Каждый программный объект имеет область действия, которая определяется видом и местом его объявления. Существуют следующие области действия: блок, файл, функция, прототип функции, класс и поименованная область.
Блок. Идентификаторы, описанные внутри блока, являются локальными. Область действия идентификатора начинается в точке определения и заканчивается в конце блока, видимость – в пределах блока и внутренних блоков, время жизни – до выхода из блока. После выхода из блока память освобождается.
Файл. Идентификаторы, описанные вне любого блока, функции, класса или пространства имен, имеют глобальную видимость и постоянное время жизни и могут использоваться с момента их определения.
Функция. Единственными идентификаторами, имеющими такую область действия, являются метки операторов. В одной функции все метки должны различаться, но могут совпадать с метками других функций.
Прототип функции. Идентификаторы, указанные в списке параметров прототипа (объявления) функции, имеют областью действия только прототип функции.
Класс. Элементы структур, объединений и классов (за исключением статических элементов) являются видимыми лишь в пределах класса. Они образуются при создании переменной указанного типа и разрушаются при ее уничтожении.
Поименованная область. C++ позволяет явным образом задать область определения имен как часть глобальной области с помощью оператора namespace.
Область видимости совпадает с областью действия за исключением ситуации, когда во вложенном блоке описана переменная с таким же именем. В этом случае внешняя переменная во вложенном блоке невидима, хотя он и входит в ее область действия. Тем не менее к этой переменной, если она глобальная, можно обратиться, используя операцию доступа к области видимости ::. Способ обратиться к скрытой локальной переменной отсутствует.
В каждой области действия различают так называемые пространства имен. Пространство имен – область, в пределах которой идентификатор должен быть уникальным. В разных пространствах имена могут совпадать, поскольку разрешение ссылок осуществляется по контексту идентификатора в программе.
В C++ определено четыре раздельных класса идентификаторов, в пределах каждого из которых имена должны быть уникальными.
- К одному пространству имен относятся имена переменных, функций, типов, определенных пользователем (typedef) и констант перечислений в пределах одной области видимости. Все они, кроме имен функций, могут быть переопределены во вложенных блоках.
- Другой класс имен образуют имена типов перечислений, структур, классов и объединений. Каждое имя должно отличаться от имен других типов в той же области видимости.
- Отдельный класс составляют элементы каждой структуры, класса и объединения. Имя элемента должно быть уникально внутри структуры, но может совпадать с именами элементов других структур.
- Метки образуют отдельное пространство имен.
Любая функция автоматически видна во всех модулях программы. Если требуется ограничить область действия функции файлом, в котором она описана, используется модификатор static.
Для того чтобы сделать доступной в нескольких модулях переменную или константу, необходимо:
- определить ее ровно в одном модуле как глобальную;
- в других модулях объявить ее как внешнюю с помощью модификатора extern.
Другой способ – поместить это объявление в заголовочный файл и включить его в нужные модули.
Все описания одной и той же переменной должны быть согласованы.
Если переменная описана как static, область ее действия ограничивается файлом, в котором она описана.
При описании типа следует придерживаться правила одного определения, то есть тип, используемый в программе, должен быть определен ровно один раз. Как правило, это делается в заголовочном файле, который затем подключается к модулям, использующим этот тип. Нарушение этого правила приводит к ошибкам, которые трудно обнаружить, поскольку компиляторы, как правило, не обладают возможностью сличать определения одного и того же типа в различных файлах.
Поименованные области служат для логического группирования объявлений и ограничения доступа к ним. Чем больше программа, тем более актуально использование поименованных областей. Простейшим примером применения является отделение кода, написанного одним человеком, от кода, написанного другим. При использовании единственной глобальной области видимости формировать программу из отдельных частей очень сложно из-за возможного совпадения и конфликта имен. Использование поименованных областей препятствует доступу к ненужным средствам.
Объявление поименованной области (ее также называют пространством имен) имеет формат:
namespace [ имя_области ]{ /* Объявления */ }
Поименованная область может объявляться неоднократно, причем последующие объявления рассматриваются как расширения предыдущих. Таким образом, поименованная область может объявляться и изменяться за рамками одного файла.
Если имя области не задано, компилятор определяет его самостоятельно с помощью уникального идентификатора, различного для каждого модуля. Объявление объекта в неименованной области равнозначно его описанию как глобального с модификатором static. Помещать объявления в такую область полезно для того, чтобы сохранить локальность кода. Нельзя получить доступ из одного файла к элементу неименованной области другого файла.
Пример.
namespace demo{
int 1 = 1:
int к = 0;
void funcl(int):
void func2(int) { /* ... */ }
}
namespace demo{ // Расширение
// int i = 2 : Неверно - двойное определение
void fund (double); // Перегрузка
void func2(int); // Верно (повторное объявление)
}
В объявлении поименованной области могут присутствовать как объявления, так и определения. Логично помещать в нее только объявления, а определять их позднее с помощью имени области и оператора доступа к области видимости ::, например:
void demo::fund(1nt) { / * ... * / }
Это применяется для разделения интерфейса и реализации. Таким способом нельзя объявить новый элемент пространства имен.
Объекты, объявленные внутри области, являются видимыми с момента объявления. К ним можно явно обращаться с помощью имени области и оператора доступа к области видимости ::, например:
demo::i = 100; demo::func2(10);
Если имя часто используется вне своего пространства, можно объявить его доступным с помощью оператора using:
using demo::I;
После этого можно использовать имя без явного указания области.
Если требуется сделать доступными все имена из какой-либо области, используется оператор using namespace:
using namespace demo:
Имена, объявленные в поименованной области явно или с помощью оператора using, имеют приоритет по отношению к именам, объявленным с помощью оператора using namespace (это имеет значение при включении нескольких поименованных областей, содержащих совпадающие имена).
Короткие имена пространств имен могут войти в конфликт друг с другом, а длинные непрактичны при написании реального кода, поэтому допускается вводить синонимы имен:
namespace DAM = Department_of_Applied_Mathematics:
Объекты стандартной библиотеки определены в пространстве имен std. Например, объявления стандартных средств ввода/вывода С в заголовочном файле <stdio.h> помещены в пространство имен следующим образом:
// stdio.h
namespace std{
int feof(FILE *f);
…
}
using namespace std;
Это обеспечивает совместимость сверху вниз. Для тех, кто не желает присутствия неявно доступных имен, определен новый заголовочный файл <cstdio>:
// cstdio
namespace std{
int feof(FILE * f );
…
}
Если в программу включен файл <cstdio>, нужно указывать имя пространства имен явным образом:
std::feof(f);
Механизм пространств имен вместе с директивой #include обеспечивают необходимую при написании больших программ гибкость путем сочетания логического группирования связанных величин и ограничения доступа.
Как правило, в любом функционально законченном фрагменте программы можно выделить интерфейсную часть (например, заголовки функций, описания типов), необходимую для использования этого фрагмента, и часть реализации, то есть вспомогательные переменные, функции и другие средства, доступ к которым извне не требуется. Пространства имен позволяют скрыть детали реализации и, следовательно, упростить структуру программы и уменьшить количество потенциальных ошибок. Продуманное разбиение программы на модули, четкая спецификация интерфейсов и ограничение доступа позволяют организовать эффективную работу над проектом группы программистов.
