Бьерн Страуструп (Стpаустpуп - Книга о C++), страница 5

[17] Bjarne Stroustrup: The C++ Programming Language. Addison-Wesley.

1986.

[18] Bjarne Stroustrup: Multiple Inheritance for C++. Proc. EUUG

Spring Conference, May 1987. Also USENIX Computer Systems, Vol.2 No 4,

Fall 1989.

[19] Bjarne Stroustrup and Jonathan Shopiro: A Set of C classes for

Co-Routine Style Programming. Proc. USENIX C++ conference, Santa Fe.

November 1987. pp.417-439.

[20] Bjarne Stroustrup: Type-safe Linkage for C++. USENIX Computer

Systems, Vol.1 No.4 Fall 1988.

[21] Bjurne Stroustrup: Parameterized Type for C++. Proc. USENIX C++

Conference, Denver, October 1988. pp.1-18. Also, USENIX Computer Systems,

Vol.2 No.1 Winter 1989.

[22] Bjarne Stroustrup: Standardizing C++. The C++ Report. Vol.1

No.1. January 1989.

[23] Bjarne Stroustrup: The Evolution of C++: 1985-1989. USENIX

Computer Systems, Vol.2 No.3. Summer 1989.

[24] P.M.Woodward and S.G.Bond: Algol 68-R Users Guide. Her Majesty's

Stationery Office, London. 1974.

[25] UNIX Time-Sharing System: Programmer's Manual. Research Version,

Tenth Edition. AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersy, February

1985.

[26] Aake Wilkstroem: Functional Programming Using ML. Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, New Jersy. 1987.

[27] X3 Secretariat: Standard - The C Language. X3J11/90-013.

Computer and Business Equipment Manufactures Association, 311 First

Street, NW, Suite 500, Washington, DC 20001, USA.

Ссылки на источники по проектированию и развитию больших систем

программного обеспечения можно найти в конце главы 11.

* КРАТКИЙ ОБЗОР С++

"Начнем с того, что вздернем

всех этих законников, языковедов".

("Король Генрих VI", действие II)

В этой главе содержится краткий обзор основных концепций и конструкций

языка С++. Он служит для беглого знакомства с языком. Подробное описание

возможностей языка и методов программирования на нем дается в следующих

главах. Разговор ведется в основном вокруг абстракции данных и

объектно-ориентированного программирования, но перечисляются и основные

возможности процедурного программирования.

1.1 ВВЕДЕНИЕ

Язык программирования С++ задумывался как язык, который будет:

- лучше языка С;

- поддерживать абстракцию данных;

- поддерживать объектно-ориентированное программирование.

В этой главе объясняется смысл этих фраз без подробного описания

конструкций языка.

$$1.2 содержит неформальное описание различий "процедурного",

"модульного" и "объектно-ориентированного" программирования. Приведены

конструкции языка, которые существенны для каждого из перечисленных стилей

программирования. Свойственный С стиль программирования обсуждается в

разделах "процедурное программирование и "модульное программирование".

Язык С++ - "лучший вариант С". Он лучше поддерживает такой стиль

программирования, чем сам С, причем это делается без потери какой-либо

общности или эффективности по сравнению с С. В то же время язык C

является подмножеством С++. Абстракция данных и объектно-ориентированное

программирование рассматриваются как "поддержка абстракции данных" и

"поддержка объектно- ориентированного программирования". Первая базируется

на возможности определять новые типы и работать с ними, а вторая - на

возможности задавать иерархию типов.

$$1.3 содержит описание основных конструкций для процедурного и

модульного программирования. В частности, определяются функции, указатели,

циклы, ввод-вывод и понятие программы как совокупности раздельно

транслируемых модулей. Подробно эти возможности описаны в главах 2, 3 и 4.

$$1.4 содержит описание средств, предназначенных для эффективной

реализации абстракции данных. В частности, определяются классы, простейший

механизм контроля доступа, конструкторы и деструкторы, перегрузка

операций, преобразования пользовательских типов, обработка особых ситуаций

и шаблоны типов. Подробно эти возможности описаны в главах 5, 7, 8 и 9.

$$1.5 содержит описание средств поддержки объектно-ориентированного

программирования. В частности, определяются производные классы и

виртуальные функции, обсуждаются некоторые вопросы реализации. Все это

подробно изложено в главе 6.

$$1.6 содержит описание определенных ограничений на пути

совершенствования как языков программирования общего назначения вообще,

так и С++ в частности. Эти ограничения связаны с эффективностью, с

противоречащими друг другу требованиями разных областей приложения,

проблемами обучения и необходимостью трансляции и выполнения программ в

старых системах.

Если какой-то раздел окажется для вас непонятным, настоятельно

советуем прочитать соответствующие главы, а затем, ознакомившись с

подробным описанием основных конструкций языка, вернуться к этой главе.

Она нужна для того, чтобы можно было составить общее представление о

языке. В ней недостаточно сведений, чтобы немедленно начать

программировать.

1.2 Парадигмы программирования

Объектно-ориентированное программирование - это метод

программирования, способ написания "хороших" программ для множества задач.

Если этот термин имеет какой-то смысл, то он должен подразумевать: такой

язык программирования, который предоставляет хорошие возможности для

объектно-ориентированного стиля программирования.

Здесь следует указать на важные различия. Говорят, что язык

поддерживает некоторый стиль программирования, если в нем есть такие

возможности, которые делают программирование в этом стиле удобным

(достаточно простым, надежным и эффективным). Язык не поддерживает

некоторый стиль программирования, если требуются большие усилия или даже

искусство, чтобы написать программу в этом стиле. Однако это не означает,

что язык запрещает писать программы в этом стиле. Действительно, можно

писать структурные программы на Фортране и объектно-ориентированные

программы на С, но это будет пустой тратой сил, поскольку данные языки не

поддерживают указанных стилей программирования.

Поддержка языком определенной парадигмы (стиля) программирования явно

проявляется в конкретных языковых конструкциях, рассчитанных на нее. Но

она может проявляться в более тонкой, скрытой форме, когда отклонение от

парадигмы диагностируется на стадии трансляции или выполнения программы.

Самый очевидный пример - это контроль типов. Кроме того, языковая

поддержка парадигмы может дополняться проверкой на однозначность и

динамическим контролем. Поддержка может предоставляться и помимо самого

языка, например, стандартными библиотеками или средой программирования.

Нельзя сказать, что один язык лучше другого только потому, что в нем

есть возможности, которые в другом отсутствуют. Часто бывает как раз

наоборот. Здесь более важно не то, какими возможностями обладает язык, а

то, насколько имеющиеся в нем возможности поддерживают избранный стиль

программирования для определенного круга задач. Поэтому можно

сформулировать следующие требования к языку:

[1] Все конструкции языка должны естественно и элегантно определяться

в нем.

[2] Для решения определенной задачи должна быть возможность

использовать сочетания конструкций, чтобы избежать необходимости вводить

для этой цели новую конструкцию.

[3] Должно быть минимальное число неочевидных конструкций специального

назначения.

[4] Конструкция должна допускать такую реализацию, чтобы в

неиспользующей ее программе не возникло дополнительных расходов.

[5] Пользователю достаточно знать только то множество конструкций,

которое непосредственно используется в его программе.

Первое требование апеллирует к логике и эстетическому вкусу. Два

следующих выражают принцип минимальности. Два последних можно иначе

сформулировать так: "то, чего вы не знаете, не сможет нанести вам вреда".

С учетом ограничений, указанных в этих правилах, язык С++

проектировался для поддержки абстракции данных и объектно-ориентированного

программирования в добавление к традиционному стилю С. Впрочем, это не

значит, что язык требует какого-то одного стиля программирования от всех

пользователей.

Теперь перейдем к конкретным стилям программирования и посмотрим

каковы основные конструкции языка, их поддерживающие. Мы не собираемся

давать полное описание этих конструкций.

1.2.1 Процедурное программирование

Первоначальной (и, возможно, наиболее используемой) парадигмой

программирования было:

Определите, какие процедуры вам нужны; используйте лучшие из известных

вам алгоритмов!

Ударение делалось на обработку данных с помощью алгоритма,

производящего нужные вычисления. Для поддержки этой парадигмы языки

предоставляли механизм передачи параметров и получения результатов

функций. Литература, отражающая такой подход, заполнена рассуждениями о

способах передачи параметров, о том, как различать параметры разных типов,

о различных видах функций (процедуры, подпрограммы, макрокоманды, ...) и

т.д. Первым процедурным языком был Фортран, а Алгол60, Алгол68, Паскаль и

С продолжили это направление.

Типичным примером хорошего стиля в таком понимании может служить

функция извлечения квадратного корня. Для заданного параметра она выдает

результат, который получается с помощью понятных математических операций:

double sqrt ( double arg )

{

// программа для вычисления квадратного корня

}

voide some_function ()

{

double root = sqrt ( 2 );

// ..

}

Двойная наклонная черта // начинает комментарий, который продолжается

до конца строки.

При такой организации программы функции вносят определенный порядок в

хаос различных алгоритмов.

1.2.2 Модульное программирование

Со временем при в проектировании программ акцент сместился с

организации процедур на организацию структур данных. Помимо всего прочего

это вызвано и ростом размеров программ. Модулем обычно называют

совокупность связанных процедур и тех данных, которыми они управляют.

Парадигма программирования приобрела вид:

Определите, какие модули нужны; поделите программу так, чтобы данные

были скрыты в этих модулях

Эта парадигма известна также как "принцип сокрытия данных". Если в

языке нет возможности сгруппировать связанные процедуры вместе с данными,

то он плохо поддерживает модульный стиль программирования. Теперь метод

написания "хороших" процедур применяется для отдельных процедур модуля.

Типичный пример модуля - определение стека. Здесь необходимо решить такие

задачи:

[1] Предоставить пользователю интерфейс для стека (например, функции

push () и pop ()).

[2] Гарантировать, что представление стека (например, в виде массива

элементов) будет доступно лишь через интерфейс пользователя.

[3] Обеспечивать инициализацию стека перед первым его использованием.

Язык Модула-2 прямо поддерживает эту парадигму, тогда как С только

допускает такой стиль. Ниже представлен на С возможный внешний интерфейс

модуля, реализующего стек:

// описание интерфейса для модуля,

// реализующего стек символов:

void push ( char );

char pop ();

const int stack_size = 100;

Допустим, что описание интерфейса находится в файле stack.h, тогда

реализацию стека можно определить следующим образом:

#include "stack.h" // используем интерфейс стека

static char v [ stack_size ]; // ``static'' означает локальный

// в данном файле/модуле

static char * p = v; // стек вначале пуст

void push ( char c )

{

//проверить на переполнение и поместить в стек

}

char pop ()

{

//проверить, не пуст ли стек, и считать из него

}

Вполне возможно, что реализация стека может измениться, например, если

использовать для хранения связанный список. Пользователь в любом случае не

имеет непосредственного доступа к реализации: v и p - статические

переменные, т.е. переменные локальные в том модуле (файле), в котором они

описаны. Использовать стек можно так:

#include "stack.h" // используем интерфейс стека

void some_function ()

{

push ( 'c' );

char c = pop ();

if ( c != 'c' ) error ( "невозможно" );

}