Бьерн Страуструп. Язык программирования С Второе дополненное издание
 Скачать 2.87 Mb.
|
Поскольку программа достаточно проста, не надо особо беспокоиться об обработке ошибок. Функция error просто подсчитывает число ошибок, выдает сообщение о них и возвращает управление обратно: int no_of_errors; double error(const char* s) { cerr << "error: " << s << "\n"; no_of_errors++; return 1; } Небуферизованный выходной поток cerr обычно используется именно для выдачи сообщений об Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 78 ошибках. Управление возвращается из error() потому, что ошибки, как правило, встречаются посреди вычисления выражения. Значит надо либо полностью прекращать вычисления, либо возвращать значение, которое не должно вызвать последующих ошибок. Для простого калькулятора больше подходит последнее. Если бы функция get_token() отслеживала номера строк, то функция error() могла бы указывать пользователю приблизительное место ошибки. Это было бы полезно при неинтерактивной работе с калькулятором. Часто после появления ошибки программа должна завершиться, поскольку не удалось предложить разумный вариант ее дальнейшего выполнения. Завершить ее можно с помощью вызова функции exit(), которая заканчивает работу с выходными потоками ($$10.5.1) и завершает программу, возвращая свой параметр в качестве ее результата. Более радикальный способ завершения программы - это вызов функции abort(), которая прерывает выполнение программы немедленно или сразу же после сохранения информации для отладчика (сброс оперативной памяти). Подробности вы можете найти в своем справочном руководстве. Более тонкие приемы обработки ошибок можно предложить, если ориентироваться на особые ситуации (см.$$9), но предложенное решение вполне приемлемо для игрушечного калькулятора в 200 строк. 3.1.5 Драйвер Когда все части программы определены, нужен только драйвер, чтобы инициализировать и запустить процесс. В нашем примере с этим справится функция main(): int main() { // вставить предопределенные имена: insert("pi")->value = 3.1415926535897932385; insert("e")->value = 2.7182818284590452354; while (cin) { get_token(); if (curr_tok == END) break; if (curr_tok == PRINT) continue; cout << expr() << '\n'; } return no_of_errors; } Принято, что функция main() возвращает нуль, если программа завершается нормально, и ненулевое значение, если происходит иначе. Ненулевое значение возвращается как число ошибок. Оказывается, вся инициализация сводится к занесению предопределенных имен в таблицу. В цикле main читаются выражения и выдаются результаты. Это делает одна строка: cout << expr() << '\n'; Проверка cin при каждом проходе цикла гарантирует завершение программы, даже если что-то случится с входным потоком, а проверка на лексему END нужна для нормального завершения цикла, когда функция get_token() обнаружит конец файла. Оператор break служит для выхода из ближайшего объемлющего оператора switch или цикла (т.е. оператора for, while или do). Проверка на лексему PRINT (т.е. на '\n' и ';') снимает с функции expr() обязанность обрабатывать пустые выражения. Оператор continue эквивалентен переходу на конец цикла, поэтому в нашем случае фрагмент: while (cin) { // if (curr_tok == PRINT) continue; cout << expr() << "\n"; } эквивалентен фрагменту: while (cin) { // if (curr_tok == PRINT) goto end_of_loop; cout << expr() << "\n"; end_of_loop: ; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 79 } Более подробно циклы описываются в $$R.6 3.1.6 Параметры командной строки Когда программа калькулятора уже была написана и отлажена, выяснилось, что неудобно вначале запускать ее, вводить выражение, а затем выходить из калькулятора. Тем более, что обычно нужно просто вычислить одно выражение. Если это выражение задать как параметр командной строки запуска калькулятора, то можно сэкономить несколько нажатий клавиши. Как уже было сказано, выполнение программы начинается вызовом main(). При этом вызове main() получает два параметра: число параметров (обычно называемый argc) и массив строк параметров (обычно называемый argv). Параметры - это символьные строки, поэтому argv имеет тип char*[argc+1]. Имя программы (в том виде, как оно было задано в командной строке) передается в argv[0], поэтому argc всегда не меньше единицы. Например, для командной строки dc 150/1.1934 параметры имеют значения: argc 2 argv[0] "dc" argv[1] "150/1.1934" argv[2] 0 Добраться до параметров командной строки просто; проблема в том, как использовать их так, чтобы не менять саму программу. В данном случае это оказывается совсем просто, поскольку входной поток может быть настроен на символьную строку вместо файла ($$10.5.2). Например, можно определить cin так, чтобы символы читались из строки, а не из стандартного входного потока: int main(int argc, char* argv[]) { switch(argc) { case 1: // считывать из стандартного входного потока break; case 2: // считывать из строки параметров cin = *new istream(argv[1],strlen(argv[1])); break; default: error("слишком много параметров"); return 1; } // дальше прежний вариант main } При этом istrstream - это функция istream, которая считывает символы из строки, являющейся ее первым параметром. Чтобы использовать istrstream нужно включить в программу файл Кавычки необходимы потому, что символ ';' служит в системе UNIX разделителем команд. В других системах могут быть свои соглашения о параметрах командной строки. 3.2 Сводка операций Полное и подробное описание операций языка С++ дано в $$R.7. Советуем прочитать этот раздел. Здесь же приводится краткая сводка операций и несколько примеров. Каждая операция сопровождается одним или несколькими характерными для нее именами и примером ее использования. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 80 В этих примерах class_name обозначает имя класса, member - имя члена, object - выражение, задающее объект класса, pointer - выражение, задающее указатель, expr - просто выражение, а lvalue (адрес) - выражение, обозначающее не являющийся константой объект. Обозначение (type) задает имя типа в общем виде (с возможным добавлением *, () и т.д.). Если оно указано без скобок, существуют ограничения. Порядок применения унарных операций и операций присваивания "справа налево", а всех остальных операций - "слева направо". То есть, a=b=c означает a=(b=c), a+b+c означает (a+b)+c, и *p++ означает *(p++), а не (*p)++. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 81 Операции С++ :: Разрешение области видимости class_name :: member :: Глобальное :: name Выбор члена object . member -> Выбор члена pointer -> member [] Индексирование pointer [ expr ] () Вызов функции expr ( expr_list ) () Структурное значение type ( expr_list ) sizeof Размер объекта sizeof expr sizeof Размер типа sizeof ( type ) ++ Постфиксный инкремент lvalue ++ ++ Префиксный инкремент ++ lvalue -- Постфиксный декремент lvalue -- -- Префиксный декремент -- lvalue Дополнение expr ! Логическое НЕ ! expr - Унарный минус - expr + Унарный плюс + expr & Взятие адреса & lvalue * Косвенность * expr new Создание (размещение) new type delete Уничтожение (освобождение) delete pointer delete[] Уничтожение массива delete[] pointer () Приведение(преобразование)типа ( type ) expr . * Выбор члена косвенный object . pointer-to-member ->* Выбор члена косвенный pointer -> pointer-to-member * Умножение expr * expr / Деление expr / expr % Остаток от деления expr % expr + Сложение (плюс) expr + expr - Вычитание (минус) expr - expr << Сложение (плюс) Сдвиг влево expr << expr >> Сдвиг вправо expr >> expr < Меньше expr < expr <= Меньше или равно expr <= expr > Больше expr > expr >= Больше или равно expr >= expr == Равно expr == expr != Не равно expr != expr & Поразрядное И expr & expr ^ Поразрядное исключающее ИЛИ expr ^ expr | Поразрядное включающее ИЛИ expr | expr && Логическое И expr && expr || Логическое ИЛИ expr || expr ? : Операция условия expr? expr : expr = Простое присваивание lvalue = expr *= Присваивание с умножением lvalue *= expr /= Присваивание с делением lvalue /= expr %= Присваивание с взятием остатка от деления lvalue %= expr += Присваивание со сложением lvalue += expr -= Присваивание с вычитанием lvalue -= expr <<= Присваивание со сдвигом влево lvalue <<= expr Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 82 >>= Присваивание со сдвигом вправо lvalue >>= expr &= Присваивание с поразрядным И lvalue &= expr |= Присваивание с поразрядным включающим ИЛИ lvalue |= expr ^= Присваивание с поразрядным исключающим ИЛИ lvalue ^= expr , Запятая (последовательность) expr , expr Все операции таблицы, находящиеся между двумя ближайшими друг к другу горизонтальными чертами, имеют одинаковый приоритет. Приоритет операций уменьшается при движении "сверху вниз". Например, a+b*c означает a+(b*c), так как * имеет приоритет выше, чем +; а выражение a+b-c означает (a+b)-c, поскольку + и - имеют одинаковый приоритет, и операции + и - применяются "слева направо". Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 83 3.2.1 Скобки Синтаксис языка С++ перегружен скобками, и разнообразие их применений способно сбить с толку. Они выделяют фактические параметры при вызове функций, имена типов, задающих функции, а также служат для разрешения конфликтов между операциями с одинаковым приоритетом. К счастью, последнее встречается не слишком часто, поскольку приоритеты и порядок применения операций определены так, чтобы выражения вычислялись "естественным образом" (т.е. наиболее распространенным образом). Например, выражение if (i<=0 || max Бывают случаи, когда приоритеты операций не приводят к "естественному" порядку вычислений. Например, в выражении if (i&mask == 0) // ловушка! & применяется после == не происходит маскирование i (i&mask), а затем проверка результата на 0. Поскольку у == приоритет выше, чем у &, это выражение эквивалентно i&(mask==0). В этом случае скобки играют важную роль: if ((i&mask) == 0) // ... Имеет смысл привести еще одно выражение, которое вычисляется совсем не так, как мог бы ожидать неискушенный пользователь: if (0 <= a <= 99) // ... Оно допустимо, но интерпретируется как (0<=a)<=99, и результат первого сравнения равен или 0, или 1, но не значению a (если, конечно, a не есть 1). Проверить, попадает ли a в диапазон 0...99, можно так: if (0<=a && a<=99) // ... Среди новичков распространена ошибка, когда в условии вместо == (равно) используют = (присвоить): if (a = 7) // ошибка: присваивание константы в условии // ... Она вполне объяснима, поскольку в большинстве языков "=" означает "равно". Для транслятора не составит труда сообщать об ошибках подобного рода. 3.2.2 Порядок вычислений Порядок вычисления подвыражений, входящих в выражение, не всегда определен. Например: int i = 1; v[i] = i++; Здесь выражение может вычисляться или как v[1]=1, или как v[2]=1. Если нет ограничений на порядок вычисления подвыражений, то транслятор получает возможность создавать более оптимальный код. Транслятору следовало бы предупреждать о двусмысленных выражениях, но к сожалению Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 84 большинство из них не делает этого. Для операций && || , гарантируется, что их левый операнд вычисляется раньше правого операнда. Например, в выражении b=(a=2,a+1) b присвоится значение 3. Пример операции || был дан в $$3.2.1, а пример операции && есть в $$3.3.1. Отметим, что операция запятая отличается по смыслу от той запятой, которая используется для разделения параметров при вызове функций. Пусть есть выражения: f1(v[i],i++); // два параметра f2( (v[i],i++) ) // один параметр Вызов функции f1 происходит с двумя параметрами: v[i] и i++, но порядок вычисления выражений параметров неопределен. Зависимость вычисления значений фактических параметров от порядка вычислений - далеко не лучший стиль программирования. К тому же программа становится непереносимой. Вызов f2 происходит с одним параметром, являющимся выражением, содержащим операцию запятая: (v[i], i++). Оно эквивалентно i++. Скобки могут принудительно задать порядок вычисления. Например, a*(b/c) может вычисляться как (a*b)/c (если только пользователь видит в этом какое-то различие). Заметим, что для значений с плавающей точкой результаты вычисления выражений a*(b/c) и (a*b)/ могут различаться весьма значительно. 3.2.3 Инкремент и декремент Операция ++ явно задает инкремент в отличие от неявного его задания с помощью сложения и присваивания. По определению ++lvalue означает lvalue+=1, что, в свою очередь означает lvalue=lvalue+1 при условии, что содержимое lvalue не вызывает побочных эффектов. Выражение, обозначающее операнд инкремента, вычисляется только один раз. Аналогично обозначается операция декремента (--). Операции ++ и – могут использоваться как префиксные и постфиксные операции. Значением ++x является новое (т. е. увеличенное на 1) значение x. Например, y=++x эквивалентно y=(x+=1). Напротив, значение x++ равно прежнему значению x. Например, y=x++ эквивалентно y=(t=x,x+=1,t), где t - переменная того же типа, что и x. Напомним, что операции инкремента и декремента указателя эквивалентны сложению 1 с указателем или вычитанию 1 из указателя, причем вычисление происходит в элементах массива, на который настроен указатель. Так, результатом p++ будет указатель на следующий элемент. Для указателя p типа T* следующее соотношение верно по определению: long(p+1) == long(p) + sizeof(T); Чаще всего операции инкремента и декремента используются для изменения переменных в цикле. Например, копирование строки, оканчивающейся нулевым символом, задается следующим образом: inline void cpy(char* p, const char* q) { while (*p++ = *q++) ; } Язык С++ (подобно С) имеет как сторонников, так и противников именно из-за такого сжатого, использующего сложные выражения стиля программирования. Оператор while (*p++ = *q++) ; вероятнее всего, покажется невразумительным для незнакомых с С. Имеет смысл повнимательнее посмотреть на такие конструкции, поскольку для C и C++ они не является редкостью. Сначала рассмотрим более традиционный способ копирования массива символов: int length = strlen(q) for (int i = 0; i<=length; i++) p[i] = q[i]; Это неэффективное решение: строка оканчивается нулем; единственный способ найти ее длину - это прочитать ее всю до нулевого символа; в результате строка читается и для установления ее длины, и для копирования, то есть дважды. Поэтому попробуем такой вариант: Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 85 for (int i = 0; q[i] !=0 ; i++) p[i] = q[i]; p[i] = 0; // запись нулевого символа Поскольку p и q - указатели, можно обойтись без переменной i, используемой для индексации: while (*q !=0) { *p = *q; p++; // указатель на следующий символ q++; // указатель на следующий символ } *p = 0; // запись нулевого символа Поскольку операция постфиксного инкремента позволяет сначала использовать значение, а затем уже увеличить его, можно переписать цикл так: while (*q != 0) { *p++ = *q++; } *p = 0; // запись нулевого символа Отметим, что результат выражения *p++ = *q++ равен *q. Следовательно, можно переписать наш пример и так: while ((*p++ = *q++) != 0) { } В этом варианте учитывается, что *q равно нулю только тогда, когда *q уже скопировано в *p, поэтому можно исключить завершающее присваивание нулевого символа. Наконец, можно еще более сократить запись этого примера, если учесть, что пустой блок не нужен, а операция "!= 0" избыточна, т.к. результат условного выражения и так всегда сравнивается с нулем. В результате мы приходим к первоначальному варианту, который вызывал недоумение: while (*p++ = *q++) ; Неужели этот вариант труднее понять, чем приведенные выше? Только неопытным программистам на С++ или С! Будет ли последний вариант наиболее эффективным по затратам времени и памяти? Если не считать первого варианта с функцией strlen(), то это неочевидно. Какой из вариантов окажется эффективнее, определяется как спецификой системы команд, так и возможностями транслятора. Наиболее эффективный алгоритм копирования для вашей машины можно найти в стандартной функции копирования строк из файла 3.2.4 Поразрядные логические операции Поразрядные логические операции & | ^ >> << применяются к целым, то есть к объектам типа char, short, int, long и к их беззнаковым аналогам. Результат операции также будет целым. Чаще всего поразрядные логические операции используются для работы с небольшим по величине множеством данных (массивом разрядов). В этом случае каждый разряд беззнакового целого представляет один элемент множества, и число элементов определяется количеством разрядов. Бинарная операция & интерпретируется как пересечение множеств, операция | как объединение, а операция ^ как разность множеств. С помощью перечисления можно задать имена элементам множества. Ниже приведен пример, заимствованный из { goodbit=0, eofbit=1, failbit=2, badbit=4 }; // }; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 86 Состояние потока можно установить следующим присваиванием: cout.state = ios::goodbit; Уточнение именем ios необходимо, потому что определение io_state находится в классе ios, а также чтобы не возникло коллизий, если пользователь заведет свои имена наподобие goodbit. Проверку на корректность потока и успешное окончание операции можно задать так: if (cout.state&(ios::badbit|ios::failbit)) // ошибка в потоке Еще одни скобки необходимы потому, что операция & имеет более высокий приоритет, чем операция "|". Функция, обнаружившая конец входного потока, может сообщать об этом так: cin.state |= ios::eofbit; Операция |= используется потому, что в потоке уже могла быть ошибка (т.е. state==ios::badbit), и присваивание cin.state =ios::eofbit; могло бы затереть ее признак. Установить отличия в состоянии двух потоков можно следующим способом: ios::io_state diff = cin.state^cout.state; Для таких типов, как io_state, нахождение различий не слишком полезная операция, но для других сходных типов она может оказаться весьма полезной. Например, полезно сравнение двух разрядных массива, один из которых представляет набор всех возможных обрабатываемых прерываний, а другой - набор прерываний, ожидающих обработки. Отметим, что использование полей ($$R.9.6) может служить удобным и более лаконичным способом работы с частями слова, чем сдвиги и маскирование. С частями слова можно работать и с помощью поразрядных логических операций. Например, можно выделить средние 16 разрядов из средины 32- разрядного целого: unsigned short middle(int a) { return (a>>8)&0xffff; } Только не путайте поразрядные логические операции с просто логическими операциями: && || ! Результатом последних может быть 0 или 1, и они в основном используются в условных выражениях операторов if, while или for ($$3.3.1). Например, !0 (не нуль) имеет значение 1, тогда как 0 (дополнение нуля) представляет собой набор разрядов "все единицы", который обычно является значением -1 в дополнительном коде. 3.2.5 Преобразование типа Иногда бывает необходимо явно преобразовать значение одного типа в значение другого. Результатом явного преобразования будет значение указанного типа, полученное из значения другого типа. Например: float r = float(1); Здесь перед присваиванием целое значение 1 преобразуется в значение с плавающей точкой 1.0f. Результат преобразования типа не является адресом, поэтому ему присваивать нельзя (если только тип не является ссылкой). Существуют два вида записи явного преобразования типа: традиционная запись, как операция приведения в С, например, (double)a и функциональная запись, например, double(a). Функциональную запись нельзя использовать для типов, которые не имеют простого имени. Например, чтобы преобразовать значение в тип указателя, надо или использовать приведение char* p = (char*)0777; Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 87 или определить новое имя типа: typedef char* Pchar; char* p = Pchar(0777); По мнению автора, функциональная запись в нетривиальных случаях предпочтительнее. Рассмотрим два эквивалентных примера: Pname n2 = Pbase(n1->tp)-> b_name; // функциональная запись Pname n3 = ((Pbase)n2->tp)- >b_name; // запись с приведением Поскольку операция -> имеет больший приоритет, чем операция приведения, последнее выражение выполняется так: ((Pbase)(n2->tp))->b_name Используя явное преобразование в тип указателя можно выдать данный объект за объект произвольного типа. Например, присваивание any_type* p = (any_type*)&some_object; позволит обращаться к некоторому объекту (some_object) через указатель p как к объекту произвольного типа (any_type). Тем не менее, если some_object в действительности имеет тип не any_type, могут получиться странные и нежелательные результаты. Если преобразование типа не является необходимым, его вообще следует избегать. Программы, в которых есть такие преобразования, обычно труднее понимать, чем программы, их не имеющие. В то же время программы с явно заданными преобразованиями типа понятнее, чем программы, которые обходятся без таких преобразований, потому что не вводят типов для представления понятий более высокого уровня. Так, например, поступают программы, управляющие регистром устройства с помощью сдвига и маскирования целых, вместо того, чтобы определить подходящую структуру (struct) и работать непосредственно с ней (см. $$2.6.1). Корректность явного преобразования типа часто существенно зависит от того, насколько программист понимает, как язык работает с объектами различных типов, и какова специфика данной реализации языка. Приведем пример: int i = 1; char* pc = "asdf"; int* pi = &i; i = (int)pc; pc = (char*)i; // осторожно: значение pc может измениться. // На некоторых машинах sizeof(int) // меньше, чем sizeof(char*) pi = (int*)pc; pc = (char*)pi; // осторожно: pc может измениться // На некоторых машинах char* имеет не такое // представление, как int* Для многих машин эти присваивания ничем не грозят, но для некоторых результат может быть плачевным. В лучшем случае подобная программа будет переносимой. Обычно без особого риска можно предположить, что указатели на различные структуры имеют одинаковое представление. Далее, произвольный указатель можно присвоить (без явного преобразования типа) указателю типа void*, а void* может быть явно преобразован обратно в указатель произвольного типа. В языке С++ явные преобразования типа оказывается излишними во многих случаях, когда в С (и других языках) они требуются. Во многих программах можно вообще обойтись без явных преобразований типа, а во многих других они могут быть локализованы в нескольких подпрограммах. 3.2.6 Свободная память Именованный объект является либо статическим, либо автоматическим (см.$$2.1.3). Статический объект размещается в памяти в момент запуска программы и существует там до ее завершения. Автоматический объект размещается в памяти всякий раз, когда управление попадает в блок, содержащий определение объекта, и существует только до тех пор, пока управление остается в этом блоке. Тем не менее, часто бывает удобно создать новый объект, который существует до тех пор, пока Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 88 он не станет ненужным. В частности, бывает удобно создать объект, который можно использовать после возврата из функции, где он был создан. Подобные объекты создает операция new, а операция delete используется для их уничтожения в дальнейшем. Про объекты, созданные операцией new, говорят, что они размещаются в свободной памяти. Примерами таких объектов являются узлы деревьев или элементы списка, которые входят в структуры данных, размер которых на этапе трансляции неизвестен. Давайте рассмотрим в качестве примера набросок транслятора, который строится аналогично программе калькулятора. Функции синтаксического анализа создают из представлений выражений дерево, которое будет в дальнейшем использоваться для генерации кода. Например: struct enode { token_value oper; enode* left; enode* right; }; enode* expr() { enode* left = term(); for(;;) switch(curr_tok) { case PLUS: case MINUS: get_token(); enode* n = new enode; n->oper = curr_tok; n->left = left; n->right = term(); left = n; break; default: return left; } } Генератор кода может использовать дерево выражений, например так: void generate(enode* n) { switch (n->oper) { case PLUS: // соответствующая генерация delete n; } } Объект, созданный с помощью операции new, существует, до тех пор, пока он не будет явно уничтожен операцией delete. После этого память, которую он занимал, вновь может использоваться new. Обычно нет никакого "сборщика мусора", ищущего объекты, на которые никто не ссылается, и предоставляющего занимаемую ими память операции new для повторного использования. Операндом delete может быть только указатель, который возвращает операция new, или нуль. Применение delete к нулю не приводит ни к каким действиям. Операция new может также создавать массивы объектов, например: char* save_string(const char* p) { char* s = new char[strlen(p)+1]; strcpy(s,p); return s; } Отметим, что для перераспределения памяти, отведенной операцией new, операция delete должна Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 89 уметь определять размер размещенного объекта. Например: int main(int argc, char* argv[]) { if (argc < 2) exit(1); char* p = save_string(arg[1]); delete[] p; } Чтобы добиться этого, приходится под объект, размещаемый стандартной операцией new, отводить немного больше памяти, чем под статический (обычно, больше на одно слово). Простой оператор delete уничтожает отдельные объекты, а операция delete[] используется для уничтожения массивов. Операции со свободной памятью реализуются функциями ($$R.5.3.3-4): void* operator new(size_t); void operator delete(void*); Здесь size_t - беззнаковый целочисленный тип, определенный в Стандартная реализация функции operator new() не инициализирует предоставляемую память. Что случится, когда операция new не сможет больше найти свободной памяти для размещения? Поскольку даже виртуальная память небесконечна, такое время от времени происходит. Так, запрос вида: char* p = new char [100000000]; обычно не проходит нормально. Когда операция new не может выполнить запрос, она вызывает функцию, которая была задана как параметр при обращении к функции set_new_handler() из Например, в следующей программе: #include #include #include { cerr << "operator new failed: out of store\n"; exit(1); } int main() { set_new_handler(&out_of_store); char* p = new char[100000000]; cout << "done, p = " << long(p) << '\n'; } скорее всего, будет напечатано не "done", а сообщение: operator new failed: out of store // операция new не прошла: нет памяти С помощью функции new_handler можно сделать нечто более сложное, чем просто завершить программу. Если известен алгоритм операций new и delete (например, потому, что пользователь определил свои функции operator new и operator delete), то обработчик new_handler может попытаться найти свободную память для new. Другими словами, пользователь может написать свой "сборщик мусора", тем самым сделав вызов операции delete необязательным. Однако такая задача, безусловно, не под силу новичку. По традиции операция new просто возвращает указатель 0, если не удалось найти достаточно свободной памяти. Реакция же на это new_handler не была установлена. Например, следующая программа: #include Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 90 { char* p = new char[100000000]; cout << "done, p = " << long(p) << '\n'; } выдаст done, p = 0 Память не выделена, и вам сделано предупреждение! Отметим, что, задав реакцию на такую ситуацию в функции new_handler, пользователь берет на себя проверку: исчерпана ли свободная память. Она должна выполняться при каждом обращении в программе к new (если только пользователь не определил собственные функции для размещения объектов пользовательских типов; см.$$R.5.5.6). 3.3 Сводка операторов Полное и последовательное описание операторов С++ содержится в $$R.6. Советуем ознакомиться с этим разделом. Здесь же дается сводка операторов и несколько примеров. Синтаксис операторов оператор: описание { список-операторов opt } выражение opt ; if ( выражение ) оператор if ( выражение ) оператор else оператор switch ( выражение ) оператор while ( выражение ) оператор do оператор while ( выражение ) for (начальный-оператор-for выражение opt; выражение opt) оператор case выражение-константа : оператор default : оператор break ; continue ; return выражение opt ; goto идентификатор ; идентификатор : оператор список-операторов: оператор список-операторов оператор начальный-оператор-for: описание выражение opt ; Обратите внимание, что описание является оператором, но нет операторов присваивания или вызова функции (они относятся к выражениям). 3.3.1 Выбирающие операторы Значение можно проверить с помощью операторов if или switch: if ( выражение ) оператор if ( выражение ) оператор else оператор switch ( выражение ) оператор Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 91 В языке С++ среди основных типов нет отдельного булевского (тип со значениями истина, ложь). Все операции отношений: == != < > <= >= дают в результате целое 1, если отношение выполняется, и 0 в противном случае. Обычно определяют константы TRUE как 1 и FALSE как 0. В операторе if, если выражение имеет ненулевое значение, выполняется первый оператор, а иначе выполняется второй (если он указан). Таким образом, в качестве условия допускается любое выражение типа целое или указатель. Пусть a целое, тогда if (a) // ... эквивалентно if (a != 0) ... Логические операции && || ! обычно используются в условиях. В операциях && и || второй операнд не вычисляется, если результат определяется значением первого операнда. Например, в выражении if (p && l count) // ... сначала проверяется значение p, и только если оно не равно нулю, то проверяется отношение l >count. Некоторые простые операторы if удобно заменять выражениями условия. Например, вместо оператора if (a <= b) max = b; else max = a; лучше использовать выражение max = (a<=b) ? b : a; Условие в выражении условия не обязательно окружать скобками, но если их использовать, то выражение становится понятнее. Простой переключатель (switch) можно записать с помощью серии операторов if. Например, switch (val) { case 1: f(); break; case 2: g(); break; default: h(); break; } можно эквивалентно задать так: if (val == 1) f(); else if (val == 2) g(); else h(); Смысл обеих конструкций совпадает, но все же первая предпочтительнее, поскольку в ней нагляднее показана суть операции: проверка на совпадение значения val со значением из множества констант. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 92 Поэтому в нетривиальных случаях запись, использующая переключатель, понятнее. Нужно позаботиться о каком-то завершении оператора, указанного в варианте переключателя, если только вы не хотите, чтобы стали выполняться операторы из следующего варианта. Например, переключатель switch (val) { // возможна ошибка case 1: cout << "case 1\n"; case 2: cout << "case 2\n"; default: cout << "default: case not found\n"; } при val==1 напечатает к большому удивлению непосвященных: case 1 case 2 default: case not found Имеет смысл отметить в комментариях те редкие случаи, когда стандартный переход на следующий вариант оставлен намеренно. Тогда этот переход во всех остальных случаях можно смело считать ошибкой. Для завершения оператора в варианте чаще всего используется break, но иногда используются return и даже goto. Приведем пример: switch (val) { // возможна ошибка case 0: cout << "case 0\n"; case1: case 1: cout << "case 1\n"; return; case 2: cout << "case 2\n"; goto case1; default: cout << "default: case not found\n"; return; } Здесь при значении val равном 2 мы получим: case 2 case 1 Отметим, что метку варианта нельзя использовать в операторе goto: goto case 2; // синтаксическая ошибка 3.3.2 Оператор goto Презираемый оператор goto все-таки есть в С++: goto идентификатор; идентификатор: оператор Вообще говоря, он мало используется в языках высокого уровня, но может быть очень полезен, если текст на С++ создается не человеком, а автоматически, т.е. с помощью программы. Например, операторы goto используются при создании анализатора по заданной грамматике языка с помощью программных средств. Кроме того, операторы goto могут пригодиться в тех случаях, когда на первый план выходит скорость работы программы. Один из них - когда в реальном времени происходят какие- то вычисления во внутреннем цикле программы. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 93 Есть немногие ситуации и в обычных программах, когда применение goto оправдано. Одна из них - выход из вложенного цикла или переключателя. Дело в том, что оператор break во вложенных циклах или переключателях позволяет перейти только на один уровень выше. Приведем пример: void f() { int i; int j; for ( i = 0; i < n; i++) for (j = 0; j // found: // nm[i][j] == a } Есть еще оператор continue, который позволяет перейти на конец цикла. Что это значит, объяснено в $$3.1.5. 3.4 Комментарии и расположение текста Программу гораздо легче читать, и она становится намного понятнее, если разумно использовать комментарии и систематически выделять текст программы пробелами. Есть несколько способов расположения текста программы, но нет причин считать, что один из них - наилучший. Хотя у каждого свой вкус. То же можно сказать и о комментариях. Однако можно заполнить программу такими комментариями, что читать и понимать ее будет только труднее. Транслятор не в силах понять комментарий, поэтому он не может убедиться в том, что комментарий: [1] осмысленный, [2] действительно описывает программу, [3] не устарел. Во многих программах попадаются непостижимые, двусмысленные и просто неверные комментарии. Лучше вообще обходиться без них, чем давать такие комментарии. Если некий факт можно прямо выразить в языке, то так и следует делать, и не надо считать, что достаточно упомянуть его в комментарии. Последнее замечание относится к комментариям, подобным приведенным ниже: // переменную "v" необходимо инициализировать. // переменная "v" может использоваться только в функции "f()". // до вызова любой функции из этого файла // необходимо вызвать функцию "init()". // в конце своей программы вызовите функцию "cleanup()". // не используйте функцию "weird()". // функция "f()" имеет два параметра. При правильном программировании на С++ такие комментарии обычно оказываются излишними. Чтобы именно эти комментарии стали ненужными, можно воспользоваться правилами связывания ($$4.2) и областей видимости, а также правилами инициализации и уничтожения объектов класса ($$5.5). Если некоторое утверждение выражается самой программой, не нужно повторять его в комментарии. Например: a = b + c; // a принимает значение b+c count++; // увеличим счетчик count Такие комментарии хуже, чем избыточные. Они раздувают объем текста, затуманивают программу и могут быть даже ложными. В то же время комментарии именно такого рода используют для примеров в Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 94 учебниках по языкам программирования, подобных этой книге. Это одна из многих причин, по которой учебная программа отличается от настоящей. Можно рекомендовать такой стиль введения комментариев в программу: [1] начинать с комментария каждый файл программы: указать в общих чертах, что в ней определяется, дать ссылки на справочные руководства, общие идеи по сопровождению программы и т.д.; [2] снабжать комментарием каждое определение класса или шаблона типа; [3] комментировать каждую нетривиальную функцию, указав: ее назначение, используемый алгоритм (если только он неочевиден) и, возможно, предположения об окружении, в котором работает функция; [4] комментировать определение каждой глобальной переменной; [5] давать некоторое число комментариев в тех местах, где алгоритм неочевиден или непереносим; [6] больше практически ничего. Приведем пример: // tbl.c: Реализация таблицы имен. /* Использован метод Гаусса см. Ральстон "Начальный курс по ..." стр. 411. */ // в swap() предполагается, что стек AT&T начинается с 3B20. /************************************ Авторские права (c) 1991 AT&T, Inc Все права сохранены **************************************/ Правильно подобранные и хорошо составленные комментарии играют в программе важную роль. Написать хорошие комментарии не менее трудно, чем саму программу, и это - искусство, в котором стоит совершенствоваться. Заметим, что если в функции используются только комментарии вида //, то любую ее часть можно сделать комментарием с помощью /* */, и наоборот. 3.5 Упражнения 1. (*1) Следующий цикл for перепишите с помощью оператора while: for (i=0; i 2. (*1) Укажите порядок вычисления следующих выражений, задав полную скобочную структуру: a = b + c * d << 2 & 8 a & 077 != 3 a == b || a == c && c < 5 c = x != 0 0 <= i < 7 f(1,2) + 3 a = - 1 + + b -- - 5 a = b == c ++ a = b = c = 0 a[4][2] *= * b ? c : * d * 2 a-b, c=d Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 95 3. (*2) Укажите 5 различных конструкций на С++, значение которых неопределено. 4. (*2) Приведите 10 разных примеров непереносимых конструкций на С++. 5. (*1) Что произойдет при делении на нуль в вашей программе на С++? Что будет в случае переполнения или потери значимости? 6. (*1) Укажите порядок вычисления следующих выражений, задав их полную скобочную структуру: *p++ *--p ++a-- (int*)p->m *p.m *a[i] 7. (*2) Напишите такие функции: strlen() - подсчет длины строки, strcpy() - копирование строк и strcmp() - сравнение строк. Какими должны быть типы параметров и результатов функций? Сравните их со стандартными версиями, имеющимися в 8. (*1) Выясните, как ваш транслятор отреагирует на такие ошибки: void f(int a, int b) { if (a = 3) // ... if (a&077 == 0) // ... a := b+1; } Посмотрите, какова будет реакция на более простые ошибки. 9. (*2) Напишите функцию cat(), которая получает два параметра-строки и возвращает строку, являющуюся их конкатенацией. Для результирующей строки используйте память, отведенную с помощью new. Напишите функцию rev() для перевертывания строки, переданной ей в качестве параметра. Это означает, что после вызова rev(p) последний символ p станет первым и т.д. 10. (*2) Что делает следующая функция? void send(register* to, register* from, register count) // Псевдоустройство. Все комментарии сознательно удалены { register n=(count+7)/8; switch (count%8) { case 0: do { *to++ = *from++; case 7: *to++ = *from++; case 6: *to++ = *from++; case 5: *to++ = *from++; case 4: *to++ = *from++; case 3: *to++ = *from++; case 2: *to++ = *from++; case 1: *to++ = *from++; } while (--n>0); } } Каков может быть смысл этой функции? 11. (*2) Напишите функцию atoi(), которая имеет параметр - строку цифр и возвращает соответствующее ей целое. Например, atoi("123") равно 123. Измените функцию atoi() так, чтобы она могла переводить в число последовательность цифр не только в десятичной, но и в восьмеричной и шестнадцатеричной записи, принятой в С++. Добавьте возможность перевода символьных констант С++. Напишите функцию itoa() для перевода целого значения в строковое представление. 12. (*2) Перепишите функцию get_token() ($$3.12) так, чтобы она читала целую строку в буфер, а затем Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ 96 выдавала лексемы, читая по символу из буфера. 13. (*2) Введите в программу калькулятора из $$3.1 такие функции, как sqrt(), log() и sin(). Подсказка: задайте предопределенные имена и вызывайте функции с помощью массива указателей на них. Не забывайте проверять параметры, передаваемые этим функциям. 14. (*3) Введите в калькулятор возможность определять пользовательские функции. Подсказка: определите функцию как последовательность операторов, будто бы заданную самим пользователем. Эту последовательность можно хранить или как строку символов, или как список лексем. Когда вызывается функция, надо выбирать и выполнять операции. Если пользовательские функции могут иметь параметры, то придется придумать форму записи и для них. 15. (*1.5) Переделайте программу калькулятора, используя структуру symbol вместо статических переменных name_string и number_value: struct symbol { token_value tok; union { double number_value; char* name_string; }; }; 16. (*2.5) Напишите программу, которая удаляет все комментарии из программы на С++. Это значит, надо читать символы из cin и удалять комментарии двух видов: // и /* */. Получившийся текст запишите в cout. Не заботьтесь о красивом виде получившегося текста (это уже другая, более сложная задача). Корректность программ неважна. Нужно учитывать возможность появления символов //, /* и */ в комментариях, строках и символьных константах. 17. (*2) Исследуйте различные программы и выясните, какие способы выделения текста пробелами и какие комментарии используются. |