2.10 – Заголовочные файлы

Заголовки и их назначение

По мере того, как программы становятся больше (и используют больше файлов), становится всё более утомительным давать предварительные объявления каждой функции, которую вы хотите использовать, и которая определена в другом файле. Было бы неплохо, если бы вы могли поместить все свои предварительные объявления в одно место, а затем импортировать их, когда они вам понадобятся?

Ключевой момент

Заголовочные файлы позволяют нам размещать объявления в одном месте, а затем импортировать их туда, где они нам нужны. Это может сэкономить много времени при наборе текста в проектах из нескольких файлов.

Использование заголовочных файлов стандартной библиотеки

Рассмотрим следующую программу:

Ключевой момент

Когда дело доходит до функций и переменных, стоит помнить, что заголовочные файлы обычно содержат только объявления функций и переменных, а не их определения (в противном случае может произойти нарушение правила одного определения). std::cout объявлен в заголовке iostream, но определен как часть стандартной библиотеки C++, которая автоматически подключается к вашей программе на этапе линкера.

Рисунок 1 – Диаграмма процесса сборки

Лучшая практика

Заголовочные файлы обычно не должны содержать определений функций и переменных, чтобы не нарушать правило одного определения. Исключение сделано для символьных констант (которые мы рассмотрим в уроке «4.14 – const, constexpr и символьные константы»).

Написание собственных заголовочных файлов

(Если вы воссоздаете этот пример с нуля, не забудьте добавить add.cpp в свой проект, чтобы он компилировался).

Давайте напишем заголовочный файл, чтобы избавиться от этого бремени. Написать заголовочный файл на удивление легко, поскольку файлы заголовков состоят только из двух частей:

Добавление заголовочного файла в проект работает аналогично добавлению исходного файла (рассматривается в уроке «2.7 – Программы с несколькими файлами исходного кода»). Если вы используете IDE, выполните такие же действия и при появлении запроса выберите Файл заголовка (или C/C++ header) вместо Файла С++ (или C/C++ source). Если вы используете командную строку, просто создайте новый файл в своем любимом редакторе.

Лучшая практика

Лучшая практика

Если заголовочный файл идет в паре с файлом исходного кода (например, add.h с add.cpp ), они оба должны иметь одинаковое базовое имя ( add ).

Вот наш завершенный заголовочный файл:

Следовательно, наша программа будет правильно компилироваться и компоноваться.

Рисунок 2 – Диаграмма процесса сборки

Включение заголовочного файла в соответствующий исходный файл

Позже вы увидите, что большинство исходных файлов включают свой соответствующий заголовочный файл, даже если он им не нужен. Зачем?

Включение заголовочного файла в исходный файл увеличивает прямую совместимость. Очень вероятно, что в будущем вы добавите больше функций или измените существующие таким образом, что им нужно будет знать о существовании друг друга.

Когда мы углубимся в изучение стандартной библиотеки, вы будете включать множество заголовочных файлов библиотек. Если вам потребовалось включение в заголовочном файле, оно, вероятно, понадобилось вам для объявления функции. Это означает, что вам также потребуется такое же включение в исходный файл. Это приведет к тому, что в исходном файле у вас будет копия включений заголовочного файла. Включив заголовочный файл в исходный файл, исходный файл получит доступ ко всему, к чему имел доступ заголовочный файл.

При разработке библиотеки включение заголовочного файла в исходный файл может даже помочь в раннем обнаружении ошибок.

Лучшая практика

При написании исходного файла включите в него соответствующий заголовочный файл (если он существует), даже если он вам пока не нужен.

Поиск и устранение проблем

Угловые скобки и двойные кавычки

Когда мы используем угловые скобки, мы сообщаем препроцессору, что это заголовочный файл, который мы не писали сами. Компилятор будет искать заголовок только в каталогах, указанных в каталогах включаемых файлов (include directories). Каталоги включаемых файлов настраиваются как часть вашего проекта / настроек IDE / настроек компилятора и обычно по умолчанию используются для каталогов, содержащих заголовочные файлы, которые поставляются с вашим компилятором и/или ОС. Компилятор не будет искать заголовочный файл в каталоге исходного кода вашего проекта.

Когда мы используем двойные кавычки, мы сообщаем препроцессору, что это заголовочный файл, который написали мы. Компилятор сначала будет искать этот заголовочный файл в текущем каталоге. Если он не сможет найти там подходящий заголовочный файл, он будет искать его в каталогах включаемых файлов.

Правило

Используйте двойные кавычки, чтобы включать заголовочные файлы, которые написали вы или которые, как ожидается, будут найдены в текущем каталоге. Угловые скобки используйте, чтобы включать заголовочные файлы, которые поставляются с вашим компилятором, ОС или сторонними библиотеками, которые вы установили в другом месте своей системы.

Лучшая практика

Включение заголовочных файлов из других каталогов

Другой распространенный вопрос связан с тем, как включать заголовочные файлы из других каталогов.

Хотя это будет компилироваться (при условии, что файлы существуют в этих относительных каталогах), обратная сторона этого подхода состоит в том, что он требует от вас отражения структуры каталогов в вашем коде. Если вы когда-нибудь обновите структуру каталогов, ваш код больше не будет работать.

Лучший способ – сообщить вашему компилятору или IDE, что у вас есть куча заголовочных файлов в каком-то другом месте, чтобы он смотрел туда, когда не может найти их в текущем каталоге. Обычно это можно сделать, установив путь включения (include path) или каталог поиска (search directory) в настройках проекта в IDE.

Для пользователей Visual Studio

Кликните правой кнопкой мыши на своем проекте в обозревателе решений и выберите Свойства (Properties), затем вкладку Каталоги VC++.(VC++ Directories). Здесь вы увидите строку с названием «Включаемые каталоги» (Include Directories). Добавьте каталоги, в которых компилятор должен искать дополнительные заголовочные файлы.

Для пользователей Code::Blocks

В Code:: Blocks перейдите в меню Project (Проект) и выберите Build Options (Параметры сборки), затем вкладку Search directories (Каталоги поиска). Добавьте каталоги, в которых компилятор должен искать дополнительные заголовочные файлы.

Для пользователей GCC/G++

Хороший момент в этом подходе заключается в том, что если вы когда-нибудь измените структуру каталогов, вам нужно будет изменить только одну настройку компилятора или IDE, а не каждый файл кода.

Заголовочные файлы могут включать другие заголовочные файлы

Обычно для заголовочных файлов требуется объявление или определение, которое находится в другом заголовочном файле. Из-за этого заголовочные файлы часто включают с помощью #include другие заголовочные файлы.

Когда ваш исходный файл включает с помощью #include первый заголовочный файл, вы также получите любые другие заголовочные файлы, которые были включены в первый заголовочный файл (и любые заголовочные файлы, которые были включены в предыдущие, и т.д.). Эти дополнительные заголовочные файлы иногда называют «транзитивными включениями», поскольку они включаются неявно.

Содержимое этих транзитивных включений доступно для использования в вашем файле исходного кода. Однако не следует полагаться на содержимое заголовков, которые включены транзитивно. Реализация заголовочных файлов может со временем меняться или отличаться в разных системах. Если это произойдет, ваш код может компилироваться только на определенных системах или может компилироваться сейчас, но перестать в будущем. Этого легко избежать, явно включив все заголовочные файлы, необходимые для содержимого вашего файла исходного кода.

Лучшая практика

Каждый файл должен явно включать с #include все заголовочные файлы, необходимые для компиляции. Не полагайтесь на заголовочные файлы, включенные транзитивно из других заголовков.

К сожалению, нет простого способа определить, полагается ли ваш файл кода случайно на содержимое заголовочного файла, который был включен другим заголовочным файлом.

Порядок #include заголовочных файлов

Если ваши заголовочные файлы написаны правильно и включают с #include всё, что им нужно, порядок включения не имеет значения. Однако включение заголовочных файлов в определенном порядке может помочь выявить ошибки, когда заголовочные файлы могут не включать в себя всё, что им нужно.

Лучшая практика

Упорядочьте свои включения с #include следующим образом: сначала ваши собственные пользовательские заголовки, затем заголовки сторонних библиотек, затем заголовки стандартных библиотек; заголовки в каждом разделе должны быть отсортированы в алфавитном порядке.

Таким образом, если в одном из ваших пользовательских заголовков отсутствует #include для заголовка сторонней библиотеки или стандартной библиотеки, это с большей вероятностью вызовет ошибку компиляции, чтобы вы могли ее исправить.

Рекомендации по использованию заголовочных файлов

Вот еще несколько рекомендаций по созданию и использованию заголовочных файлов.

Источник

Структура программы на языке Паскаль

Программа состоит из заголовка и блока.

Заголовок программы

В заголовке указывается имя программы и список параметров. Общий вид:

здесь n – имя программы; input – файл ввода; output – файл вывода; x, y – внешние файлы, используемые в программе.

Заголовка может и не быть или он может быть без параметров.

Блок программы состоит из шести разделов, следующих в строго определенном порядке:

Раздел действий должен присутствовать всегда, остальные разделы могут отсутствовать.

Каждый из первых четырех разделов начинается с соответствующего ключевого слова (label, const, type, var), которое записывается один раз в начале раздела и отделяется от последующей информации только пробелом, либо концом строки, либо комментарием.

Раздел меток (label)

Любой выполняемый оператор может быть снабжен меткой – целой положительной константой, содержащей не более 4-х цифр. Все метки, встречающиеся в программе, должны быть описаны в разделе label.

здесь l1, l2, l3 – метки.

Пример. label 5, 10, 100;

Метка отделяется от оператора двоеточием.

Пример. Пусть выражение a := b имеет метку 20. Тогда этот оператор выглядит так:

Раздел констант (const)

Если в программе используются константы, имеющие достаточно громоздкую запись (например, число пи с 8-ю знаками), либо сменные константы (для задания варианта программы), то такие константы обычно обозначаются какими-либо именами и описываются в разделе const, а в программе используются только имена констант. Это делает программу более наглядной и удобной при отладке и внесении изменений.

здесь a1 – имя константы, c1 – значение константы.

Пример. const pi = 3.14; c = 2.7531;

Раздел типов (type)

Если в программе вводится тип, отличный от стандартного, то этот тип описывается в разделе type:

где t1 и t2 – идентификаторы вводимых типов.

Затем тип используется при объявлении переменных.

Пример использования нестандартных типов:

Раздел описания типов имеет большое значение в программе на языке Pascal. Если в программе не использовать типы, то можно столкнуться с несовместимостью типов переменных, даже если они описаны одинаково.

Раздел переменных (var)

Пусть в программе встречаются переменные v11, v12,…; все они должны быть описаны следующим образом:

Пример. var k, i, j: integer; a, b: real;

Каждая переменная должна быть описана до ее использования в программе и отнесена к одному и только одному типу. Названия разделов (const, type, var…) указываются только один раз.

Таким образом, в разделе var вводится имя каждой переменной и указывается, к какому типу эта переменная принадлежит. Тип переменной можно задать двумя способами: указать имя типа (например, real, color и т.д.), либо описать сам тип, например: array[1..16] of char

Раздел процедур и функций

Здесь присутствуют заголовки и тела пользовательских процедур и функций.

Раздел действий (операторов)

Эта часть программы начинается с ключевого слова begin и заканчивается словом end, после которого должна стоять точка. Раздел действий есть выполняемая часть программы, состоящая из операторов.

Источник

Программирование: Разработка и отладка программ

Более подробная информация приведена в разделе Заголовок ELF в Главе 32.

p_type В этом элементе указан тип сегмента, описываемого данным элементом массива, или способ интерпретации данных из элемента массива. Значения типов и их назначение описано ниже.

p_offset В этом элементе указано смещение от начала файла, по которому находится первый байт сегмента.

p_vaddr В этом элементе указан виртуальный адрес, по которому первый байт сегмента расположен в памяти.

p_paddr В системах, применяющих физические адреса, этот элемент зарезервирован для физического адреса сегмента. System V не применяет физическую адресацию для прикладных программ, поэтому данный элемент в исполняемых и общих объектных файлах не используется.

p_filesz В этом элементе указано число байт в образе сегмента в файле; допустимо нулевое значение.

p_memsz В этом элементе указано число байт в образе сегмента в памяти; допустимо нулевое значение.

p_flags В этом элементе хранятся флаги, связанные с сегментом. Допустимые значения флагов описаны ниже.

Некоторые записи описывают сегмент процесса; другие содержат дополнительную информацию и не влияют на образ процесса. Записи сегмента могут быть указаны в любом порядке, за исключением специальных случаев, описанных ниже.

Ниже перечислены определенные значения типа; другие значение зарезервированы для использования в будущем.

PT_NULL Элемент массива не используется, значения других элементов не определены. Записи этого типа в таблице заголовков программы игнорируются.

PT_DYNAMIC Элемент массива указывает на информацию о динамической компоновке. Более подробная информация приведена в разделе Динамический раздел.

PT_INTERP Элемент массива указывает на размер и расположение оканчивающейся символом NULL строки символов, задающей полное имя файла интерпретатора. Этот тип сегментов применяется только для исполняемых файлов, хотя может быть указан и для общих объектов; он может встречаться в файле только один раз. Если этот сегмент указан, то он должен стоять перед всеми загружаемыми сегментами. Более подробная информация приведена в разделе Интерпретатор программ.

PT_NOTE Элемент массива задает размер и расположение дополнительной информации.

Более подробная информация приведена в разделе Раздел примечаний.

PT_SHLIB Этот тип сегмента зарезервирован, но его значение не определено. Программы, содержащие элемент массива этого типа, не совместимы с ABI.

PT_PHDR Элемент массива, если указан, задает размер и расположение таблицы заголовков программы, как в файле, так и в памяти. Этот сегмент может встречаться в файле только один раз. Более того, он указывается только в том случае, когда образ программы в памяти содержит таблицу заголовков программы. Если этот сегмент указан, то он должен стоять перед всеми загружаемыми сегментами.

Более подробная информация приведена в разделе Интерпретатор программ.

Примечание: Все сегменты заголовков программы не обязательны, если специально не оговорено иное. Таблица заголовков конкретного файла может содержать только те элементы, которые относятся к данному файлу.

Как описано в разделе Загрузка программы, виртуальные адреса в заголовке программы могут не соответствовать виртуальным адресам в образе этой программы в памяти системы. В исполняемых файлах обычно указывается абсолютный код. Для правильного выполнения процессов сегменты должны находиться по виртуальным адресам, которые использовались при создании исполняемого файла. В то же время, сегменты общих объектов обычно содержат код, не зависящий от положения в памяти. Это позволяет изменять виртуальные адреса сегментов в различных процессах, не затрагивая поведение программы.

Более подробная информация и примеры приведены в соответствующем разделе документации по процессору. Раздел Интерфейс операционной системы в Главе 32 документации по процессору содержит дополнительную информацию о виртуальном адресном пространстве и размере страниц.

Биты флага сегмента, таблица p_flags

Имя	Значение	Описание
PF_X	0x1	Выполнение
PF_W	0x2	Запись
PF_R	0x4	Чтение
PF_MASKOS	0x0ff00000	Не задано
PF_MASKPROC	0xf0000000	Не задано

Все биты в маске PF_MASKOS зарезервированы для конкретной операционной системы.

Все биты в маске PF_MASKPROC зарезервированы для конкретного процессора. Их применение описано в документации по процессору.

Если некоторый бит равен 0, то соответствующий тип доступа запрещен. Действительные права доступа зависят также от блока управления памятью и могут различаться в разных системах. Хотя допустимы все комбинации флагов, система может предоставлять более широкие права доступа, чем запрошено. Однако права на запись предоставляются только в том случае, если они явно указаны. В следующей таблице показана точная интерпретация флагов в допустимая интерпретация. В системах, совместимых с ABI, может применяться любая схема.

Права доступа к сегменту

Флаги	Значение	Точная	Допустимая
none	0	Доступ запрещен	Доступ запрещен
PF_X	1	Только выполнение	Чтение, выполнение
PF_W	2	Только запись	Чтение, запись, выполнение
PF_W+PF_X	3	Запись, выполнение	Чтение, запись, выполнение
PF_R	4	Только чтение	Чтение, выполнение
PF_R+PF_X	5	Чтение, выполнение	Чтение, выполнение
PF_R+PF_W	6	Чтение, запись	Чтение, запись, выполнение
PF_R+PF_W+PF_X	7	Чтение, запись, выполнение	Чтение, запись, выполнение

Например, обычно для текстовых сегментов указываются права на чтение и выполнение. Сегменты данных обычно имеют права доступа на чтение, запись и выполнение.

Сегмент объектного файла может содержать несколько разделов, хотя в заголовке программы это и не отражено. Количество разделов также не имеет значения при загрузке программы. Однако некоторый набор данных должен обязательно присутствовать при выполнении, динамической компоновке и других операциях над программой. На следующих рисунках показано содержимое сегмента. Порядок и наличие разделов сегмента может различаться в разных операционных системах и на разных платформах. Более подробная информация приведена в документации по процессору.

Текстовые сегменты обычно содержат инструкции и данные, предназначенные только для чтения. Обычно они содержат разделы, описанные в Главе 32. В загружаемых сегментах могут присутствовать и другие разделы; приведенные ниже примеры не призваны дать полное и всеобъемлющее описание содержимого сегмента.

Текстовый сегмент

.text

.rodata

.hash

.dynsym

.dynstr

.plt

.rel.got

Сегменты данных обычно содержат данные и инструкции, предназначенные для записи. Обычно они содержат следующие разделы.

Сегмент данных

.data

.dynamic

.got

.bss

type Это слово интерпретирует дескриптор. Каждая компания применяет свой набор типов; один и тот же тип может интерпретироваться по-разному. Таким образом, для правильного распознавания дескриптора программа должна учесть имя и тип примечания. В текущей версии значения типа должны быть неотрицательными. Назначение дескрипторов не определяется в ABI.

В следующем примере сегмент примечания содержит две записи.

Пример сегмента примечания

Примечание: Сегменты без имени (namesz=0) и с нулевой длиной имени (name[0]=’\0′) зарезервированы системой, но типы для них не определены. Все остальные имена должны содержать по крайней мере один символ.

Примечание: Информацию примечания указывать не обязательно. Наличие сегмента примечания не влияет на совместимость с ABI и не должно влиять на выполнение программы. В противном случае, программа считается несовместимой с ABI, и ее поведение не определено.

Источник