Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание - Бьёрн Страуструп

таких примеров, сделать их очень короткими и не смешивать языковые детали с логикой программы. Когда вы увидите неопределенные имена (которые ни в коем случае нельзя использовать в реальном коде), пожалуйста, сосредоточьтесь на технических аспектах кода. Технические примеры обычно содержат код, который просто иллюстрирует правила языка. Если вы скомпилируете и запустите его, то получите множество предупреждений о неиспользуемых переменных, причем некоторые из таких программ вообще не делают никаких осмысленных действий.

Пожалуйста, помните, что эту книгу не следует рассматривать как полное описание синтаксиса и семантики языка С++ (даже по отношению к свойствам, которые мы рассматриваем). Стандарт ISO С++ состоит из 756 страниц, а объем книги Язык программирования Страуструпа, предназначенной для опытных программистов, превышает 1000 страниц. Наше издание не конкурирует с этими книгами ни по охвату материала, ни по полноте его изложения, но соревнуется с ними по удобопонятности текста и по объему времени, которое требуется для его чтения.

8.2. Объявления и определения

Объявление (declaration) — это инструкция, которая вводит имя в область видимости (раздел 8.4), устанавливает тип именованной сущности (например, переменной или функции) и, необязательно, устанавливает инициализацию (например, начальное значение или тело функции).

Рассмотрим пример.

int a = 7;              // переменная типа int

const double cd = 8.7;  // константа с плавающей точкой

                        // двойной точности

double sqrt(double);    // функция, принимающая аргумент типа double

                        // и возвращающая результат типа double

vector<Token> v;        // переменная — вектор объектов класса Token

До того как имя в программе на языке С++ будет использовано, оно должно быть объявлено. Рассмотрим пример.

int main()

{

  cout << f(i) << 'n';

}

Компилятор выдаст как минимум три сообщения об ошибках, связанных с необъявленными идентификаторами: сущности cout, f и i в программе нигде не объявлены. Исправить ошибку, связанную с потоком cout, можно, включив в программу заголовочный файл std_lib_facilities.h, содержащий его объявление.

#include "std_lib_facilities.h" // здесь содержится объявление

                                // потока cout

int main()

{

  cout << f(i) << 'n';

}

Теперь осталось только две ошибки, вызванных отсутствием определения идентификаторов. При создании реальных программ большинство определений размещают в заголовочных файлах. Именно там определяются интерфейсы полезных функциональных возможностей, которые сами определяются “в другом месте”. В принципе объявление лишь устанавливает, как некая сущность может быть использована; оно определяет интерфейс функции, переменной или класса. Следует помнить об одном очевидном, но невидимом преимуществе такого использования объявлений: мы можем не беспокоиться о деталях определения потока cout и его операторов <<; мы просто включаем их объявления в программу с помощью директивы #include. Мы можем даже не заглядывать в их объявления; из учебников, справочников, примеров программ и других источников нам известно, как используется поток cout. Компилятор считывает объявления из заголовочных файлов, необходимых для понимания кода.

Однако нам по-прежнему необходимо объявить переменные f и i. И сделать это можно следующим образом:

#include "std_lib_facilities.h" // здесь содержится объявление

                                // потока cout

int f(int); // объявление переменной f

int main()

{

 int i = 7; // объявление переменной i

 cout << f(i) << 'n';

}

Этот код компилируется без ошибок, поскольку каждое имя было определено, но он не проходит редактирование связей (см. раздел 2.4), поскольку в нем не определена функция f(); иначе говоря, мы нигде не указали, что именно делает функция f().

Объявление, которое полностью описывает объявленную сущность, называют определением (definition). Рассмотрим пример.

int a = 7;

vector<double> v;

double sqrt(double d) {/* ... */}

Каждое определение — это объявление, но только некоторые объявления одновременно являются определениями. Ниже приведены некоторые примеры объявлений, которые не являются определениями; каждому из них должно соответствовать определение, размещенное где-то в другом месте кода.

double sqrt(double); // здесь функция не имеет тела

extern int a;        // "extern плюс отсутствие инициализатора"

                     // означает, что это — не определение

Сравнивая определения и объявления, мы придерживаемся общепринятого соглашения, которое устанавливает, что объявлением считается только объявление, не являющееся определением, даже если вас немного запутывает такая терминология.

Определение устанавливает, на что именно ссылается имя. В частности, определение переменной выделяет память для этой переменной. Следовательно, ни одну сущность невозможно определить дважды. Рассмотрим пример.

double sqrt(double d) {/* ... */} // определение

double sqrt(double d) {/* ... */} // ошибка: повторное определение

int a; // определение

int a; // ошибка: повторное определение

И наоборот, объявление, которое не является одновременно определением, просто сообщает, как можно использовать имя; оно представляет собой интерфейс, не выделяет памяти и не описывает тело функции. Следовательно, одно и то же имя можно объявлять несколько раз при условии, что объявления являются согласованными.

int x = 7;                        // определение

extern int x;                     // объявление

extern int x;                     // другое объявление

double sqrt(double);              // объявление

double sqrt(double d) {/* ... */} // определение

double sqrt(double);              // другое объявление функции sqrt

double sqrt(double);              // еще одно объявление функции sqrt

int sqrt(double);                 // ошибка: несогласованное определение

 

 Почему последнее объявление является ошибкой? Потому что в одной и той же программе не может быть двух функций с именем sqrt, принимающих аргумент типа double и возвращающих значения разных типов (int и double).

Ключевое слово extern, использованное во втором объявлении переменной x, утверждает, что это объявление не является определением. Это редко бывает нужным. Мы не рекомендуем делать это, но в принципе такие объявления можно встретить в некоторых программах, особенно в программах, использующих слишком много глобальных переменных (см. разделы 8.4 и 8.6.2).

Почему в языке С++ предусмотрены как объявления, так и определения? Различие между ними отражает фундаментальное различие между тем, что нам необходимо, чтобы использовать некую сущность (интерфейс), от того, что нам необходимо, чтобы нечто делало то, для чего оно предназначено (реализация). Объявление переменной устанавливает ее тип, но лишь определение создает реальный объект (выделяет память). Объявление функции также устанавливает ее тип (типы