Бьерн Страуструп. Язык программирования С Второе дополненное издание
 Скачать 2.87 Mb.
|
|
4.6.6 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 Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 112 пренебрегать. Если само имя играет важную семантическую роль, например, в таких операциях, как + , * и << ($$7.2), или для конструктора класса ($$5.2.4 и $$7.3.1), то такое удобство становится существенным фактором. При вызове функции с именем f транслятор должен разобраться, какую именно функцию f следует вызывать. Для этого сравниваются типы фактических параметров, указанные в вызове, с типами формальных параметров всех описаний функций с именем f. В результате вызывается та функция, у которой формальные параметры наилучшим образом сопоставились с параметрами вызова, или выдается ошибка если такой функции не нашлось. Например: void print(double); void print(long); void f() { print(1L); // print(long) print(1.0); // print(double) print(1); // ошибка, неоднозначность: что вызывать // print(long(1)) или print(double(1)) ? } Подробно правила сопоставления параметров описаны в $$R.13.2. Здесь достаточно привести их суть. Правила применяются в следующем порядке по убыванию их приоритета: [1] 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). [2] Сопоставление с использованием стандартных целочисленных преобразований, определенных в $$R.4.1 (т.е. char в int, short в int и их беззнаковых двойников в int), а также преобразований float в double. [3] Сопоставление с использованием стандартных преобразований, определенных в $$R.4 (например, int в double, derived* в base*, unsigned в int). [4] Сопоставление с использованием пользовательских преобразований ($$R.12.3). [5] Сопоставление с использованием эллипсиса ... в описании функции. Если найдены два сопоставления по самому приоритетному правилу, то вызов считается неоднозначным, а значит ошибочным. Эти правила сопоставления параметров работают с учетом правил преобразований числовых типов для С и С++. Пусть имеются такие описания функции print: void print(int); void print(const char*); void print(double); void print(long); void print(char); Тогда результаты следующих вызовов print() будут такими: void h(char c, int i, short s, float f) { print(c); // точное сопоставление: вызывается print(char) print(i); // точное сопоставление: вызывается print(int) print(s); // стандартное целочисленное преобразование: // вызывается print(int) print(f); // стандартное преобразование: // вызывается print(double) print('a'); // точное сопоставление: вызывается print(char) print(49); // точное сопоставление: вызывается print(int) print(0); // точное сопоставление: вызывается print(int) print("a"); // точное сопоставление: // вызывается print(const char*) } Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 113 Обращение print(0) приводит к вызову print(int), ведь 0 имеет тип int. Обращение print('a') приводит к вызову print(char), т.к. 'a' - типа char ($$R.2.5.2). 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 { 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) } 4.6.7 Стандартные значения параметров В общем случае у функции может быть больше параметров, чем в самых простых и наиболее часто используемых случаях. В частности, это свойственно функциям, строящим объекты (например, конструкторам, см. $$5.2.4). Для более гибкого использования этих функций иногда применяются необязательные параметры. Рассмотрим в качестве примера функцию печати целого числа. Вполне разумно применить в качестве необязательного параметра основание счисления печатаемого числа, хотя в большинстве случаев числа будут печататься как десятичные целые значения. Следующая функция void print (int value, int base =10); void F() { print(31); print(31,10); print(31,16); print(31,2); } напечатает такие числа: 31 31 1f 11111 Вместо стандартного значения параметра можно было бы использовать перегрузку функции print: void print(int value, int base); inline void print(int value) { print(value,10); } Однако в последнем варианте текст программы не столь явно демонстрирует желание иметь одну функцию print, но при этом обеспечить удобную и краткую форму записи. Тип стандартного параметра сверяется с типом указанного значения при трансляции описания функции, а значение этого параметра вычисляется в момент вызова функции. Задавать стандартное значение можно только для завершающих подряд идущих параметров: int f(int, int =0, char* =0); // нормально int g(int =0, int =0, char*); // ошибка int h(int =0, int, char* =0); // ошибка Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 114 Отметим, что в данном контексте наличие пробела между символами * и = весьма существенно, поскольку *= является операцией присваивания: int nasty(char*=0); // синтаксическая ошибка 4.6.8 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" (см. $$10.6). 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 { switch (argc) { case 1: error(0,argv[0],(char*)0); break; case 2: error(0,argv[0],argv[1],(char*)0); break; default: Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 115 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 /* 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. 4.6.9 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 Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 116 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 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) Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 117 /* 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 = 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 << '\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) Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 118 // 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 ($$R.13.3). Отметим, что неявное преобразование указателя на что-то в указатель типа void* не выполняется для параметра функции, вызываемой через указатель на нее. Поэтому функцию int cmp3(const mytype*, const mytype*); нельзя использовать в качестве параметра для sort(). Поступив иначе, мы нарушаем заданное в описании условие, что cmp3() должна вызываться с параметрами типа mytype*. Если вы специально хотите нарушить это условие, то должны использовать явное преобразование типа. 4.7 Макросредства Макросредства языка определяются в $$R.16. В С++ они 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 Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 119 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 ($$2.1.1), 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 |