Объектно-ориентированный подход в программировании

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Объектно-ориентированный подход в программировании

Технологии программирования

Технология программирования - это совокупность методов и средств разработки (написания) программ и порядок применения этих методов и средств.

На ранних этапах развития программирования, когда программы писались в виде последовательностей машинных команд, какая-либо технология программирования отсутствовала. Первые шаги в разработке технологии состояли в представлении программы в виде последовательности операторов. Написанию последовательности машинных команд предшествовало составление операторной схемы, отражающей последовательность операторов и переходы между ними. Операторный подход позволил разработать первые программы для автоматизации составления программ - так называемые составляющие программы.

С увеличением размеров программ стали выделять их обособленные части и оформлять их как подпрограммы. Часть таких подпрограмм объединялась в библиотеки, из которых подпрошраммы можно было включать в рабочие программы и затем вызывать из рабочих программ. Это положило начало процедурному программированию - большая программа представлялась совокупностью процедур-подпрограмм. Одна из подпрограмм являлась главной, и с нее начиналось выполнение программы.

В 1958 году были разработаны первые языки программирования, Фортран и Алгол-58. Программа на Фортране состояла из главной программы и некоторого количества процедур - подпрограмм и функций. Программа на Алголе-58 и его последующей версии Алголе-60 представляла собой единое целое, но имела блочную структуру, включающую главный блок и вложенные блоки подпрограмм и функций. Компиляторы для Фортрана обеспечивали раздельную трансляцию процедур и последующее их объединение в рабочую программу, первые компиляторы для Алгола предполагали, что транслируется сразу вся программа, раздельная трансляция процедур не обеспечивалась.

Процедурный подход потребовал структурирования будущей программы, разделения ее на отдельные процедуры. При разработке отдельной процедуры о других процедурах требовалось знать только их назначение и способ вызова. Появилась возможность перерабатывать отдельные процедуры, не затрагивая остальной части программы, сокращая при этом затраты труда и машинного времени на разработку и модернизацию программ.

Следующим шагом в углублении структурирования программ стало так называемое структурное программирование, при котором программа в целом и отдельные процедуры рассматривались как последовательности канонических структур: линейных участков, циклов и разветвлений. Появилась возможность читать и проверять программу как последовательный текст, что повысило производительность труда программистов при разработке и отладке программ. С целью повышения структурности программы были выдвинуты требования к большей независимости подпрограмм, подпрограммы должны связываться с вызывающими их программами только путем передачи им аргументов, использование в подпрограммах переменных, принадлежащих другим процедурам или главной программе, стало считаться нежелательным.

Процедурное и структурное программирование затронули, прежде всего, процесс описания алгоритма как последовательности шагов, ведущих от варьируемых исходных данных к искомому результату. Для решения специальных задач стали разрабатываться языки программирования, ориентированные на конкретный класс задач: на системы управления базами данных, имитационное моделирование и т.д.

При разработке трансляторов все больше внимания стало уделяться обнаружению ошибок в исходных текстах программ, обеспечивая этим сокращение затрат времени на отладку программ.

Применение программ в самых разных областях человеческой деятельности привело к необходимости повышения надежности всего программного обеспечения. Одним из направлений совершенствования языков программирования стало повышения уровня типизации данных. Теория типов данных исходит из того, что каждое используемое в программе данное принадлежит одному и только одному типу данных. Тип данного определяет множество возможных значений данного и набор операций, допустимых над этим данным. Данное конкретного типа в ряде случаев может быть преобразовано в данное другого типа, но такое преобразование должно быть явно представлено в программе. В зависимости от степени выполнения перечисленных требований можно говорить об уровне типизации того или иного языка программирования. Стремление повысить уровень типизации языка программирования привело к появлению языка Паскаль, который считается строго типизированным языком, хотя и в нем разрешены некоторые неявные преобразования типов, например, целого в вещественное. Применение строго типизированного языка при написании программы позволяет еще при трансляции исходного текста выявить многие ошибки использования данных и этим повысить надежность программы. Вместе с тем строгая типизация сковывала свободу программиста, затрудняла применение некоторых приемов преобразования данных, часто используемых в системном программировании. Практически одновременно с Паскалем был разработан язык Си, в большей степени ориентированный на системное программирование и относящийся к слабо типизированным языкам.

Все универсальные языки программирования, несмотря на различия в синтаксисе и используемых ключевых словах, реализуют одни и те же канонические структуры: операторы присваивания, циклы и разветвления. Во всех современных языках присутствуют предопределенные (базовые) типы данных (целые и вещественные арифметические типы, символьный и, возможно, строковый тип), имеется возможность использования агрегатов данных, в том числе массивов и структур (записей). Для арифметических данных разрешены обычные арифметические операции, для агрегатов данных обычно предусмотрена только операция присваивания и возможность обращения к элементам агрегата. Вместе с тем при разработке программы для решения конкретной прикладной задачи желательна возможно большая концептуальная близость текста программы к описанию задачи. Например, если решение задачи требует выполнения операций над комплексными числами или квадратными матрицами, желательно, чтобы в программе явно присутствовали операторы сложения, вычитания, умножения и деления данных типа комплексного числа, сложения, вычитания, умножения и обращения данных типа квадратной матрицы. Решение этой проблемы возможно несколькими путями:

- Построением языка программирования, содержащего как можно больше типов данных, и выбором для каждого класса задач некоторого подмножества этого языка. Такой язык иногда называют языком-оболочкой. На роль языка-оболочки претендовал язык ПЛ/1, оказавшийся настолько сложным, что так и не удалось построить его формализованное описание. Отсутствие формализованного описания, однако, не помешало широкому применению ПЛ/1 как в Западной Европе, так и в СССР.

- Построением расширяемого языка, содержащего небольшое ядро и допускающего расширение, дополняющее язык типами данных и операторами, отражающими концептуальную сущность конкретного класса задач. Такой язык называют языком-ядром. Как язык-ядро были разработаны языки Симула и Алгол-68, не получившие широкого распространения, но оказавшие большое влияние на разработку других языков программирования.

Дальнейшим развитием второго пути явился объектно-ориентированный подход к программированию, рассматриваемый в следующем параграфе.

Структуры и объединения

Наряду с массивами в Си/Си++ имеются агрегаты данных типа структур и объединений. Тип структуры представляет собой упорядоченную совокупность данных различных типов, к которой можно обращаться как к единому данному. Описание структурного типа строится по схеме:

struct идентификатор

{ деклараторы членов } деклараторы_инициализаторы;

Такое объявление выполняет две функции, во-первых объявляется структурный тип, во-вторых объявляются переменные этого типа.

Идентификатор после ключевого слова struct является именем структурного типа. Имя типа может отсутствовать, тогда тип будет безымянный и в других частях программы нельзя будет объявлять данные этого типа. Деклараторы_инициализаторы объявляют конкретные переменные структурного типа, т.е. данные описанного типа, указатели на этот тип и массивы данных. Деклараторы_инициализаторы могут отсутствовать, в этом случае объявление описывает только тип структуры.

Структура, описывающая точку на плоскости, может быть определена так:

struct Point_struct // Имя структуры{ int x, y; } // Деклараторы членов структурыpoint1, *ptr_to_point, arpoint [3]; // Данные структурного типа

Члены (компоненты) структуры описываются аналогично данным соответствующего типа и могут быть скалярными данными, указателями, массивами или данными другого структурного типа. Например, для описания структурного типа "прямоугольник со сторонами, параллельными осям координат" можно предложить несколько вариантов:

struct Rect1{Point p1; // Координаты левого верхнего углаPoint p2; // Координаты правого нижнего угла};struct Rect2{Point p [ 2 ]; };struct Rect3 {Point p; // Левый верхний уголint width; // Ширинаint high; // Высота прямоугольника};

Поскольку при описании членов структуры должны использоваться только ранее определенные имена типов, предусмотрен вариант предварительного объявления структуры, задающий только имя структурного типа. Например, чтобы описать элемент двоичного дерева, содержащий указатели на левую и правую ветви дерева и указатель на некоторую структуру типа Value, содержащую значение данного в узле, можно поступить так:

struct Value;struct Tree_element{Value * val;Tree_element *left, *right;};

Членами структур могут быть так называемые битовые поля, когда в поле памяти переменной целого типа (int или unsigned int) размещается несколько целых данных меньшей длины. Пусть, например, в некоторой програме синтаксического разбора описание лексемы содержит тип лексемы (до шести значений) и порядковый номер лексемы в таблице соответствующего типа (до 2000 значениий). Для представления значения типа лексемы достаточно трех двоичных разрядов (трех бит), а для представления чисел от 0 до 2000 - 11 двоичных разрядов (11 бит). Описание структуры, содержащей сведения о лексеме может выглядеть так:

struct Lexema{unsigned int type_lex : 3;unsigned int num_lex :11;};

Двоеточие с целым числом после имени члена структуры указывает, что это битовое поле, а целое число задает размер поля в битах.

Объединение можно определить как структуру, все компоненты которой размещаются в памяти с одного и того же адреса. Таким образом, объединение в каждый момент времени содержит один из возможных вариантов значений. Для размещения объединения в памяти выделяется участок, достаточный для размещения члена объединения самого большого размера. Применение объединения также позволяет обращаться к одному и тому же полю памяти по разным именам и интерпретировать как значения разных типов.

Описание объединения строится по той же схеме, что и описание структуры, но вместо ключевого слова struct используется слово union, например, объединение uword позволяет интерпретировать поле памяти либо как unsigned int, либо как массив из двух элементов типа unsigned char.

union uword{unsigned int u;unsigned char b [ 2 ];};

Описания типов, объявляемых программистом, в том числе структур и объединений могут быть достаточно большими, поэтому в Си/Си++ предусмотрена возможность присваивания типам собственных имен (синонимов), достигая при этом повышения наглядности программных текстов. Синоним имени типа вводится с ключевым словом typedef и строится как обычное объявление, но идентификаторы в деклараторах в этом случае интерпретируются как синонимы описанных типов. Синонимы имен типов принято записывать прописными буквами, чтобы отличать их от идентификаторов переменных. Ниже приведено несколько примеров объявления синонимов имен типов.

typedef struct { double re, im } COMPLEX; typedef int *PINT;

После таких объявлений синоним имени может использоваться как спецификатор типа:

COMPLEX ca, *pca; // переменная типа COMPLEX и указатель на COMPLEXPINT pi; // указатель на int

Приведенное выше описание структур и объединений в основном соответствует их построению в языке Си. В Си++ структуры и объединения являются частными случаями объектных типов данных. Дополнительные сведения об этом будут приведены при рассмотрении объектно-ориентированных средств Си++.

Операции и выражения

Несмотря на ограниченный набор базовых типов данных (целые и вещественные арифметические данные и строковые литералы) в языке Си++ определен обширный набор операций над данными, часть из которых непосредственно соответствует машинным командам. Как и во всех языках программирования, операции служат для построения выражений. Выражение представляет собой последовательность операндов и знаков операций и служит для вычисления некоторого значения.

В качестве операндов в выражении выступают идентификаторы переменных, константы, и строковые литералы, являющиеся первичными выражениями. Выражение, заключенное в круглые скобки, также рассматривается как первичное. Каждая операция предполагает использование определенных типов операндов (целых, вещественных, указателей). Операция присваивания в Си++ также является выражением, в связи с этим различаются операнды, которым можно присвоить новое значение и операнды, значение которых не может меняться. Чтобы операнду можно было присвоить значение, ему должна соответствовать область памяти и компилятору должен быть известен адрес этой памяти. Такие операнды называют L-выражениями (от английского left -левый), так как они могут быть записаны в левой части оператора присваивания.

Результат вычисления выражения зависит от приоритетов операций. В Си++ сложная система приоритетов операций, включающая 16 уровней. В таблице 2.1 приведен перечень операций Си++ с указанием их приоритетов, назначения и схемы записи.

Таблица 2.1

Приоритет	Знак операции	Назначение	Схема
1	: :	Доступ к глобальному имени или имени из другой области	: : идентификатор (глобальный) имя области : : имя_члена_структуры
1	->	Обращение к члену структуры по указателю на структуру	указатель -> имя_члена_структуры
1	.	Обращение к члену структуры по имени структуры	имя_структуры . имя_члена_структуры
1	[ ]	Обращение к элементу массива	указатель [ индекс ]
1	( )	Преобразование типа данного	имя_типа (выражение ) или (тип) выражение
1	( )	Вызов функции	функция(аргументы)
2	++	Автоувеличение	++ L-значение или L-значение++
2	--	Автоуменьшение	-- L-значение или L-значение--
2	~	Битовое инвертирование	~ целое_выражение
2	!	Логическое отрицание	! выражение
2	-	Одноместный минус	- выражение
2	+	Одноместный плюс	+ выражение
2	&	Получение адреса	& L-значение
2	*	Разыменование указателя	* указатель
2	new	Выделение динамической памяти	new тип данного
2	delete	Освобождение памяти	delete указатель
2	delete []	Освобождение памяти для массива	delete [] указатель
2	sizeof	Размер данного	sizeof выражение
2		Размер типа данного	sizeof (имя типа )
3	*	Умножение	выражение * выражение
3	/	Деление	выражение / выражение
3	%	Остаток от деления нацело	выражение % выражение
4	->*	Обращение к члену структуры по указателю	указатель_на_структуру ->* имя_члена_структуры-указателя
4	.*	Обращение к члену структуры по имени структуры	имя_структуры .* имя_члена_структуры-указателя
5	+	Сложение	выражение + выражение
5	-	Вычитание	выражение - выражение
6	<<	Сдвиг влево	целое_выражение << целое_выражение
6	>>	Сдвиг вправо	целое_выражение >> целое_выражение
7	<	Меньше	выражение < выражение
7	<=	Меньше или равно	выражение <= выражение
7	>	Больше	выражение > выражение
7	>=	Больше или равно	выражение >= выражение
8	==	Равно	выражение == выражение
8	!=	Не равно	выражение != выражение
9	&	Поразрядная конъюнкция	выражение & выражение
10	^	Отрицание равнозначности	выражение ^ выражение
11	\|	Поразрядная дизъюнкция	выражение \| выражение
12	&&	Логическое "И"	выражение && выражение
13	\| \|	Логическое "ИЛИ"	выражение \| \| выражение
14	? :	Условное выражение	выражение ? выражение1 : выражение2
15	=	Простое присваивание	выражение = выражение
15	@=	Составное присваивание, знак @ - один из знаков операций * / % + - << >> & ^ \|	выражение @= выражение
16	,	Операция следования	выражение , выражение

Рассмотрим особенности применения основных из перечисленных выше операций.

Операция ": :" (два двоеточия) применяется для уточнения имени объекта программы в случае, когда в этом месте программы известны два одинаковом имени, например, когда одно имя объявлено глобально, а другое в теле функции. Если имени предшествуют два двоеточия, то это глобальное имя.

Для обращения к членам структуры или объединения можно воспользоваться либо именем структурного данного, либо указателем на структурное данное. В первом случае полное имя члена структуры состоит из имени самой структуры и имени члена структуры, разделенных точкой. Во втором случае за именем указателя на структуру ставится знак -> (стрелка), а за ним имя члена структуры. Пусть в программе объявлен структурный тип AnyStruct, содержащий компоненту с именем member типа int и объявлены

AnyStruct s1; // Данное s1 типа AnyStruct

AnyStruct *ps1 = &s1; // Указатель на данное типа AnyStruct

Тогда к члену структуры member из s1 можно обратиться как к s1.member или как ps1->member.

Поскольку членом структуры может быть указатель, в Си++ имеются специальные операции разыменования такого указателя, операции .* и ->. Пусть одним из членов структуры AnyStruct является указатель pp1 на данное типа int. Тогда выражения s1.*pp1 и ps1->*pp1 обеспечат доступ к значению данного, на которое указывает pp1 из s1.

Выше отмечалось, что имя массива в Си/Си++ интерпретируется как указатель-константа на первый элемент массива. Для разыменования указателя, т.е. для доступа к данному по указателю на это данное служит операция * (звездочка). Следовательно, если в программе объявлен массив

int Array1 [ 10 ];

то выражение *Array1=0 служит для присвоения нулевого значения первому элементу массива. Чтобы обратиться к произвольному элементу массива, нужно указать индекс элемента, например, Array1 [3]. Это выражение эквивалентно выражению *(Array1 + 3), т.е. требуется сначала увеличить указатель Array1 на 3 единицы, а затем разыменовать полученный указатель. При сложении указателя на объект некоторого типа T с целым числом N значение указателя увеличивается на N, умноженное на длину данного типа T. Отметим, что индекс можно задавать не только для имен массивов, но и для любого типа указателя, кроме указателя на тип void:

int *pint = &Array[ 4 ]; pint [ 2 ] =1;

В этом примере указатель pint инициализирован адресом пятого элемента массива Array, а затем седьмому элементу этого массива присвоено значение 1.

В качестве индекса может задаваться любое выражение со значением целого типа.

Поскольку Си++ является типизированным языком, в нем определены явные и неявные преобразования типов данных. Неявные преобразования выполняются при двуместных арифметических операциях и операции присваивания и называются стандартными арифметическими преобразованиями. Эти преобразования выполняются в следующей последовательности:

- если один операнд имеет тип long double, другой операнд преобразуется в тип long double;

- иначе, если один операнд имеет тип double, другой операнд преобразуется в тип double;

- иначе, если один операнд имеет тип float, другой операнд преобразуется в тип float;

- иначе, если один операнд имеет тип unsigned long int, другой операнд преобразуется в тип unsigned long int;

- иначе, если один операнд имеет тип long int, >другой операнд преобразуется в тип long int;

- иначе, выполняются стандартные преобразования для целых, при этом типы char, short int и битовые поля типа int преобразуются в тип int, затем, если один операнд имеет больший размер (больший диапазон значений), чем другой операнд, то второй операнд преобразуется к типу операнда большего размера;

- в остальных случаях операнды имеют тип int.

Явное преобразование типов может быть задано в двух формах. Первая форма совместима с Си, в ней за именем типа в круглых скобках записывается преобразуемое значение, которое может быть первичным выражением или выражением с одноместной операцией. Имя типа в этом случае может быть представлено последовательностью описателей, например, (long int * ) pp определеяет преобразование некоторого данного pp в тип указателя на long int. Вторая форма преобразования типа записывается как вызов функции, при этом имя типа должно задаваться идентификатором, например, int (x ). Следует отметить, что результат явного преобразования не является L-значением.

Операции автоувеличения и автоуменьшения ( ++ и -- ) могут быть префиксными и постфиксными и вызывают увеличение (уменьшение) своего операнда на единицу, т.е. выражение ++x эквивалентно x = x +1, а --x эквивалентно x = x - 1. Префиксная операция выполняется до того, как ее операнд будет использован в вычислении выражения, а постфиксная операция выполняется после того, как ее операнд будет использован в выражении, например, в результате вычисления выражения

++x * 2 + y-- *3

переменная x сначала увеличивается на 1, а затем умножается на 2, переменная y сначала умножается на 3, затем уменьшается на 1. Если перед вычислением этого выражения x и y были равны 1, то результат выражения будет равен 5, кроме того переменная x получит значение 2, а переменная y - значение 0. Таким образом, операции автоувеличения и автоуменьшения всегда дают побочный эффект, изменяют значения своих операндов. Операнды этих операций должны быть L-значениями.

Операция ~ (тильда) применяется только к целому значению и заменяет все биты своего операнда со значением 0 на 1, а биты со значением 1 на 0.

Логическое отрицание (операция !) возвращает значение 0 целого типа, если операнд не равен нулю, или значение 1, если операнд равен нулю.

Операции "одноместный +" и "одноместный -" имеют обычный математический смысл, знак + не изменяет значения операнда, знак - меняет знак операнда на противоположный.

Для получения адреса операнда, являющегося L-значением, применяется операция & (амперсанд). Результатом этой операции будет указатель на соответствующий тип данного. Разыменование указателя, т.е. получение значения данного по указателю на него обеспечивается операцией * (звездочка). Результат операции разыменования является L-значением.

В Си++ определены операции размещения данных в динамической памяти и удаления динамических данных из памяти.

Операция new требует в качестве операнда имени типа и предназначена для размещения данного указанного типа в динамической памяти, результатом операции будет указатель на данное. При невозможности выделить память операция new возвращает значение NULL - предопределенную константу, имеющую нулевое значение практически во всех компиляторах Си и Си++. Память, выделяемую операцией new, можно инициализировать, указав за именем типа скалярного данного начальное значение в круглых скобках, задание начальных значений для агрегатов данных будет рассмотрено позже. Примеры применения операции new :

int *ip = new int; /* создание объекта типа int и получение указателя на него */int *ip2 = new int(2); // то же с установкой начального значения 2inr *intArray = new int [ 10 ]; // массив из 10 элементов типа intdouble **matr = new double [ m ] [ n ]; // матрица из m строк и n столбцов

Данное, размещенное в динамической памяти операцией new, удаляется из памяти операцией delete с операндом-указателем, значение которого получено операцией new, например,

delete intArray; delete ip2;

Операция delete только освобождает динамическую память, но не изменяет значение указателя-операнда. Программист должен помнить, что после освобождения памяти использовать этот указатель для обращения к данному нельзя.

Размер данного или типа данного в байтах можно получить по операции sizeof. Операнд может быть любого типа, кроме типа функции и битового поля. Если операндом является имя типа, оно должно заключаться в скобки. Возвращаемое значение имеет предопределенный тип size_t, это целый тип, размер которого определяется реализацией компилятора, обычно типу size_t соответствует unsigned int. Размер массива равен числу байт, занимаемых массивом в памяти, размер строкового литерала - это число знаков в литерале +1, т.е. завершающий нулевой байт учитывается при определении длины литерала. Значение, возвращаемое sizeof является константой.

Двуместные арифметические операции умножения ( * ), деления ( / ), получения остатка от деления нацело ( % ), сложения ( + ) и вычитания ( - ) имеют обычный смысл и обычный относительный приоритет. Если операнды арифметической операции имеют разные типы, предварительно выполняются стандартные арифметические преобразования и тип результата операции определяется общим типом операндов после стандартных преобразований. Следовательно, выражение 7/2 будет иметь значение 3 типа int, так как оба опернда имеют тип int, а выражение 7.0/2 даст результат 3.5 типа double, поскольку этот тип имеет первый операнд.

Операции отношения двух выражений (<, <=, >, >=) требуют операндов арифметического типа или же оба операнда должны быть указателями на одинаковый тип. В случае операндов арифметического типа вычисляются значения операндов, выполняются стандартные арифметические преобразования и возвращается 1 типа int, если отношение выполняется (истинно), или 0, если отношение не выполняется (ложно). Когда сравниваются два указателя, результат зависит от относительного размещения в памяти объектов, на которые ссылаются указатели. Операции сравнения ( == и != ) выполняются аналогичным образом, но имеют меньший приоритет.

Выражения отношений могут соединяться логическими связками && (конъюнкция, логическое умножение) и | | (дизъюнкция, логическое сложение). В общем случае операндами логических связок могут быть любые скалярные значения и операция && дает реззультат, равный 1 типа int, если оба операнда имеют ненулевые значения, а операция | | дает результат, равный 0, если значения обоих операндов нулевые. Применяется сокращенная форма вычисления значения логических связок, если в операции && первый операнд равен нулю, то второй операнд не вычисляется и возвращается 0, если в операции | | первый операнд не равен нулю, то второй операнд не вычисляется и возвращается значение 1.

Как уже отмечалось, присваивание, обозначаемое знаком = в Си/Си++ рассматривается как операция и возвращает значение, которое было присвоено левому операнду. Операция присваивания вычисляется справа налево, т.е. сначала вычисляется присваиваемое значение, затем выполняется присваивание. Это позволяет записывать выражения вида x = y = z = 1 для установки одинаковых значений нескольким переменным. Можно, хотя это и снижает наглядность программы, строить и выражения с побочным эффектом вида (x = 2) * (y = 3) + (z = 4 ). Результатом этого выражения будет 24, но одновременно переменные x, y и z получат новые значения.

Кроме простого присваивания имеется набор составных операций присваивания, в которых присваивание совмещается с указанной двуместной операцией. Запись x += y эквивалентна выражению x = x + y.

Для целых операндов определены операции сдвига влево и вправо. При выполнении операции e1 << e2 биты первого операнда сдвигаются влево на e1 разрядов и результат имеет тип первого операнда. Освобождающиеся правые разряды заполняются нулями. При сдвиге вправо ( e1 >> e2 ) если e1 имеет тип unsigned, освобождающиеся левые разряды заполняются нулями, а при e1 типа signed в освобождающихся левых разрядах повторяется знаковый разряд.

Над целыми операндами допустимы операции поразрядного логического умножения, логического сложения и исключающего или (отрицания равнозначности). В этих операциях операнды рассматриваются как последовательности битов и операция выполняется над каждой парой соответствующих разрядов из обоих операндов. Например, результатом выражения ( x >> ( p - n +1)) & ( ~(~0 << n )) будет выделение из целого беззнакового x n битов, начиная с бита с номером p, и сдвиг выделенных битов вправо, т.е. выделение n-разрядного целого, хранящегося в машинном слове x начиная с p-го разряда.

В Си/Си++ имеется конструкция, которая называется условным выражением. Условное выражение строится по схеме:

условие ? выражение1 : выражение2

В качестве условия может выступать любое скалярное выражение. Если результат вычисления условия ненулевой, то значением всего выражения будет выражение1, при нулевом значении условия значение всего выражения определяется выражением2. Второй и третий операнды условного выражения должны быть либо оба арифметического типа, либо однотипными структурами или объединениями, либо указателями одинакового типа, либо один из них - указатель на какой-либо тип, а другой операнд NULL или имеет тип void*. Выражение x > 0 ? 1 : 0 возвращает 1, если x больше 0, и 0 в противном случае.

Выражение может быть представлено последовательностью выражений, разделенных запятыми, в этом случае вычисляются все выражения слева направо и возвращается значение последнего выражения в списке. Например в результате вычисления выражения

x = 2, e * 3, x +1 будет получено значение 3 и попутно x получит значение 2. Результат умножения e * 3 никак не может быть использован.

2.5 Операторы Си++

Операторы - это синтаксические конструкции, определяющие действия, выполняемые программой. В Си/Си++ имеются следующие типы операторов: операторы-выражения, операторы выбора, операторы цикла и оператор перехода. Синтаксис некоторых операторов содержит выражения, играющие роль условий, в зависисмости от выполнения или невыполнения которых выбирается та или иная последовательность действий. Поскольку в Си нет булевых выражений, в качестве условий используются любые выражения, дающие скалярные значения, и условие считается выполненым, если это значение отлично от нуля, и невыполненным, если оно равно нулю. Несколько операторов могут быть объединены в составной оператор заключением их в фигурные (операторные) скобки. Признаком конца оператора ( кроме составного оператора) служит точка с запятой, являющаяся в этом случае частью оператора.

Перед любым оператором может быть записана метка в виде идентификатора, отделенного от помечаемого оператора двоеточием. Метка служит только для указания ее в операторе перехода.

Наиболее простым является оператор-выражение, представляющий собой полное выражение, закнчивающееся точкой с запятой, например,

x = 3; y = (x +1) * t; i++;

Выражение, оформленное как оператор, вычисляется, но его значение теряется и действие оператора-выражения состоит в побочных эффектах, сопровождающих вычисление, например, при выполнении операций присваивания, автоувеличения и автоуменьшения.

Операторы выбора в Си/Си++ представлены условным оператором и переключателем. Условный оператор аналогичен условным операторам других языков программирования и может использоваться в сокращенной и полной формах, которым соответствуют схемы:

if (выражение-условие) оператор

if (выражение-условие) оператор-1 else оператор-2

В сокращенной форме условного оператора вычисляется выражение-условие и, если его значение отлично от нуля, выполняется следующий за условием оператор, в противном случае не производится никаких действий.

В полной форме условного оператора при ненулевом значении выражения-условия выполняется оператор-1 с последующим переходом к следующему оператору программы, а при нулевом значении выражения условия выполняется оператор-2 с переходом к следующему оператору программы.

Переключатель позволяет выбрать одну из нескольких возможных ветвей высислений и строится по схеме:

switch (целое выражение) оператор.

Оператор в этом случае представляет собой тело переключателя, практически всегда является составным и имеет такой вид:

{case константа-1: операторы

case константа-2: операторы

default: операторы

};

Выполнение переключателя состоит в вычислении управляющего выражения и переходе к группе операторов, помеченных case-меткой, равной управляющему выражению, если такой case-метки нет, выполняются операторы по метке default. Пункт default может отсутствовать и тогда, если управляющему выражению не соответствуют ни одна case-метка, весь переключатель эквивалентен пустому оператору. Следует учитывать, что при выполнении переключателя происходит переход на оператора с выбранной case-меткой и дальше операторы выполняются в естественном порядке. Например, в переключателе

switch (count){case 1 : x=1;case 2 : x=2;case 3 : x=3;default : x=4;};

если значение count равно 1, то после перехода на case 1 будут выполнены все операторы, в результате x станет равным 4. Чтобы разделить ветви переключателя, в конце каждой ветви нужно записать оператор break, не имеющий операндов. По этому оператору происходит выход из переключателя к следующему оператору программы:

switch (count){case 1 : x = 1; break;case 2 : x = 2; break;case 3 : x = 3; break;default : x = 4;};

Функции

Любая программа на Си/Си++ содержит хотя бы одну функцию. Алгоритм решения любой задачи реализуется путем вызовов функций. Одна из функций считается главной и имеет фиксированное имя, эта функция вызывается операционной системой при запуске программы, а из нее могут вызываться другие функции. При работе в MS DOS главная функция имеет имя main.

Описание функции имеет общий синтаксис внешнего определения и отличается от описания переменного синтаксисом декларатора-инициализатора, который содержит идентификатор (имя ) функции и список параметров в круглых скобках. Тип функции - это тип значения, возвращаемого функцией. Функция может возвращать значение любого типа, кроме массива и функции, но допускается возвращать указатель на массив или указатель на функцию. Если функция не возвращает никакого значения, тип функции обозначается ключевым словом void.

В списке параметров указываются типы и имена параметров, передаваемых в функцию при ее вызове. Если функция не требует передачи ей аргументов, список параметров может быть пустым. Для совместимости с программами, написанными на Си, рекомендуется в качестве пустого списка параметров указывать ключевое слово void.

Полное описание функции содержит также тело функции, представляющее собой составной оператор. Составной оператор - это последовательность описаний внутренних данных и операторов, заключенная в фигурные скобки. Следует отметить, что в Си/Си++ описание функций не может быть вложенным, в теле функции нельзя объявить другую функцию.

Функция, возвращающая среднее арифметическое трех вещественных данных, может быть описана так:

double sred ( double x, double y, double z){ double s;s = x + y + z;return s / 3;};

Для вызова такой функции при условии, что предварительно объявлены переменные p, a, b, и c, можно записать оператор:

p = sred (a, b, c );

Очевидно, что функция должна быть описана до того, как встретится ее первый вызов. Это не всегда возможно, например, когда две функции вызывают друг друга. Когда программа состоит из нескольких файлов, полное описание функции должно присутствовать только в одном файле, но вызовы функции возможны из разных файлов программы. Чтобы разрешить подобные противоречия предусмотрены две формы описания функций, полная форма, называемая также определением функции, и сокращенная, называемая описанием прототипа функции или просто прототипом. Прототип функции содержит только заголовок функции и задает таким образом имя функции, тип возвращаемого значения и типы параметров. По этой информации при компиляции программного файла можно проверить правильность записи вызова функции и использования возвращаемого значения. В Си++ требуется, чтобы вызову любой функции предшествовало в том же файле либо полное определение функции либо описание ее прототипа.

Следует отметить ряд дополнительных возможностей описания функций в Си++:

- При описании прототипа функции можно не указывать имена параметров, достаточно указать их типы.

- Для части параметров функции можно задавать значение по умолчанию, что позволяет вызывать функцию с меньшим числом аргументов, чем предусмотрено описанием функции. Значение по умолчанию можно указывать только для последних параметров в списке. Например, функция sred могла бы быть описана так:

double sred ( double x, double y, double z = 0){ double s;s = x + y + z;return s / 3;};

К такой функции можно обращаться с двумя и с тремя аргументами.

- Функция может иметь переменное число параметров, для части параметров могут быть неизвестны их типы. Неизвестная часть списка параметров обозначается многоточием. Например, функция с прототипом

int varfunc ( int n, ... );

Имеет один обязательный параметр типа int и неопределенное число параметров неизвестных типов. Правильная интерпретация такого списка параметров в теле функции требует от программиста дополнительных усилий.

При вызове функции аргументы передаются в функцию по значениям. Это значит, что для каждого аргумента в памяти создается его копия, которая и используется при вычислении функции. Следовательно, любые изменения значений аргументов в теле функции теряются при выходе из функции. Если аргумент является массивом, в функцию передается указатель на начальный элемент массива и присваивания элементам массива в теле функции изменяют значения элементов массива аргумента.

В С++ с объявлением функции связывается так называемая сигнатура функции, определяемая типом возвращаемого значения и типами параметров. Это позволяет назначать функциям, имеющим аналогичное назначение, но использующим параметры разных типов, одинаковые имена. Например, наряду с приведенной выше функцией sred для вущественных аргументов, в той же программе может присутствовать функция

double sred ( int x, int y, int z = 0){int s;s = x + y + z;return s / 3;};

Функция, в теле которой отсутствуют операторы цикла и переключатели, может быть объявлена с дополнительным описателем inline. В точке вызова такой функции при компиляции просто вставляется тело функции с соответствующей заменой параметром на аргументы вызова. В результате экономится время на передачу параметров, переход на подпрограмму и организацию возврата в вызывающую программу. Функции с описателем inline называют встроенными, они реализуются как открытые продпрограммы. Типичный пример такой функции - определение наибольшего (наименьшего) из двух чисел:

inline int max ( int x1, int x2){return x1 > x2 ? x1 : x2 }

В системах программирования Turbo C++ и Borland C++ главная функция (функция main) может принимать три параметра, что позволяет вызывать Си-программы из командной строки DOS с передачей в программу необходимых аргументов. Стандартный прототип функции main имеет вид:

int main ( int argc, char *argv[ ], char *envp[ ] )

В конкретной программе можно объявлять функцию main без возвращаемого значения ( возвращающую тип void ), с использованием только двух первых параметров или вообще без параметров. Параметры argc и argv служат для передачи в программу аргументов в виде массива строк, argc содержит число элементов этого массива, а argv - это массив указателей на элементы массива, причем первый элемент массива, на который указывает argv [0], содержит имя программы (имя exe-файла программы), остальные элементы представляют собой аргументы из командной строки DOS. Параметр envp используется для доступа к элементам текущей среды DOS.

Объектно-ориентированный подход в программировании

Технологии программирования

Дата: 2019-05-29, просмотров: 143.

12 3 4 5 Следующая ⇒