В языке C++ существует два способа решения этой проблемы: можно сделать параметры функции swap() указателями на исходные значения или передать ссылки на исходные значения.
Передача указателей в функцию swap()
Передавая указатель, мы передаем адрес объекта, а следовательно, функция может манипулировать значением, находящимся по этому переданному адресу. Чтобы заставить функцию swap() изменить реальные значения с помощью указателей, ее нужно объявить так, чтобы она принимала два указателя на целые значения. Затем путем разыменования указателей значения переменных x и у будут на самом деле меняться местами. Эта идея демонстрируется в листинге 9.6.
Листинг 9.6. Передача аргументов как ссылок с помощью указателей
1: // Листинг 9.6. Пример передечи аргументов как ссылок
2:
3: #include <iostream.h>
4:
5: void swap (int *x, int *y)
6:
7: int main()
8: {
9: int x = 5, у = 10;
10:
11: cout << "Main. Before swap, x: " << x << " у: " << у << "n";
12: swap(&x,&y);
13: cout << "Main. After swap, x: " << x << " у: " << у << "n";
14: return 0;
15: }
16:
17: void swap (int *px, int *py)
18: {
19: int temp;
20:
21: cout << "Swap. Before swap, *рх: " << *px << " *py: " << *py << "n";
22:
23: temp = *px;
24: *px = *py;
25: *py = temp;
26:
27: cout << "Swap. After swap, *px: " << *px << " *py: " << *py << "n";
28:
29: }
Результат:
Main. Before swap, x: 5 y: 10
Swap. Before swap, *px: 5 *py: 10
Swap. After swap, *px: 10 *py: 5
Main. After swap, x: 10 y: 5
Анализ: Получилось! В строке 5 изменен прототип функции swap() где в качестве параметров объявляются указатели на значения типа int, а не сами переменные типа int. При вызове в строке 12 функции swap() в качестве параметров передаются адреса переменных x и у.
В строке 19 объявляется локальная для функции swap() переменная temp, которой вовсе не обязательно быть указателем: она будет просто хранить значение *px (т.е. значение переменной x в вызывающей функции) в течение жизни функции. После окончания работы функции переменная temp больше не нужна.
В строке 23 переменной temp присваивается значение, хранящееся по адресу px. В строке 24 значение, хранящееся по адресу px, записывается в ячейку с адресом py. В строке 25 значение, оставленное на время в переменной temp (т.е. исходное значение, хранящееся по адресу px), помещается в ячейку с адресом py.
В результате значения переменных вызывающей функции, адреса которых были переданы функции swap(), успешно поменялись местами.
Передача ссылок в функцию swap()
Приведенная выше программа, конечно же, работает, но синтаксис функции swap() несколько громоздок. Во-первых, необходимость неоднократно разыменовывать указатели внутри функции swap() создает благоприятную почву для возникновения ошибок, кроме того, операции разыменовывания трудно читаются. Во-вторых, необходимость передавать адреса переменных из вызывающей функции нарушает принцип инкапсуляции выполнения функции swap().
Суть программирования на языке C++ состоит в сокрытии от пользователей функции деталей ее выполнения. Передача параметров с помощью указателей перекладывает ответственность за получение адресов переменных на вызывающую функцию, вместо того чтобы сделать это в теле вызываемой функции. Другое решение той же задачи предлагается в листинге 9.7, в котором показана работа функции swap() с использованием ссылок.
Листинг 9.7. Та же фцнкция swap(), но с использованием ссылок
1: // Листинг 9.7. Пример передачи аргументов как
2: // ссылок с помощью ссылок!
3:
4: #include <iostream.h>
5:
6: void swap(int &x, int &y);
7:
8: int main()
9: {
10: int x = 5, у = 10;
11:
12: cout << "Main. Before swap, x: " << x << " у: " << у << "n";
13: swap(x,у);
14: cout << "Main. After swap, x: " << x << " у: " << у << "n";
15: return 0;
16: }
17:
18: void swap(int &rx, int &ry)
19: {
20: int temp;
21:
22: cout << "Swap. Before swap, rx: " << rx << " ry: " << ry << "n";
23:
24: temp = rx;
25: rx = ry;
26: ry = temp;
27:
28: cout << "Swap. After swap, rx: " << rx << " ry: " << ry << "n";
29:
30: }
Результат:
Main. Before swap, x:5 y: 10
Swap. Before swap, rx:5 ry:10
Swap. After swap, rx:10 ry:5
Main. After swap, x:10, y:5
Анализ: Точно так же, как и в примере с указателями, в строке 10 объявляются две переменные, а их значения выводятся на экран в строке 12. В строке 13 вызывается функция swap(), но обратите внимание на то, что ей передаются именно значения x и у, а не их адреса. Вызывающая функция просто передает свои переменные.
После вызова функции swap() выполнение программы переходит к строке 18, в которой эти переменные идентифицируются как ссылки. Их значения выводятся на экран в строке 22, но заметьте, что для этого не требуется никаких специальных операторов, поскольку мы имеем дело с псевдонимами для исходных значений и используем их в этом качестве.
В строках 24—26 выполняется обмен значений, после чего они выводятся на экран в строке 28. Управление программой вновь возвращается в вызывающую функцию, и в строке 14 эти значения опять выводятся на экран, но уже в функции main(). Поскольку параметры для функции swap() объявлены как ссылки, то и переменные из функции main() передаются как ссылки, следовательно, они также изменяются и в функции main().
Таким образом, благодаря использованию ссылок функция приобретает новую возможность изменять исходные данные в вызывающей функции, хотя при этом сам вызов функции ничем не отличается от обычного!
Представления о заголовках функций и прототипах
В листинге 9.6 показана функция swap(), использующая в качестве аргументов указатели, а в листинге 9.7 — та же функция, но с использованием ссылок. Использовать функцию, которая принимает в качестве параметров ссылки, легче, да и в программе такая функция проще читается, но как вызывающей функции узнать о том, каким способом переданы параметры — по ссылке или по значению? Будучи клиентом (или пользователем) функции swap(), программист должен быть уверен в том, что функция swap() на самом деле изменит параметры.
Самое время вспомнить о прототипе функции, для которого в данном контексте нашлось еще одно применение. Изучив параметры, объявленные в прототипе, который обычно располагается в файле заголовка вместе со всеми другими прототипами, программист будет точно знать, что значения, принимаемые функцией swap(), передаются как ссылки, следовательно, обмен значений произойдет должным образом.
Если бы функция swap() была функцией-членом класса, то объявление этого класса, также расположенное в файле заголовка, обязательно содержало бы эту информацию.
В языке C++ клиенты классов и функций всю необходимую информацию черпают из файлов заголовков. Этот файл выполняет роль интерфейса с классом или функцией, действительная реализация которых скрыта от клиента. Это позволяет программисту сосредоточиться на собственных проблемах и использовать класс или функцию, не вникая в детали их работы.
Когда Колонел Джон Роблинг (Colonel John Roebling) проектировал свой Бруклинский мост (Brooklyn Bridge), он интересовался деталями процесса литья и изготовления проводов. Он глубоко вникал в подробности механических и химических процессов, которые требовалось обеспечить для создания необходимых материалов. Но в наши дни инженеры более эффективно используют свое рабочее время, доверяя информации о строительных материалах и не интересуясь подробностями их изготовления.
В этом и состоит цель языка C++ — позволить программистам полагаться на описанные классы и функции, не вникая во внутренние механизмы их действия. Эти составные части можно собрать в одну программу, подобно тому как строители из отдельных блоков, проводов, труб, кирпичей и других элементов создают дома и мосты.
Подобно инженеру, изучающему технические характеристики трубы, чтобы узнать ее пропускную способность, объем, размеры арматуры и пр., программист читает интерфейсы функций и классов, чтобы определить, какой сервис предоставляет данный компонент, какие параметры он принимает и какие значения возвращает.
Возвращение нескольких значений
Как упоминалось выше, функции могут возвращать только одно значение. Что же делать, если нужно получить от функции сразу два значения? Один путь решения этой проблемы — передача функции двух объектов как ссылок. В ходе выполнения функция присвоит этим объектам нужные значения. Факт передачи объектов как ссылок, позволяющий функции изменить исходные объекты, равносилен разрешению данной функции возвратить два значения. В этом случае мы обходимся без возвращаемого значения, которое (зачем же пропадать добру) можно использовать для сообщения об ошибках.
