Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Язык программирования C++

Пятое издание

Посвящается Бет, благодаря которой стало возможным написание этой и всех остальных книг.

Посвящается Дэниелю и Анне, для которых возможно практически все.

Посвящается Марку и маме, за их безграничную любовь и поддержку.

Посвящается Энди, научившему меня программированию и многому другому.

Введение

Благодаря предыдущим изданиям книги язык С++ изучило множество программистов. За истекшее время язык С++ претерпел существенные усовершенствования, а основное внимание сообщества программистов переместилось главным образом с эффективности использования аппаратных средств к эффективности программирования.

В 2011 году комитет по стандартам С++ выпустил новую основную версию стандарта ISO С++. Этот пересмотренный стандарт является последним этапом развития языка С++, его основное внимание уделено эффективности программирования. Основные задачи нового стандарта таковы.

• Сделать язык более единообразным, упростить его преподавание и изучение.

• Упростить, обезопасить и повысить эффективность использования стандартных библиотек.

• Облегчить написание эффективных абстракций и библиотек.

Это издание книги полностью пересмотрено так, чтобы использовать последний стандарт языка. Просмотрев раздел "Новые средства С++11" после оглавления, вы можете получить представление о том, насколько сильно новый стандарт повлиял на язык С++. Там перечислены только те разделы, в которых рассматривается новый материал.

Некоторые из нововведений в новом стандарте, такие как ключевое слово auto для выведения типов, весьма распространены. Эти средства существенно облегчают чтение кода в данном издании и делают его понятней. Программисты, конечно, могут игнорировать те средства, которые облегчают концентрацию на том, что программа призвана делать. Другие новшества, такие как интеллектуальные указатели и контейнеры с поддержкой перемещения, позволяют писать более сложные классы без необходимости справляться со сложностями управления ресурсами. В результате мы можем начать изучение создания собственных классов намного раньше, чем в предыдущем издании. Мы (и вы) больше не должны волноваться о большинстве деталей, которые стояли на нашем пути в предыдущем стандарте.

Этой пиктограммой отмечены места, в которых рассматриваются средства, определенные новым стандартом. Надеемся, что читатели, которые уже знакомы с ядром языка С++, найдут эти отметки полезными при решении, на чем сосредоточить внимание. Мы также ожидаем, что эти пиктограммы помогут объяснить сообщения об ошибках тех компиляторов, которые могут еще не поддерживать все новые средства. Хотя практически все примеры этой книги были откомпилированы на текущем выпуске компилятора GNU, мы понимаем, что у некоторых читателей еще не будет новейшего компилятора. Даже при том, что по последнему стандарту было добавлено множество возможностей, базовый язык остается неизменным и формирует основной объем материала, который мы рассматриваем.

Можно считать, что современный язык С++ состоит из трех частей.

• Низкоуровневый язык, большая часть которого унаследована от языка С.

• Дополнительные возможности языка, позволяющие определять собственные типы данных, организовать крупномасштабные программы и системы.

• Стандартная библиотека, использующая эти дополнительные возможности для обеспечения набора структур данных и алгоритмов.

В большинстве книг язык С++ представлен в порядке его развития. Сначала они знакомят с частью С в языке С++, а в конце книги представляются более абстрактные средства С++ как дополнительные возможности. У этого подхода есть две проблемы: читатели могут увязнуть в подробностях, унаследованных от низкоуровневого программирования, и сдаться. Те же, кто будет упорствовать в изучении, наживут плохие привычки, от которых впоследствии придется избавляться.

Мы придерживаемся противоположного подхода: с самого начала используем средства, которые позволяют программистам игнорировать детали, унаследованные от низкоуровневого программирования. Например, мы вводим и используем библиотечные типы string и vector наряду со встроенными цифровыми типами и массивами. Программы, которые используют эти библиотечные типы, проще писать, проще понимать, и ошибок в них много меньше.

Слишком часто библиотеки преподносят как "дополнительную" тему. Вместо того чтобы использовать библиотеки, во многих книгах используют низкоуровневые способы программирования с использованием указателей на символьные массивы и динамического управления памятью. Заставить правильно работать программы, которые используют эти низкоуровневые подходы, куда труднее, чем написать соответствующий код С++, используя библиотеку.

Повсюду в этой книге мы демонстрируем хороший стиль программирования: мы хотим помочь вам выработать хорошие привычки сразу и избежать борьбы с плохими привычками впоследствии, когда вы получите более сложные навыки. Мы подчеркиваем особенно сложные моменты и предупреждаем о наиболее распространенных заблуждениях и проблемах.

Мы также объясняем причины, по которым были введены те или иные правила, а не просто принимаем их как данность. Мы полагаем, что понимание причин поможет читателю быстрей овладеть возможностями языка.

Хотя для изучения этой книги знание языка С необязательно, мы подразумеваем, что вы знакомы с программированием достаточно, чтобы написать, откомпилировать и запустить программу хотя бы на одном из современных языков. В частности, мы подразумеваем, что вы умеете использовать переменные, создавать и вызывать функции, а также использовать компилятор.

Нововведением этого издания являются пиктограммы на полях, призванные помочь читателю. Язык С++ обширен, он предоставляет возможности для решения разнообразных специфических проблем программирования. Некоторые из этих возможностей весьма важны для больших групп разработчиков, но маловажны для малых проектов. В результате не каждому программисту следует знать каждую деталь каждого средства. Мы добавили эти пиктограммы, чтобы помочь читателю узнать, какие элементы могут быть изучены позже, а какие темы являются насущными.

Разделы, рассматривающие основные принципы языка, отмечены изображением человека, читающего книгу. Темы, затронутые в этих разделах, являются базовой частью языка. Все эти разделы следует прочитать и понять.

Мы также отметили те разделы, которые затрагивают дополнительные или специальные темы. Эти разделы можно пропустить или только просмотреть при первом чтении. Мы отметили такие разделы стопкой книг, указав, что на этом месте вы можете спокойно отложить книгу. Вероятно, имеет смысл просмотреть такие разделы и узнать, какие возможности существуют. Тем не менее нет никакой причины тратить время на изучение этих тем, пока вам фактически не придется использовать в своих программах описанное средство.

Особенно сложные концепции выделены пиктограммой с изображением лупы. Надеемся, что читатели уделят время, чтобы хорошо усвоить материал, представленный в таких разделах.

Еще одна помощь читателю этой книги — обширное употребление перекрестных ссылок. Мы надеемся, что эти ссылки облегчат читателю переход в середину книги и возвращение назад к прежнему материалу, на который ссылаются более поздние примеры.

Но что остается неизменным в книге, так это четкое и ясное, корректное и полное руководство по языку С++. Мы излагаем язык, представляя наборы все более и более сложных примеров, которые объясняют его средства и демонстрируют способы наилучшего использования С++.

Мы начинаем с рассмотрения основ языка и библиотеки в частях I и II. Эти части содержат достаточно материала, чтобы позволить читателю писать работоспособные программы. Большинство программистов С++ должны знать все, что описано в этих частях.

Кроме обучения основам языка С++, материал частей I и II служит и другой важной цели: при использовании абстрактных средств, определенных библиотекой, вы научитесь использовать методики высокоуровневого программирования. Библиотечные средства сами являются абстрактными типами данных, которые обычно пишут на языке С++. Библиотека может быть создана с использованием тех же средств построения класса, которые доступны для любого программиста С++. Наш опыт в обучении языку С++ свидетельствует о том, что, если читатели с самого начала используют хорошо разработанные абстрактные типы, то впоследствии им проще понять, как создавать собственные типы.