Лекция № 9

Тема: «Модульное программирование»

План.

1. Основные понятия

2. Директивы препроцессора

3. Особенности использования глобальных переменных

1. Основные понятия

Модульное программирование – это процесс разработки программы, состоящей из нескольких логически завершенных и взаимосвязанных единиц – модулей.

Модуль – файл программы, объединяющий некоторое количество функций, определенных типов данных и переменных.

Преимущества использования модулей:

1. Разбиение полного текста программы на несколько файлов.

2. Использование как заготовки для других программ.

Модульность в языке C++ поддерживается с помощью директив препроцессора, пространств имен, классов памяти, исключений и раздельной компиляции (строго говоря, раздельная компиляция не является элементом языка, а относится к его реализации). (начало)

2. Директивы препроцессора

Препроцессор лучше всего рассматривать как отдельную программу, которая выполняется перед компиляцией. При запуске программы препроцессор просматривает код сверху вниз, файл за файлом, в поиске директив.

Директивы – это специальные команды, которые начинаются с символа # и НЕ заканчиваются точкой с запятой. Есть несколько типов директив, которые мы рассмотрим ниже.

Заголовочные файлы включаются в текст программы с помощью директивы препроцессора #include. Директивы препроцессора начинаются со знака "диез" (#), который должен быть самым первым символом строки. Программа, которая обрабатывает эти директивы, называется препроцессором (в современных компиляторах препроцессор обычно является частью самого компилятора).

Директива #include включает в программу содержимое указанного файла. Имя файла может быть указано двумя способами:

#include <some_file.h>

#include "my_file.h"

#include <some_file.h> сообщает препроцессору искать некий стандартный заголовочный файл в системных путях. Компилятор ищет этот файл в предопределенных местах. (Способ определения этих мест сильно различается для разных платформ и реализаций).

#include "my_file.h" означает, что заголовочный файл – пользовательский, и его поиск начинается с того каталога, где находится исходный текст программы.

Заголовочный файл также может содержать директивы #include. Поэтому иногда трудно понять, какие же конкретно заголовочные файлы включены в данный исходный текст, и некоторые заголовочные файлы могут оказаться включенными несколько раз. Избежать этого позволяют условные директивы препроцессора. Рассмотрим пример:

#ifndef MYFILE_H //если не объявлена константа MYFILE_H

#define MYFILE_H //объявляем её и продолжаем обрабатывать заголовочный файл до конца блока проверки

/* содержимое файла myfile.h */

#endif //конец блока проверки

Условная директива #ifndef (англ. «if not defined» = «если не определено») проверяет, не было ли значение MYFILE_H определено ранее. (MYFILE_H – это константа препроцессора; такие константы принято писать заглавными буквами.) Препроцессор обрабатывает следующие строки вплоть до директивы #endif. В противном случае он пропускает строки от #ifndef до #endif.

Директива

#define MYFILE_H

определяет константу препроцессора MYFILE_H. Поместив эту директиву непосредственно после директивы #ifndef, мы можем гарантировать, что содержательная часть заголовочного файла myfile.h будет включена в исходный текст только один раз, сколько бы раз ни включался в текст сам этот файл.

Пример. Пусть имеется программа вычисления факториала числа.

//подключение заголовочного файла

#include <iostream.h>

//прототип функции вычисления факториала

long int fact(int n);

//главная программа

int main()

{

system("chcp 1251>nul");

int n;

cout<<"Введите число: ";

cin>>n;

//вывод результата вычисления факториала

cout<<n<<"!="<<fact(n)<<endl;

system("pause");

//завершение работы программы

return 0;

}

//реализация функции вычисления факториала

long int fact(int n)

{

//начальное значение для значения факториала

long int rez=1;

//цикл подсчета произведения

for(int i=1; i<=n; i++)

rez*=i;

//вернуть результат в главную программу

return rez;

}

Разбить программу на две части: модуль с функцией вычисления факториала и главную программу.

Выносим функцию для вычисления факториала в отдельный модуль mod1.h

//если не объявлена константа MOD1_H

#ifndef MOD1_H

//объявляем ее

#define MOD1_H

//прототип функции вычисления факториала

long int fact(int n);

//реализация функции вычисления факториала

long int fact(int n)

{

//начальное значение для значения факториала

long int rez=1;

//цикл подсчета произведения

for(int i=1; i<=n; i++)

rez*=i;

//вернуть результат в главную программу

return rez;

}

//конец блока проверки

#endif

Главная программа имеет вид:

//подключение заголовочного файла

#include <iostream.h>

//подключение пользовательского заголовочного файла

#include "mod1.h"

//главная программа

int main()

{

system("chcp 1251>nul");

int n;

cout<<"Введите число: ";

cin>>n;

//вывод результата вычисления факториала

cout<<n<<"!="<<fact(n)<<endl;

system("pause");

//завершение работы программы

return 0;

}

Пример. Дан одномерный массив. Реализовать следующее:

· ввод элементов массива;

· вывод элементов массива на печать;

· вычисление суммы элементов массива.

Создать главную программу main.cpp. В программе подключить три заголовочных файла с именами vvod.h, vivod.h и summ.h. В первом файле описать функцию заполнения элементов одномерного массива, во втором – функцию вывода элементов массива, в третьем – функцию расчета суммы элементов.

Модуль vvod.h для заполнения массива будет иметь вид:

//если константа MOD1_H не объявлена

#ifndef MOD1_H

//объявляем константу MOD1_H

#define MOD1_H

//прототип функции заполнения массива

void formmas(float *m,int n);

//реализация функции заполнения массива

void formmas (float *m, int n)

{

//локальные переменные для диапазона формирования массива

float a,b;

//локальная переменная номер элемента в массиве

int i;

cout<<"Введите диапазон (a, b): ";

cin>>a>>b;

//цикл заполнения массива случайными числами

for (i=0;i<=n-1;i++)

m[i]=(b-a)*rand()/32767+a;

//завершение подпрограммы

return;

}

//конец блока проверки

#endif

Модуль vivod.h для вывода элементов массива на печать будет иметь вид:

//если константа MOD2_H не объявлена

#ifndef MOD2_H

//объявляем константу MOD2_H

#define MOD2_H

//прототип функции вывода элементов массива на экран

void vivodmas(float *m,int n);

//реализация функции вывода элементов массива на экран

void vivodmas (float *m, int n)

{

//локальная переменная номер элемента в массиве

int i;

//указываем число цифр в выводимом числе – элементе массива

cout.precision(3);

//цикл вывода элементов на экран

for (i=0;i<=n-1;i++)

cout<<m[i]<<" ";

cout<<"\n";

return;

}

//конец блока проверки

#endif

Модуль summ.h для вычисления суммы элементов массива будет иметь вид:

//если константа MOD3_H не объявлена

#ifndef MOD3_H

//объявляем константу MOD3_H

#define MOD3_H

//прототип функции расчета суммы элементов массива

float summa(float *m,int n);

//реализация функции расчета суммы элементов массива

float summa (float *m, int n)

{

//локальная переменная номер элемента в массиве

int i;

//локальная переменная сумма элементов массива

float sum=0;

//цикл расчета суммы

for (i=0;i<=n-1;i++)

sum+=m[i];

//вернуть значение суммы в главную программу

return sum;

}

//конец блока проверки

#endif

Главная программа main.cpp содержит следующий текст:

//подключение заголовочных файлов

#include <iostream.h>

//подключение созданных файлов из текущей папки

#include "mod1.h"

#include "mod2.h"

#include "mod3.h"

//главная программа

int main()

{

system("chcp 1251>nul");

//переменная количество элементов массива

int n;

//одномерный динамический массив вещественных чисел

float *mas;

cout<<"Введите количество элементов массива n: ";

cin>>n;

//выделяем память под n элементов массива

mas = new float[n];

//вызываем функцию заполнения массива

formmas(mas,n);

//вызываем функцию вывода элементов массива на экран

vivodmas(mas,n);

//выводим результат вычисления суммы массива

cout<<"Сумма элементов массива = "<<summa(mas,n)<<endl;

//пауза для просмотра результата

system("pause");

//завершение работы программы

return 0;

}

(начало)

3. Особенности использования глобальных переменных

Если можно отказаться от использования глобальных переменных, то лучше это сделать. Желательно стремиться к тому, чтобы любой файл проекта «не лез к соседу за данными, а сосед не разбрасывал эти данные в виде глобальных переменных». Обмен данными между функциями должен осуществлять за счет передачи данных в качестве параметров и возврата значений с помощью оператора return. (Массивов это не касается.)

Однако в языке программирования C++ есть проблема. С помощью return можно вернуть только одно значение. Но могут быть случаи, когда функция должна изменить несколько переменных (здесь не имеются ввиду элементы массива). В таком случае без глобальных переменных обойтись сложно.

· Если в файле a.cpp объявлена переменная за пределами любой функции (например, так: int count), то она является глобальной для всех файлов проекта. Чтобы получить значение этой переменной в файле aa.cpp достаточно просто указать ее имя (если в функции нет локальной переменной с тем же именем). Чтобы получить значение из других файлов, надо указать, что имеется в виду глобальная переменная, а не локальная. Делается это с помощью ключевого слова extern (например, extern count).

· Бывают ситуации, когда в одном файле для нескольких содержащихся в нем функций нужна глобальная переменная. Но эта переменная не должна быть доступна функциям, содержащимся в других файлах. В таком случае глобальная переменная объявляется с ключевым словом static (например, static int count). Тем самым мы как бы скрываем глобальную переменную.

Задание. Напишите простые наглядные примеры, использования глобальных функций:

1. Объявите глобальную переменную в одном файле, а получите ее значение в другом файле (выведите на экран).

2. Объявите в одном файле статическую глобальную переменную. Выведите ее значение на экран из функции данного файла. Попытайтесь сделать это из функции другого файла.

3. Создайте две глобальные переменные в одном файле. В другом файле напишите функцию, которая меняет их значение. (начало)