Язык программирования C++ для профессионалов
         

Единственный заголовочный файл


Проще всего разбить программу на несколько файлов следующим образом: поместить определения всех функций и данных в некоторое число входных файлов, а все типы, необходимые для связи между ними, описать в единственном заголовочном файле. Все входные файлы будут включать заголовочный файл. Программу калькулятора можно разбить на четыре входных файла .c: lex.c, syn.c, table.c и main.c. Заголовочный файл dc.h будет содержать описания каждого имени, которое используется более чем в одном .c файле:

// dc.h: общее описание для калькулятора

#include <iostream.h>

enum token_value { NAME, NUMBER, END, PLUS='+', MINUS='-', MUL='*', DIV='/', PRINT=';', ASSIGN='=', LP='(', RP=')' };

extern int no_of_errors; extern double error(const char* s); extern token_value get_token(); extern token_value curr_tok; extern double number_value; extern char name_string[256]; extern double expr(); extern double term(); extern double prim();

struct name { char* string; name* next; double value; };

extern name* look(const char* p, int ins = 0); inline name* insert(const char* s) { return look(s,1); }

Если не приводить сами операторы, lex.c должен иметь такой вид:

// lex.c: ввод и лексический анализ

#include "dc.h" #include <ctype.h>

token_value curr_tok; double number_value; char name_string[256];

token_value get_token() { /* ... */ }

Используя составленный заголовочный файл, мы добьемся, что описание каждого объекта, введенного пользователем, обязательно окажется в том файле, где этот объект определяется. Действительно, при обработке файла lex.c транслятор столкнется с описаниями

extern token_value get_token(); // ... token_value get_token() { /* ... */ }

Это позволит транслятору обнаружить любое расхождение в типах, указанных при описании данного имени. Например, если бы функция get_token() была описана с типом token_value, но определена с типом int, трансляция файла lex.c выявила бы ошибку: несоответствие типа.

Файл syn.c может иметь такой вид:

// syn.c: синтаксический анализ и вычисления


#include "dc.h"

double prim() { /* ... */ } double term() { /* ... */ } double expr() { /* ... */ }

Файл table.c может иметь такой вид:

// table.c: таблица имен и функция поиска

#include "dc.h"

extern char* strcmp(const char*, const char*); extern char* strcpy(char*, const char*); extern int strlen(const char*);

const int TBLSZ = 23; name* table[TBLSZ];

name* look(char* p, int ins) { /* ... */ }

Отметим, что раз строковые функции описаны в самом файле table.c, транслятор не может проверить согласованность этих описаний по типам. Всегда лучше включить соответствующий заголовочный файл, чем описывать в файле .c некоторое имя как extern. Это может привести к включению "слишком многого", но такое включение нестрашно, поскольку не влияет на скорость выполнения программы и ее размер, а программисту позволяет сэкономить время. Допустим, функция strlen() снова описывается в приведенном ниже файле main.c. Это только лишний ввод символов и потенциальный источник ошибок, т.к. транслятор не сможет обнаружить расхождения в двух описаниях strlen() (впрочем, это может сделать редактор связей). Такой проблемы не возникло бы, если бы в файле dc.h содержались все описания extern, как первоначально и предполагалось. Подобная небрежность присутствует в нашем примере, поскольку она типична для программ на С. Она очень естественна для программиста, но часто приводит к ошибкам и таким программам, которые трудно сопровождать. Итак, предупреждение сделано!

Наконец, приведем файл main.c:

// main.c: инициализация, основной цикл, обработка ошибок

#include "dc.h"

double error(char* s) { /* ... */ }

extern int strlen(const char*);

int main(int argc, char* argv[]) { /* ... */ }

В одном важном случае заголовочные файлы вызывают большое неудобство. С помощью серии заголовочных файлов и стандартной библиотеки расширяют возможности языка, вводя множество типов (как общих, так и рассчитанных на конкретные приложения; см. лекции 5-9). В таком случае текст каждой единицы трансляции может начинаться тысячами строк заголовочных файлов. Содержимое заголовочных файлов библиотеки, как правило, стабильно и меняется редко. Здесь очень пригодился бы претранслятор, который обрабатывает его. По сути, нужен язык специального назначения со своим транслятором. Но устоявшихся методов построения такого претранслятора пока нет.


Функции


Самый распространенный способ задания в С++ каких-то действий - это вызов функции, которая выполняет такие действия. Определение функции есть описание того, как их выполнить. Неописанные функции вызывать нельзя.



Как создать библиотеку


Распространены такие обороты (и в этой книге тоже): "поместить в библиотеку", "поискать в такой-то библиотеке". Что они означают для программ на С++? К сожалению, ответ зависит от используемой системы. В этом разделе говорится о том, как создать и использовать библиотеку для десятой версии системы ЮНИКС. Другие системы должны предоставлять похожие возможности. Библиотека состоит из файлов .o, которые получаются в результате трансляции файлов .c. Обычно существует один или несколько файлов .h, в которых содержатся необходимые для вызова файлов .o описания. Рассмотрим в качестве примера, как для четко не оговоренного множества пользователей можно достаточно удобно определить некоторое множество стандартных математических функций. Заголовочный файл может иметь такой вид:

extern "C" { // стандартные математические функции // как правило написаны на С

double sqrt(double); // подмножество <math.h> double sin(double); double cos(double); double exp(double); double log(double); // ...

}

Определения этих функций будут находиться в файлах sqrt.c, sin.c, cos.c, exp.c и log.c, соответственно.

Библиотеку с именем math.a можно создать с помощью таких команд:

$ CC -c sqrt.c sin.c cos.c exp.c log.c $ ar cr math.a sqrt.o sin.o cos.o exp.o log.o $ ranlib math.a

Здесь символ $ является приглашением системы.

Вначале транслируются исходные тексты, и получаются модули с теми же именами. Команда ar (архиватор) создает архив под именем math.a. Наконец, для быстрого доступа к функциям архив индексируется. Если в вашей системе нет команды ranlib (возможно она и не нужна), то, по крайней мере, можно найти в справочном руководстве ссылку на имя ar. Чтобы использовать библиотеку в своей программе, надо задать режим трансляции следующим образом:

$ CC myprog.c math.a

Встает вопрос: что дает нам библиотека math.a? Ведь можно было бы непосредственно использовать файлы .o, например так:

$ CC myprog.c sqrt.o sin.o cos.o exp.o log.o

Дело в том, что во многих случаях трудно правильно указать, какие файлы .o действительно нужны. В приведенной выше команде использовались все из них. Если же в myprog вызываются только sqrt() и cos(), тогда, видимо, достаточно задать такую команду:


$ CC myprog.c sqrt.o cos.o

Но это будет неверно, т.к. функция cos() вызывает sin().

Редактор связей, который вызывается командой CC для обработки файлов .a (в нашем случае для файла math.a), умеет из множества файлов, образующих библиотеку, извлекать только нужные файлы .o. Иными словами, связывание с библиотекой позволяет включать в программы много определений одного имени (в том числе определения функций и переменных, используемых только внутренними функциями, о которых пользователь никогда не узнает). В то же время в результирующую программу войдет только минимально необходимое число определений.

Макросредства


В С++ макросредства играют гораздо меньшую роль, чем в С. Можно даже дать такой совет: используйте макроопределения только тогда, когда не можете без них обойтись. Вообще говоря, считается, что практически каждое появление макроимени является свидетельством некоторых недостатков языка, программы или программиста. Макросредства создают определенные трудности для работы служебных системных программ, поскольку они перерабатывают программный текст еще до трансляции. Поэтому, если ваша программа использует макросредства, то сервис, предоставляемый такими программами, как отладчик, профилировщик, программа перекрестных ссылок, будет для нее неполным. Если все-таки вы решите использовать макрокоманды, то вначале тщательно изучите описание препроцессора С++ в вашем справочном руководстве и не старайтесь быть слишком умным.

Простое макроопределение имеет вид:

#define имя остаток-строки

В тексте программы лексема имя заменяется на остаток-строки. Например,

объект = имя

будет заменено на

объект = остаток-строки

Макроопределение может иметь параметры. Например:

#define mac(a,b) argument1: a argument2: b

В макровызове mac должны быть заданы две строки, представляющие параметры. При подстановке они заменят a и b в макроопределении mac(). Поэтому строка

expanded = mac(foo bar, yuk yuk)

при подстановке преобразуется в

expanded = argument1: foo bar argument2: yuk yuk

Макроимена нельзя перегружать. Рекурсивные макровызовы ставят перед препроцессором слишком сложную задачу:

// ошибка: #define print(a,b) cout<<(a)<<(b) #define print(a,b,c) cout<<(a)<<(b)<<(c)

// слишком сложно: #define fac(n) (n>1) ?n*fac(n-1) :1

Препроцессор работает со строками и практически ничего не знает о синтаксисе C++, типах языка и областях видимости. Транслятор имеет дело только с уже раскрытым макроопределением, поэтому ошибка в нем может диагностироваться уже после подстановки, а не при определении макроимени. В результате появляются довольно путанные сообщения об ошибках.

Допустимы такие макроопределения:


#define Case break;case #define forever for(;;)

А вот совершенно излишние макроопределения:

#define PI 3.141593 #define BEGIN { #define END }

Следующие макроопределения могут привести к ошибкам:

#define SQUARE(a) a*a #define INCR_xx (xx)++ #define DISP = 4

Чтобы убедиться в этом, достаточно попробовать сделать подстановку в таком примере:

int xx = 0;// глобальный счетчик

void f() { int xx = 0;// локальная переменная xx = SQUARE(xx+2); // xx = xx +2*xx+2; INCR_xx;// увеличивается локальная переменная xx if (a-DISP==b) { // a-=4==b // ... } }

При ссылке на глобальные имена в макроопределении используйте операцию разрешения области видимости, и всюду, где это возможно, заключайте имя параметра макроопределения в скобки. Например:

#define MIN(a,b) (((a)<(b))?(a):(b))

Если макроопределение достаточно сложное, и требуется комментарий к нему, то разумнее написать комментарий вида /* */, поскольку в реализации С++ может использоваться препроцессор С, который не распознает комментарии вида //. Например:

#define m2(a) something(a) /* глубокомысленный комментарий */

С помощью макросредств можно создать свой собственный язык, правда, скорее всего, он будет непонятен другим. Кроме того, препроцессор С предоставляет довольно слабые макросредства. Если ваша задача нетривиальна, вы, скорее всего, обнаружите, что решить ее с помощью этих средств либо невозможно, либо чрезвычайно трудно. В качестве альтернативы традиционному использованию макросредств в язык введены конструкции const, inline и шаблоны типов. Например:

const int answer = 42; template<class T> inline T min(T a, T b) { return (a<b)?a:b; }

Множественные заголовочные файлы


Разбиение программы в расчете на один заголовочный файл больше подходит для небольших программ, отдельные части которых не имеют самостоятельного назначения. Для таких программ допустимо, что по заголовочному файлу нельзя определить, чьи описания там находятся и по какой причине. Здесь могут помочь только комментарии. Возможно альтернативное решение: пусть каждая часть программы имеет свой заголовочный файл, в котором определяются средства, предоставляемые другим частям. Теперь для каждого файла .c будет свой файл .h, определяющий, что может предоставить первый. Каждый файл .c будет включать как свой файл .h, так и некоторые другие файлы .h, исходя из своих потребностей.

Попробуем использовать такую организацию программы для калькулятора. Заметим, что функция error() нужна практически во всех функциях программы, а сама использует только <iostream.h>. Такая ситуация типична для функций, обрабатывающих ошибки. Следует отделить ее от файла main.c:

// error.h: обработка ошибок

extern int no_of_errors;

extern double error(const char* s);

// error.c

#include <iostream.h> #include "error.h"

int no_of_errors;

double error(const char* s) { /* ... */ }

При таком подходе к разбиению программы каждую пару файлов .c и .h можно рассматривать как модуль, в котором файл .h задает его интерфейс, а файл .c определяет его реализацию. Таблица имен не зависит ни от каких частей калькулятора, кроме части обработки ошибок. Теперь этот факт можно выразить явно:

// table.h: описание таблицы имен

struct name { char* string; name* next; double value; };

extern name* look(const char* p, int ins = 0); inline name* insert(const char* s) { return look(s,1); }

// table.h: определение таблицы имен

#include "error.h" #include <string.h> #include "table.h"

const int TBLSZ = 23; name* table[TBLSZ];

name* look(const char* p, int ins) { /* ... */ }

Заметьте, что теперь описания строковых функций берутся из включаемого файла <string.h>. Тем самым удален еще один источник ошибок.


// lex.h: описания для ввода и лексического анализа

enum token_value { NAME, NUMBER,END, PLUS='+', MINUS='-', MUL='*', PRINT=';', ASSIGN='=', LP='(', RP= ')' };

extern token_value curr_tok; extern double number_value; extern char name_string[256];

extern token_value get_token();

Интерфейс с лексическим анализатором достаточно запутанный. Поскольку недостаточно соответствующих типов для лексем, пользователю функции get_token() предоставляются те же буферы number_value и name_string, с которыми работает сам лексический анализатор.

// lex.c: определения для ввода и лексического анализа

#include <iostream.h> #include <ctype.h> #include "error.h" #include "lex.h"

token_value curr_tok; double number_value; char name_string[256];

token_value get_token() { /* ... */ }

Интерфейс с синтаксическим анализатором определен четко:

// syn.h: описания для синтаксического анализа и вычислений

extern double expr(); extern double term(); extern double prim();

// syn.c: определения для синтаксического анализа и вычислений

#include "error.h" #include "lex.h" #include "syn.h"

double prim() { /* ... */ } double term() { /* ... */ } double expr() { /* ... */ }

Как обычно, определение основной программы тривиально:

// main.c: основная программа

#include <iostream.h> #include "error.h" #include "lex.h" #include "syn.h" #include "table.h"

int main(int argc, char* argv[]) { /* ... */ }

Какое число заголовочных файлов следует использовать для данной программы зависит от многих факторов. Большинство их определяется способом обработки файлов именно в вашей системе, а не собственно в С++. Например, если ваш редактор не может работать одновременно с несколькими файлами, диалоговая обработка нескольких заголовочных файлов затрудняется. Другой пример: может оказаться, что открытие и чтение 10 файлов по 50 строк каждый занимает существенно больше времени, чем открытие и чтение одного файла из 500 строк. В результате придется хорошенько подумать, прежде чем разбивать небольшую программу, используя множественные заголовочные файлы. Предостережение: обычно можно управиться с множеством, состоящим примерно из 10 заголовочных файлов (плюс стандартные заголовочные файлы). Если же вы будете разбивать программу на минимальные логические единицы с заголовочными файлами (например, создавая для каждой структуры свой заголовочный файл), то можете очень легко получить неуправляемое множество из сотен заголовочных файлов.


Неопределенное число параметров


Существуют функции, в описании которых невозможно указать число и типы всех допустимых параметров. Тогда список формальных параметров завершается эллипсисом (...), что означает: "и, возможно, еще несколько аргументов". Например:

int printf(const char* ...);

При вызове printf обязательно должен быть указан параметр типа char*, однако могут быть (а могут и не быть) еще другие параметры. Например:

printf("Hello, world\n"); printf("My name is %s %s\n", first_name, second_name); printf("%d + %d = %d\n", 2,3,5);

Такие функции пользуются для распознавания своих фактических параметров недоступной транслятору информацией. В случае функции printf первый параметр является строкой, специфицирующей формат вывода. Она может содержать специальные символы, которые позволяют правильно воспринять последующие параметры. Например, %s означает -"будет фактический параметр типа char*", %d означает -"будет фактический параметр типа int". Но транслятор этого не знает, и поэтому он не может убедиться, что объявленные параметры действительно присутствуют в вызове и имеют соответствующие типы. Например, следующий вызов

printf("My name is %s %s\n",2);

нормально транслируется, но приведет (в лучшем случае) к неожиданной выдаче. Можете проверить сами.

Очевидно, что раз параметр неописан, то транслятор не имеет сведений для контроля и стандартных преобразований типа этого параметра. Поэтому char или short передаются как int, а float как double, хотя пользователь, возможно, имел в виду другое.

В хорошо продуманной программе может потребоваться, в виде исключения, лишь несколько функций, в которых указаны не все типы параметров. Чтобы обойти контроль типов параметров, лучше использовать перегрузку функций или стандартные значения параметров, чем параметры, типы которых не были описаны. Эллипсис становится необходимым только тогда, когда могут меняться не только типы, но и число параметров. Чаще всего эллипсис используется для определения интерфейса с библиотекой стандартных функций на С, если этим функциям нет замены:


extern "C" int fprintf(FILE*, const char* ...); extern "C" int execl(const char* ...);

Есть стандартный набор макроопределений, находящийся в <stdarg.h>, для выбора незаданных параметров этих функций. Рассмотрим функцию реакции на ошибку, первый параметр которой показывает степень тяжести ошибки. За ним может следовать произвольное число строк. Нужно составить сообщение об ошибке с учетом, что каждое слово из него передается как отдельная строка:

extern void error(int ...) extern char* itoa(int);

main(int argc, char* argv[]) { switch (argc) { case 1: error(0,argv[0],(char*)0); break; case 2: error(0,argv[0],argv[1],(char*)0); break; default: error(1,argv[0], "With",itoa(argc-1),"arguments",(char*)0); } // ... }

Функция itoa возвращает строку символов, представляющую ее целый параметр. Функцию реакции на ошибку можно определить так:

#include <stdarg.h>

void error(int severity ...) /* за "severity" (степень тяжести ошибки) следует список строк, завершающийся нулем */ { va_list ap; va_start(ap,severity); // начало параметров

for (;;) { char* p = va_arg(ap,char*); if (p == 0) break; cerr << p << ' '; }

va_end(ap); // очистка параметров

cerr << '\n'; if (severity) exit(severity); }

Вначале при вызове va_start() определяется и инициализируется va_list. Параметрами макроопределения va_start являются имя типа va_list и последний формальный параметр. Для выборки по порядку неописанных параметров используется макроопределение va_arg(). В каждом обращении к va_arg нужно задавать тип ожидаемого фактического параметра. В va_arg() предполагается, что параметр такого типа присутствует в вызове, но обычно нет возможности проверить это. Перед выходом из функции, в которой было обращение к va_start, необходимо вызвать va_end. Причина в том, что в va_start() могут быть такие операции со стеком, из-за которых корректный возврат из функции становится невозможным. В va_end() устраняются все нежелательные изменения стека.

Приведение 0 к (char*)0 необходимо потому, что sizeof(int) не обязано совпадать с sizeof(char*). Этот пример демонстрирует все те сложности, с которыми приходится сталкиваться программисту, если он решил обойти контроль типов, используя эллипсис.


Описания функций


Описание функции содержит ее имя, тип возвращаемого значения (если оно есть) и число и типы параметров, которые должны задаваться при вызове функции. Например:

extern double sqrt(double); extern elem* next_elem(); extern char* strcpy(char* to, const char* from); extern void exit(int);

Семантика передачи параметров тождественна семантике инициализации: проверяются типы фактических параметров и, если нужно, происходят неявные преобразования типов. Так, если учесть приведенные описания, то в следующем определении:

double sr2 = sqrt(2);

содержится правильный вызов функции sqrt() со значением с плавающей точкой 2.0. Контроль и преобразование типа фактического параметра имеет в С++ огромное значение.

В описании функции можно указывать имена параметров. Это облегчает чтение программы, но транслятор эти имена просто игнорирует.



Определения функций


Каждая вызываемая в программе функция должна быть где-то в ней определена, причем только один раз. Определение функции - это ее описание, в котором содержится тело функции. Например:

extern void swap(int*, int*); // описание

void swap(int* p, int* q) // определение { int t = *p; *p = *q; *q = *t; }

Не так редки случаи, когда в определении функции не используются некоторые параметры:

void search(table* t, const char* key, const char*) { // третий параметр не используется

// ... }

Как видно из этого примера, параметр не используется, если не задано его имя. Подобные функции появляются при упрощении программы или если рассчитывают на ее дальнейшее расширение. В обоих случаях резервирование места в определении функции для неиспользуемого параметра гарантирует, что другие функции, содержащие вызов данной, не придется менять.

Уже говорилось, что функцию можно определить как подстановку (inline). Например:

inline fac(int i) { return i<2 ? 1 : n*fac(n-1); }

Спецификация inline служит подсказкой транслятору, что вызов функции fac можно реализовать подстановкой ее тела, а не с помощью обычного механизма вызова функций. Хороший оптимизирующий транслятор вместо генерации вызова fac(6) может просто использовать константу 720. Из-за наличия взаиморекурсивных вызовов функций-подстановок, а также функций-подстановок, рекурсивность которых зависит от входных данных, нельзя утверждать, что каждый вызов функции-подстановки действительно реализуется подстановкой ее тела. Степень оптимизации, проводимой транслятором, нельзя формализовать, поэтому одни трансляторы создадут команды 6*5*4*3*2*1, другие - 6*fac(5), а некоторые ограничатся неоптимизированным вызовом fac(6).

Чтобы реализация вызова подстановкой стала возможна даже для не слишком развитых систем программирования, нужно, чтобы не только определение, но и описание функции-подстановки находилось в текущей области видимости. В остальном спецификация inline не влияет на семантику вызова.



Параметр-массив


Если в качестве параметра функции указан массив, то передается указатель на его первый элемент. Например:

int strlen(const char*);

void f() { char v[] = "массив"; strlen(v); strlen("Николай"); }

Это означает, что фактический параметр типа T[] преобразуется к типу T*, и затем передается. Поэтому присваивание элементу формального параметра-массива изменяет этот элемент. Иными словами, массивы отличаются от других типов тем, что они не передаются и не могут передаваться по значению.

В вызываемой функции размер передаваемого массива неизвестен. Это неприятно, но есть несколько способов обойти данную трудность. Прежде всего, все строки оканчиваются нулевым символом, и значит их размер легко вычислить. Можно передавать еще один параметр, задающий размер массива. Другой способ: определить структуру, содержащую указатель на массив и размер массива, и передавать ее как параметр. Например:

void compute1(int* vec_ptr, int vec_size); // 1-ый способ

struct vec { // 2-ой способ int* ptr; int size; };

void compute2(vec v);

Сложнее с многомерными массивами, но часто вместо них можно использовать массив указателей, сведя эти случаи к одномерным массивам. Например:

char* day[] = { "mon", "tue", "wed", "thu", "fri", "sat", "sun" };

Теперь рассмотрим функцию, работающую с двумерным массивом - матрицей. Если размеры обоих индексов известны на этапе трансляции, то проблем нет:

void print_m34(int m[3][4]) { for (int i = 0; i<3; i++) { for (int j = 0; j<4; J++) cout << ' ' << m[i][j]; cout << '\n'; } }

Конечно, матрица по-прежнему передается как указатель, а размерности приведены просто для полноты описания. Первая размерность для вычисления адреса элемента неважна, поэтому ее можно передавать как параметр:

void print_mi4(int m[][4], int dim1) { for ( int i = 0; i<dim1; i++) { for ( int j = 0; j<4; j++) cout << ' ' << m[i][j]; cout << '\n'; } }


Самый сложный случай - когда надо передавать обе размерности. Здесь "очевидное" решение просто непригодно:
void print_mij(int m[][], int dim1, int dim2) // ошибка { for ( int i = 0; i<dim1; i++) { for ( int j = 0; j<dim2; j++) cout << ' ' << m[i][j]; cout << '\n'; } }
Во-первых, описание параметра m[][] недопустимо, поскольку для вычисления адреса элемента многомерного массива нужно знать вторую размерность. Во-вторых, выражение m[i][j] вычисляется как *(*(m+i)+j), а это, по всей видимости, не то, что имел в виду программист. Приведем правильное решение:
void print_mij(int** m, int dim1, int dim2) { for (int i = 0; i< dim1; i++) { for (int j = 0; j<dim2; j++) cout << ' ' << ((int*)m)[i*dim2+j]; // запутано cout << '\n'; } }
Выражение, используемое для выбора элемента матрицы, эквивалентно тому, которое создает для этой же цели транслятор, когда известна последняя размерность. Можно ввести дополнительную переменную, чтобы это выражение стало понятнее:
int* v = (int*)m; // ... v[i*dim2+j]
Лучше такие достаточно запутанные места в программе упрятывать. Можно определить тип многомерного массива с соответствующей операцией индексирования. Тогда пользователь может и не знать, как размещаются данные в массиве.

Передача параметров


При вызове функции выделяется память для ее формальных параметров, и каждый формальный параметр инициализируется значением соответствующего фактического параметра. Семантика передачи параметров тождественна семантике инициализации. В частности, сверяются типы формального и соответствующего ему фактического параметра, и выполняются все стандартные и пользовательские преобразования типа. Существуют специальные правила передачи массивов. Есть возможность передать параметр, минуя контроль типа, и возможность задать стандартное значение параметра. Рассмотрим функцию:

void f(int val, int& ref) { val++; ref++; }

При вызове f() в выражении val++ увеличивается локальная копия первого фактического параметра, тогда как в ref++ - сам второй фактический параметр увеличивается сам. Поэтому в функции

void g() { int i = 1; int j = 1; f(i,j); }

увеличится значение j, но не i. Первый параметр i передается по значению, а второй параметр j передается по ссылке. Мы говорили, что функции, которые изменяют свой передаваемый по ссылке параметр, труднее понять, и что поэтому лучше их избегать. Но большие объекты, очевидно, гораздо эффективнее передавать по ссылке, чем по значению. Правда можно описать параметр со спецификацией const, чтобы гарантировать, что передача по ссылке используется только для эффективности, и вызываемая функция не может изменить значение объекта:

void f(const large& arg) { // значение "arg" нельзя изменить без явных // операций преобразования типа }

Если в описании параметра ссылки const не указано, то это рассматривается как намерение изменять передаваемый объект:

void g(large& arg); // считается, что в g() arg будет меняться

Отсюда мораль: используйте const всюду, где возможно.

Точно так же, описание параметра, являющегося указателем, со спецификацией const говорит о том, что указуемый объект не будет изменяться в вызываемой функции. Например:

extern int strlen(const char*); // из <string.h> extern char* strcpy(char* to, const char* from); extern int strcmp(const char*, const char*);


Значение такого приема растет вместе с ростом программы.

Отметим, что семантика передачи параметров отличается от семантики присваивания. Это различие существенно для параметров, являющихся const или ссылкой, а также для параметров с типом, определенным пользователем.

Литерал, константу и параметр, требующий преобразования, можно передавать как параметр типа const&, но без спецификации const передавать нельзя. Допуская преобразования для параметра типа const T&, мы гарантируем, что он может принимать значения из того же множества, что и параметр типа T, значение которого передается при необходимости с помощью временной переменной.

float fsqrt(const float&); // функция sqrt в стиле Фортрана

void g(double d) { float r;

r = fsqrt(2.0f); // передача ссылки на временную // переменную, содержащую 2.0f r = fsqrt(r); // передача ссылки на r r = fsqrt(d); // передача ссылки на временную // переменную, содержащую float(d) }

Запрет на преобразования типа для параметров-ссылок без спецификации const введен для того, чтобы избежать нелепых ошибок, связанных с использованием при передаче параметров временных переменных:

void update(float& i);

void g(double d) { float r;

update(2.0f); // ошибка: параметр-константа update(r); // нормально: передается ссылка на r update(d); // ошибка: здесь нужно преобразовывать тип

Перегрузка имени функции


Обычно имеет смысл давать разным функциям разные имена. Если же несколько функций выполняет одно и то же действие над объектами разных типов, то удобнее дать одинаковые имена всем этим функциям. Перегрузкой имени называется его использование для обозначения разных операций над разными типами. Собственно уже для основных операций С++ применяется перегрузка. Действительно: для операций сложения есть только одно имя +, но оно используется для сложения и целых чисел, и чисел с плавающей точкой, и указателей. Такой подход легко можно распространить на операции, определенные пользователем, т.е. на функции. Например:

void print(int);// печать целого void print(const char*) // печать строки символов

Для транслятора в таких перегруженных функциях общее только одно - имя. Очевидно, по смыслу такие функции сходны, но язык не способствует и не препятствует выделению перегруженных функций. Таким образом, определение перегруженных функций служит, прежде всего, для удобства записи. Но для функций с такими традиционными именами, как sqrt, print или open, нельзя этим удобством пренебрегать. Если само имя играет важную семантическую роль, например, в таких операциях, как + , * и <<, или для конструктора класса, то такое удобство становится существенным фактором. При вызове функции с именем f транслятор должен разобраться, какую именно функцию f следует вызывать. Для этого сравниваются типы фактических параметров, указанные в вызове, с типами формальных параметров всех описаний функций с именем f. В результате вызывается та функция, у которой формальные параметры наилучшим образом сопоставились с параметрами вызова, или выдается ошибка если такой функции не нашлось. Например:

void print(double); void print(long);

void f() { print(1L); // print(long) print(1.0); // print(double) print(1); // ошибка, неоднозначность: что вызывать // print(long(1)) или print(double(1)) ? }

Правила сопоставления параметров применяются в следующем порядке по убыванию их приоритета:

Точное сопоставление: сопоставление произошло без всяких преобразований типа или только с неизбежными преобразованиями (например, имени массива в указатель, имени функции в указатель на функцию и типа T в const T).Сопоставление с использованием стандартных целочисленных преобразований (т.е. char в int, short в int и их беззнаковых двойников в int), а также преобразований float в double.Сопоставление с использованием стандартных преобразований, (например, int в double, derived* в base*, unsigned в int).Сопоставление с использованием пользовательских преобразований.Сопоставление с использованием эллипсиса ... в описании функции.


Если найдены два сопоставления по самому приоритетному правилу, то вызов считается неоднозначным, а значит ошибочным. Эти правила сопоставления параметров работают с учетом правил преобразований числовых типов для С и С++. Пусть имеются такие описания функции print:

void print(int); void print(const char*); void print(double); void print(long); void print(char);

Тогда результаты следующих вызовов print() будут такими:

void h(char c, int i, short s, float f) { print(c); // точное сопоставление: вызывается print(char) print(i); // точное сопоставление: вызывается print(int) print(s); // стандартное целочисленное преобразование: // вызывается print(int) print(f); // стандартное преобразование: // вызывается print(double)

print('a'); // точное сопоставление: вызывается print(char) print(49); // точное сопоставление: вызывается print(int) print(0); // точное сопоставление: вызывается print(int) print("a"); // точное сопоставление: // вызывается print(const char*) }

Обращение print(0) приводит к вызову print(int), ведь 0 имеет тип int. Обращение print('a') приводит к вызову print(char), т.к. 'a' - типа char.

Отметим, что на разрешение неопределенности при перегрузке не влияет порядок описаний рассматриваемых функций, а типы возвращаемых функциями значений вообще не учитываются.

Исходя из этих правил можно гарантировать, что если эффективность или точность вычислений значительно различаются для рассматриваемых типов, то вызывается функция, реализующая самый простой алгоритм. Например:

int pow(int, int); double pow(double, double); // из <math.h> complex pow(double, complex); // из <complex.h> complex pow(complex, int); complex pow(complex, double); complex pow(complex, complex);

void k(complex z) { int i = pow(2,2); // вызывается pow(int,int) double d = pow(2.0,2); // вызывается pow(double,double) complex z2 = pow(2,z); // вызывается pow(double,complex) complex z3 = pow(z,2); // вызывается pow(complex,int) complex z4 = pow(z,z); // вызывается pow(complex,complex) }


Связывание


Если явно не определено иначе, то имя, не являющееся локальным для некоторой функции или класса, должно обозначать один и тот же тип, значение, функцию или объект во всех единицах трансляции данной программы. Иными словами, в программе может быть только один нелокальный тип, значение, функция или объект с данным именем. Рассмотрим для примера два файла:

// file1.c int a = 1; int f() { /* какие-то операторы */ }

// file2.c extern int a; int f(); void g() { a = f(); }

В функции g() используются те самые a и f(), которые определены в файле file1.c. Служебное слово extern показывает, что описание a в файле file2.c является только описанием, но не определением. Если бы присутствовала инициализация a, то extern просто проигнорировалось бы, поскольку описание с инициализацией всегда считается определением. Любой объект в программе может определяться только один раз. Описываться же он может неоднократно, но все описания должны быть согласованы по типу. Например:

// file1.c: int a = 1; int b = 1; extern int c;

// file2.c: int a; extern double b; extern int c;

Здесь содержится три ошибки: переменная a определена дважды ("int a;" - это определение, означающее "int a=0;"); b описано дважды, причем с разными типами; c описано дважды, но неопределено. Такие ошибки (ошибки связывания) транслятор, который обрабатывает файлы по отдельности, обнаружить не может, но большая их часть обнаруживается редактором связей.

Следующая программа допустима в С, но не в С++:

// file1.c: int a; int f() { return a; }

// file2.c: int a; int g() { return f(); }

Во-первых, ошибкой является вызов f() в file2.c, поскольку в этом файле f() не описана. Во-вторых, файлы программы не могут быть правильно связаны, поскольку a определено дважды.

Если имя описано как static, оно становится локальном в этом файле. Например:

// file1.c: static int a = 6; static int f() { /* ... */ }

// file2.c: static int a = 7; static int f() { /* ... */ }

Приведенная программа правильна, поскольку a и f определены как статические. В каждом файле своя переменная a и функция f().

Если переменные и функции в данной части программы описаны как static, то в этой части программы проще разобраться, поскольку не нужно заглядывать в другие части. Описывать функции как статические полезно еще и по той причине, что транслятору предоставляется возможность создать более простой вариант операции вызова функции. Если имя объекта или функции локально в данном файле, то говорят, что объект подлежит внутреннему связыванию. Обратно, если имя объекта или функции нелокально в данном файле, то он подлежит внешнему связыванию.

Обычно говорят, что имена типов, т.е. классов и перечислений, не подлежат связыванию. Имена глобальных классов и перечислений должны быть уникальными во всей программе и иметь единственное определение. Поэтому, если есть два даже идентичных определения одного класса, это - все равно ошибка:


// file1.c: struct S { int a; char b; }; extern void f(S*);

// file2.c: struct S { int a; char b; }; void f(S* p) { /* ... */ }

Но будьте осторожны: опознать идентичность двух описаний класса не в состоянии большинство систем программирования С++. Такое дублирование может вызвать довольно тонкие ошибки (ведь классы в разных файлах будут считаться различными).

Глобальные функции-подстановки подлежат внутреннему связыванию, и то же по умолчанию справедливо для констант. Синонимы типов, т.е. имена typedef, локальны в своем файле, поэтому описания в двух данных ниже файлах не противоречат друг другу:

// file1.c: typedef int T; const int a = 7; inline T f(int i) { return i+a; }

// file2.c: typedef void T; const int a = 8; inline T f(double d) { cout<<d; }

Константа может получить внешнее связывание только с помощью явного описания:

// file3.c: extern const int a; const int a = 77;

// file4.c: extern const int a; void g() { cout<<a; }

В этом примере g() напечатает 77.

Связывание с программами на других языках


Программы на С++ часто содержат части, написанные на других языках, и наоборот, часто фрагмент на С++ используется в программах, написанных на других языках. Собрать в одну программу фрагменты, написанные на разных языках, или, написанные на одном языке, но в системах программирования с разными соглашениями о связывании, достаточно трудно. Например, разные языки или разные реализации одного языка могут различаться использованием регистров при передаче параметров, порядком размещения параметров в стеке, упаковкой таких встроенных типов, как целые или строки, форматом имен функций, которые транслятор передает редактору связей, объемом контроля типов, который требуется от редактора связей. Чтобы упростить задачу, можно в описании внешних указать условие связывания. Например, следующее описание объявляет strcpy внешней функцией и указывает, что она должна связываться согласно порядку связывания в С:

extern "C" char* strcpy(char*, const char*);

Результат этого описания отличается от результата обычного описания

extern char* strcpy(char*, const char*);

только порядком связывания для вызывающих strcpy() функций. Сама семантика вызова и, в частности, контроль фактических параметров будут одинаковы в обоих случаях. Описание extern "C" имеет смысл использовать еще и потому, что языки С и С++, как и их реализации, близки друг другу. Отметим, что в описании extern "C" упоминание С относится к порядку связывания, а не к языку, и часто такое описание используют для связи с Фортраном или ассемблером. Эти языки в определенной степени подчиняются порядку связывания для С.

Утомительно добавлять "C" ко многим описаниям внешних, и есть возможность указать такую спецификацию сразу для группы описаний. Например:

extern "C" { char* strcpy(char*, const char); int strcmp(const char*, const char*) int strlen(const char*) // ... }

В такую конструкцию можно включить весь заголовочный файл С, чтобы указать, что он подчиняется связыванию для С++, например:

extern "C" { #include <string.h> }

Обычно с помощью такого приема из стандартного заголовочного файла для С получают такой файл для С++. Возможно иное решение с помощью условной трансляции:

#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif

char* strcpy(char*, const char*); int strcmp(const char*, const char*); int strlen(const char*); // ...

#ifdef __cplusplus } #endif

Предопределенное макроопределение __cplusplus нужно, чтобы обойти конструкцию extern "C" { ...}, если заголовочный файл используется для С.

Поскольку конструкция extern "C" { ... } влияет только на порядок связывания, в ней может содержаться любое описание, например:

extern "C" { // произвольные описания

// например:

static int st; int glob; }

Никак не меняется класс памяти и область видимости описываемых объектов, поэтому по-прежнему st подчиняется внутреннему связыванию, а glob остается глобальной переменной.

Укажем еще раз, что описание extern "C" влияет только на порядок связывания и не влияет на порядок вызова функции. В частности, функция, описанная как extern "C", все равно подчиняется правилам контроля типов и преобразования фактических параметров, которые в C++ строже, чем в С. Например:

extern "C" int f();

int g() { return f(1); // ошибка: параметров быть не должно }


Указатель на функцию


Возможны только две операции с функциями: вызов и взятие адреса. Указатель, полученный с помощью последней операции, можно впоследствии использовать для вызова функции. Например:

void error(char* p) { /* ... */ }

void (*efct)(char*); // указатель на функцию

void f() { efct = &error; // efct настроен на функцию error (*efct)("error"); // вызов error через указатель efct }

Для вызова функции с помощью указателя (efct в нашем примере) надо вначале применить операцию косвенности к указателю - *efct. Поскольку приоритет операции вызова () выше, чем приоритет косвенности *, нельзя писать просто *efct("error"). Это будет означать *(efct("error")), что является ошибкой. По той же причине скобки нужны и при описании указателя на функцию. Однако, писать просто efct("error") можно, т.к. транслятор понимает, что efct является указателем на функцию, и создает команды, делающие вызов нужной функции.

Отметим, что формальные параметры в указателях на функцию описываются так же, как и в обычных функциях. При присваивании указателю на функцию требуется точное соответствие типа функции и типа присваиваемого значения. Например:

void (*pf)(char*);// указатель на void(char*) void f1(char*); // void(char*); int f2(char*); // int(char*); void f3(int*); // void(int*);

void f() { pf = &f1; // нормально pf = &f2; // ошибка: не тот тип возвращаемого // значения pf = &f3; // ошибка: не тот тип параметра

(*pf)("asdf");// нормально (*pf)(1); // ошибка: не тот тип параметра

int i = (*pf)("qwer"); // ошибка: void присваивается int }

Правила передачи параметров одинаковы и для обычного вызова, и для вызова с помощью указателя.

Часто бывает удобнее обозначить тип указателя на функцию именем, чем все время использовать достаточно сложную запись. Например:

typedef int (*SIG_TYP)(int); // из <signal.h> typedef void (SIG_ARG_TYP)(int); SIG_TYP signal(int, SIG_ARG_TYP);

Также часто бывает полезен массив указателей на функции. Например, можно реализовать систему меню для редактора с вводом, управляемым мышью, используя массив указателей на функции, реализующие команды. Здесь нет возможности подробно описать такой редактор, но дадим самый общий его набросок:


typedef void (*PF)();

PF edit_ops[] = { // команды редактора &cut, &paste, &snarf, &search };

PF file_ops[] = { // управление файлом &open, &reshape, &close, &write

};

Далее надо определить и инициализировать указатели, с помощью которых будут запускаться функции, реализующие выбранные из меню команды. Выбор происходит нажатием клавиши мыши:

PF* button2 = edit_ops; PF* button3 = file_ops;

Для настоящей программы редактора надо определить большее число объектов, чтобы описать каждую позицию в меню. Например, необходимо где-то хранить строку, задающую текст, который будет выдаваться для каждой позиции. При работе с системой меню назначение клавиш мыши будет постоянно меняться. Частично эти изменения можно представить как изменения значений указателя, связанного с данной клавишей. Если пользователь выбрал позицию меню, которая определяется, например, как позиция 3 для клавиши 2, то соответствующая команда реализуется вызовом:

(*button2[3])();

Чтобы полностью оценить мощность конструкции указатель на функцию, стоит попытаться написать программу без нее. Меню можно изменять в динамике, если добавлять новые функции в таблицу команд. Довольно просто создавать в динамике и новые меню.

Указатели на функции помогают реализовать полиморфические подпрограммы, т.е. такие подпрограммы, которые можно применять к объектам различных типов:

typedef int (*CFT)(void*,void*);

void sort(void* base, unsigned n, unsigned int sz, CFT cmp) /* Сортировка вектора "base" из n элементов в возрастающем порядке; используется функция сравнения, на которую указывает cmp. Размер элементов равен "sz".

Алгоритм очень неэффективный: сортировка пузырьковым методом */ { for (int i=0; i<n-1; i++) for (int j=n-1; i<j; j--) { char* pj = (char*)base+j*sz; // b[j] char* pj1 = pj - sz;// b[j-1] if ((*cmp)(pj,pj1) < 0) { // поменять местами b[j] и b[j-1] for (int k = 0; k<sz; k++) { char temp = pj[k]; pj[k] = pj1[k]; pj1[k] = temp; } } } }



В подпрограмме sort неизвестен тип сортируемых объектов; известно только их число (размер массива), размер каждого элемента и функция, которая может сравнивать объекты. Мы выбрали для функции sort() такой же заголовок, как у qsort() - стандартной функции сортировки из библиотеки С. Эту функцию используют настоящие программы. Покажем, как с помощью sort() можно отсортировать таблицу с такой структурой:

struct user { char* name; // имя char* id; // пароль int dept; // отдел };

typedef user* Puser;

user heads[] = { "Ritchie D.M.", "dmr", 11271, "Sethi R.","ravi", 11272, "SZYmanski T.G.", "tgs", 11273, "Schryer N.L.", "nls", 11274, "Schryer N.L.", "nls", 11275 "Kernighan B.W.", "bwk", 11276 };

void print_id(Puser v, int n) { for (int i=0; i<n; i++) cout << v[i].name << '\t' << v[i].id << '\t' << v[i].dept << '\n'; }

Чтобы иметь возможность сортировать, нужно вначале определить подходящие функции сравнения. Функция сравнения должна возвращать отрицательное число, если ее первый параметр меньше второго, нуль, если они равны, и положительное число в противном случае:

int cmp1(const void* p, const void* q) // сравнение строк, содержащих имена { return strcmp(Puser(p)->name, Puser(q)->name); }

int cmp2(const void* p, const void* q) // сравнение номеров разделов { return Puser(p)->dept - Puser(q)->dept; }

Следующая программа сортирует и печатает результат:

int main() { sort(heads,6,sizeof(user),&cmp1); print_id(heads,6); // в алфавитном порядке cout << "\n"; sort(heads,6,sizeof(user),&cmp2); print_id(heads,6); // по номерам отделов }

Допустима операция взятия адреса и для функции-подстановки, и для перегруженной функции.

Отметим, что неявное преобразование указателя на что-то в указатель типа void* не выполняется для параметра функции, вызываемой через указатель на нее. Поэтому функцию



int cmp3(const mytype*, const mytype*);

нельзя использовать в качестве параметра для sort(). Поступив иначе, мы нарушаем заданное в описании условие, что cmp3() должна вызываться с параметрами типа mytype*. Если вы специально хотите нарушить это условие, то должны использовать явное преобразование типа.

Возвращаемое значение


Если функция не описана как void, она должна возвращать значение. Например:

int f() { } // ошибка void g() { } // нормально

Возвращаемое значение указывается в операторе return в теле функции. Например:

int fac(int n) { return (n>1) ? n*fac(n-1) : 1; }

В теле функции может быть несколько операторов return:

int fac(int n) { if (n > 1) return n*fac(n-1); else return 1; }

Подобно передаче параметров, операция возвращения значения функции эквивалентна инициализации. Считается, что оператор return инициализирует переменную, имеющую тип возвращаемого значения. Тип выражения в операторе return сверяется с типом функции, и производятся все стандартные и пользовательские преобразования типа. Например:

double f() { // ... return 1; // неявно преобразуется в double(1) }

При каждом вызове функции создается новая копия ее формальных параметров и автоматических переменных. Занятая ими память после выхода из функции будет снова использоваться, поэтому неразумно возвращать указатель на локальную переменную. Содержимое памяти, на которую настроен такой указатель, может измениться непредсказуемым образом:

int* f() { int local = 1; // ... return &local; // ошибка }

Эта ошибка не столь типична, как сходная ошибка, когда тип функции - ссылка:

int& f() { int local = 1; // ... return local; // ошибка }

К счастью, транслятор предупреждает о том, что возвращается ссылка на локальную переменную. Вот другой пример:

int& f() { return 1; } // ошибка




Роль файла в языке С++ сводится к тому, что он определяет файловую область видимости. Это область видимости глобальных функций (как статических, так и подстановок), а также глобальных переменных (как статических, так и со спецификацией const). Кроме того, файл является традиционной единицей хранения в системе, а также единицей трансляции. Обычно системы хранят, транслируют и представляют пользователю программу на С++ как множество файлов, хотя существуют системы, устроенные иначе. В этой лекции будет обсуждаться в основном традиционное использование файлов.
Всю программу поместить в один файл, как правило, невозможно, поскольку программы стандартных функций и программы операционной системы нельзя включить в текстовом виде в программу пользователя. Вообще, помещать всю программу пользователя в один файл обычно неудобно и непрактично. Разбиения программы на файлы может облегчить понимание общей структуры программы и дает транслятору возможность поддерживать эту структуру. Если единицей трансляции является файл, то даже при небольшом изменении в нем следует его перетранслировать. Даже для программ не слишком большого размера время на перетрансляцию можно значительно сократить, если ее разбить на файлы подходящего размера.
Вернемся к примеру с калькулятором. Решение было дано в виде одного файла. Когда вы попытаетесь его транслировать, неизбежно возникнут некоторые проблемы с порядком описаний. По крайней мере одно "ненастоящее" описание придется добавить к тексту, чтобы транслятор мог разобраться в использующих друг друга функциях expr(), term() и prim(). По тексту программы видно, что она состоит из четырех частей: лексический анализатор (сканер), собственно анализатор, таблица имен и драйвер. Однако, этот факт никак не отражен в самой программе. На самом деле калькулятор не был запрограммирован именно так. Так не следует писать программу. Даже если не учитывать все рекомендации по программированию, сопровождению и оптимизации для такой "зряшной" программы, все равно ее следует создавать из нескольких файлов хотя бы для удобства.
Чтобы раздельная трансляция стала возможной, программист должен предусмотреть описания, из которых транслятор получит достаточно сведений о типах для трансляции файла, составляющего только часть программы. Требование непротиворечивости использования всех имен и типов для программы, состоящей из нескольких раздельно транслируемых частей, так же справедливо, как и для программы, состоящей из одного файла. Это возможно только в том случае, когда описания, находящиеся в разных единицах трансляции, будут согласованы. В вашей системе программирования имеются средства, которые способны установить, выполняется ли это. В частности, многие противоречия обнаруживает редактор связей. Редактор связей - это программа, которая связывает по именам раздельно транслируемые части программы. Иногда его по ошибке называют загрузчиком.

Заголовочные файлы


Типы одного объекта или функции должны быть согласованы во всех их описаниях. Должен быть согласован по типам и входной текст, обрабатываемый транслятором, и связываемые части программы. Есть простой, хотя и несовершенный, способ добиться согласованности описаний в различных файлах. Это: включить во входные файлы, содержащие операторы и определения данных, заголовочные файлы, которые содержат интерфейсную информацию.

Средством включения текстов служит макрокоманда #include, которая позволяет собрать в один файл (единицу трансляции) несколько исходных файлов программы. Команда

#include "включаемый-файл"

заменяет строку, в которой она была задана, на содержимое файла включаемый-файл. Естественно, это содержимое должно быть текстом на С++, поскольку его будет читать транслятор. Как правило, операция включения реализуется отдельной программой, называемой препроцессором С++. Она вызывается системой программирования перед собственно трансляцией для обработки таких команд во входном тексте. Возможно и другое решение: часть транслятора, непосредственно работающая с входным текстом, обрабатывает команды включения файлов по мере их появления в тексте. В той системе программирования, в которой работает автор, чтобы увидеть результат команд включения файлов, нужно задать команду:

CC -E file.c

Эта команда для обработки файла file.c запускает препроцессор (и только!), подобно тому, как команда CC без флага -E запускает сам транслятор.

Для включения файлов из стандартных каталогов (обычно каталоги с именем INCLUDE) надо вместо кавычек использовать угловые скобки < и >. Например:

#include <stream.h> // включение из стандартного каталога #include "myheader.h" // включение из текущего каталога

Включение из стандартных каталогов имеет то преимущество, что имена этих каталогов никак не связаны с конкретной программой (обычно вначале включаемые файлы ищутся в каталоге /usr/include/CC, а затем в /usr/include). К сожалению, в этой команде пробелы существенны:


#include < stream.h> // <stream.h> не будет найден

Было бы нелепо, если бы каждый раз перед включением файла требовалась его перетрансляция. Обычно включаемые файлы содержат только описания, а не операторы и определения, требующие существенной трансляторной обработки. Кроме того, система программирования может предварительно оттранслировать заголовочные файлы, если, конечно, она настолько развита, что способна сделать это, не изменяя семантики программы.

Укажем, что может содержать заголовочный файл:

Определения типовstruct point { int x, y; }; Шаблоны типов template<class T> class V { /* ... */ } Описания функцийextern int strlen(const char*); Определения inline char get() { return *p++; } функций-подстановок Описания данных extern int a; Определения константconst float pi = 3.141593; Перечисления enum bool { false, true }; Описания имен class Matrix; Команды включения файлов #include <signal.h> Макроопределения#define Case break;case Комментарии /* проверка на конец файла */

Перечисление того, что стоит помещать в заголовочный файл, не является требованием языка, это просто совет по разумному использованию включения файлов. С другой стороны, в заголовочном файле никогда не должно быть:

Определений обычных функций char get() { return *p++; } Определений данныхint a; Определений составныхconst tb[i] = { /* ... */ }; констант

По традиции заголовочные файлы имеют расширение .h, а файлы, содержащие определения функций или данных, расширение .c. Иногда их называют "h-файлы" или "с-файлы" соответственно. Используют и другие расширения для этих файлов: .C, cxx, .cpp и .cc. Макросредства в С++ используются не столь широко, как в С, поскольку С++ имеет определенные возможности в самом языке: определения констант (const), функций-подстановок (inline), дающие возможность более простой операции вызова, и шаблонов типа, позволяющие порождать семейство типов и функций.

Совет помещать в заголовочный файл определения только простых, но не составных, констант объясняется вполне прагматической причиной. Просто большинство трансляторов не настолько разумно, чтобы предотвратить создание ненужных копий составной константы. Вообще говоря, более простой вариант всегда является более общим, а значит транслятор должен учитывать его в первую очередь, чтобы создать хорошую программу.