Локальная область видимости – это часть исходного текста программы, содержащаяся в определении функции (или блоке внутри тела функции). Все функции имеют свои локальные области видимости. Каждая составная инструкция (или блок) внутри функции также представляет собой отдельную локальную область. Такие области могут быть вложенными. Например, следующее определение функции содержит два их уровня (функция выполняет двоичный поиск в отсортированном векторе целых чисел):
const int notFound = -1; // глобальная область видимости
int binSearch(const vector<int> &vec, int val)
{ // локальная область видимости: уровень #1
int low = 0;
int high = vec.size() - 1;
while (low <= high)
{ // локальная область видимости: уровень #2
int mid = (low + high) / 2;
if (val < vec[ mid ])
high = mid - 1;
else low = mid + 1;
}
return notFound; // локальная область видимости: уровень #1
}
Первая локальная область видимости – тело функции binSearch(). В ней объявлены параметры функции vec и val, а также переменные low и high. Цикл while внутри функции задает вложенную локальную область, в которой определена одна переменная mid. Параметры vec и val и переменные low и high видны во вложенной области. Глобальная область видимости включает в себя обе локальных. В ней определена одна целая константа notFound. Имена параметров функции vec и val принадлежат к первой локальной области видимости тела функции, и в ней использовать те же имена для других сущностей нельзя. Например:
int binSearch(const vector<int> &vec, int val)
{ // локальная область видимости: уровень #1
int val; // ошибка: неверное переопределение val
//...
Имена параметров употребляются как внутри тела функции binSearch(), так и внутри вложенной области видимости цикла while. Параметры vec и val недоступны вне тела функции binSearch(). Разрешение имени в локальной области видимости происходит следующим образом: просматривается та область, где оно встретилось. Если объявление найдено, имя разрешено. Если нет, просматривается область видимости, включающая текущую. Этот процесс продолжается до тех пор, пока объявление не будет найдено либо не будет достигнута глобальная область видимости. Если и там имени нет, оно будет считаться ошибочным. Из-за порядка просмотра областей видимости в процессе разрешения имен объявление из внешней области может быть скрыто объявлением того же имени во вложенной области. Если бы в предыдущем примере переменная low была объявлена в глобальной области видимости перед определением функции binSearch(), то использование low в локальной области видимости цикла while все равно относилось бы к локальному объявлению, скрывающему глобальное:
int low;
int binSearch(const vector<int> &vec, int val)
{
// локальное объявление low
// скрывает глобальное объявление
int low = 0;
//...
// low - локальная переменная
while (low <= high)
{//...
}
//...
}
Для некоторых инструкций языка C++ разрешено объявлять переменные внутри управляющей части. Например, в цикле for переменную можно определить внутри инструкции инициализации:
for (int index = 0; index < vecSize; ++index)
{
// переменная index видна только здесь
if (vec[ index ] == someValue)
break;
}
// ошибка: переменная index не видна
if (index!= vecSize) // элемент найден
Подобные переменные видны только в локальной области самого цикла for и вложенных в него (это верно для стандарта С++, в предыдущих версиях языка поведение было иным). Компилятор рассматривает это объявление так же, как если бы оно было записано в виде:
// представление компилятора
{ // невидимый блок
int index = 0;
for (; index < vecSize; ++index)
{
//...
}
}
Тем самым программисту запрещается применять управляющую переменную вне локальной области видимости цикла. Если нужно проверить index, чтобы определить, было ли найдено значение, то данный фрагмент кода следует переписать так:
int index = 0;
for (; index < vecSize; ++index)
{
//...
}
// правильно: переменная index видна
if (index!= vecSize) // элемент найден
Поскольку переменная, объявленная в инструкции инициализации цикла for, является локальной для цикла, то же самое имя допустимо использовать аналогичным образом и в других циклах, расположенных в данной локальной области видимости:
void fooBar(int *ia, int sz)
{
for (int i=0; i<sz; ++i)... // правильно
for (int i=0; i<sz; ++i)... // правильно, другое i
for (int i=0; i<sz; ++i)... // правильно, другое i
}
Аналогично переменная может быть объявлена внутри условия инструкций if и switch, а также внутри условия циклов while и for. Например:
Переменные, определенные в условии инструкции if, как переменная pi, видны только внутри if и соответствующей части else, а также во вложенных областях. Значением условия является значение этой переменной, которое она получает в результате инициализации. Если pi равна 0 (нулевой указатель), условие ложно и выполняется ветвь else. Если pi инициализируется любым другим значением, условие истинно и выполняется ветвь if. (Инструкции if, switch, for и while рассматривались в главе 5.)
19. Автоматические, регистровые и статические переменные.
Классы памяти языка Си дают возможность определить, с какими функциями связаны какие переменные, и как долго переменная сохраняется в программе. Мы уже упоминали, что локальные переменные известны только функциям, содержащим их. В языке Си предполагается также, что о глобальных переменных знают сразу несколько функций
Каждая переменная имеет тип и принадлежит к некоторому классу памяти. Время жизни и область действия идентификатора определяются ассоциированным с ним классом памяти. Существуют четыре разновидности классов памяти:
auto - автоматический - локальные идентификаторы, память для которых выделяется при входе в блок, т.е. составной оператор, и освобождается при выходе из блока. Слово auto является сокращением слова automatic.
static - статический - локальные идентификаторы, существующие в процессе всех выполнений блока. В отличие от идентификаторов типа auto, для идентификаторов типа static память выделяется только один раз - в начале выполнения программы, и они существуют, пока программа выполняется.
extern - внешний - идентификаторы, называемые внешними, external, используются для связи между функциями, в том числе независимо скомпилированными функциями, которые могут находиться в различных файлах. Память, ассоциированная с этими идентификаторами, является постоянной, однако ее содержимое может меняться. Эти идентификаторы описываются вне функции.
register - регистровый - идентификаторы, подобные идентификаторам типа auto. Их значения, если это возможно, должны помещаться в регистрах машины для обеспечения быстрого доступа к данным.
Если класс памяти идентификатора не указан явно, то его класс памяти задается положением его определения в тексте программы. Если идентификатор определяется внутри функции, тогда его класс памяти auto, в остальных случаях идентификатор имеет класс памяти extern.
Предположим, что имеется программа на языке Си, исходный текст которой содержится в нескольких файлах. Для разделения данных (для связи) в функциях в этих файлах используются идентификаторы, определенные как extern. Если функция ссылается на внешний идентификатор, то файл, содержащий его, должен иметь описание или определение этого идентификатора. Явное задание класса памяти extern указывает на то, что этот идентификатор определен в другом файле, и здесь ему память не выделяется, а его описание дано лишь для проверки типа и для генерации кода.
!
При описании внешних массивов максимальное значение первого индекса массива указывать нет необходимости. Оно будет получено из соответствующего определения, что создает дополнительные удобства для пользователя.
Для внешнего идентификатора память выделяется только в том случае, если класс памяти не указан явно.
!
Явное указание памяти extern является отличительным признаком внешнего описания от внешнего определения.
Хотя описание внешнего идентификатора может встретиться во многих файлах, только один файл должен содержать определение внешнего идентификатора. Область действия внешних идентификаторов не ограничивается файлом, содержащим их определения, а включает также файлы с соответствующими описаниями, с классом памяти extern.
Определение класса памяти переменной зависит от того, где переменная описана и какое ключевое слово, если оно есть, используется.
^ Класс памяти позволяет установить два факта. Во-первых, определить, какие функции имеют доступ к переменной. Пределы, до которых переменная доступна, характеризуют ее область действия. Во-вторых, определить, как долго переменная находится в памяти. Теперь подробнее рассмотрим свойства каждого типа.
Автоматические переменные
По умолчанию переменные, описанные внутри функции, являются автоматическими. Можно, однако, это подчеркнуть явно с помощью ключевого слова auto:
main()
{
auto int kat;
}
Так поступают, если хотят, например, показать, что определение переменной не нужно искать вне функции.
Автоматические переменные имеют локальную область действия. Только функция, в которой переменная определена, знает ее. Другие функции могут использовать переменные с тем же самым именем, но это будут независимые переменные, находящиеся в разных ячейках памяти.
Автоматическая переменная начинает существовать при вызове функции, содержащей ее. Когда функция завершает свою работу и возвращает управление туда, откуда ее вызвали, автоматическая переменная исчезает. Область действия автоматической переменной ограничена блоком, т.е. { }, в котором переменная описана.
!
Мы всегда должны описывать наши переменные в начале тела функции (блока). Областью действия их является вся функция. Можно описать переменную внутри подблока. Тогда переменная будет известна только в этой части функции, однако этого лучше не делать. Это дурной стиль программирования!
Внешние переменные
Переменная, описанная вне функции, является внешней.
Глобальные переменные определяются на том же уровне, что и функции, т.е. они не локальны ни в каком блоке. Постоянные глобальные переменные инициализируются нулем, если явно не задано другое начальное значение. Областью действия является вся программа. Они должны быть описаны во всех файлах программы, в которых к ним есть обращения. Некоторые компиляторы требуют, чтобы глобальные переменные были определены только в одном файле, и описаны как внешние в других файлах, где они используются. Глобальные переменные должны быть описаны в файле до первого использования.
Пример:
int global_flag;
Внешнюю переменную можно описать и в функции, которая использует ее, при помощи ключевого слова extern. Группу extern-описаний можно совсем опустить, если исходные определения переменных появляются в том же файле и перед функцией, которая их использует. Включение ключевого слова extern позволяет функции использовать внешнюю переменную, даже если она определяется позже в этом или другом файле. Оба файла должны быть скомпилированы, связаны или собраны в одно и то же время.
Если слово extern не включено в описание внутри функции, то под этим именем создается новая автоматическая переменная. Мы можем пометить вторую переменную как автоматическую с помощью слова auto.
^ Статические переменные
Статические здесь означает, что переменные остаются в работе. Они имеют такую же область действия, как автоматические переменные, но они не исчезают, когда содержащая их функция закончит свою работу. Компилятор хранит их значения от одного вызова функции до другого.
Пример:
/* Статическая переменная */
main()
{
int count
for(count = 1;count <= 3; count ++)
{
printf("Подсчет студентов %d:\n", count);
man_woman ();
}
}
man_woman()
{
int man = 1;
static int woman = 1;
printf("юношей = %d и девушек = %d\n",
man++, woman++);
}
Функция man_woman увеличивает каждую переменную после печати ее значения. Работа этой программы дает следующие результаты:
Подсчет студентов 1:
юношей = 1 и девушек = 1
Подсчет студентов 2:
юношей = 1 и девушек = 2
Подсчет студентов 3:
юношей = 1 и девушек = 3
Статическая переменная woman помнит, что ее значение было увеличено на 1, в то время как для переменной man начальное значение устанавливается каждый раз заново. Это указывает на разницу в инициализации: man инициализируется каждый раз, когда вызывается man_woman (), в то время как woman инициализируется только один раз при компиляции функции man_woman ().
^ Внешние статические переменные
Можно описать статические переменные вне любой функции. Это создает внешнюю статическую переменную. Разница между внешней переменной и внешней статической переменной заключается в области их действия. Обычная внешняя переменная может использоваться функциями в любом файле, а внешняя статическая переменная может использоваться только функциями того же самого файла, причем после определения переменной. Статическую переменную мы описываем вне любой функции.
^ Регистровые переменные
Обычно переменные хранятся в памяти машины. Регистровые переменные запоминаются в регистрах центрального процессора, где доступ к ним и работа с ними выполняются гораздо быстрее, чем в памяти. В остальном регистровые переменные аналогичны автоматическим переменным.
Пример)
{
r int pleat;
Компилятор сравнивает наши требования с количеством доступных регистров, поэтому мы можем и не получить то, что хотим. В этом случае переменная становится простой автоматической переменной.
^ Особенности работы с языком Си. Какой класс памяти применять? Ответ на вопрос - автоматический. Этот класс памяти выбран по умолчанию. Использование внешних переменных очень соблазнительно. Если описать все переменные как внешние, то не будет забот при использовании аргументов и указателей для связи между функциями в прямом и обратном направлениях. Но тогда возникает проблема с функцией С, изменяющей переменные в функции А, а мы этого не хотели! Такая проблема значительно перевешивает кажущуюся привлекательность широкого использования внешних переменных. Одно из золотых правил программирования заключается в соблюдении принципа "необходимо знать только то, что нужно". Организуйте работу каждой функции автономно, насколько это возможно, и используйте глобальные переменные только тогда, когда это действительно необходимо!
Операция получения адреса & неприменима к регистровым переменным. Любые переменные в блоке, кроме формальных параметров функции, могут быть определены как статические.
Подведем итог.
^ Классы памяти, которые описываются внутри функции:
автоматический, продолжительность существования - временно, область действия - локальная;
регистровый, продолжительность существования - временно, область действия - локальная;
статический, продолжительность существования - постоянно, область действия - локальная.
20. Раздельная компиляция. Создание и содержимое заголовочного файла (
Большинство коротких С-программ умещаются в одном исходном файле. По мере того, как программа растет, на ее компиляцию требуется все больше времени, а это раздражает. Поэтому С позволяет разбивать программы на куски, содержащиеся в нескольких файлах, и каждый файл может компилироваться отдельно. Файлы, будучи откомпилированными, подсоединяются вместе с подпрограммами библиотек для создания полного объектного кода программы. Преимущество раздельной компиляции заключается в том, что при изменении одного файла не требуется перекомпиляция всей программы.
того же объекта должны быть согласованными. Один из способов это достичь мог бы состоять вобеспечении средств проверки типов в компоновщике, но большинство компоновщиков - образца 1950-х, и их нельзя изменить по практическим соображениям. Другой подход состоит в обеспечении того, что исходный текст, как он передается на рассмотрение компилятору, или согласован, или содержит информацию, которая позволяет компилятору обнаружить несогласованности. Один несовершенный, но простой способ достичь согласованности состоит во включении заголовочных файлов, содержащих интерфейсную информацию, в исходные файлы, в которых содержится исполняемый код и/или определения данных.
Механизм включения с помощью #include - это чрезвычайно простое средство обработки текста для сборки кусков исходной программы в одну единицу (файл) для ее компиляции. Директива
#include \"to_be_included\"
замещает строку, в которой встретилось #include, содержимым файла \"to_be_included\". Его содержимым должен быть исходный текст на C++, поскольку дальше его будет читать компилятор. Часто включение обрабатывается отдельной программой, называемой C препроцессором, которую CC вызывает для преобразования исходного файла, который дал программист, в файл без директив включения перед тем, как начать собственно компиляцию. В другом варианте эти директивы обрабатывает интерфейсная система компилятора по мере того, как они встречаются в исходном тексте. Если программист хочет посмотреть на результат директив включения, можно воспользоваться командой
CC -E file.c
для препроцессирования файла file.c точно также, как это сделала бы CC перед запуском собственно компилятора. Для включения файлов из стандартной директории включения вместо кавычек используются угловые скобки < и >. Например:
#include // из стандартной директории включения #define \"myheader.h\" // из текущей директории
Использование <> имеет то преимущество, что в программу фактическое имя директории включения не встраивается (как правило, сначала просматривается /usr/include/CC, а потом usr/include). К сожалению, пробелы в директиве include существенны:
#include < stream.h > // не найдет
Может показаться, что перекомпилировать файл заново каждый раз, когда он куда-либо включается, расточительно, но время компиляции такого файла обычно слабо отличается от времени, которое необходимо для чтения его некоторой заранее откомпилированной формы. Причина в том, что текст программы является довольно компактным представлением программы, и в том, что включаемые файлы обычно содержат только описания и не содержат программ, требующих от компилятора значительного анализа.
Следующее эмпирическое правило относительно того, что следует, а что не следует помещать в заголовочные файлы, является не требованием языка, а просто предложением по разумному использованию аппарата #include.
В заголовочном файле могут содержаться:
Определения типов
struct point { int x, y; }
Описания функций
extern int strlen(const char*);
Определения inline-функций
inline char get() { return *p++; }
Описания данных
extern int a;
Определения констант
const float pi = 3.141593
Перечисления
enum bool { false, true };
Директивы include
#include
Определения макросов
#define Case break;case
Комментарии
/* проверка на конец файла */
но никогда
Определения обычных функций
char get() { return *p++; }
Определения данных
int a;
Определения сложных константных объектов
const tbl[] = { /*... */ }
В системе UNIX принято, что заголовочные файлы имеют суффикс (расширение).h. Файлы, содержащие определение данных или функций, должны иметь суффикс.c. Такие файлы часто называют, соответственно, \".h файлы\" и \".c файлы". Следует заметить, что в C++ макросы гораздо менее полезны, чем в C, поскольку C++ имеет такие языковые конструкции, как const для определения констант и inline для исключения расходов на вызов функции.
Причина того, почему в заголовочных файлах допускается определение простых констант, но не допускается определение сложных константных объектов, прагматическая. В принципе, сложность тут только в том, чтобы сделать допустимым дублирование определений переменных (даже определения функций можно было бы дублировать). Однако для компоновщиков старого образца слишком трудно проверять тождественность нетривиальных констант и убирать ненужные повторы. Кроме того, простые случаи гораздо более обиходны и потому более важны для генерации хорошего кода.
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
