3.5. Подключаемые файлы и наследование
"Наследование" это то, что происходит, когда какой либо объект или
файл образует некоторую часть своего содержимого путем виртуального
копирования из другого объекта или файла. В случае подключаемых С файлов
наследование означает, что один файл включает другой файл, а затем заменяет
или добавляет что-либо.
Если наследуемый подключаемый файл и основной подключаемый файл имеют
различные имена, то такое наследование называется прямым. При этом
используется конструкция '#include "BASE"' в наследуемом файле.
Иногда необходимо чтобы у наследуемого и основного подключаемого файла
были одинаковые имена.
Например, предположим, что прикладная программа использует системный
подключаемый файл 'sys/signal.h', но версия файла '/usr/include/sys/signal.h'
на данной системе выполняет того, что требуется в прикладной программе.
Будет удобнее определить локальную версию, возможно с именем
'/usr/local/include/sys/signal.h' для замены или добавления к версии,
поставляемой с системой.
Это можно выполнить с применением опции '-I.' при компиляции, а также
созданием файла 'sys/signal.h' который выполняет требуемые программе функции.
Но сделать так, чтобы этот файл включал стандартный файл 'sys/signal.h' не
так просто. При включении строки '#include <sys/signal.h>' в этот файл
произойдет подключение новой версии файла, а не стандартной системной версии.
Это приведет к рекурсии и ошибке при компиляции.
При использовании директивы `#include </usr/include/sys/signal.h>'
нужный файл будет найден, но этот способ является не эфективным, так как
содержит полный путь к системному файлу. Это может отразиться на содержании
системы, так как это означает, что любые изменения местоположения системных
файлов потребуют дополнительных изменений где-либо еще.
Более эффективным решением этой проблемы является применение директивы
'#include_next', которая используется для подключения следующего файла с
таким же именем. Эта директива функционирует также как и директива '#include'
за исключением поиска требуемого файла. Она начинает поиск списка каталогов
подключаемых файлов после каталога, где был найден текущий файл.
Предположим была указана опция '-I /usr/local/include', а список
каталогов для поиска включает '/usr/include'. Также предположим, что оба
каталога содержат файл с именем 'sys/signal.h'. Директива
'#include <sys/signal.h>' найдет нужный файл под каталогом
'/usr/local/include'. Если этот файл содержит строку
'#include_next <sys/signal.h>', то поиск будет возобновлен после предыдущего
каталога и будет найден файл в каталоге '/usr/include'.
4. Макросы
Макрос это тип сокращения, который можно заранее определить и
использовать в дальнейшем. Существует довольно много возможностей, связанных
с использованием макросов в С препроцессоре.
4.1. Простые макросы
"Простой макрос" это тип сокращения. Это идентификатор, который
используется для представления фрагмента кода.
Перед использованием макроса его необходимо определить с помощью
директивы '#define', за которой следует название макроса и фрагмент кода,
который будет идентифицировать этот макрос. Например,
#define BUFFER_SIZE 1020
определяет макрос с именем 'BUFFER_SIZE', которому соответствует текст
'1024'. Если где-либо после этой директивы встретится выражение в следующей
форме:
foo = (char *) xmalloc (BUFFER_SIZE);
то С препроцессор определит и заменит макрос 'BUFFER_SIZE' на его значение и
в результате получится
foo = (char *) xmalloc (1020);
Использование прописных букв в названиях макросов является стандартным
соглашением и повышает читабельность программ.
Обычно, макроопределением должна быть отдельная строка, как и при
использовании всех директив препроцессора. (Длинное макроопределение можно
разбить на несколько строк с применением последовательности
backslash-newline.) Хотя существует одно исключение: символы перевода
строки могут быть вкючены в макроопределение если они находятся в строковой
или символьной константе, потому как макроопределение не может содержать
каких-либо специальных символов. Макроопределение автоматически дополняется
соответствующим специальным символом, который завершает строчную или
символьную константу. Комментарии в макроопределениях могут содержать символы
перевода строки, так как это ни на что не влияет, потому как все комментарии
полностью заменяются пробелами вне зависимости от того, что они содержат.
В отличие от выше сказанного, не существует никаких ограничений на
значение макроса. Скобки не обязательно должны закрываться. Тело макроса не
обязательно должно содержать правильный С код.
Препроцессор С обрабатывает программу последовательно, поэтому
макроопределения вступают в силу только в местах, где они используются.
Поэтому, после обработки следующих данных С препроцессором
foo = X;
#define X 4
bar = X;
получится такой результат
foo = X;
bar = 4;
После подстановки препроцессором имени макроса, тело макроопределения
добавляется к началу оставшихся вводимых данных и происходит проверка на
продолжение вызовов макросов. Поэтому тело макроса может содержать ссылки
на другие макросы. Например, после выполнения
#define BUFSIZE 1020
#define TABLESIZE BUFSIZE
значением макроса 'TABLESIZE' станет в результате значение '1020'.
Это не является тем же, что и определение макроса 'TABLESIZE' равным
значению '1020'. Директива '#define' для макроса 'TABLESIZE' использует в
точности те данные, которые были указаны в ее теле и заменяет макрос
'BUFSIZE' на его значение.
4.2. Макросы с аргументами
Значение простого макроса всегда одно и то же при каждом его
использовании. Макросы могут быть более гибкими, если они принимают
аргументы. Аргументами являются фрагменты кода, которые прилагаются при
каждом использовании макроса. Эти фрагменты включаются в расширение макроса
в соответствии с указаниями в макроопределении.
Для определения макроса, использующего аргументы, применяется директива
'#define' со списком имен аргументов в скобках после имени макроса. Именами
аргументов могут быть любые правильные С идентификаторы, разделенные запятыми
и, возможно, пробелами. Открывающаяся скобка должна следовать сразу же после
имени макроса без каких-либо пробелов.
Например, для вычисления минимального значения из двух заданных можно
использовать следующий макрос:
#define min(X, Y) ((X) < (Y) ? (X) : (Y))
Для применения макроса с аргументами нужно указать имя макроса, за
которым следует список аргументов, заключенных в скобки и разделенных
запятыми. Количество принимаемых аргументов должно соответствовать количеству
указываемых. Например, макрос 'min' можно использовать так: 'min (1, 2)' или
'min (x + 28, *p)'.
Значение макроса зависит от используемых аргументов. Каждое имя
аргумента во всем макроопределении заменяется на значения соответствующих
указанных аргументов. При использовании макроса 'min', рассмотренного ранее,
следующим образом:
min (1, 2)
будет получен следующий результат:
((1) < (2) ? (1) : (2))
где '1' заменяет 'X', а '2' заменяет 'Y'.
При указании аргументов, скобки должны закрываться, а запятая не должна
завершать аргумент. Однако, не существует каких либо ограничений на
использование квадратных или угловых скобок. Например
macro (array[x = y, x + 1])
передает макросу 'macro' два аргумента: 'array[x = y' и 'x + 1]'.
После подстановки указанных аргументов в тело макроса, полученный в
результате текст добавляется к началу оставшихся данных и производится
проверка на наличие других вызовов макросов. Поэтому указываемые аргументы
могут содержать ссылки к другим макросам как с аргументами, так и без, а
также к тому же макросу. Тело макроса также может включать ссылки к другим
макросам. Например, макрос 'min (min (a, b), c)' заменяется следующим
текстом:
((((a) < (b) ? (a) : (b))) < (c)
? (((a) < (b) ? (a) : (b)))
: (c))
(Срока разбита на три для ясности и в действительности она не разбивается.)
Если макрос 'foo' принимает один аргумент и нужно передать ему пустой
аргумент, то в скобках следует указать по крайней мере один пробел:
'foo ( )'. Если пробел не указывать, а макрос 'foo' требует один аргумент,
то произойдет ошибка. Для вызова макроса, не принимающего аргументы, можно
использовать конструкцию 'foo0()' как рассмотрено ниже:
#define foo0() ...
Если используется имя макроса, за которым не следует открывающаяся
скобка (после удаления всех следующих пробелов, символов табуляции и
комментариев), то это не является вызовом макроса и препроцессор не изменяет
текст программы. Поэтому возможно использование макроса, переменной и функции
с одним именем и в каждом случае можно изменять, когда нужно применить макрос
(если за именем следует список аргументов), а когда - переменную или функцию
(если список аргументов отстутствует).
Подобное двойственное использование одного имени может привести к
осложнениям и его следует избегать, за исключением случаев, когда оба
значения являются синонимами, то есть когда под одним именем определена
функция и макрос и оба выполняют одинаковые действия. Можно рассматривать
это имя как имя функции. Использование имени не для ссылки (например, для
получения адреса) приведет к вызову функции, в то время как ссылка приведет
к замене имени на значение макроса и в результате будет получен более
эффективный но идентичный код. Например, используется функция с именем
'min' в том же исходном файле, где определен макрос с тем же именем.
Если написать '&min' без списка аргументов, то это приведет к вызову функции.
Если же написать 'min (x, bb)' со списком аргументов, то вместо этого будет
произведена замена на значение соответствующего макроса. Если использовать
конструкцию '(min) (a, bb)', где за именем 'min' не следует открывающаяся
скобка, то будет произведен вызов функции 'min'.
Нельзя определять простой макрос и макрос с аргументами с одним именем.
В определении макроса с аргументами список аргументов должен следовать
сразу после имени макроса без пробелов. Если после имени макроса стоит
пробел, то макрос определяется без аргументов, а остальная часть строки
становится значением макроса. Причиной этому является то, что довольно
часто определяются макросы без аргументов. Определение макросов подобным
образом позволяет выполнять такие операции как
#define FOO(x) - 1 / (x)
(где определяется макрос 'FOO', принимающий один аргумент и добавляет минус
к числу, обратному аргументу) или
#define BAR (x) - 1 / (x)
(где определяется макрос 'BAR' без аргументов и имеющий постоянное значение
'(x) - 1 / (x)').
4.3. Заранее определенные макросы
Некоторые простые макросы являются заранее определенными. Их можно
применять без предварительного определения. Они разделяются на два класса:
стандартные макросы и системно-зависимые макросы.
4.3.1. Стандартные заранее определенные макросы
Стандартные заранее определенные макросы могут применяться вне
зависимости от используемой платформы или операционной системы на которой
функционирует GNU C. Их имена начинаются и заканчиваются двойным символом
подчеркивания. Все макросы в следующем списке до '__GNUC__' являются
стандартизированными ANSI C. Остальные макросы являются расширениями GNU C.
'__FILE__'
Этот макрос заменяется на имя текущего исходного файла в форме строковой
константы С. Возвращаемым именем является одно из указанных в директиве
'#include' или имя основного исходного файла.
'__LINE__'
Этот макрос заменяется на номер текущей строки в форме десятичной целой
константы. В то время как он называется заранее определенным макросом, его
значение меняется динамически.
Этот макрос и макрос '__FILE__' используются при генерировании сообщения
об ошибке для вывода несоответствия, определенного программой. Сообщение
может содержать номер строки исходного файла где была обнаружена ошибка.
Например,
fprintf (stderr, "Internal error: "
"negative string length "
"%d at %s, line %d.",
length, __FILE__, __LINE__);
Директива '#include' изменяет значения макросов '__FILE__' и '__LINE__'
на соответствующие исходному файлу. В конце этого файла, если это был
подключаемый файл, значения '__FILE__' и '__LINE__' становятся теми, какими
они были до директивы '#include' (только значение '__LINE__' увеличивается
на единицу, так как затем обрабатывается строка, следующая за директивой
'#include').
Значения '__FILE__' и '__LINE__' изменяются при использовании директивы
'#line'.
'__DATE__'
Этот макрос заменяется на строчную константу, которая указывает дату
запуска препроцессора. Эта константа содержит одинадцать символов и
выглядит примерно так '"Jan 29 1987"' или '"Apr 1 1905"'.
'__TIME__'
Этот макрос заменяется на строковую константу, которая указывает время
запуска препроцессора. Константа содержит восемь символов и выглядит
примерно так: '"23:59:01:'.
'__STDC__'
Этот макрос заменяется на константу со значением 1 для указания, что
это С стандарта ANSI.
'__STDC_VERSION__'
Этот макрос заменяется на номер версии стандарта С, длинной целой
константой в форме 'YYYYMML', где YYYY и MM год и месяц выхода версии
стандарта. Это указывает на версию стандарта С, к которой относится
препроцессор.
'__GNUC__'
Этот макрос определен тогда и только тогда, когда используется GNU C.
Он определен только тогда используется полный GNU C компилятор. Если
вызвать препроцессор отдельно, то этот макрос будет не определен. Его
значение указывает на основной номер версии GNU CC ('1' для версии 1 GNU CC,
которая уже является устаревшей, и '2' для версии 2).
'__GNUC_MINOR__'
Этот макрос содержит дополнительный номер версии компилятора. Он может
быть использован при работе с отличительными возможностями различных выпусков
компилятора.
'__GNUG__'
Компилятор GNU C определяет этот макрос если компилируемым языком
является С++.
'__cplusplus'
Стандарт ANSI для С++ раньше требовал определения этой переменной.
Хотя ее наличие больше не требуется, в GNU C++ она все еще определяется, как
и в других известных компиляторах С++. Этот макрос может быть использован
для определения каким компилятором был скомпилирован заголовок (С или С++).
'__STRICT_ANSI__'
Этот макрос определяется тогда и только тогда, когда при вызове GNU C
указывается опция '-ansi'. Он определяется как пустая строка.
'__BASE_FILE__'
Этот макрос заменяется на имя основного исходного файла в форме
строковой константы С. Это исходный файл, указываемый в качестве параметра
при вызове компилятора С.
'__INCLUDE_LEVEL__'
Этот макрос заменяется на десятичную целую константу, которая указывает
на уровень вложенности подключаемых файлов. Его значение увеличивается на
единицу при обработке директивы '#include' и уменьшается на единицу при
завершении обработки каждого файла. Начальное значение для файлов,
указываемых в командной строке при вызове компилятора является равным нулю.
'__VERSION__'
Этот макрос заменяется сторокой, указывающей номер версии GNU C.
Обычно это последовательность десятичных чисел, разделенных точками.
Например '"2.6.0"'.
'__OPTIMIZE__'
Этот макрос определяется в оптимизирующих компиляторах. Если но
определен, то это приводит к созданию в подключаемых файлах GNU
альтернативных макроопределений для некоторых функций из системных библиотек.
Проверка или использование значения этого макроса не имеет особого смысла,
до тех пор, пока не будет полной уверенности в том, что программы будут
выполняться с таким же эффектом.
'__CHAR_UNSIGNED__'
Этот макрос определяется тогда и только тогда, когда тип данных 'char'
является беззнаковым. Он реализован для правильного функционирования
подключаемого файла 'limit.h'. Не следует использовать этот макрос. Вместо
этого можно использовать стандартные макросы, определенные в файле 'limit.h'.
Препроцессор использует этот макрос для определения необходимости в
добавлении знакового бита в больших восьмеричных символьных константах.
'__REGISTER_PREFIX__'
Этот макрос заменяется на сроку, описывающую префикс, добавляемый к
обозначению регистров процессора в ассемблерном коде. Он может использоваться
для написания ассемблерного кода, функционирующего в различных оболочках.
Например, в оболочке 'm68k-aout' производится замена на строку '""', а
в оболочке 'm68k-coff' макрос заменяется на строку '"%"'.
'__USER_LABEL_PREFIX__'
Этот макрос заменяется на строку, описывающую префикс, добавляемый к
меткам пользователя в ассемблерном коде. Он может использоваться для
написания ассемблерного кода, функционирующего в различных оболочках.
Например, в оболочке 'm68k-out' он заменяется на строку '" "', а в оболочке
'm68k-coff' - на строку '""'.
4.3.2. Нестандартные заранее определенные макросы
Обычно С препроцессор имеет несколько заранее определенных макросов,
значения которых различаются в зависимости от используемой платформы и
операционной системы. В данном руководстве не представляется возможным
рассмотреть все макросы. Здесь описаны только наиболее типичные из них.
Для просмотра значений заранее определенных макросов можно воспользоваться
командой 'cpp -dM'.
Некоторые нестандартные заранее определенные макросы более или менее
подробно описывают тип используемой операционной системы. Например,
'unix'
Этот макрос обычно определен на всех системах Unix.
'BSD'
Этот макрос определен на последних версиях системы Berkley Unix
(возможно только в версии 4.3).
Другие макросы описывают тип центрального процесора. Например,
'vax'
Определен на Vax компьютерах.
'mc68000'
Определен на большинстве компьютеров, использующих процессор Motorola
68000, 68010 или 68020.
'm68k'
Также определен на большинстве компьютеров с процессором 68000, 68010
или 68020. Хотя некоторые разработчики используют 'mc68000', а некоторые -
'm68k'. Некоторые заранее определяют оба макроса.
'M68020'
Определен на некоторых системах с процессором 68020 в дополнение к
макросам 'mc68000' и 'm68k', которые являются менее специфичными.
'_AM29K'
'_AM29000'
Определены на компьютерах с процессорами из семейства AMD 29000.
'ns32000'
Определен на компьютерах, использующих процессоры серии National
Semiconductor 32000.
Другие нестандартные макросы описывают изготовителей компьютерных
систем. Например,
'sun'
Определен на всех моделях компьютеров Sun.
'pyr'
Определен на всех моделях компьютеров Pyramid.
'sequent'
Определен на всех моделях компьютеров Sequent.
Эти заранее определенные символы являются не только нестандартными, но
они к тому же не соответствуют стандарту ANSI, потому что их имена не
начинаются с символа подчеркивания. Поэтому опция '-ansi' запрещает
определение этих символов.
Это приводит к тому, что опция '-ansi' становится бесполезной, так как
большое количество программ зависит от нестандартных заранее определенных
символов. Даже системные подключамые файлы проверяют их значения и
генерируют неправильные объявления в случае если требуемые имена не
определены. В результате очень мало программ компилируется с опцией '-ansi'.
Что же нужно сделать в ANSI C программе для того, чтобы проверить тип
используемого компьютера?
Для этой цели GNU C предоставляет параллельную серию символов, имена
которых состоят из обычных символов с добавлением строки '__' с начала и
с конца. Таким образом символ '__vax__' используется на системах Vax, и
так далее.
Набор нестандартных заранее определенных символов в GNU C препроцессоре
изменяется (при компиляции самого компилятора) с помощью макроса
'CPP_PREDEFINES', которым является строка, состоящая из опций '-D',
разделенных пробелами. Например, на системе Sun 3 используется следующее
макроопределение:
#define CPP_PREDEFINES "-Dmc68000 -Dsun -Dunix -Dm68k"
Этот макрос обычно указывается в файле 'tm.h'.
