УРОК 37. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНСТАНТ И МАКРОКОМАНД

Чтобы улучшить удобочитаемость программы, C++ поддерживает именованные константы и макрокоманды. Например, используя именованную константу, вы можете заменить цифровое значение, такое как 50, внутри вашего исходного кода смысловой константой, такой как CLASS_SIZE. Когда ругой программист читает ваш код, он не сможет предположить, что означает цифровое значение 50. Если же вместо этого он каждый раз будет видеть СLASS_SIZE, то он поймет, что это значение соответствует числу студентов в классе. Аналогично, используя макрокоманды, ваши программы могут заменить сложные выражения типа

result = (х*у-3) * (х*у-3) * (х*у-3);

вызовом функции с именем CUBE, как показано ниже:

result = CUBE(x*y-3);

В данном случае макрокоманда не только улучшает удобочитаемость вашего кода, но и упрощает ваш оператор, уменьшая вероятность ошибки. Этот урок рассматривает именованные константы и макрокоманды более подробно. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

• Чтобы сделать программы легче для чтения, программисты часто заменяют цифровые значения более понятными по смыслу именованными константами.
• Используя именованные константы в вашей программе вместо цифровых значений, вы можете сделать свои программы более легкими для изменения в будущем.
• C++ позволяет программам заменять выражения смысловыми именами макрокоманд.
• До компиляции программы компилятор C++ запускает специальную программу, называемую препроцессором, чтобы заменить каждую константу или макрокоманду соответствующим значением.
• Макрокоманды выполняются быстрее, чем функции, но увеличивают размер выполняемой программы.
• Большинство компиляторов C++ имеют предопределенные константы и макрокоманды, которые вы можете использовать в своих программах.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМЕНОВАННЫХ КОНСТАНТ

Именованная константа — это просто имя, которому вы присваиваете постоянное значение (константу). Такая константа в отличие от значения переменной не может изменяться по мере выполнения программы. Вы создаете именованную константу, используя директиву препроцессора#define (специальную инструкцию для препроцессора компилятора). Например, следующий оператор определяет именованную константу CLASS_SIZE как значение 50:

#define CLASS_SIZE 50

Чтобы отличить именованную константу от переменной, большинство программистов используют для именованных констант буквы верхнего регистра. Например, следующая программа CONSTANT.CPP определяет и выводит именованную константу CLASS_SIZE:

#include <iostream.h>

#define CLASS_SIZE 50 // Число студентов в классе

void main(void)

{
cout << «Константа CLASS_SIZE равна » << CLASS_SIZE << endl;
}

Как видите, программа определяет константу, используя директиву #define в начале исходного кода. После того как вы определяете константу, вы можете использовать ее значение на протяжении всей программы, просто обращаясь к имени значения константы.

Замечание: Предыдущее определение константы не заканчивается точкой с запятой. Если вы поставите точку с запятой в конце определения, препроцессор включит ее в ваше определение. Например, если вы в директиве #define предыдущей программы поставите точку с запятой после значения 50, препроцессор в дальнейшем каждый экземпляр константы CLASS_SIZE заменит значением 50 с точкой с запятой (50;), что, очень вероятно, приведет к синтаксической ошибке.

Что такое директивы препроцессора

Прежде чем приступить к компиляции программы, компилятор C++ запускает специальную программу, которая называется препроцессором. Препроцессор ищет в программе строки, начинающиеся с символа #, например #include или #define. Если препроцессор, например, встречает директиву #include, он включает указанный в ней файл в ваш исходный файл, как будто бы вы сами печатали содержимое включаемого файла в вашем исходном коде. Каждая программа, которую вы создали при изучении данной книги, использовала директиву #include, чтобы заставить препроцессор включить содержимое заголовочного файла iostream.h в ваш исходный файл. Если препроцессор встречает директиву #define, он создает именованную константу или макрокоманду. В дальнейшем, если препроцессор встречает имя константы или макрокоманды, он заменяет это имя значением, указанным в директиве #define.

Если вы определяете константы в своих программах, C++ не ограничивает вас в использовании только цифровых значений. Вы можете также использовать константы для хранения символьных строк и значений с плавающей точкой. Например, следующая программа BOOKINFO.CPP использует директиву # define для создания трех констант, которые содержат информацию об этой книге:

#include <iostream.h>

#define TITLE «Учимся программировать на языке C++»
#define LESSON 37
#define PRICE 22.95

void main(void)

{
cout << «Название книги: » << TITLE << endl;
cout << «Текущий урок: » << LESSON << endl;
cout << «Цена: $» << PRICE << endl;
}

Если вы откомпилируете и запустите эту программу, на экране дисплея появится следующий вывод:

С:\> BOOKINFO <ENTER>

Название книги: Учимся программировать на языке C++

Текущий урок: 37

Цена: $22.95

Использование #define для создания именованных констант

Для улучшения читаемости ваших программ заменяйте числовые значения в исходном коде константами со смысловыми именами. Для определения именованной константы ваши программы должны использовать директиву препроцессора #define. Размещайте свои константы в верхней части вашего исходного файла. Кроме того, чтобы отличать константы от переменных, большинство программистов для имен констант используют буквы верхнего регистра.

Например, следующая директива #define создает константу с именем SECONDS_PER_HOUR

#define SECONDS_PER_HOUR 3600

Во время компиляции программы препроцессор C++ будет заменять каждый экземпляр имени SECONDS_PER_HOUR числовым значением 3600. Обратите внимание, что определение константы не заканчивается точкой с запятой. Если вы поставите после 3600 точку с запятой, препроцессор C++ в дальнейшем заменит каждый экземпляр имени SECONDS_PER_HOUR его значением с точкой с запятой (3600;), что, очень вероятно, приведет к синтаксической ошибке.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМЕНОВАННЫХ КОНСТАНТ ДЛЯ УПРОЩЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОДА

Кроме того, что именованные константы делают вашу программу легче для восприятия, они еще и облегчают модификацию программ. Например, следующий фрагмент кода несколько раз ссылается на число 50 (количество студентов в классе):

#include <iostream.h>

void main(void)

{
int test_score8[50];
char grades[50];
int student;
for (student = 0; student < 50; student++) get_test_score(student);
for (student =0; student < 50; student++) calculate_grade(student);
for (student =0; student < 50; student++) print_grade(student) ;
}

Предположим, например, что количество студентов в классе увеличилось до 55. В этом случае вы должны отредактировать предыдущую программу, чтобы заменить каждый экземпляр значения 50 значением 55. В следующей программе применен другой подход, она использует именованную константу CLASS_SIZE:

#include <iostream.h>

#define CLASS_SIZE 50

void main(void)

{
int test_scores[CLASS_SIZE] ;
char grades[CLASS_SIZE] ;
int student;
for (student = 0; student < CLASS_SIZE; student++) get_test_score(student);
for (student = 0; student < CLASS_SIZE; student++) calculate_grade(student) ;
for (student = 0; student < CLASS_SIZE; student++) print_grade(student);
}

В данном случае для изменения количества студентов во всей программе вам необходимо изменить только одну строку, которая содержит директиву #define, определяющую эту константу:

#define CLASS_SIZE 55

ЗАМЕНА ВЫРАЖЕНИЙ МАКРОКОМАНДАМИ

Если ваши программы выполняют реальные вычисления, то в общем случае ваш код будет содержать сложные выражения типа:

result = (х*у-3) * (х*у-3) * (х*у-3);

В данном случае программа вычисляет куб выражения (х*у-3). Чтобы улучшить читаемость вашей программы и уменьшить вероятность внесения ошибок из-за опечаток, создайте макрокоманду с именем CUBE, которую ваша программа может использовать следующим образом:

result = CUBE(x*y-3);

И опять общепринятым среди программистов считается использование больших букв для имен макрокоманд, чтобы отличить их от функций.

Для создания макрокоманды вы должны использовать директиву препроцессора # define. Например, следующий оператор создает макрокоманду CUBE:

#define CUBE(x) ((х)*(х)*(х))

Как видите, программа определяет макрокоманду CUBE для умножения параметра х на самого себя дважды. Следующая программа SHOWCUBE.CPP использует макрокоманду CUBE для вывода куба значений от 1 до 10:

#include <iostream.h>

#define CUBE(x) ((x)* (x)* (x))

void main (void)

{
for (int i = 1; i <= 10; i++) cout << «Для » << i << » куб равен «<< CUBE(i) << endl;
}

При компиляции этой программы препроцессор C++ заменит каждый экземпляр макрокоманды CUBE соответствующим определением. Другими словами, замена макрокоманды препроцессором приведет к следующему коду:

#include <iostream.h>

#define CUBE(x) ((х)*(х)*(х))
void main(void)

{
for (int i = 1; i <= 10; i++) cout << «Для » << i << » куб равен «<< ((i) * (i) * (i)) << endl;
}

Обратите внимание, что предыдущая макрокоманда поместила параметр х внутрь круглых скобок, использовав запись ((х)*(х)*(х)) вместо (х*х*х).При создании макрокоманд вы должны помещать параметры в круглые скобки, как показано выше, тогда можете быть уверены, что C++ трактует ваши выражения именно так, как вы хотите. Как вы помните из урока 5, C++ использует старшинство операций для определения порядка выполнения арифметических операций. Предположим, например, что программа использует макрокоманду CUBE с выражением 3+5-2, как показано ниже:

result = CUBE(3+5-2);

Если макрокоманда заключает свой параметр в круглые скобки, то препроцессор сгенерирует следующий оператор:

result = ((3+5-2) * (3+5-2) * (3+5-2));

Однако, если в определении макрокоманды опустить круглые скобки, препроцессор сгенерирует следующий оператор:

result = (3+5-2*3+5-2*3+5-2);

Если вы вычислите оба выражения, то обнаружите, что их результаты отличаются. Заключая аргументы макрокоманды в круглые скобки, вы избавитесь от подобных ошибок.

ЧЕМ МАКРОКОМАНДЫ ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ ФУНКЦИЙ

Определение макрокоманды не является функцией. Если программа использует функцию, то в выполняемую программу помещается только одна копия операторов функции. Каждый раз при вызове функции ваша программа помещает параметры в стек и затем выполняет переход к коду функции. После завершения функции программа удаляет параметры из стека и переходит обратно к оператору, который следует непосредственно за вызовом функции.

В случае с макрокомандой препроцессор заменяет в вашем коде каждую ссылку на макрокоманду соответствующим определением макрокоманды. Например, если предыдущая программа использует макрокоманду CUBE в 100 различных местах, препроцессор подставит код макрокоманды 100 раз. Используя макрокоманды, вы избегаете издержек на вызов функции (издержек на помещение параметров в стек и удаление их оттуда, а также издержек на выполнение перехода к коду функции и возврат из него). Это происходит благодаря тому, что в случае с макрокомандой препроцессор встраивает в тело программы соответствующие операторы. Однако, поскольку препроцессор заменяет каждую ссылку на макрокоманду соответствующим кодом, макрокоманды увеличивают размер вашей выполняемой программы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАКРОКОМАНД ПРЕДОСТАВЛЯЕТ БОЛЬШУЮ ГИБКОСТЬ

Вы можете использовать макрокоманды в своих программах различным образом. Однако имейте в виду, что цель использования макрокоманд состоит в упрощении кодирования и улучшении восприятия ваших программ. Следующая программа MACDELAY.CPP иллюстрирует гибкость макрокоманд. Кроме того, эта программа поможет вам лучше представить, как препроцессор заменяет имя макрокоманды соответствующими операторами:

#include <iostream.h>

#define delay(х)

{ \
cout << «Задержка на » << х << endl; \
for (long int i=0; i < х; i++) \
; \
}

void main (void)

{
delay(l00000L);
delay(200000L);
delay(300000L);
}

В данном случае, поскольку определение макрокоманды занимает несколько строк, это определение помещает один символ обратного слэша (\) в конце каждой строки, которая имеет продолжение. Когда препроцессор встретит ссылку на макрокоманду, он заменит эту ссылку операторами, которые появляются в определении макрокоманды.

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Макрокоманды и именованные константы предназначены для улучшения восприятия ваших программ и упрощения программирования. Данный урок описывает создание и использование именованных констант и макрокоманд в ваших кодах. Из урока 38 вы узнаете, что такое полиморфизм, который позволяет объектам изменять форму во время выполнения программы. Однако, прежде чем приступить к уроку 38, убедитесь, что вы освоили следующие основные концепции:

1. Макрокоманды и именованные константы облегчают чтение ваших программ, заменяя сложные выражения и числовые константы смысловыми именами.
2. Заменяя на протяжении всей программы числовые выражения именованными константами, вы уменьшаете количество изменений, которые вам придется выполнить позже, если значение константы потребуется изменить.
3. В процессе компиляции компилятор C++ использует специальную программу, которая называется препроцессором, для замены каждой именованной константы или макрокоманды соответствующим значением.
4. Макрокоманды выполняются быстрее функций, но они увеличивают размер вашей выполняемой программы.
5. Если определение макрокоманды выходит за пределы одной строки, вы должны в конце каждой строки поместить символ обратного слэша (\), чтобы информировать препроцессор о том, что определение продолжается на следующей строке.

Предыдущий урок | Следующий урок