С помощью директивы #define можно вводить собственные обозначения базовых или производных типов.
Пример:
Директива
#define REAL long double
вводит имя REAL для типа long double. Далее в тексте программы можно определять объекты типа long double, используя данное имя:
REAL x, array [6];
Такой прием удобно использовать для присвоения более коротких имен сложным типам данных.
Директиву #define также удобно использовать для сокращенного обозначения оператора печати, в случае, когда в программе требуется часто выводить на экран значение переменной с одним и тем же пояснительным текстом.
Пример:
После записи директивы
#define PN printf ("\n Номер элемента=%d", N);
Последовательность операторов
int N=4;
PN;
выведет на экран текст
Номер элемента=4
Еще одной из областей эффективного применения макросов является адресации элементов многомерных массивов.
Доступ к элементам многомерных массивов в С++ имеет две особенности, которые создают неудобства при работе с ними:
· при обращении к элементу массива нужно указывать все его индексы,
· нумерация элементов массивов начинается с нуля.
Применение макросов для организации доступа к элементам массива позволяет обойти трудности, вызванные указанными выше особенностями, хотя это достигается за счет нетрадиционных обозначений элементов - индексы в макросах, представляющих элементы массивов, заключаются в круглые скобки.
Пример:
#define N 4 // число строк матрицы
#define M 5 // число столбцов матрицы
#define A(i,j) x[M*(i-l) + (j-1)]
#include <stdio.h>
void main ( )
{
/* Определение одномерного массива */
double x[N*M];
int i, j, k;
for (k=0; k < N*M; k++) x[k]=k;
/* Перебор строк */
for (i=1; i<=N; i++) {
printf ("\n Строка %d:", i);
for (j=1; j<=M; j++) printf(" %6.1f", A(i, j)); // перебор элементов строк
}
}
Результат выполнения программы:
Строка 1: 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Строка 2: 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
Строка 3: 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0
Строка 4: 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0
В программе создается виртуальный многомерный массив, размерностью N×М (N – число строк, M - число столбцов). Размерность массива задается на этапе препроцессорной обработки с помощью директивы #define. Для имитации многомерного массива (создания виртуального массива) в программе используется макроопределения и одномерный (реальный) массив x[] размерностью N*M. Таким образом, элементы виртуального многомерного массив будут размешаться в одномерном массиве построчно. Значения элементам массива присваиваются в цикле с параметром k.
На рис. 2.7 приведена схема одномерного массива х[ ] для моделирования виртуального двумерного массива с помощью макоопределений.
Рис. 2.7 – Имитация многомерного массива с помощью одномерного массива и макроопределения.
Для доступа к элементам массива используются макровызовы A(i, j). Индекс i соответствует номеру строки многомерного массива и изменяется от 1 до N, а индекс j – номеру столбца и изменяется во внутреннем цикле от 1 до М. A(i,j) является достаточно естественным обозначениями элементов матрицы, причем нумерация столбцов и строк начинается с 1.
За счет применения макросов выполняются замены параметризованных обозначений A(i, j) на x[5*(i-l)+(j-l)]. Далее действия выполняются над элементами одномерного массива х[ ]. Но т.к. данные преобразования выполняются на этапе препроцессорной обработки можно считать, что осуществляется работа с традиционными для многомерных массивов обозначениями.
Использованный в программе оператор
printf (“% 6.1f”, A (i, j));
после макроподстановок будет иметь вид:
printf (“% 6.1f”, x[5*(i-l)+(j-l)]);
Например
A (1,1) соответствует x[0] - вычислено как x[5(1-1)+(1-1)]
A (1,2) соответствует x[1] – вычислено x[5(1-1)+(2-1)]
A (2,1) соответствует x[5] – вычислено как x[5(2-1)+(1-1)]
A (3,4) соответствует x[13] – вычислено как x[5(3-1)+(1-1)]
Макросы унаследованы из языка С, при написании программ на C++ их следует избегать. Вместо макросов без параметров предпочтительнее использовать const или enum, а вместо параметризованных макросов — встроенные функции или шаблоны.
Директива #undef отменяет действие директивы #define.
Директива #undef имеет следующий формат:
#undef идентификатор
После выполнения директивы идентификатор, ранее определенный директивой #define. для препроцессора становится неопределенным, и его можно определять повторно.
Пример:
Если для переопределения константы M использовать последовательность директив
#define M 16
#undef M
#define М ‘С’
#undef M
#define M “С”
никаких предупреждающих сообщений выдано не будет (как это было в рассмотренном ранее примере без использования директивы #undef).
Директива #undefиспользуется редко, например, для отключения какой-либо опции компилятора.
Данную директиву также удобно использовать при разработке больших программ, собираемых из отдельных фрагментов текста, написанных в разное время или разными программистами.
В этом случае могут встретиться одинаковые обозначения различных объектов. Чтобы не изменять исходных файлов, включаемый текст можно обрамлять директивами #define, #undef и тем самым устранять возможные ошибки.
Пример:
А = 10; // Основной текст
#define A X
А = 5; // Включенный текст
#undef A
В = А; // Основной текст
При выполнении программы переменная В примет значение 10, несмотря на наличие оператора присваивания А = 5; во включенном тексте.
Директива #include вставляет в текст программы описания из указанного файла, в ту точку, где эта директива записана.
Данная директива имеет две формы записи:
#include <имя_файла>
#include “имя_файла”
Имя файла может быть указано с расширением. Конструкция, указывающая имя файла, может являться вызовом макроса, введенного директивой #define, который за конечное число подстановок формирует последовательность символов <имя_файла> либо “имя файла”.
Файлы, имеющие расширение .h, называются заголовочными файлами (header file). Они могут содержать:
· определения типов, констант, встроенных функций, шаблонов, перечислений;
· объявления функций, данных, имен, шаблонов;
· пространства имен;
· директивы препроцессора;
· комментарии.
В заголовочном файле не должно быть определений функций и данных. Эти правила не являются требованием языка, а отражают разумный способ использования директивы.
В форме заголовочных файлов оформляются описания функций стандартных библиотек, а также определения и описания типов и констант, используемых при работе с библиотеками компилятора. Например, заголовочных файл stdio.h содержит описание функции ввода/вывода printf, scanf и др. Каталог заголовочных файлов поставляется вместе со стандартными библиотеками компилятора.
Для подключения стандартных заголовочных файлов, используется первая форма записи (имя заключается в угловые скобки). В этом случае поиск файла ведется в стандартных каталогах заголовочных файлов. Например, для включения в текст программы заголовочного файла stdio.h используется директива
#include < stdio.h >.
Стандартные заголовочные файлы могут быть включены в текст программы в любом порядке и по несколько раз без отрицательных побочных эффектов. Однако действие включаемого заголовочного файла распространяется на текст программы только в пределах одного модуля от места размещения директивы #includeи до конца текстового файла (и всех включаемых в программу текстов).
Перечень заголовочных файлов утвержден стандартом языка. Перечислим некоторые заголовочные файлы языка С++:
float.h - работа с вещественными данными
limits.h - предельные значения целочисленных данных
matb.h - математические вычисления
stdio.h - средства ввода-вывода
string.h - работа со строками символов
time.h - определение дат и времени
В конкретных реализациях состав и наименования заголовочных файлов могут отличаться. Например, в компиляторах для MS-DOS активно используются файлы mem.h, alloc.h, conio.h, dos.h, graphics.h и др.
Для каждого файла библиотеки С с именем <name.h> имеется соответствующий файл библиотеки C++ <cname>, в котором те же средства описываются в пространстве имен std. Например, директива #include <cstdio> обеспечивает те же возможности, что и #include <stdio.h>, но при обращении к стандартным функциям требуется указывать имя пространства имен std.
Программист может самостоятельно создать собственные заголовочные файлы. При этом используется вторая форма записи (имя файла указывается в кавычках). В этом случае поиск файла ведется сначала в каталоге с исходным файлом, а затем в стандартных каталогах.
Создание таких заголовочных файлов, является эффективным средством при модульной разработке крупных программ. В этом случае связь между модулями, размещаемыми в разных файлах, реализуется не только с помощью параметров, но и через внешние объекты, глобальные для нескольких или всех модулей. Описания таких внешних объектов и прототипы функций помещаются в одном файле, который с помощью директив #includeвключается во все модули, где они необходимы.
Внешние объекты должны записываться в заголовочном файле со спецификатором extern. Например:
Термин «заголовочный файл» обусловлен тем, что включение заголовочных файлов необходимо помещать в начале текста программы, т.е. заведомо раньше обращений к объектам и функциям, определенным в данном файле. Хотя заголовочный файл может быть включен в программу не в ее начале, а непосредственно перед обращением к функции, описанной в заголовочном файле, этого делать не рекомендуется.
