { ... }
 
 // сравниваем длины s1 и s2
 int sizeCompare( const string &sl, const string &s2 ) { ... }
 
 typedef int ( PFI)( const string &, const string & );
 // сортируем массив строк
 void sort( string *s1, string *s2, PFI compare =lexicoCompare )
  { ... }
 
 string sl[10] = { "a", "light", "drizzle", "was", "falling",
  "when", "they", "left", "the", "school" };
 int main()
 {
  // вызов sort() со значением по умолчанию параметра compare
  // s1 - глобальный массив
  sort( s1, s1 + sizeof(s1)/sizeof(s1[0]) - 1 );
 
  // выводим результат сортировки
  for ( int i = 0; i < sizeof(s1) / sizeof(s1[0]); ++i )
  cout << s1[ i ].c_str() << "\n\t";
 }
 Поскольку определения функций lexicoCompare(), sizeCompare() и sort() представляют собой различные области видимости и все они отличны от глобальной, в каждой из этих областей можно завести переменную с именем s1.
 Имя, введенное с помощью объявления, можно использовать от точки объявления до конца области видимости (включая вложенные области). Так, имя s1 параметра функции lexicoCompare() разрешается употреблять до конца ее области видимости, то есть до конца ее определения.
 Имя глобального массива s1 видимо с точки его объявления до конца исходного файла, включая вложенные области, такие, как определение функции main().
 В общем случае имя должно обозначать одну сущность внутри одной области видимости. Если в предыдущем примере после объявления массива s1 добавить следующую строку, компилятор выдаст сообщение об ошибке:
 void s1(); // ошибка: повторное объявление s1
 Перегруженные функции являются исключением из правила: можно завести несколько одноименных функций в одной области видимости, если они отличаются списком параметров. (Перегруженные функции рассматриваются в главе 9.)
 В С++ имя должно быть объявлено до момента его первого использования в выражении. В противном случае компилятор выдаст сообщение об ошибке. Процесс сопоставления имени, используемого в выражении, с его объявлением называется разрешением. С помощью этого процесса имя получает конкретный смысл. Разрешение имени зависит от способа его употребления и от его области видимости. Мы рассмотрим этот процесс в различных контекстах. (В следующем подразделе описывается разрешение имен в локальной области видимости; в разделе 10.9 – разрешение в шаблонах функций; в конце главы 13 – в области видимости классов, а в разделе 16.12 – в шаблонах классов.)
 Области видимости и разрешение имен – понятия времени компиляции. Они применимы к отдельным частям текста программы. Компилятор интерпретирует текст программы согласно правилам областей видимости и правилам разрешения имен.
 8.1.1. Локальная область видимости
 Локальная область видимости – это часть исходного текста программы, содержащаяся в определении функции (или блоке внутри тела функции). Все функции имеют свои локальные области видимости. Каждая составная инструкция (или блок) внутри функции также представляет собой отдельную локальную область. Такие области могут быть вложенными. Например, следующее определение функции содержит два их уровня (функция выполняет двоичный поиск в отсортированном векторе целых чисел):
 const int notFound = -1; // глобальная область видимости
 int binSearch( const vector &vec, int val )
 { // локальная область видимости: уровень #1
  int low = 0;
  int high = vec.size() - 1;
 
  while ( low <= high )
  { // локальная область видимости: уровень #2
  int mid = ( low + high ) / 2;
  if ( val < vec[ mid ] )
  high = mid - 1;
  else low = mid + 1;
  }
  return notFound; // локальная область видимости: уровень #1
 }
 Первая локальная область видимости – тело функции binSearch(). В ней объявлены параметры функции vec и val, а также переменные low и high. Цикл while внутри функции задает вложенную локальную область, в которой определена одна переменная mid. Параметры vec и val и переменные low и high видны во вложенной области. Глобальная область видимости включает в себя обе локальных. В ней определена одна целая константа notFound.
 Имена параметров функции vec и val принадлежат к первой локальной области видимости тела функции, и в ней использовать те же имена для других сущностей нельзя. Например:
 int binSearch( const vector &vec, int val )
 { // локальная область видимости: уровень #1
  int val; // ошибка: неверное переопределение val
  // ...
 Имена параметров употребляются как внутри тела функции binSearch(), так и внутри вложенной области видимости цикла while. Параметры vec и val недоступны вне тела функции binSearch().
 Разрешение имени в локальной области видимости происходит следующим образом: просматривается та область, где оно встретилось. Если объявление найдено, имя разрешено. Если нет, просматривается область видимости, включающая текущую. Этот процесс продолжается до тех пор, пока объявление не будет найдено либо не будет достигнута глобальная область видимости. Если и там имени нет, оно будет считаться ошибочным.
 Из-за порядка просмотра областей видимости в процессе разрешения имен объявление из внешней области может быть скрыто объявлением того же имени во вложенной области. Если бы в предыдущем примере переменная low была объявлена в глобальной области видимости перед определением функции binSearch(), то использование low в локальной области видимости цикла while все равно относилось бы к локальному объявлению, скрывающему глобальное:
 int low;
 int binSearch( const vector &vec, int val )
 {
  // локальное объявление low
  // скрывает глобальное объявление
  int low = 0;
  // ...
  // low - локальная переменная
  while ( low <= high )
  {//...
  }
  // ...
 }
 Для некоторых инструкций языка C++ разрешено объявлять переменные внутри управляющей части. Например, в цикле for переменную можно определить внутри инструкции инициализации:
 for ( int index = 0; index < vecSize; ++index )
 {
  // переменная index видна только здесь
  if ( vec[ index ] == someValue )
  break;
 }
 // ошибка: переменная index не видна
 if ( index != vecSize ) // элемент найден
 Подобные переменные видны только в локальной области самого цикла for и вложенных в него (это верно для стандарта С++, в предыдущих версиях языка поведение было иным). Компилятор рассматривает это объявление так же, как если бы оно было записано в виде:
 // представление компилятора
 { // невидимый блок
  int index = 0;
  for ( ; index < vecSize; ++index )
  {
  // ...
  }
 }
 Тем самым программисту запрещается применять управляющую переменную вне локальной области видимости цикла. Если нужно проверить index, чтобы определить, было ли найдено значение, то данный фрагмент кода следует переписать так:
 int index = 0;
 for ( ; index < vecSize; ++index )
 {
  // ...
 }
 // правильно: переменная index видна
 if ( index != vecSize ) // элемент найден
 Поскольку переменная, объявленная в инструкции инициализации цикла for, является локальной для цикла, то же самое имя допустимо использовать аналогичным образом и в других циклах, расположенных в данной локальной области видимости:
 void fooBar( int *ia, int sz )
 {
  for (int i=0; i   for (int i=0; i   for (int i=0; i  }
 Аналогично переменная может быть объявлена внутри условия инструкций if и switch, а также внутри условия циклов while и for. Например:
 if ( int *pi = getValue() )
 {
  // pi != 0 -- *pi можно использовать здесь
  int result = calc(*pi);
  // ...
 }
 else
 {
  // здесь pi тоже видна
  // pi == 0
  cout << "ошибка: getValue() завершилась неудачно" << endl;
 }
 Переменные, определенные в условии инструкции if, как переменная pi, видны только внутри if и соответствующей части else, а также во вложенных областях. Значением условия является значение этой переменной, которое она получает в результате инициализации. Если pi равна 0 (нулевой указатель), условие ложно и выполняется ветвь else. Если pi инициализируется любым другим значением, условие истинно и выполняется ветвь if. (Инструкции if, switch, for и while рассматривались в главе 5.)
 Упражнение 8.1
 Найдите различные области видимости в следующем примере. Какие объявления ошибочны и почему?
 int ix = 1024;
 int ix() ;
 
 void func( int ix, int iy ) {
  int ix = 255;
 
  if (int ix=0) {
  int ix = 79;
  {
  int ix = 89;
  }
  }
  else {
  int ix = 99;
  }
 }
 Упражнение 8.2
 К каким объявлениям относятся различные использования переменных ix и iy в следующем примере:
 int ix = 1024;
 
 void func( int ix, int iy ) {
  ix = 100;
 
  for( int iy = 0; iy < 400; iy += 100 ) {
  iy += 100;
  ix = 300;
  }
  iy = 400;
 }
 8.2. Глобальные объекты и функции
 Объявление функции в глобальной области видимости вводит глобальную функцию, а объявление переменной – глобальный объект. Глобальный объект существует на протяжении всего времени выполнения программы. Время жизни глобального объекта начинается с момента запуска программы и заканчивается с ее завершением.
 Для того чтобы глобальную функцию можно было вызвать или взять ее адрес, она должна иметь определение. Любой глобальный объект, используемый в программе, должен быть определен, причем только один раз. Встроенные функции могут определяться несколько раз, если только все определения совпадают. Такое требование единственности или точного совпадения получило название правила одного определения (ПОО). В этом разделе мы покажем, как следует вводить глобальные объекты и функции в программе, чтобы ПОО соблюдалось.
 8.2.1. Объявления и определения
 Как было сказано в главе 7, объявление функции устанавливает ее имя, а также тип возвращаемого значения и список параметров. Определение функции, помимо этой информации, задает еще и тело – набор инструкций, заключенных в фигурные скобки. Функция должна быть объявлена перед вызовом. Например:
 // объявление функции calc()
 // определение находится в другом файле
 void calc(int);
 int main()
 {
  int loc1 = get(); // ошибка: get() не объявлена
  calc(loc1); // правильно: calc() объявлена
  // ...
 }
 Определение объекта имеет две формы:
 type_specifier object_name;
 type_specifier object_name = initializer;
 Вот, например, определение obj1. Здесь obj1 инициализируется значением 97:
 int obj1 = 97;
 Следующая инструкция задает obj2, хотя начальное значение не задано:
 int obj2;
 Объект, определенный в глобальной области видимости без явной инициализации, гарантированно получит нулевое значение. Таким образом, в следующих двух примерах и var1, и var2 будут равны нулю:
 int var1 = 0;
 int var2;
 Глобальный объект можно определить в программе только один раз. Поскольку он должен быть объявлен в исходном файле перед использованием, то для программы, состоящей из нескольких файлов, необходима возможность объявить объект, не определяя его. Как это сделать?
 С помощью ключевого слова extern, аналогичного объявлению функции: оно указывает, что объект определен в другом месте – в этом же исходном файле или в другом. Например:
 extern int i;
 Эта инструкция “обещает”, что в программе имеется определение, подобное
 int i;
 extern-объявление не выделяет места под объект. Оно может встретиться несколько раз в одном и том же исходном файле или в разных файлах одной программы. Однако обычно находится в общедоступном заголовочном файле, который включается в те модули, где необходимо использовать глобальный объект:
 // заголовочный файл
 extern int obj1;
 extern int obj2;
 // исходный файл
 int obj1 = 97;
 int obj2;
 Объявление глобального объекта с указанием ключевого слова extern и с явной инициализацией считается определением. Под этот объект выделяется память, и другие определения не допускаются:
 extern const double pi = 3.1416; // определение
 const double pi; // ошибка: повторное определение pi
 Ключевое слово extern может быть указано и при объявлении функции – для явного обозначения его подразумеваемого смысла: “определено в другом месте”. Например:
 extern void putValues( int*, int );
 8.2.2. Сопоставление объявлений в разных файлах
 Одна из проблем, вытекающих из возможности объявлять объект или функцию в разных файлах, – вероятность несоответствия объявлений или их расхождения в связи с модификацией программы. В С++ имеются средства, помогающие обнаружить такие различия.
 Предположим, что в файле token.C функция addToken() определена как имеющая один параметр типа unsigned char. В файле lex.C, где эта функция вызывается, в ее определении указан параметр типа char.
 // ---- в файле token.C ----
 int addToken( unsigned char tok ) { /* ... */ }
 
 // ---- в файле lex.C ----
 extern int addToken( char );
 Вызов addToken() в файле lex.C вызывает ошибку во время связывания программы. Если бы такое связывание прошло успешно, можно представить дальнейшее развитие событий: скомпилированная программа была протестирована на рабочей станции Sun Sparc, а затем перенесена на IBM 390. Первый же запуск потерпел неудачу: даже самые простые тесты не проходили. Что случилось?
 Вот часть объявлений набора лексем:
 const unsigned char INLINE = 128;
 const unsigned char VIRTUAL = 129;
 Вызов addToken() выглядит так:
 curTok = INLINE;
 // ...
 addToken( curTok );
 Тип char реализован как знаковый в одном случае и как беззнаковый в другом. Неверное объявление addToken() приводит к переполнению на той машине, где тип char является знаковым, всякий раз, когда используется лексема со значением больше 127. Если бы такой программный код компилировался и связывался без ошибки, во время выполнения могли обнаружиться серьезные последствия.
 В С++ информация о количестве и типах параметров функций помещается в имя функции – это называется безопасным связыванием (type-safe linkage). Оно помогает обнаружить расхождения в объявлениях функций в разных файлах. Поскольку типы параметров unsigned char и char различны, в соответствии с принципом безопасного связывания функция addToken(), объявленная в файле lex.C, будет считаться неизвестной. Согласно стандарту определение в файле token.C задает другую функцию.
 Подобный механизм обеспечивает некоторую степень проверки типов при вызове функций из разных файлов. Безопасное связывание также необходимо для поддержки перегруженных функций. (Мы продолжим рассмотрение этой проблемы в главе 9.)
 Прочие типы несоответствия объявлений одного и того же объекта или функции в разных файлах не обнаруживаются во время компиляции или связывания. Поскольку компилятор обрабатывает отдельно каждый файл, он не способен сравнить типы в разных файлах. Несоответствия могут быть источником серьезных ошибок, проявляющихся, подобно приведенным ниже, только во время выполнения программы (к примеру, путем возбуждения исключения или из-за вывода неправильной информации).
 // в token. C
 unsigned char lastTok = 0;
 unsigned char peekTok() { /* ... */ }
 
 // в lex.C
 extern char lastTok;
 extern char peekTok();
 Избежать подобных неточностей поможет прежде всего правильное использование заголовочных файлов. Мы поговорим об этом в следующем подразделе.
 8.2.3. Несколько слов о заголовочных файлах
 Заголовочный файл предоставляет место для всех extern-объявлений объектов, объявлений функций и определений встроенных функций. Это называется локализацией объявлений. Те исходные файлы, где объект или функция определяется или используется, должны включать заголовочный файл.
 Такие файлы позволяют добиться двух целей. Во-первых, гарантируется, что все исходные файлы содержат одно и то же объявление для глобального объекта или функции. Во-вторых, при необходимости изменить объявление это изменение делается в одном месте, что исключает возможность забыть внести правку в какой-то из исходных файлов.
 Пример с addToken() имеет следующий заголовочный файл:
 // ----- token.h -----
 typedef unsigned char uchar;
 const uchar INLINE = 128;
 // ...
 const uchar IT = ...;
 const uchar GT = ...;
 
 extern uchar lastTok;
 extern int addToken( uchar );
 inline bool is_relational( uchar tok )
  { return (tok >= LT && tok <= GT); }
 
 // ----- lex.C -----
 #include "token.h"
 // ...
 
 // ----- token.C -----
 #include "token.h"
 // ...
 При проектировании заголовочных файлов нужно учитывать несколько моментов. Все объявления такого файла должны быть логически связанными. Если он слишком велик или содержит слишком много не связанных друг с другом элементов, программисты не станут включать его, экономя на времени компиляции. Для уменьшения временных затрат в некоторых реализациях С++ предусматривается использование предкомпилированных заголовочных файлов. В руководстве к компилятору сказано, как создать такой файл из обычного. Если в вашей программе используются большие заголовочные файлы, применение предкомпиляции может значительно сократить время обработки.
 Чтобы это стало возможным, заголовочный файл не должен содержать объявлений встроенных (inline) функций и объектов. Любая из следующих инструкций является определением и, следовательно, не может быть использована в заголовочном файле:
 extern int ival = 10;
 double fica_rate;
 extern void dummy () {}
 Хотя переменная i объявлена с ключевым словом extern, явная инициализация превращает ее объявление в определение. Точно так же и функция dummy(), несмотря на явное объявление как extern, определяется здесь же: пустые фигурные скобки содержат ее тело. Переменная fica_rate определяется и без явной инициализации: об этом говорит отсутствие ключевого слова extern. Включение такого заголовочного файла в два или более исходных файла одной программы вызовет ошибку связывания – повторные определения объектов.
 В файле token.h, приведенном выше, константа INLINE и встроенная функция is_relational() кажутся нарушающими правило. Однако это не так.
 Определения символических констант и встроенных функций являются специальными видами определений: те и другие могут появиться в программе несколько раз.

<< Пред.           стр. 37 (из 121)           След. >>

Список литературы по разделу