Наши друзья:

Заголовочные файлы и библиотеки

Заголовочные файлы и библиотеки предоставляют возможности, расширяющие базовый язык. Например, ввод и вывод осуществляются с помощью библиотек stdio в С, lost ream в C + + и Java, io в Java. Строго говоря, эти элементы не являются частью языка, но они определен! вместе с языком и представляют собой составную часть любой среды, поддерживающей этот язык. Однако, поскольку библиотеки покрывают широкий спектр возможностей и нередко имеют дело со специфическими вопросами устройства операционных систем, в их использовании может крыться причина плохой переносимости программы.
Используйте стандартные библиотеки. Здесь, как и при обсуждении самого языка, применимо то же самое общее правило: придерживайтесь стандарта, отдавая предпочтение старым, устоявшимся компонентам. В С определена стандартная библиотека функций ввода-вывода, операций со строками, проверок символов, выделения памяти под данные и ряда других задач. Если вы ограничите взаимодействие своей программы с операционной системой использованием этих функций, с хорошей долей уверенности можно считать, что программа будет вести себя одинаково при переходе от одной операционной системы к другой. Однако и здесь надо соблюдать осторожность: существуют различные реализации библиотек, и некоторые из них имеют отклонения от стандарта.
В ANSI С не определена функция копирования строк st rdup, хотя она имеется в большинстве сред программирования — даже в тех, что декларируют строгую приверженность стандарту. Может показаться заманчивым использовать данную функцию, но делать этого не следует: компилятор не предупредит вас, что функция не стандартная, а в дальнейшем программу будет не перенести в среду, этой функции не имеющую. Проблемы подобного рода — основной источник головной боли при использовании библиотек, и единственное решение — придерживаться стандарта и тестировать свою программу на возможно большем количестве конфигураций.
Заголовочные файлы и описания пакетов описывают интерфейс со стандартными функциями. Один из недостатков многих заголовочных файлов состоит в том, что в них приводятся описания сразу для нескольких языков. Нередко можно встретить один файл вроде stdiо. h с описаниями одновременно для старого (до стандарта ANSI) С, ANSI С и даже C++ компиляторов. Такой файл получается очень громоздким — в нем много директив условной компиляции вроде #if и ffif def. Язык препроцессора не слишком гибок, поэтому такие файлы получаются довольно сложными для восприятия; иногда в них даже содержатся ошибки.
Ниже приведен фрагмент заголовочного файла одной из систем, причем он еще гораздо лучше многих, по крайней мере нормально отформатирован:

Этот фрагмент изменяет все появления wprintf в заголовочном файле на stdio_wp rintf, так что теперь они не повлияют на нашу версию. Теперь мы можем использовать нашу wprintf, не изменив ее имени, правда, при этом неизбежно появится некая путаница, а также риск, что подключенная библиотека будет вызывать нашу wprintf, подра-
зумевая обращение к своей версии. Для одной функции проблемы, может, и невелики, но уже для нескольких лучше придумать более радикальное решение. Всегда комментируйте назначение конструкции; без крайней необходимости не ухудшайте ее добавлением условной компиляции. Если в некоторых средах определена wprintf, то стоит считать, что она определена во всех; тогда единственный разумный выход — переименовать ее, избавившись при этом от выражения tfifdef. Нередко проще не превозмогать трудность, а подстраиваться под нее; да это и безопаснее, вот почему мы решили переименовать свою функцию в weprintf.
Даже если вы следуете всем правилам и неясностей со средой не возникает, все равно вполне возможно появление ошибок. Так, можно ошибиться, предположив, что какая-нибудь ваша излюбленная возможность одинакова во всех системах. К примеру, ANSI С определяет шесть сигналов, которые можно поймать с помощью signal, в стандарте POSIX их определено 19, а большинство"систем Unix поддерживает 32 и более. Если вы хотите использовать сигнал, отличный от описанного в ANSI С, вам придется выбирать между функциональностью и переносимостью, так что сами решайте *ITO для вас важнее.
Существует болыпсте количество других стандартов, не являющихся частью определения языка: среди них можно назвать интерфейсы операционных систем и сетей, графические интерфейсы и тому подобные вещи. Некоторые стандарты распространяются на несколько систем — например POSIX; другие определены исключительно для одной системы, например различные API Microsoft Windows. Здесь можно еще раз повторить наши главные советы: ваша программа станет более переносимой, если вы выберете самые распространенные и устоявшиеся стандарты и будете пользоваться самыми важными и общепринятыми их свойствами.

Организация программы
Существуют два основных подхода к переносимости, которые мы назовем объединением и пересечением. Объединение подразумевает использование лучших возможностей каждой конкретной системы; компиляция и установка при этом зависят от условий конкретной среды. Результирующий код обрабатывает объединегше всех сценариев, используя преимущества каждой системы. Недостатки этого подхода включают большой размер кода и сложность установки, а также сложность кода, напичканного условными компиляциями.

Используйте только то, что доступно везде. Мы рекомендуем придерживаться другого подхода, пересечения: использовать только конструкции, имеющиеся во всех системах, для которых делается программа. Этот подход также не лишен недостатков. Первый его недостаток состоит в том, что требование универсальной применимости может ограничить либо круг систем, предназначенных для использования, либо перечень приемлемых языковых конструкций. Второй недостаток — в некоторых системах производительность программ может оказаться далекой от совершенства.
Для сравнения двух описанных подходов рассмотрим пару примеров, сделанных по принципу объединения, и обдумаем, как они будут выглядеть для пересечения. Как вы увидите, код, основанный на объединении, уже проектируется как непереносимый, хотя хорошая переносимость и является вроде бы основной его целью, а код пересечения получается не только переносимым, но еще и более простым.
Следующий небольшой фрагмент пытается справиться с системой, в которой по некоторым причинам нет стандартного заголовочного файлa stdlib. h:

Защитный стиль приемлем, если он применяется время от времени,; а не всегда. Возникает резонный вопрос: а для скольких еще функций из stdlib. h придется писать аналогичный код? В частности, если вы собираетесь использовать mall ос и real loc, то явно потребуется еще и free. А что, если тип unsigned int нетождественен size_t — правильному типу аргумента для malloc и realloc? Более того, откуда мы знаем, что STOC_HEADERS и _LIBC определены, и определены корректно? Можем ли мы быть уверенными в том, что не существует другого имени, которое потребует замены для другой среды? Любой условный код вроде этого неполон, а значит — непереносим, поскольку рано или поздно встретится система, не удовлетворяющая его условию, и тогда придется редактировать #ifdef. Если нам удастся решить задачу без помощи условной компиляции, мы избавимся и от проблем, связанных с дальнейшим поддержанием этого кода.
Итак, проблема, которая решается в рассмотренном примере, существует в реальности. Так как же нам решить ее раз и навсегда? На самом деле нам просто надо предположить, что стандартные заголовочные файлы присутствуют во всех системах всегда; если одного из них нет, то это уже не наши проблемы. Но мы можем решить и их; для данного случая достаточно вместе с программой поставить и заголовочный файл, который определяет malloc, realloc и free в точности так, как этого требует стандарт ANSI С. Такой файл всегда может быть включен полностью вместо "заплаток", и мы будем уверены, что нужный интерфейс обеспечен.
Избегайте условной компиляции. Условной компиляцией с помощью ttifdef и подобных ей директив препроцессора трудно управлять, поскольку информация оказывается рассеянной по всему коду:

В этом фрагменте, вообще говоря, лучше было бы использовать tfelif после каждого определения — тогда бы не было такого ненужного скопления tfendif в конце. Однако главная проблема вовсе не в этом, а в том, что, несмотря на все старания, код плохо переносим, потому что он ведет себя по-разному в разных системах, а для работы в каждой новой системе должен быть дополнен новым Sifdef. Одна-единственная строка с унифицированным текстом (но на самом деле столь же информативным) была бы гораздо удобнее, проще и переносимее:
char *astring = "convert
to local text format";
Для этой строки никаких условий не нужно, она будет выглядеть одинаково во всех системах.
Смешивание управляющей логики времени компиляции (определяемой выражениями «if def) и времени исполнения приводит к еще более трудно воспринимаемому коду:

Даже будучи явно безопасной, условная компиляция может быть заменена более простым кодом. Например, tfifdef часто используют для управления отладочным кодом:
? ftifdef DEBUG

? printf(...);

? tfendif
однако обычное выражение if с константой в условии может делать то же самое:

Если DEBUG есть ноль, то большинство компиляторов не сгенерируют для приведенного фрагмента никакого кода, но при этом они еще и проверят синтаксис. Секция с #if def, наоборот, может содержать синтаксические ошибки, которые сорвут компиляцию, как только соответствующее условие #if def окажется выполнено.
Иногда условия компиляции содержат большие блоки кода:
tfifdef notdef /* неопределенный символ */ ttendif
или
#if О
tfendif
В таком случае этот код лучше вынести в отдельные файлы, которые будут подключаться при компиляции при соблюдении определенных условий. К этой теме мы еще вернемся в следующем разделе.
Начиная адаптировать программу к новой среде, не делайте копии всей программы, а перерабатывайте исходный код. Скорее всего, вам придется вносить изменения в основное тело программы, и при редактировании копии вы через какое-то время получили бы новую, отличающуюся от исходной версию. Изо всех сил стремитесь к тому, чтобы у вас существовала единственная версия программы; при необходимости подстроиться под конкретную систему старайтесь вносить изменения таким образом, чтобы они работали во всех системах. Измените внутренние интерфейсы, если надо, но не нарушайте целостности кода; не пытайтесь решить проблему с помощью #if def. При таком подходе каждое изменение сделает вашу программу все более переносимой, а не более специализированной. Сужайте пересечение, а не расширяйте объединение.
Мы уже привели много доводов против использования условной компиляции, но не упоминали еще о главной проблеме: ее практически невозможно оттестировать. Каждое выражение tfif def разделяет всю программу на две по отдельности компилируемые программы, и определить, все ли возможные варианты программ были скомпилированы и проверены, очень сложно. Если в один блок tfifdef было внесено изменение, то может статься, что изменить надо и другие блоки, но проверить эти изменения можно будет только в той среде, которая вызовет эти tfifdef к исполнению. Точно так же, если мы добавляем блок #if def, то трудно изолировать это изменение, то есть определить, какие еще условия должны быть учтены и в каких еще местах должен быть изменен код. Наконец, если некий блок кода должен быть опущен в соответствии с условием, то компилятор его просто не видит, и проверить этот блок можно только в соответствующей конфигурации. Вот небольшой пример подобной проблемы — программа компилируется, если _МАС определено, и отказывается это делать в противном случае:

Итак, мы предпочитаем использовать только те возможности, которые присутствуют во всех средах, где будет исполняться программа. Мы всегда можем скомпилировать и протестировать весь код. Если что-то вызывает проблемы с переносимостью, мы переписываем этот кусок, а не добавляем условно компилируемый код; таким образом, переносимость все время улучшается.
Некоторые большие системы распространяются с конфигурационными скриптами, которые помогают приспособить код к локальной среде. Во время компиляции скрипт проверяет возможности среды: расположение заголовочных файлов и библиотек, порядок байтов внутри слов, размер типов, уже известные неверные реализации функций (таких на удивление много) и т. п. — и генерирует параметры настройки или make-файлы (makefile), которые описывают нужные настройки для данной ситуации. Эти скрипты могут быть большими и сложными, они являются важной частью дистрибутивного пакета и требуют постоянной поддержки. Иногда такие сложные способы оказываются полезны, но все же, чем переносимее будет ваш код и чем меньше #if def будет в нем использова-' но, тем проще и безопаснее будет происходить его настройка и установка.