Однако обычно разумно предполагать, что в char могут храниться целые числа в диапазоне 0..127 (в нем всегда могут храниться символы машинного набора символов), что short и int имеют не менее 16 бит, что int имеет размер, соответствующий целой арифметике, и что long имеет по меньшей мере 24 бита. Предполагать что-либо помимо этого рискованно, и даже эти эмпирические правила применимы не везде. Таблицу характеристик аппаратного обеспечения для некоторых машин можно найти в #с. 2.6.
Беззнаковые (unsigned) целые типы идеально подходят для применений, в которых память рассматривается как массив битов. Использование unsigned вместо int с тем, чтобы получить еще один бит для представления положительных целых, почти никогда не оказывается хорошей идеей. Попытки гарантировать то, что некоторые значения положительны, посредством описания переменных как unsigned, обычно срываются из-за правил неявного преобразования. Например:
unsigned surprise = -1;
допустимо (но компилятор обязательно сделает предупреждение).
2.3.2 Неявное преобразование типа
Основные типы можно свободно сочетать в присваиваниях и выражениях. Везде, где это возможно, значения преобразуются так, чтобы информация не терялась. Точные правила можно найти в #с.6.6.
Существуют случаи, в которых информация может теряться или искажаться. Присваивание значения одного типа переменной другого типа, представление которого содержит меньшее число бит, неизбежно является источником неприятностей. Допустим, например, что следующая часть программы выполняется на машине с двоичным дополнительным представлением целых и 8-битовыми символами:
int i1 = 256+255; char ch = i1 // ch == 255 int i2 = ch; // i2 == ?
В присваивании ch=i1 теряется один бит (самый значимый!), и ch будет содержать двоичный код «все-единицы» (т.е. 8 единиц); при присваивании i2 это никак не может превратится в 511! Но каким же может быть значение i2? На DEC VAX, где char знаковое, ответ будет -1, на AT amp;T 3B-20, где char беззнаковые, ответ будет 255. В С++ нет динамического (т.е. действующего во время исполнения) механизма для разрешения такого рода проблем, а выяснение на стадии компиляции вообще очень сложно, поэтому программист должен быть внимателен.
2.3.3 Производные типы
Другие типы можно выводить из основных типов (и типов, определенных пользователем) посредством операций описания:
* указатель amp; ссылка [] вектор () функция
и механизма определения структур. Например:
int* a; float v[10]; char* p[20]; // вектор из 20 указателей на символ void f(int); struct str (* short length; char* p; *);
Правила построения типов с помощью этих операций подробно объясняются в #с.8.3-4. Основная идея состоит в том, что описание производного типа отражает его использование. Например:
int v[10]; // описывает вектор i = v[3]; // использует элемент вектора
int* p; // описывает указатель i = *p; // использует указываемый объект
Вся сложность понимания записи производных типов проистекает из того, что операции * и amp; префиксные, а операции [] () постфиксные, поэтому для формулировки типов в тех случаях, когда приоритеты операций создают затруднения, надо использовать скобки. Например, поскольку приоритет у [] выше, чем у *, то
int* v[10]; // вектор указателей int (*p)[10]; // указатель на вектор
Большинство людей просто помнят, как выглядят наиболее обычные типы.
Описание каждого имени, вводимого в программе, может оказаться утомительным, особенно если их типы одинаковы. Но можно описывать в одном описании несколько имен. В этом случае описание содержит вместо одного имени список имен, разделенных запятыми. Например, два имени можно описать так:
int x, y; // int x; int y;
При описании производных типов можно указать, что операции применяются только к отдельным именам (а не ко всем остальным именам в этом описании). Например:
int* p, y; // int* p; int y; НЕ int* y; int x, *p; // int x; int* p; int v[10], *p; // int v[10]; int* p;
Мнение автора таково, что подобные конструкции делают программу менее удобочитаемой, и их следует избегать.
2.3.4 Тип void
Тип void (пустой) синтаксически ведет себя как основной тип. Однако использовать его можно только как часть производного типа, объектов типа void не существует. Он используется для того, чтобы указать, что функция не возвращает значения, или как базовый тип для указателей на объекты неизвестного типа.
void f() // f не возвращает значение void* pv; // указатель на объект неизвестного типа
Переменной типа указатель на void (void *), можно присваивать указатель любого типа. На первый взгляд это может показаться не особенно полезным, поскольку void* нельзя разименовать, но именно это ограничение и делает тип void* полезным. Главным образом, он применяется для передачи указателей функциям, которые не позволяют сделать предположение о типе объекта, и для возврата из функций нетипизированных объектов. Чтобы использовать такой объект, необходимо применить явное преобразование типа. Подобные функции обычно находятся на самом нижнем уровне системы, там, где осуществляется работа с основными аппаратными ресурсами. Например:
void* allocate(int size); // выделить void deallocate(void*); // освободить
f() (* int* pi = (int*)allocate(10*sizeof(int)); char* pc = (char*)allocate(10); //... deallocate(pi); deallocate(pc); *)
2.3.5 Указатели
Для большинства типов T T* является типом арифметический указатель на T. То есть, в переменной типа T* может храниться адрес объекта типа T. Для указателей на вектора и указателей на функции вам, к сожалению, придется пользоваться более сложной записью:
int* pi; char** cpp; // указатель на указатель на char int (*vp)[10]; // указатель на вектор из 10 int'ов int (*fp)(char, char*); // указатель на функцию //получающую параметры(char, char*) // и возвращающую int
Основная операция над указателем – разыменование, то есть ссылка на объект, на который указывает указатель. Эта операция также называется косвенным обращением. Операция разыменования – это унарное * (префиксное). Например:
char c1 = 'a'; char* p = amp;c1; // в p хранится адрес c1 char c2 = *p; // c2 = 'a'
Переменная, на которую указывает p,– это c1, а значение, которое хранится в c1, это 'a', поэтому присваиваемое c2 значение *p есть 'a'.
Над указателями можно осуществлять некоторые арифметические действия. Вот, например, функция, подсчитывающая число символов в строке (не считая завершающего 0):
int strlen(char* p) (* int i = 0; while (*p++) i++; return i; *)
Другой способ найти длину состоит в том, чтобы сначала найти конец строки, а затем вычесть адрес начала строки из адреса ее конца:
int strlen(char* p) (* char* q = p; while (*q++) ; return q-p-1; *)
Очень полезными могут оказаться указатели на функции. Они обсуждаются в #4.6.7.
2.3.6 Вектора
Для типа T T[size] является типом «вектор из size элементов типа T». Элементы индексируются (нумеруются) от 0 до size-1. Например:
float v[3]; // вектор из трех float: v[0], v[1], v[2] int a[2][5]; // два вектора из пяти int char* vpc; // вектор из 32 указателей на символ
Цикл для печати целых значений букв нижнего регистра можно было бы написать так:
extern int strlen(char*);
char alpha[] = «abcdefghijklmnoprstuvwxyz»;
main()
(* int sz = strlen(alpha);
for (int i=0; i«sz; i++) (* char ch = alpha[i]; cout „„ "'" „« chr(ch) «« "'" «« " = " «« ch «« « = 0“ «« oct(ch) «« « = 0x“ «« hex(ch) «« «\n“; *) *)
Функция chr() возвращает представление небольшого целого в виде строки; например, chr(80) это "P" на машине, на которой используется набор символов ASCII. Функция oct() строит восьмеричное представление своего целого аргумента, а hex() строит шестнадцатеричное представление своего целого аргумента; chr() oct() и hex() описаны в «stream.h». Функция strlen() использовалась для подсчета числа символов в alpha; вместо этого можно было использовать значение размера alpha (#2.4.4). Если применяется набор символов ASCII, то выдача выглядит так:
'a' = 97 = 0141 = 0x61 'b' = 98 = 0142 = 0x62 'c' = 99 = 0143 = 0x63 ...
Заметим, что задавать размер вектора alpha необязательно. Компилятор считает число символов в символьной строке, указанной в качестве инициализатора. Использование строки как инициализатора для вектора символов – удобное, но к сожалению и единственное применение строк. Аналогичное этому присваивание строки вектору отсутствует. Например:
char v[9]; v = «строка»; // ошибка
ошибочно, поскольку присваивание не определено для векторов.
Конечно, для инициализации символьных массивов подходят не только строки. Для остальных типов нужно применять более сложную запись. Эту запись можно использовать и для символьных векторов. Например:
int v1[] = (* 1, 2, 3, 4 *); int v2[] = (* 'a', 'b', 'c', 'd' *);
char v3[] = (* 1, 2, 3, 4 *); char v4[] = (* 'a', 'b', 'c', 'd' *);
Заметьте, что v4 – вектор из четырех (а не пяти) символов; он не оканчивается нулем, как того требуют соглашение и библиотечные подпрограммы. Обычно применение такой записи ограничивается статическими объектами.
Многомерные массивы представляются как вектора векторов, и применение записи через запятую, как это делается в некоторых других языках, дает ошибку при компиляции, так как запятая (,) является операцией следования (см. #3.2.2). Попробуйте, например, сделать так:
int bad[5,2]; // ошибка
и так:
int v[5][2];
int bad = v[4,1]; // ошибка int good = v[4][1]; // ошибка
Описание
char v[2][5];
описывает вектор из двух элементов, каждый из которых является вектором типа char[5]. В следующем примере первый из этих векторов инициализируется первыми пятью буквами, а второй – первыми пятью цифрами.
char v[2][5] = (* 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', '0', '1', '2', '3', '4' *)
main() (* for (int i = 0; i«2; i++) (* for (int j = 0; j„5; j++) cout „„ „v[“ «« i «« «][“ «« j «« «]=“ «« chr(v[i][j]) «« " "; cout «« «\n“; *) *)
это дает в результате
v[0][0]=a v[0][1]=b v[0][2]=c v[0][3]=d v[0][4]=e v[1][0]=0 v[1][1]=1 v[1][2]=2 v[1][3]=3 v[1][4]=4
2.3.7 Указатели и вектора
Указатели и вектора в С++ связаны очень тесно. Имя вектора можно использовать как указатель на его первый элемент, поэтому пример с алфавитом можно было написать так:
char alpha[] = «abcdefghijklmnopqrstuvwxyz»; char* p = alpha; char ch;
while (ch = *p++) cout «„ chr(ch) „« " = " «« ch «« « = 0“ «« oct(ch) «« «\n“;
Описание p можно было также записать как
char* p = amp;alpha[0];
Эта эквивалентность широко используется в вызовах функций, в которых векторный параметр всегда передается как указатель на первый элемент вектора. Так, в примере
extern int strlen(char*); char v[] = «Annemarie»; char* p = v; strlen(p); strlen(v);
функции strlen в обоих вызовах передается одно и то же значение. Вся штука в том, что этого невозможно избежать; то есть не существует способа описать функцию так, чтобы вектор v в вызове функции копировался (#4.6.3). Результат применения к указателям арифметических операций +, -, ++ или – зависит от типа объекта, на который они указывают. Когда к указателю p типа T* применяется арифметическая операция, предполагается, что p указывает на элемент вектора объектов типа T; p+1 означает следующий элемент этого вектора, а p предыдущий элемент. Отсюда следует, что значение p+1 будет на sizeof(T) больше значения p. Например, выполнение
main() (* char cv[10]; int iv[10];
char* pc = cv; int* pi = iv;
cout «„ "char* " „« long(pc+1)-long(pc) «« «\n“; cout «« "int* " «« long(ic+1)-long(ic) «« «\n“; *)
дает
char* 1 int* 4
поскольку на моей машине каждый символ занимает один байт, а каждое целое занимает четыре байта. Перед вычитанием значения указателей преобразовывались к типу long с помощью явного преобразования типа (#3.2.5). Они преобразовывались к long, а не к «очевидному» int, поскольку есть машины, на которых указатель не влезет в int (то есть, sizeof(int)«sizeof(long) ).
Вычитание указателей определено только тогда, когда оба указателя указывают на элементы одного и того же вектора (хотя в языке нет способа удостовериться, что это так). Когда из одного указателя вычитается другой, результатом является число элементов вектора между этими указателями (целое число). Можно добавлять целое к указателю или вычитать целое из указателя; в обоих случаях результатом будет значение типа указателя. Если это значение не указывает на элемент того же вектора, на который указывал исходный указатель, то результат использования этого значения неопределён. Например:
int v1[10]; int v2[10];
int i = amp;v1[5]– amp;v1[3]; // 2 i = amp;v1[5]– amp;v2[3]; // результат неопределен
int* p = v2+2; // p == amp;v2[2] p = v2-2; // p неопределено
2.3.8 Структуры
Вектор есть совокупность элементов одного типа, struct является совокупностью элементов (практически) произвольных типов. Например:
struct address (* // почтовый адрес char* name; // имя «Jim Dandy» long number; // номер дома 61 char* street; // улица «South Street» char* town; // город «New Providence» char* state[2]; // штат 'N' 'J' int zip; // индекс 7974 *)
определяет новый тип, названный address (почтовый адрес), состоящий из пунктов, требующихся для того, чтобы послать кому-нибудь корреспонденцию (вообще говоря, address не является достаточным для работы с полным почтовым адресом, но в качестве примера достаточен). Обратите внимание на точку с запятой в конце; это одно из очень немногих мест в С++, где необходимо ставить точку с запятой после фигурной скобки, поэтому люди склонны забывать об этом.
Переменные типа address могут описываться точно также, как другие переменные, а доступ к отдельным членам получается с помощью операции . (точка). Например:
address jd; jd.name = «Jim Dandy»; jd.number = 61;
Запись, которая использовалась для инициализации векторов, можно применять и к переменным структурных типов. Например:
address jd = (* «Jim Dandy», 61, «South Street», «New Providence», (*'N','J'*), 7974 *);
Однако обычно лучше использовать конструктор (#5.2.4). Заметьте, что нельзя было бы инициализировать jd.state строкой «NJ». Строки оканчиваются символом '\0', поэтому в «NJ» три символа, то есть на один больше, чем влезет в jd.state.
К структурным объектам часто обращаются посредством указателей используя операцию -». Например:
void print_addr(address* p) (* cout «„ p-“name „„ „\n“ „„ p-“number „„ " " „„ p-“street „« «\n“ «« p-“town «« «\n“ «« chr(p-“state[0]) «« chr(p-“state[1]) «« " " «« p-“zip «« «\n“; *)
Объекты типа структура можно присваивать, передавать как параметры функции и возвращать из функции в качестве результата. Например:
address current;
address set_current(address next) (* address prev = current; current = next; return prev; *)
Остальные осмысленные операции, такие как сравнение (== и !=) не определены. Однако пользователь может определить эти операции, см. Главу 6. Размер объекта структурного типа нельзя вычислить просто как сумму его членов. Причина этого состоит в том, что многие машины требуют, чтобы объекты определенных типов выравнивались в памяти только по некоторым зависящим от архитектуры границам (типичный пример: целое должно быть выровнено по границе слова), или просто гораздо более эффективно обрабатывают такие объекты, если они выровнены в машине. Это приводит к «дырам» в структуре. Например, (на моей машине) sizeof(address) равен 24, а не 22, как можно было ожидать.
Заметьте, что имя типа становится доступным сразу после того, как оно встретилось, а не только после того, как полностью просмотрено все описание. Например:
struct link(* link* previous; link* successor; *)
Новые объекты структурного типа не могут быть описываться, пока все описание не просмотрено, поэтому