Описания и константы

2.1 Описания

Имя (идентификатор) следует описать прежде, чем оно будет использоваться в программе на С++. Это означает, что нужно указать его тип, чтобы транслятор знал, к какого вида объектам относится имя. Ниже приведены несколько примеров, иллюстрирующих все разнообразие описаний:

char ch;
int count = 1;
char* name = "Njal";
struct complex { float re, im; };
complex cvar;
extern complex sqrt(complex);
extern int error_number;
typedef complex point;
float real(complex* p) { return p->re; };
const double pi = 3.1415926535897932385;
struct user;
template<class T> abs(T a) { return a<0 ? -a : a; }
enum beer { Carlsberg, Tuborg, Thor };

Из этих примеров видно, что роль описаний не сводится лишь к привязке типа к имени. Большинство указанных описаний одновременно являются определениями, т.е. они создают объект, на который ссылается имя. Для ch, count, name и cvar таким объектом является элемент памяти соответствующего размера. Этот элемент будет использоваться как переменная, и говорят, что для него отведена память. Для real подобным объектом будет заданная функция. Для константы pi объектом будет число 3.1415926535897932385. Для complex объектом будет новый тип. Для point объектом является тип complex, поэтому point становится синонимом complex. Следующие описания уже не являются определениями:

extern complex sqrt(complex);
extern int error_number;
struct user;

Это означает, что объекты, введенные ими, должны быть определены где-то в другом месте программы. Тело функции sqrt должно быть указано в каком-то другом описании. Память для переменной error_number типа int должна выделяться в результате другого описания error_number. Должно быть и какое-то другое описание типа user, из которого можно понять, что это за тип. В программе на языке С++ должно быть только одно определение каждого имени, но описаний может быть много. Однако все описания должны быть согласованы по типу вводимого в них объекта. Поэтому в приведенном ниже фрагменте содержатся две ошибки:

int count;
int count;            // ошибка: переопределение

extern int error_number;
extern short error_number; // ошибка: несоответствие типов

Зато в следующем фрагменте нет ни одной ошибки (об использовании extern ):

extern int error_number;
extern int error_number;

В некоторых описаниях указываются "значения" объектов, которые они определяют:

struct complex { float re, im; };
typedef complex point;
float real(complex* p) { return  p->re };
const double pi = 3.1415926535897932385;

Для типов, функций и констант "значение" остается неизменным; для данных, не являющихся константами, начальное значение может впоследствии изменяться:

int count = 1;
char* name = "Bjarne";
//...
count = 2;
name = "Marian";

Из всех определений только следующее не задает значения:

char ch;

Всякое описание, которое задает значение, является определением.

2.1.1 Область видимости

Описанием определяется область видимости имени. Это значит, что имя может использоваться только в определенной части текста программы. Если имя описано в функции (обычно его называют "локальным именем"), то область видимости имени простирается от точки описания до конца блока, в котором появилось это описание. Если имя не находится в описании функции или класса (его обычно называют "глобальным именем"), то область видимости простирается от точки описания до конца файла, в котором появилось это описание. Описание имени в блоке может скрывать описание в объемлющем блоке или глобальное имя; т.е. имя может быть переопределено так, что оно будет обозначать другой объект внутри блока. После выхода из блока прежнее значение имени (если оно было) восстанавливается. Приведем пример:

int x;            // глобальное x

void f()
{
    int x;        // локальное x скрывает глобальное x
    x = 1;        // присвоить локальному x
    {
        int x;    // скрывает первое локальное x
        x = 2;    // присвоить второму локальному x
    }
    x = 3;        // присвоить первому локальному x
}

int* p = &x;      // взять адрес глобального x

В больших программах не избежать переопределения имен. К сожалению, человек легко может проглядеть такое переопределение. Возникающие из-за этого ошибки найти непросто, возможно потому, что они достаточно редки. Следовательно, переопределение имен следует свести к минимуму. Если вы обозначаете глобальные переменные или локальные переменные в большой функции такими именами, как i или x, то сами напрашиваетесь на неприятности.

Есть возможность с помощью операции разрешения области видимости :: обратиться к скрытому глобальному имени, например:

int x;

void f2()
{
  int x = 1;   // скрывает глобальное x
  ::x = 2;        // присваивание глобальному x
}

Возможность использовать скрытое локальное имя отсутствует.

Область видимости имени начинается в точке его описания (по окончании описателя, но еще до начала инициализатора). Это означает, что имя можно использовать даже до того, как задано его начальное значение. Например:

int x;

void f3()
{
int x = x;    // ошибочное присваивание
}

Такое присваивание недопустимо и лишено смысла. Если вы попытаетесь транслировать эту программу, то получите предупреждение: "использование до задания значения". Вместе с тем, не применяя оператора ::, можно использовать одно и то же имя для обозначения двух различных объектов блока. Например:

int x = 11;

 void f4()         // извращенный пример
 {
   int y = x;   //  глобальное x
   int x = 22;
   y = x;       // локальное x
}

Переменная y инициализируется значением глобального x, т.е. 11, а затем ей присваивается значение локальной переменной x, т.е. 22. Имена формальных параметров функции считаются описанными в самом большом блоке функции, поэтому в описании ниже есть ошибка:

void f5(int x)
 {
  int x;       // ошибка
 }

Здесь x определено дважды в одной и той же области видимости. Это хотя и не слишком редкая, но довольно тонкая ошибка.

2.1.2 Объекты и адреса

Можно выделять память для "переменных", не имеющих имен, и использовать эти переменные. Возможно даже присваивание таким странно выглядящим "переменным", например, *p[a+10]=7. Следовательно, есть потребность именовать "нечто хранящееся в памяти". Можно привести подходящую цитату из справочного руководства: "Любой объект - это некоторая область памяти, а адресом называется выражение, ссылающееся на объект или функцию". Слову адрес ( lvalue - left value, т.е. величина слева) первоначально приписывался смысл "нечто, что может в присваивании стоять слева". Адрес может ссылаться и на константу. Адрес, который не был описан со спецификацией const, называется изменяемым адресом.

2.1.3 Время жизни объектов

Если только программист не вмешается явно, объект будет создан при появлении его определения и уничтожен, когда исчезнет из области видимости. Объекты с глобальными именами создаются, инициализируются (причем только один раз) и существуют до конца программы. Если локальные объекты описаны со служебным словом static, то они также существуют до конца программы. Инициализация их происходит, когда в первый раз управление "проходит через" описание этих объектов, например:

int a = 1;

void f()
{
  int b = 1;   // инициализируется при каждом вызове f()
  static int c = a;  // инициализируется только один раз
  cout << " a = " << a++
   << " b = " << b++
   << " c = " << c++ << '\n';
}

int main()
{
  while (a < 4) f();
}

Здесь программа выдаст такой результат:

a = 1 b = 1 c = 1
a = 2 b = 1 c = 2
a = 3 b = 1 c = 3

Из примеров этой лекции для краткости изложения исключена макрокоманда #include <iostream>. Она нужна лишь в тех из них, которые выдают результат.

Операция "++" является инкрементом, т. е. a++ означает: добавить 1 к переменной a.

Глобальная переменная или локальная переменная static, которая не была явно инициализирована, инициализируется неявно нулевым значением. Используя операции new и delete, программист может создавать объекты, временем жизни которых он управляет сам.