2.2. Структура программы

Исходная программа

Исходная программа представляет собой совокупность следующих элементов: директив препроцессора, указаний компилятору, объявлений и определений. Директивы препроцессора специфицируют действия препроцессора по преобразованию текста программы перед компиляцией. Указания компилятору — это специальные инструкции, которым компилятор языка Си следует во время компиляции. Объявление переменной задает имя и атрибуты переменной. Определение переменной, помимо задания ее имени и атрибутов, приводит к выделению для нее памяти. Объявление функции задает ее имя, тип возвращаемого значения и может задавать атрибуты ее формальных параметров. Определение функции специфицирует тело функции, которое представляет собой составной оператор, содержащий объявления и операторы. Определение функции также задает имя функции, тип возвращаемого значения и атрибуты ее формальных параметров. Объявление типа позволяет программисту создать собственный тип данных. Оно состоит в присвоении имени некоторому базовому или составному типу языка Си.

Исходная программа может содержать произвольное число директив, указаний компилятору, объявлений и определений. Порядок появления этих элементов в программе весьма существен; в частности, он влияет на возможность использования переменных, функций и типов в различных частях программы. Для того чтобы программа на языке Си могла быть скомпилирована и выполнена, она должна содержать по крайней мере одно определение — определение функции. Эта функция определяет действия, выполняемые программой. Если же программа содержит несколько функций, то среди них выделяется одна главная функция, которая должна иметь имя main. С нее начинается выполнение программы; она определяет действия, выполняемые программой, и вызывает другие функции.

Исходные файлы

Текст программы на языке Си может быть разделен на несколько исходных файлов. Исходный файл представляет собой текстовый файл, который содержит либо всю программу, либо ее часть. При компиляции исходной программы каждый из составляющих ее исходных файлов должен быть скомпилирован отдельно, а затем связан с другими файлами компоновщиком. Отдельные исходные файлы можно объединять в один исходный файл, компилируемый как единое целое, посредством директивы препроцессора #include.

Исходный файл может содержать любую целостную комбинацию директив, указаний компилятору, объявлений и определений. Под целостностью подразумевается, что такие объекты, как определения функций, структуры данных либо набор связанных между собой директив условной компиляции, должны целиком располагаться в одном файле, т. е. не могут начинаться в одном файле, а продолжаться в другом.

Именованные константы и макроопределения обычно собирают в отдельные файлы и включают их посредством директивы препроцессора #include в те исходные файлы, в которых они требуются.

Выполнение программы

Каждая программа на языке Си содержит главную функцию. В языке Си главная функция программы должна иметь имя main. С функции main начинается выполнение программы; обычно она управляет выполнением программы, организуя вызовы других функций. Программа может завершить выполнение по достижению конца функции main, однако может завершиться и в других точках путем вызова стандартных библиотечных функций, предназначенных для выхода из программы

Исходная программа обычно включает в себя несколько функций, каждая из которых предназначена для выполнения определенной задачи. Функция main может вызывать эти функции, с тем чтобы выполнить ту или иную задачу. Когда функция вызывается, выполнение начинается с ее первого оператора. Функция возвращает управление при выполнении оператора return либо когда выполнение доходит до конца тела функции.

Функцию main вызывает одна из программ, входящих в состав ОС, - интерпретатор командной строки. В процессе компоновки программы на языке Си в ее состав включается модуль поддержки выполнения. Если программа не требует аргументов, то функцию main можно объявить без формальных параметров.

Время жизни и область действия

Понятия "время жизни" и "область действия" являются очень важными для понимания структуры программ на языке Си. Время жизни переменной может быть либо "глобальным", либо "локальным". Объект с глобальным временем жизни характеризуется тем, что в течение всего времени выполнения программы с ним ассоциирована ячейка оперативной памяти и значение. Глобальная область действия означает, что объект доступен, или может быть через соответствующие объявления сделан доступным в пределах всех исходных файлов, образующих программу. Объекту с локальным временем жизни выделяется новая ячейка памяти при каждом входе в блок, в котором он определен или объявлен. Когда выполнение блока завершается, память, выделенная под локальный объект, освобождается и, следовательно, локальный объект теряет значение.

Тело функции представляет собой блок. Блоки в свою очередь могут содержать внутри себя другие, вложенные блоки. Однако функции не могут быть вложенными, т.е. определение функции не может содержаться внутри определения другой функции.

Объявления и определения, записанные внутри какого-либо блока (т. е. на внутреннем уровне), называются внутренними. Объявления и определения, записанные за пределами всех блоков (т. е. на внешнем уровне), называются внешними. Переменные и функции могут быть объявлены как на внешнем уровне, так и на внутреннем. Переменные могут быть также определены на внутреннем уровне, а функции определяются только на внешнем уровне.

Все функции имеют глобальное время жизни. Переменные, определенные на внешнем уровне, всегда имеют глобальное время жизни. Переменные, определенные на внутреннем уровне, имеют локальное время жизни.

Если переменная, объявленная внутри блока, имеет то же самое имя, что и переменная, объявленная на внешнем уровне, то внутреннее объявление переменной заменяет (вытесняет) в пределах блока внешнее объявление. Этот механизм называется локальным переобъявлением переменной. Область действия переменной внешнего уровня восстанавливается при завершении блока.

Область действия функции, объявленной со спецификацией класса памяти static, распространяется на весь исходный файл, в котором она объявлена, т.е. она может быть вызвана из любой точки этого файла, за исключением тех блоков, в которых она локально переобъявляется.

Область действия функции, объявленной с классом памяти extern, распространяется на все исходные файлы программы, т.е. она может быть вызвана из любой точки любого файла, за исключением блоков, в которых она локально переобъявляется.

Пространство имен.

В программе на Си имена используются для ссылок на различного рода объекты. Для различия идентификаторов различного рода компилятор языка си устанавливает так называемые пространства имен. Во избежание противоречий имена внутри одного пространства должны быть уникальными, однако в различных пространствах имена могут повторяться.

Уникальность имен в пределах этого пространства связано с понятием области действия, т.е. в этом пространстве могут содержаться совпадающие идентификаторы, если область определения именуемых объектов не пересекается, т.е. совпадение идентификаторов указанной группы объектов допустимо только при локальном переобъявлении