А. П. Побегайло Санкт-Петербург «БХВ-Петербург» C/C++ -018.1 П41 Побегайло А. П. П41 C/С++ для студента. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 528 с.: ил. Подробно рассматриваются языки программирования C и C++. Описаны типы данных, функции, классы, шаблоны, а также библиотеки стандартных функций. Язык программирования C++ рассматривается как объектно-ориентированное расширение языка C, что позволяет последовательно изучить процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование и обобщенное программирование. Изложение материала отличается краткостью и снабжено большим количеством простых примеров и листингов, которые поясняют технику программирования на языках C и C++. Для студентов и программистов C/C++ -018.1 Группа подготовки издания: Главный редактор Зам. главного редактора Зав. редакцией Редактор Компьютерная верстка Корректор Дизайн серии Оформление обложки Зав. производством Екатерина Кондукова Игорь Шишигин Григорий Добин Андрей Смышляев Ольги Сергиенко Зинаида Дмитриева Игоря Цырульникова Елены Беляевой Николай Тверских Лицензия ИД № 02429 от . . Формат 60 901/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 33. экз. Заказ № "БХВ-Петербург", 194354, Санкт-Петербург, ул. Есенина, 5Б. Санитарно-эпидемиологическое заключение на продукцию № .953.Д.0064 от г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Отпечатано с готовых диапозитивов в ГУП "Типография "Наука" 199034, Санкт-Петербург, 9 линия, 12 © Побегайло А. П., 2006 © Оформление, издательство "БХВ-Петербург", 2006 Введение ........................................................................................... 17 ЧАСТЬ I. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ С ......................... 21 . Структура языка С......................................................... 23 1.1. Элементы языка С .................................................................................23 1.2. Символы.................................................................................................25 1.3. Ключевые слова ....................................................................................26 1.4. Идентификаторы ...................................................................................27 1.5. Константы ..............................................................................................27 1.6. Инструкции ............................................................................................29 1.7. Комментарии .........................................................................................30 . Встроенные типы данных и переменные .................. 31 2.1. Базовые типы данных ...........................................................................31 2.2. Модификаторы типов ...........................................................................32 2.3. Спецификаторы типов ..........................................................................33 2.4. Переменные ...........................................................................................35 2.5. Фундаментальные типы данных ..........................................................36 2.6. Квалификаторы типов...........................................................................37 . Операторы и выражения .............................................. 39 3.1. L-value и R-value....................................................................................39 3.2. Арифметические операторы ................................................................40 3.3. Побитовые операторы ..........................................................................41 3.4. Операторы сравнения ...........................................................................43 3.5. Логические операторы ..........................................................................44 3.6. Выражения .............................................................................................45 3.7. Приведение типов в выражениях .........................................................47 3.8. Оператор преобразования типов..........................................................48 3.9. Оператор присваивания ........................................................................49 3.10. Составные операторы присваивания .................................................51 3.11. Операторы инкремента и декремента ...............................................52 3.12. Условный оператор .............................................................................53 3.13. Оператор "запятая" .............................................................................55 3.14. Побочные эффекты .............................................................................56 3.15. Точки последовательности .................................................................57 . Управляющие инструкции ........................................... 59 4.1. Инструкции выбора if и if...else ............................................................59 4.2. Инструкция выбора switch ....................................................................60 4.3. Инструкции цикла while и do...while ....................................................62 4.4. Инструкция цикла for............................................................................63 4.5. Инструкция перехода break ..................................................................64 4.6. Инструкция перехода continue .............................................................64 4.7. Метки инструкций и инструкция перехода goto.................................65 . Указатели и массивы ..................................................... 67 5.1. Указатели ...............................................................................................67 5.2. Преобразование типов указателей .......................................................68 5.3. Операторы определения адреса и обращения по адресу ...................69 5.4. Указатели на константы и константные указатели ............................70 5.5. Одномерные массивы ...........................................................................71 5.6. Строки ....................................................................................................74 5.7. Арифметические действия с указателями ...........................................74 5.8. Многомерные массивы .........................................................................75 . Функции ........................................................................... 78 6.1. Объявление функции ............................................................................78 6.2. Определение функции ..........................................................................80 6.3. Стандартные функции ..........................................................................81 6.4. Вызов функции ......................................................................................82 6.5. Передача массивов в функции .............................................................84 6.6. Указатели на функции (функторы) ......................................................86 . Структура программы на языке С ............................. 89 7.1. Область видимости идентификатора ...................................................89 7.2. Время существования переменных и функций...................................90 7.3. Связывание идентификаторов..............................................................91 7.4. Спецификаторы классов памяти ..........................................................92 7.5. Структура программы...........................................................................96 7.6. Функция main ........................................................................................97 . Типы данных, определяемые программистом ....... 100 8.1. Введение ..............................................................................................100 8.2. Перечисления ......................................................................................101 8.3. Структуры ............................................................................................103 8.4. Объединения ........................................................................................107 8.5. Битовые поля .......................................................................................110 8.6. Передача структур в функции ............................................................111 8.7. Объявление typedef..............................................................................114 8.8. Оператор sizeof ....................................................................................116 8.9. Сравнимые типы .................................................................................119 . Директивы препроцессора.......................................... 122 9.1. Препроцессор ......................................................................................122 9.2. Директивы #define и #undef ................................................................123 9.3. Директивы #if, #elsif, #else и #endif ...................................................124 9.4. Директивы #ifdef и #ifndef ..................................................................126 9.5. Директива #include ..............................................................................127 9.6. Директивы #error ................................................................................129 9.7. Директива #line ...................................................................................129 9.8. Директива #pragma .............................................................................130 9.9. Пустая директива ................................................................................130 9.10. Оператор # .........................................................................................130 9.11. Оператор ## .......................................................................................131 9.12. Предопределенные макрокоманды..................................................132 ЧАСТЬ II. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ С++ ................. 133 . Дополнения к типам данных языка С.................... 135 10.1. Тип данных bool ................................................................................135 10.2. Тип данных wchar_t ..........................................................................135 10.3. Анонимные объединения .................................................................137 10.4. Ссылки ...............................................................................................138 10.5. Новые операторы явного преобразования типов ...........................140 10.6. Типизированные операторы распределения памяти ......................143 . Дополнение к функциям языка C ........................... 146 11.1. Передача аргументов по умолчанию ...............................................146 11.2. Встроенные функции ........................................................................147 11.3. Передача аргументов и возврат значения через ссылки ................148 11.4. Перегрузка функций .........................................................................149 11.5. Искажение имен функций ................................................................153 . Пространства имен..................................................... 155 12.1. Определение пространства имен .....................................................155 12.2. Анонимные пространства имен .......................................................156 12.3. Стандартное пространство имен......................................................157 12.4. Оператор разрешения области видимости ......................................157 12.5. Объявление using ..............................................................................160 12.6. Директива using .................................................................................161 12.7. Псевдонимы .......................................................................................162 12.8. Искажение имен переменных ..........................................................163 . Обработка исключений ............................................. 165 13.1. Механизм обработки исключений ...................................................165 13.2. Обработка нескольких исключений ................................................169 13.3. Перехват всех исключений...............................................................170 13.4. Вложенные исключения ...................................................................171 13.5. Реализация исключений ...................................................................174 13.6. Спецификация исключений..............................................................175 . Классы .......................................................................... 177 14.1. Введение ............................................................................................177 14.2. Определение класса ..........................................................................178 14.3. Объекты, доступ к членам класса ....................................................180 14.4. Указатель this.....................................................................................181 14.5. Спецификаторы доступа к членам класса .......................................181 14.6. Друзья класса.....................................................................................183 14.7. Встроенные функции-члены класса ................................................187 14.8. Функции-члены класса с квалификаторами const и volatile ..........188 14.9. Данные-члены класса с квалификатором mutable ..........................190 14.10. Статические члены класса ..............................................................190 14.11. Указатели на нестатические члены класса....................................192 14.12. Вложенные классы ..........................................................................194 14.13. Локальные классы ...........................................................................196 . Конструкторы и деструкторы .................................. 197 15.1. Конструктор класса ...........................................................................197 15.2. Список инициализации .....................................................................198 15.3. Конструктор по умолчанию .............................................................199 15.4. Конструктор копирования ................................................................200 15.5. Явный вызов конструкторов ............................................................202 15.6. Деструкторы ......................................................................................203 15.7. Исключения в деструкторах .............................................................205 . Перегрузка операторов .............................................. 206 16.1. Общие правила ..................................................................................206 16.2. Унарные операторы ..........................................................................209 16.3. Оператор присваивания ....................................................................210 16.4. Составные операторы присваивания ...............................................212 16.5. Оператор индексирования [ ] ..........................................................213 16.6. Оператор вызова функции ................................................................214 16.7. Оператор доступа к членам класса ..................................................215 16.8. Операторы инкремента и декремента .............................................216 16.9. Бинарные операторы.........................................................................217 16.10. Перегрузка операторов >> и << для ввода и вывода ..................218 16.11. Операторы преобразования типов (конвертеры) .........................219 16.12. Операторы new и delete ..................................................................219 . Наследование классов ............................................... 222 17.1. Определение наследования ..............................................................222 17.2. Доступ к членам, наследуемым от базового класса .......................225 17.3. Конструкторы, деструкторы и наследование .................................226 17.4. Наследование и присваивание .........................................................229 17.5. Виртуальные функции ......................................................................230 17.6. Полиморфизм и позднее связывание ..............................................233 17.7. Передача аргументов по умолчанию в виртуальные функции......234 17.8. Виртуальные деструкторы ...............................................................235 17.9. Абстрактные классы .........................................................................236 17.10. Множественное наследование .......................................................238 17.11. Виртуальное наследование .............................................................239 . Шаблоны функций ..................................................... 241 18.1. Определение шаблона функции .......................................................241 18.2. Конкретизация шаблона функции ...................................................243 18.3. Вывод аргументов шаблона функции .............................................246 18.4. Явная специализация шаблона функции .........................................249 18.5. Модели компиляции шаблонов........................................................250 18.6. Перегрузка шаблонов функций ........................................................252 18.7. Шаблоны функций как члены класса ..............................................255 . Шаблоны классов ....................................................... 257 19.1. Определение шаблона класса ...........................................................257 19.2. Конкретизация шаблона класса .......................................................259 19.3. Использование ключевого слова typename .....................................262 19.4. Явная специализация шаблона класса .............................................264 19.5. Частичная специализация шаблона класса .....................................265 19.6. Статические члены шаблона класса ................................................267 19.7. Шаблоны как члены шаблона класса ..............................................268 19.8. Объявление друзей в шаблоне класса .............................................269 19.9. Шаблоны класса и наследование .....................................................273 19.10. Шаблоны класса как параметры шаблонов функций ...................274 19.11. Шаблоны класса как параметры шаблона класса.........................275 ЧАСТЬ III. СТАНДАРТНАЯ БИБЛИОТЕКА ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ C ....................................... 277 . Стандартные определения .................... 279 20.1. Типы данных .....................................................................................279 20.2. Макрос NULL ....................................................................................280 20.3. Макрос offsetof ...................................................................................280 . Стандартные функции ............................ 282 21.1. Динамическое распределение памяти .............................................282 21.2. Динамические массивы ....................................................................284 21.3. Стандартные функции сортировки и поиска ..................................287 21.4. Взаимодействие с системой .............................................................290 21.5. Преобразования строк в числа .........................................................294 21.6. Арифметические функции ................................................................298 21.7. Генерация случайных чисел .............................................................299 21.8. Обработка длинных символов .........................................................301 . Диагностика ошибок ............................... 305 . Функции с переменным количеством параметров ................................................................. 307 . Диапазоны целочисленных данных ..... 311 . Диапазоны чисел с плавающей точкой ........................................................................................... 313 . Обработка ошибок ................................... 316 . Математические функции ....................... 318 27.1. Обработка ошибок ............................................................................318 27.2. Тригонометрические функции .........................................................319 27.3. Экспоненциальная и логарифмическая функции ...........................320 27.4. Гиперболические функции ...............................................................321 27.5. Степень и квадратный корень ..........................................................321 27.6. Экспонента и мантисса .....................................................................322 27.7. Целая и дробная часть числа с плавающей точкой ........................323 27.8. Целые границы числа с плавающей точкой ....................................323 27.9. Остаток от деления ...........................................................................324 27.10. Абсолютное значение числа...........................................................324 . Функции классификации символов ..... 325 28.1. Определение типа символа...............................................................325 28.2. Отображения прописных и строчных символов ............................326 . Функции для работы со строками ........ 328 29.1. Сравнение строк ................................................................................328 29.2. Копирование строк............................................................................329 29.3. Соединение строк ..............................................................................330 29.4. Поиск символа в строке ....................................................................331 29.5. Поиск подстроки в строке ................................................................333 29.6. Разбор строки на лексемы ................................................................334 29.7. Определение длины строки ..............................................................335 29.8. Функции для работы с памятью .......................................................336 29.9. Сравнение строк, содержащих локальные символы ......................337 29.10. Получение строки, описывающей код ошибки ............................339 . Функции для работы с файлами ............ 341 30.1. Файлы и потоки .................................................................................341 30.2. Открытие файла ................................................................................343 30.3. Перенаправление потока ..................................................................344 30.4. Закрытие файла .................................................................................344 30.5. Работа с индикатором ошибки .........................................................344 30.6. Работа с индикатором конца файла .................................................345 30.7. Работа с индикатором позиции файла .............................................345 30.8. Блочный ввод/вывод .........................................................................347 30.9. Ввод/вывод символов .......................................................................350 30.10. Запись/чтение строк из файла ........................................................352 30.11. Форматированный вывод ...............................................................354 30.12. Форматированный ввод ..................................................................360 30.13. Форматирование и сканирование строк ........................................364 30.14. Работа с буферами ..........................................................................366 30.15. Стандартные потоки .......................................................................368 30.16. Удаление файла ...............................................................................369 30.17. Переименование файла ...................................................................370 30.18. Работа с временными файлами ......................................................371 . Организация нелокальных переходов ....................................................................................... 373 31.1. Сохранение информации о состоянии стека...................................373 31.2. Нелокальный переход .......................................................................374 . Обработка исключительных ситуаций ........................................................................................ 377 32.1. Сигналы .............................................................................................377 32.2. Установка функции обработки сигнала ..........................................378 32.3. Возбуждение сигнала ........................................................................379 . Поддержка локализации ......................... 382 33.1. Локальность .......................................................................................382 33.2. Локальные категории ........................................................................383 33.3. Установка локальности.....................................................................383 33.4. Форматы числовых и денежных данных ........................................384 33.5. Определение текущих форматов данных ........................................387 . Работа с датами и временем ..................... 389 34.1. Арифметические типы для представления времени ......................389 34.2. Структура для представления календарного времени ...................389 34.3. Определение времени работы программы ......................................390 34.4. Определение текущего времени ......................................................391 34.5. Нахождение разности времен ..........................................................392 34.6. Преобразование представления времени из числа в структуру ....393