Язык программирования C Пятое издание
 Скачать 1.85 Mb.
|
Напишите и выполните соответствующую программу. Совпадает ли вывод с ожиданиями?// размеров типов unsigned short и int uival + lval; // преобразование зависит от соотношения // размеров типов unsigned int и long В первом выражении суммы символьная константа 'a' имеет тип char, являющийся числовым (см. раздел 2.1.1). Какое именно это значение, зависит от используемого машиной набора символов. На машине авторов, где установлен набор символов ASCII, символу 'a' соответствует число 97. При добавлении символа 'a' к значению типа long double значение типа char преобразуется в тип int, а затем в тип long double. Это преобразованное значение добавляется к литералу. Интересны также два последних случая, где происходит преобразование беззнаковых значений. Тип результата этих выражений зависит от конкретной машины. Упражнения раздела 4.11.1 Упражнение 4.34. С учетом определений переменных данного раздела объясните, какие преобразования имеют место в следующих выражениях: (a) if (fval) (b) dval = fval + ival; (c) dval + ival * cval; Помните, что возможно придется учитывать порядок операторов. Упражнение 4.35. С учетом определений char cval; int ival; unsigned int ui; float fval; double dval; укажите неявные преобразования типов, если таковые вообще имеются. (a) cval = 'a' + 3; (b) fval = ui - ival * 1.0; (с) dval = ui * fval; (d) cval = ival + fval + dval; 4.11.2. Другие неявные преобразования Кроме арифметических, существует еще несколько видов неявных преобразований, включая следующие. Преобразование массива в указатель . В большинстве выражений, когда используется массив, он автоматически преобразуется в указатель на свой первый элемент. int ia[10]; // Page 208/1103 Это преобразование не происходит при использовании массива в выражении decltype или в качестве операнда операторов обращения к адресу (&), sizeof или typeid (который рассматривается в разделе 19.2.2). Преобразование не происходит также при инициализации ссылки на массив (см. раздел 3.5.1). Подобное преобразование указателя происходит при использовании в выражении типа функции, как будет описано в разделе 6.7. Преобразование указателя . Существует несколько других преобразований указателя: постоянное целочисленное значение 0 и литерал nullptr могут быть преобразованы в указатель на любой тип; указатель на любой неконстантный тип может быть преобразован в void*, а указатель на любой тип может быть преобразован в const void*. Как будет продемонстрировано в разделе 15.2.2, существуют дополнительные преобразования указателя, относящиеся к типам, связанным наследованием. Преобразование в тип bool . Существует автоматическое преобразование арифметических типов и типов указателя в тип bool. Если указатель или арифметическое значение — нуль, преобразование возвращает значение false; любое другое значение возвращает true: char *cp = get_string(); if (cp) /* ... */ // true, если cp не нулевой указатель while (*cp) /* ... */ // true, если *cp не нулевой символ Преобразование в константу. Указатель на неконстантный тип можно преобразовать в указатель на соответствующий константный тип, то же относится и к ссылкам. Таким образом, если Т — тип, то указатель или ссылку на тип T можно преобразовать в указатель или ссылку на const Т (см. разделы 2.4.1 и 2.4.2). int i; const int &j = i; // преобразовать в ссылку на const int const int *p = &i; // преобразовать неконстантный адрес в константный int &r = j, *q = p; // ошибка: преобразование константы в не константу // недопустимо Обратное преобразование (устранение спецификатора const нижнего уровня) невозможно. Преобразование, определенное типами класса . Тип класса может сам определять преобразования, которые компилятор применит автоматически. Компилятор применяет Page 209/1103 В программах ранее уже использовались преобразования типов класса, когда символьная строка в стиле С использовалась там, где ожидался библиотечный тип string (см. раздел 3.5.5), а также при чтении из потока istream в условии. string s, t = "a value"; // с имвольный строковый литерал преобразован // в тип string while (cin >> s) // условие while преобразует cin в bool Условие (cin >> s) читает поток cin и возвращает его же как результат. Условия ожидают значение типа bool, но оно проверяет значение типа istream. Библиотека IO определяет преобразование из типа istream в bool. Это преобразование используется автоматически, чтобы преобразовать поток cin в тип bool. Результирующее значение типа bool зависит от состояния потока. Если последнее чтение успешно, то преобразование возвращает значение true. Если последняя попытка потерпела неудачу, то преобразование возвращает значение false. 4.11.3. Явные преобразования Иногда необходимо явно преобразовать объект в другой тип. Например, в следующем коде может понадобиться использование деления с плавающей точкой: int i, j; double slope = i/j; Для этого необходим способ явного преобразования переменных i и/или j в тип double. Для явного преобразования используется приведение (cast) типов. Хотя приведение время от времени необходимо, оно довольно опасно. Именованные операторы приведения Именованный оператор приведения имеет следующую форму: имя_приведения < тип >( выражение ); где Page 210/1103 Имя_приведения может быть одним из следующих: static_cast, dynamic_cast, const_cast и reinterpret_cast. Приведение dynamic_cast, обеспечивающее идентификацию типов времени выполнения, рассматривается в разделе 19.2. Имя_приведения определяет, какое преобразование осуществляется.Оператор static_cast Любое стандартное преобразование типов, кроме задействующего спецификатор const нижнего уровня, можно затребовать, используя оператор static_cast. Например, приведя тип одного из операндов к типу double, можно заставить выражение использовать деление с плавающей точкой: // приведение для вынужденного деления с плавающей точкой double slope = static_cast<double>(j) / i; Оператор static_cast зачастую полезен при присвоении значения большего арифметического типа переменной меньшего. Приведение сообщает и читателю программы, и компилятору, что мы знаем и не беспокоимся о возможной потере точности. При присвоении большего арифметического типа меньшему компиляторы зачастую выдают предупреждение. При явном приведении предупреждающее сообщение не выдается. Оператор static_cast полезен также при выполнении преобразований, которые компилятор не выполняет автоматически. Например, его можно использовать для получения значения указателя, сохраняемого в указателе void* (см. раздел 2.3.2): void* p = &d; // ok: адрес любого неконстантного объекта может // храниться в указателе void* // ok: преобразование void* назад в исходный тип указателя double *dp = static_cast<double*>(p); После сохранения адреса в указателе типа void* можно впоследствии использовать оператор static_cast и привести указатель к его исходному типу, что позволит сохранить значение указателя. Таким образом, результат приведения будет равен первоначальному значению адреса. Однако следует быть абсолютно уверенным в том, что тип, к которому приводится указатель, является фактическим типом этого указателя; при несоответствии типов результат непредсказуем. Оператор const_cast Оператор const_cast изменяет только спецификатор const нижнего уровня своего операнда (см. раздел 2.4.3): const char *pc; Page 211/1103 // указателя непредсказуема Принято говорить, что приведение, преобразующее константный объект в неконстантный, "сбрасывает const". При сбросе константности объекта компилятор больше не будет препятствовать записи в этот объект. Если объект первоначально не был константным, использование приведения для доступа на запись вполне допустимо. Но применение оператора const_cast для записи в первоначально константный объект непредсказуемо. Только оператор const_cast позволяет изменить константность выражения. Попытка изменить константность выражения при помощи любого другого именованного оператора приведения закончится ошибкой компиляции. Аналогично нельзя использовать оператор const_cast для изменения типа выражения: const char *cp; // ошибка: static_cast не может сбросить const char *q = static_cast<char*>(cp); static_cast<string>(cp); // ok: преобразует строковый литерал в строку const_cast<string>(cp); // ошибка: const_cast изменяет только // константность Оператор const_cast особенно полезен в контексте перегруженных функций, рассматриваемых в разделе 6.4. Оператор reinterpret_cast Оператор reinterpret_cast осуществляет низкоуровневую интерпретацию битовой схемы своих операндов. Рассмотрим, например, следующее приведение: int *ip; char *pc = reinterpret_cast<char*>(ip); Никогда не следует забывать, что фактическим объектом, на который указывает указатель pc, является целое число, а не символ. Любое использование указателя pc, подразумевающее, что это обычный символьный указатель, вероятно, потерпит неудачу во время выполнения. Например, следующий код, вероятней всего, приведет к непредвиденному поведению во время выполнения: string str(pc); Использование указателя pc для инициализации объекта типа string — хороший пример Page 212/1103 Компилятор не способен выяснить, что фактически это указатель на тип int. Таким образом, инициализация строки str при помощи указателя pc вполне правомерна, хотя в данном случае абсолютно бессмысленна, если не хуже! Отследить причину такой проблемы иногда чрезвычайно трудно, особенно если приведение указателя ip к pc происходит в одном файле, а использование указателя pc для инициализации объекта класса string — в другом. Оператор reinterpret_cast жестко зависит от конкретной машины. Чтобы безопасно использовать оператор reinterpret_cast, следует хорошо понимать, как именно реализованы используемые типы, а также то, как компилятор осуществляет приведение. Приведение типов в старом стиле В ранних версиях языка С++ явное приведение имело одну из следующих двух форм: тип ( выражение ); // форма записи приведения в стиле функции ( тип ) выражение ; // форма записи приведения в стиле языка С В зависимости от используемых типов, приведение старого стиля срабатывает аналогично операторам const_cast, static_cast или reinterpret_cast. В случаях, где используются операторы static_cast или const_cast, приведение типов в старом стиле позволяет осуществить аналогичное преобразование, что и соответствующий именованный оператор приведения. Но если ни один из подходов не допустим, то приведение старого стиля срабатывает аналогично оператору reinterpret_cast. Например, используя форму записи старого стиля, можно получить тот же результат, что и с использованием reinterpret_cast. char *pc = (char*) ip; // ip указатель на тип int Совет. Избегайте приведения типов Приведение нарушает обычный порядок контроля соответствия типов (см. раздел 2.2), поэтому авторы настоятельно рекомендуют избегать приведения типов. Это особенно справедливо для оператора reinterpret_cast. Такие приведения всегда опасны. Операторы const_cast могут быть весьма полезны в контексте перегруженных функций, рассматриваемых в разделе 6.4. Использование оператора const_cast зачастую свидетельствует о плохом проекте. Другие операторы приведения, static_cast и dynamic_cast, должны быть необходимы нечасто. При каждом применении приведения имеет смысл хорошо подумать, а нельзя ли получить тот же результат другим способом. Если приведение все же неизбежно, имеет смысл принять меры, позволяющие снизить вероятность возникновения ошибки, т.е. ограничить область видимости, в которой используется приведенное значение, а также хорошо документировать все подобные случаи. Приведения старого стиля менее очевидны, чем именованные операторы приведения. Page 213/1103 Освобождение массива delete[] выражение 12.1.2 П noexcept Способность к передаче noexcept( выражение ) 18.1.4 Л ->* Указатель на член класса указатель ->* указатель_на_член 19.4.1 Л .* Указатель на член класса объект .* указатель_на_член 19.4.1 Л * Умножение выражение * выражение 4.2 Л / Деление выражение / Page 215/1103 Page 216/1103 Передача исключения throw выражение 4.6.1 Л , Запятая выражение, выражение 4.10 Резюме Язык С++ предоставляет богатый набор операторов и определяет их назначение, когда они относятся к значениям встроенных типов. Кроме того, язык поддерживает перегрузку операторов, позволяющую самостоятельно определять назначение операторов для типов класса. Определение операторов для собственных типов рассматривается в главе 14. Чтобы разобраться в составных выражениях (содержащих несколько операторов), необходимо выяснить приоритет и порядок обработки операндов. Каждый оператор имеет приоритет и порядок. Приоритет определяет группировку операторов в составном выражении, а порядок определяет группировку операторов с одинаковым уровнем приоритета. Для большинства операторов порядок выполнения операндов не определен, компилятор выбирает сам, какой операнд обработать сначала — левый или правый. Зачастую порядок вычисления результатов операндов никак не влияет на результат выражения. Но если оба операнда обращаются к одному объекту, причем один из них изменяет объект, то порядок выполнения становится весьма важен, а связанные с ним серьезные ошибки обнаружить крайне сложно. И наконец, компилятор зачастую сам преобразует тип операндов в другой связанный тип. Например, малые целочисленные типы преобразуются в больший целочисленный тип каждого выражения. Преобразования существуют и для встроенных типов, и для классов. Преобразования могут быть также осуществлены явно, при помощи приведения. Термины L-значение (l-value). Выражение, возвращающее объект или функцию. Неконстантное l-значение обозначает объект, который может быть левым операндом оператора присвоения. R-значение (r-value). Выражение, возвращающее значение, но не ассоциированную с ним область, если таковое значение вообще имеется. Арифметическое преобразование (arithmetic conversion). Преобразование одного арифметического типа в другой. В контексте парных арифметических операторов Page 217/1103 Выражение (expression). Самый низкий уровень вычислений в программе на языке С++. Как правило, выражения состоят из одного или нескольких операторов. Каждое выражение возвращает результат. Выражения могут использоваться в качестве операндов, что позволяет создавать составные выражения, которым для вычисления собственного результата нужны результаты других выражений, являющихся его операндами. Вычисление по сокращенной схеме (short-circuit evaluation). Термин, описывающий способ выполнения операторов логического AND и OR. Если первого операнда этих операторов достаточно для определения общего результата, то остальные операнды не рассматриваются и не вычисляются. Неявное преобразование (implicit conversion). Преобразование, которое осуществляется компилятором автоматически. Такое преобразование осуществляется в случае, когда оператор получает значение, тип которого отличается от необходимого. Компилятор автоматически преобразует операнд в необходимый тип, если соответствующее преобразование определено. Операнд (operand). Значение, с которым работает выражение. У каждого оператора есть один или несколько операндов Оператор --. Оператор декремента. Имеет две формы, префиксную и постфиксную. Префиксный оператор декремента возвращает l-значение. Он вычитает единицу из значения операнда и возвращает полученное значение. Постфиксный оператор декремента возвращает r-значение. Он вычитает единицу из значения операнда, но возвращает исходное, неизмененное значение. Примечание: итераторы имеют оператор -- даже если у них нет оператора -. Оператор !. Оператор логического NOT. Возвращает инверсное значение своего операнда типа bool. Результат true, если операнд false, и наоборот. Оператор &. Побитовый оператор AND. Создает новое целочисленное значение, в котором каждая битовая позиция имеет значение 1, если оба операнда в этой позиции имеют значение 1. В противном случае бит получает значение 0. Оператор &&. Оператор логического AND. Возвращает значение true, если оба операнда истинны. Правый операнд обрабатывается, только если левый операнд истинен. Оператор ,. Оператор запятая. Бинарный оператор, обрабатывающийся слева направо. Результатом оператора запятая является значение справа. Результат является l-значением, только если его операнд — l-значение. Оператор ?:. Условный оператор. Сокращенная форма конструкции if...else следующего вида: условие ? выражение1 : выражение2 . Если условие истинно (значение true) выполняется Page 218/1103 Выполняется только одно из выражений. Оператор ^. Побитовый оператор XOR. Создает новое целочисленное значение, в котором каждая битовая позиция имеет значение 1, если любой (но не оба) из операндов содержит значение 1 в этой битовой позиции. В противном случае бит получает значение 0. Оператор |. Побитовый оператор OR. Создает новое целочисленное значение, в котором каждая битовая позиция имеет значение 1, если любой из операндов содержит значение 1 в этой битовой позиции. В противном случае бит получает значение 0. Оператор ||. Оператор логического OR. Возвращает значение true, если любой из операндов истинен. Правый операнд обрабатывается, только если левый операнд ложен. Оператор . Побитовый оператор NOT. Инвертирует биты своего операнда. Оператор ++. Оператор инкремента. Оператор инкремента имеет две формы, префиксную и постфиксную. Префиксный оператор инкремента возвращает l-значение. Он добавляет единицу к значению операнда и возвращает полученное значение. Постфиксный оператор инкремента возвращает r-значение. Он добавляет единицу к значению операнда, но возвращает исходное, неизмененное значение. Примечание: итераторы имеют оператор ++, даже если у них нет оператора +. Оператор <<. Оператор сдвига влево. Сдвигает биты левого операнда влево. Количество позиций, на которое осуществляется сдвиг, задает правый операнд. Правый операнд должен быть нулем или положительным значением, ни в коем случае не превосходящим количества битов в левом операнде. Левый операнд должен быть беззнаковым; если левый операнд будет иметь знаковый тип, то сдвиг бита знака приведет к непредсказуемому результату. Оператор >>. Оператор сдвига вправо. Аналогичен оператору сдвига влево, за исключением направления перемещения битов. Правый операнд должен быть нулем или положительным значением, ни в коем случае не превосходящим количества битов в левом операнде. Левый операнд должен быть беззнаковым; если левый операнд будет иметь знаковый тип, то сдвиг бита знака приведет к непредсказуемому результату. Оператор const_cast. Применяется при преобразовании объекта со спецификатором const нижнего уровня в соответствующий неконстантный тип, и наоборот. Оператор dynamic_cast. Используется в комбинации с наследованием и идентификацией типов во время выполнения. См . раздел 19.2. Оператор reinterpret_cast. Интерпретирует содержимое операнда как другой тип. Очень опасен и жестко зависит от машины. Оператор sizeof. Возвращает размер в байтах объекта, указанного по имени типа, или типа переданного выражения. Оператор static_cast. Запрос на явное преобразование типов, которое компилятор осуществил бы неявно. Зачастую используется для переопределения неявного преобразования, которое в противном случае выполнил бы компилятор. Page 219/1103 поддерживаемые языком С++, рассматриваются более подробно. Операторы (statement) выполняются последовательно. За исключением самых простых программ последовательного выполнения недостаточно. Поэтому язык С++ определяет также набор операторов управления потоком (flow of control), обеспечивающих более сложные пути выполнения кода. 5.1. Простые операторы Большинство операторов в языке С++ заканчиваются точкой с запятой. Выражение типа ival + 5 становится оператором выражения (expression statement), завершающимся точкой с запятой. Операторы выражения составляют вычисляемую часть выражения. ival + 5; // оператор выражения (хоть и бесполезный) cout << ival; // оператор выражения Первое выражение бесполезно: результат вычисляется, но не присваивается, а следовательно, никак не используется. Как правило, выражения содержат операторы, результат вычисления которых влияет на состояние программы. К таким операторам относятся присвоение, инкремент, ввод и вывод. Пустые операторы Самая простая форма оператора — это пустой (empty), или нулевой, оператор (null statement). Он представляет собой одиночный символ точки с запятой (;). ; // пустой оператор Пустой оператор используется в случае, когда синтаксис языка требует наличия оператора, а логика программы — нет. Как правило, это происходит в случае, когда вся работа цикла осуществляется в его условии. Например, можно организовать ввод, игнорируя все прочитанные данные, пока не встретится определенное значение: // читать, пока не встретится конец файла или значение, // равное содержимому переменной sought Page 221/1103 ; // пустой оператор В условии значение считывается со стандартного устройства ввода, и объект cin неявно проверяется на успешность чтения. Если чтение прошло успешно, во второй части условия проверяется, не равно ли полученное значение содержимому переменной sought. Если искомое значение найдено, цикл while завершается, в противном случае его условие проверяется снова, начиная с чтения следующего значения из объекта cin. Случаи применения пустого оператора следует комментировать, чтобы любой, кто читает код, мог сразу понять, что оператор пропущен преднамеренно. Остерегайтесь пропущенных и лишних точек с запятой Поскольку пустой оператор является вполне допустимым, он может располагаться везде, где ожидается оператор. Поэтому лишний символ точки с запятой, который может показаться явно недопустимым, на самом деле является не более, чем пустым оператором. Приведенный ниже фрагмент кода содержит два оператора: оператор выражения и пустой оператор. ival = v1 + v2;; // ok: вторая точка с запятой - это лишний // пустой оператор Хотя ненужный пустой оператор зачастую безопасен, дополнительная точка с запятой после условия цикла while или оператора if может решительно изменить поведение кода. Например, следующий цикл будет выполняться бесконечно: // катастрофа: лишняя точка с запятой превратила тело цикла // в пустой оператор while (iter != svec.end()) ; // тело цикла while пусто! ++iter; // инкремент не является частью цикла Несмотря на отступ, выражение с оператором инкремента не является частью цикла. Тело цикла — это пустой оператор, обозначенный символом точки с запятой непосредственно после условия. Лишний пустой оператор не всегда безопасен. Составные операторы (блоки) Составной оператор (compound statement), обычно называемый Page 222/1103 2.2.4). Объявленные в блоке имена доступны только в данном блоке и блоках, вложенных в него. Как обычно, имя видимо только с того момента, когда оно определено, и до конца блока включительно. Составные операторы применяются в случае, когда язык требует одного оператора, а логика программы нескольких. Например, тело цикла while или for составляет один оператор. Но в теле цикла зачастую необходимо выполнить несколько операторов. Заключив необходимые операторы в фигурные скобки, можно получить блок, рассматриваемый как единый оператор. Для примера вернемся к циклу while из кода в разделе 1.4.1. while (val <= 10) { sum += val; // присвоить sum сумму val и sum ++val; // добавить 1 к val } Логика программы нуждалась в двух операторах, но цикл while способен содержать только один оператор. Заключив эти операторы в фигурные скобки, получаем один (составной) оператор. Блок не завершают точкой с запятой. Как и в случае с пустым оператором, вполне можно создать пустой блок. Для этого используется пара фигурных скобок без операторов: while (cin >> s && s != sought) { } // пустой блок Упражнения раздела 5.1 |