Язык программирования C++. Вводный курс. С для начинающих
 Скачать 5.41 Mb.
|
|
58 template { elemType tmp = array[ i ]; array[ i ] = array[ j ]; array[ j ] = tmp; } При каждом вызове swap() генерируется подходящая конкретизация, которая зависит от типа массива. Вот как выглядит программа, использующая шаблоны Array и ArrayRC: #include "Array.h" #include "ArrayRC.h" template { elemType tmp = array[ i ]; array[ i ] = array[ j ]; array[ j ] = tmp; } int main() { Array ArrayRC } Упражнение 2.13 Пусть мы имеем следующие объявления типов: enum Status { ... }; typedef string *Pstring; Есть ли ошибки в приведенных ниже описаниях объектов? #include "Array.h" #include С++ для начинающих 59 (e) Array< Pstring > aps(1024); Упражнение 2.14 Перепишите следующее определение, сделав из него шаблон класса: } Упражнение 2.15 Имеется следующий шаблон класса: public: explicit Example2 (elemType val=0) : _val(val) {}; bool min(elemType value) { return _val < value; } void value(elemType new_val) { _val = new_val; } void print (ostream &os) { os << _val; } private: elemType _val; } template (a) Array< int*& > pri(1024); (b) Array< Array (c) Array< complex< double > > acd(1024); (d) Array< Status > as(1024); class example1 { public: example1 (double min, double max); example1 (const double *array, int size); double& operator[] (int index); bool operator== (const example1&) const; bool insert (const double*, int); bool insert (double); double min (double) const { return _min; }; double max (double) const { return _max; }; void min (double); void max (double); int count (double value) const; private: int size; double *parray; double _min; double _max; template С++ для начинающих 60 ostream& operator<<(ostream &os,const Example2 { ex.print(os); return os; } Какие действия вызывают следующие инструкции? (f) cout << "exs: " << exs << endl; Упражнение 2.16 Пример из предыдущего упражнения накладывает определенные ограничения на типы данных, которые могут быть подставлены вместо elemType. Так, параметр конструктора имеет по умолчанию значение 0: explicit Example2 (elemType val=0) : _val(val) {}; Однако не все типы могут быть инициализированы нулем (например, тип string), поэтому определение объекта Example2 Example2 4 . Также ошибочным будет вызов функции min(), если для данного типа не определена операция меньше. С++ не позволяет задать ограничения для типов, подставляемых в шаблоны. Как вы думаете, было бы полезным иметь такую возможность? Если да, попробуйте придумать синтаксис задания ограничений и перепишите в нем определение класса Example2. Если нет, поясните почему. Упражнение 2.17 Как было показано в предыдущем упражнении, попытка использовать шаблон Example2 с типом, для которого не определена операция меньше, приведет к синтаксической ошибке. Однако ошибка проявится только тогда, когда в тексте компилируемой программы действительно встретится вызов функции min(), в противном случае компиляция пройдет успешно. Как вы считаете, оправдано ли такое поведение? Не лучше ли предупредить об ошибке сразу, при обработке описания шаблона? Поясните свое мнение. 4 Вот как выглядит общее решение этой проблемы: Example2( elemType nval = elemType() ) " _val( nval ) {} (a) Example2 (b) ex1.min (&ex1); (c) Example2 (d) sa = sb; (e) Example2 С++ для начинающих 61 2.6. Использование исключений Исключениями называют аномальные ситуации, возникающие во время исполнения программы: невозможность открыть нужный файл или получить необходимое количество памяти, использование выходящего за границы индекса для какого-либо массива. Обработка такого рода исключений, как правило, плохо интегрируется в основной алгоритм программы, и программисты вынуждены изобретать разные способы корректной обработки исключения, стараясь в то же время не слишком усложнить программу добавлением всевозможных проверок и дополнительных ветвей алгоритма. С++ предоставляет стандартный способ реакции на исключения. Благодаря вынесению в отдельную часть программы кода, ответственного за проверку и обработку ошибок, значительно облегчается восприятие текста программы и сокращается ее размер. Единый синтаксис и стиль обработки исключений можно, тем не менее, приспособить к самым разнообразным нуждам и запросам. Механизм исключений делится на две основные части: точка программы, в которой произошло исключение. Определение того факта, что при выполнении возникла какая-либо ошибка, влечет за собой возбуждение исключения. Для этого в С++ предусмотрен специальный оператор throw. Возбуждение исключения в случае невозможности открыть некоторый файл выглядит следующим образом: } Место программы, в котором исключение обрабатывается. При возбуждении исключения нормальное выполнение программы приостанавливается и управление передается обработчику исключения. Поиск нужного обработчика часто включает в себя раскрутку так называемого стека вызовов программы. После обработки исключения выполнение программы возобновляется, но не с того места, где произошло исключение, а с точки, следующей за обработчиком. Для определения обработчика исключения в С++ используется ключевое слово catch. Вот как может выглядеть обработчик для примера из предыдущего абзаца: catch (string exceptionMsg) { log_message (exceptionMsg); return false; } Каждый catch-обработчик ассоциирован с исключениями, возникающими в блоке операторов, который непосредственно предшествует обработчику и помечен ключевым словом try. Одному try-блоку могут соответствовать несколько catch-предложений, каждое из которых относится к определенному виду исключений. Приведем пример: { int *pstats = new int [4]; if ( !infile ) { string errMsg(" Невозможно открыть файл: "); errMsg += fileName; throw errMsg; int* stats (const int *ia, int size) С++ для начинающих 62 try { pstats[0] = sum_it (ia,size); pstats[1] = min_val (ia,size); pstats[2] = max_val (ia,size); } catch (string exceptionMsg) { // код обработчика } catch (const statsException &statsExcp) { // код обработчика } pstats [3] = pstats[0] / size; do_something (pstats); return pstats; } В данном примере в теле функции stats() три оператора заключены в try-блок, а четыре – нет. Из этих четырех операторов два способны возбудить исключения. 1) int *pstats = new int [4]; Выполнение оператора new может окончиться неудачей. Стандартная библиотека С++ предусматривает возбуждение исключения bad_alloc в случае невозможности выделить нужное количество памяти. Поскольку в примере не предусмотрен обработчик исключения bad_alloc, при его возбуждении выполнение программы закончится аварийно. 2) do_something (pstats); Мы не знаем реализации функции do_something(). Любая инструкция этой функции, или функции, вызванной из этой функции, или функции, вызванной из функции, вызванной этой функцией, и так далее, потенциально может возбудить исключение. Если в реализации функции do_something и вызываемых из нее предусмотрен обработчик такого исключения, то выполнение stats() продолжится обычным образом. Если же такого обработчика нет, выполнение программы аварийно завершится. Необходимо заметить, что, хотя оператор pstats [3] = pstats[0] / size; может привести к делению на ноль, в стандартной библиотеке не предусмотрен такой тип исключения. Обратимся теперь к инструкциям, объединенным в try-блок. Если в одной из вызываемых в этом блоке функций – sum_it(), min_val() или max_val() –произойдет исключение, управление будет передано на обработчик, следующий за try-блоком и перехватывающий именно это исключение. Ни инструкция, возбудившая исключение, ни следующие за ней инструкции в try-блоке выполнены не будут. Представим себе, что при вызове функции sum_it() возбуждено исключение: throw string (" Ошибка: adump27832"); Выполнение функции sum_it() прервется, операторы, следующие в try-блоке за вызовом этой функции, также не будут выполнены, и pstats[0] не будет инициализирована. Вместо этого возбуждается исключительное состояние и исследуются два catch-обработчика. В нашем случае выполняется catch с параметром типа string: С++ для начинающих 63 } После выполнения управление будет передано инструкции, следующей за последним catch -обработчиком, относящимся к данному try-блоку. В нашем случае это pstats [3] = pstats[0] / size; (Конечно, обработчик сам может возбуждать исключения, в том числе – того же типа. В такой ситуации будет продолжено выполнение catch-предложений, определенных в программе, вызвавшей функцию stats().) Вот пример: // код обработчика cerr << "stats(): исключение: " << exceptionMsg << endl; delete [] pstats; return 0; } В таком случае выполнение вернется в функцию, вызвавшую stats(). Будем считать, что разработчик программы предусмотрел проверку возвращаемого функцией stats() значения и корректную реакцию на нулевое значение. Функция stats() умеет реагировать на два типа исключений: string и statsException . Исключение любого другого типа игнорируется, и управление передается в вызвавшую функцию, а если и в ней не найдется обработчика, – то в функцию более высокого уровня, и так до функции main().При отсутствии обработчика и там, программа аварийно завершится. Возможно задание специального обработчика, который реагирует на любой тип исключения. Синтаксис его таков: } (Детально обработка исключительных ситуаций рассматривается в главах 11 и 19.) Упражнение 2.18 Какие ошибочные ситуации могут возникнуть во время выполнения следующей функции: int *alloc_and_init (string file_name) { ifstream infile (file_name) catch (string exceptionMsg) { // код обработчика catch (string exceptionMsg) { catch (...) { // обрабатывает любое исключение, // однако ему недоступен объект, переданный // в обработчик в инструкции throw С++ для начинающих 64 int elem_cnt; infile >> elem_cnt; int *pi = allocate_array(elem_cnt); int elem; int index=0; while (cin >> elem) pi[index++] = elem; sort_array(pi,elem_cnt); register_data(pi); return pi; } Упражнение 2.19 В предыдущем примере вызываемые функции allocate_array(), sort_array() и register_data() могут возбуждать исключения типов noMem, int и string соответственно. Перепишите функцию alloc_and_init(), вставив соответствующие блоки try и catch для обработки этих исключений. Пусть обработчики просто выводят в cerr сообщение об ошибке. Упражнение 2.20 Усовершенствуйте функцию alloc_and_init() так, чтобы она сама возбуждала исключение в случае возникновения всех возможных ошибок (это могут быть исключения, относящиеся к вызываемым функциям allocate_array(), sort_array() и register_data() и какими-то еще операторами внутри функции alloc_and_init()). Пусть это исключение имеет тип string и строка, передаваемая обработчику, содержит описание ошибки. 2.7. Использование пространства имен Предположим, что мы хотим предоставить в общее пользование наш класс Array, разработанный в предыдущих примерах. Однако не мы одни занимались этой проблемой; возможно, кем-то где-то, скажем, в одном из подразделений компании Intel был создан одноименный класс. Из-за того что имена этих классов совпадают, потенциальные пользователи не могут задействовать оба класса одновременно, они должны выбрать один из них. Эта проблема решается добавлением к имени класса некоторой строки, идентифицирующей его разработчиков, скажем, class Cplusplus_Primer_Third_Edition_Array { ... }; Конечно, это тоже не гарантирует уникальность имени, но с большой вероятностью избавит пользователя от данной проблемы. Как, однако, неудобно пользоваться столь длинными именами! Стандарт С++ предлагает для решения проблемы совпадения имен механизм, называемый пространством имен. Каждый производитель программного обеспечения может заключить свои классы, функции и другие объекты в свое собственное пространство имен. Вот как выглядит, например, объявление нашего класса Array: С++ для начинающих 65 } Ключевое слово namespace задает пространство имен, определяющее видимость нашего класса и названное в данном случае Cplusplus_Primer_3E. Предположим, что у нас есть классы от других разработчиков, помещенные в другие пространства имен: namespace IBM_Canada_Laboratory { template } namespace Disney_Feature_Animation { class Point { ... }; template } По умолчанию в программе видны объекты, объявленные без явного указания пространства имен; они относятся к глобальному пространству имен. Для того чтобы обратиться к объекту из другого пространства, нужно использовать его квалифицированное имя, которое состоит из идентификатора пространства имен и идентификатора объекта, разделенных оператором разрешения области видимости (::). Вот как выглядят обращения к объектам приведенных выше примеров: IBM_Canada_Laboratory::Matrix mat; Disney_Feature_Animation::Point origin(5000,5000); Для удобства использования можно назначать псевдонимы пространствам имен. Псевдоним выбирают коротким и легким для запоминания. Например: // псевдонимы namespace LIB = IBM_Canada_Laboratory; namespace DFA = Disney_Feature_Animation; int main() { LIB::Array } Псевдонимы употребляются и для того, чтобы скрыть использование пространств имен. Заменив псевдоним, мы можем сменить набор задействованных функций и классов, причем во всем остальном код программы останется таким же. Исправив только одну строчку в приведенном выше примере, мы получим определение уже совсем другого массива: namespace LIB = Cplusplus_Primer_3E; int main() { LIB::Array } namespace Cplusplus_Primer_3E { template Cplusplus_Primer_3E::Array С++ для начинающих 66 Конечно, чтобы это стало возможным, необходимо точное совпадение интерфейсов классов и функций, объявленных в этих пространствах имен. Представим, что класс Array из Disney_Feature_Animation не имеет конструктора с одним параметром – размером. Тогда следующий код вызовет ошибку: namespace LIB = Disney_Feature_Animation; int main() { LIB::Array } Еще более удобным является способ использования простого, неквалифицированного имени для обращения к объектам, определенным в некотором пространстве имен. Для этого существует директива using: #include "IBM_Canada_Laboratory.h" using namespace IBM_Canada_Laboratory; int main() { // IBM_Canada_Laboratory::Matrix Matrix mat(4,4); // IBM_Canada_Laboratory::Array Array // ... } Пространство имен IBM_Canada_Laboratory становится видимым в программе. Можно сделать видимым не все пространство, а отдельные имена внутри него (селективная директива using): #include "IBM_Canada_Laboratory.h" using namespace IBM_Canada_Laboratory::Matrix; // видимым становится только Matrix int main() { // IBM_Canada_Laboratory::Matrix Matrix mat(4,4); // Ошибка: IBM_Canada_Laboratory::Array невидим Array // ... } Как мы уже упоминали, все компоненты стандартной библиотеки С++ объявлены внутри пространства имен std. Поэтому простого включения заголовочного файла недостаточно, чтобы напрямую пользоваться стандартными функциями и классами: #include // ошибка: string невидим string current_chapter = " Обзор С++"; С++ для начинающих 67 Необходимо использовать директиву using: #include // Ok: видим string string current_chapter = " Обзор С++"; Заметим, однако, что таким образом мы возвращаемся к проблеме “засорения” глобального пространства имен, ради решения которой и был создан механизм именованных пространств. Поэтому лучше использовать либо квалифицированное имя: // правильно: квалифицированное имя std::string current_chapter = " Обзор С++"; либо селективную директиву using: #include // Ok: string видим string current_chapter = " Обзор С++"; Мы рекомендуем пользоваться последним способом. В большинстве примеров этой книги директивы пространств имен были опущены. Это сделано ради сокращения размера кода, а также потому, что большинство примеров были скомпилированы компилятором, не поддерживающим пространства имен – достаточно недавнего нововведения С++. (Детали применения using-объявлений при работе с стандартной библиотекой С++ обсуждаются в разделе 8.6.) В нижеследующих главах мы создадим еще четыре класса: String, Stack, List и модификацию Stack. Все они будут заключены в одно пространство имен – Cplusplus_Primer_3E . (Более подробно работа с пространствами имен рассматривается в главе 8.) Упражнение 2.21 Дано пространство имен template } и текст программы: #include С++ для начинающих 68 const int size = 1024; Array List // ... Array List } Программа не компилируется, поскольку объявления используемых классов заключены в пространство имен Exercise. Модифицируйте код программы, используя (a) квалифицированные имена (b) селективную директиву using (c) механизм псевдонимов (d) директиву using 2.8. Стандартный массив – это вектор Хотя встроенный массив формально и обеспечивает механизм контейнера, он, как мы видели выше, не поддерживает семантику абстракции контейнера. До принятия стандарта C++ для программирования на таком уровне мы должны были либо приобрести нужный класс, либо реализовать его самостоятельно. Теперь же класс массива является частью стандартной библиотеки C++. Только называется он не массив, а вектор. Разумеется, вектор реализован в виде шаблона класса. Так, мы можем написать vector Есть два существенных отличия нашей реализации шаблона класса Array от реализации шаблона класса vector. Первое отличие состоит в том, что вектор поддерживает как присваивание значений существующим элементам, так и вставку дополнительных элементов, то есть динамически растет во время выполнения, если программист решил воспользоваться этой его возможностью. Второе отличие более радикально и отражает существенное изменение парадигмы проектирования. Вместо того чтобы поддержать большой набор операций-членов, применимых к вектору, таких, как sort(), min(), max() , find()и так далее, класс vector предоставляет минимальный набор: операции сравнения на равенство и на меньше, size() и empty(). Более общие операции, перечисленные выше, определены как независимые обобщенные алгоритмы. Для использования класса vector мы должны включить соответствующий заголовочный файл. #include |