Текст книги "C++"

Автор книги: Мюррей Хилл

Соавторы: Бьярн Страустрап
сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

3.1.3 Таблица имен

К таблице имен доступ осуществляется с помощью одной функции

name* look(char* p, int ins =0);

Ее второй параметр указывает, нужно ли сначала поместить строку символов в таблицу. Инициализатор =0 задает параметр, который надлежит использовать по умолчанию, когда look() взывается с одним параметром. Это дает удобство записи, когда look(«sqrt2») означает look(«sqrt2»,0), то есть просмотр, без помещения в таблицу. Чтобы получить такое же удобство записи для помещения в таблицу, определяется вторая функция:

inline name* insert(char* s) (* return look(s,1);*)

Как уже отмечалось раньше, элементы этой таблицы имеют тип:

srtuct name (* char* string; char* next; double value; *)

Член next используется только для сцепления вместе имен в таблице.

Сама таблица – это просто вектор указателей на объекты типа name:

const TBLSZ = 23; name* table[TBLSZ];

Поскольку все статические объекты инициализируются нлем, это тривиальное описание таблицы table гарантирует также надлежащую инициализацию.

Для нахождения элемента в таблице в look() принимается простой алгоритм хэширования (имена с одним и тем же хэш-кдом зацепляются вместе):

int ii = 0; // хэширование char* pp = p; while (*pp) ii = ii««1 ^ *pp++; if (ii « 0) ii = -ii; ii %= TBLSZ;

То есть, с помощью исключающего ИЛИ каждый символ во входной строке «добавляется» к ii («сумме» предыдущих символов). Бит в x^y устанавливается единичным тогда и только тода, когда соответствующие биты в x и y различны. Перед примнением в символе исключающего ИЛИ, ii сдвигается на один бит влево, чтобы не использовать в слове только один байт. Это можно было написать и так:

ii ««= 1; ii ^= *pp++;

Кстати, применение ^ лучше и быстрее, чем +. Сдвиг важен для получения приемлемого хэш-кода в обоих случаях. Операторы

if (ii « 0) ii = -ii; ii %= TBLSZ;

обеспечивают, что ii будет лежать в диапазоне 0...TBLS1; % – это операция взятия по модулю (еще называемая получнием остатка).

Вот функция полностью:

extern int strlen(const char*); extern int strcmp(const char*, const char*); extern int strcpy(const char*, const char*);

name* look(char* p, int ins =0) (* int ii = 0; // хэширование char* pp = p; while (*pp) ii = ii««1 ^ *pp++; if (ii « 0) ii = -ii; ii %= TBLSZ;

for (name* n=table[ii]; n; n=n-»next) // поиск if (strcmp(p,n-»string) == 0) return n;

if (ins == 0) error(«имя не найдено»);

name* nn = new name; // вставка nn-»string = new char[strlen(p)+1]; strcpy(nn-»string,p); nn-»value = 1; nn-»next = table[ii]; table[ii] = nn; return nn; *)

После вычисления хэш-кода ii имя находится простым промотром через поля next. Проверка каждого name осуществляется с помощью стандартной функции strcmp(). Если строка найдена, возвращается ее name, иначе добавляется новое name.

Добавление нового name включает в себя создание нового объекта в свободной памяти с помощью операции new (см. #3.2.6), его инициализацию, и добавление его к списку имен. Последнее осуществляется просто путем помещения нового имени в голову списка, поскольку это можно делать даже не проверяя, имеется список, или нет. Символьную строку для имени тоже нужно сохранить в свободной памяти. Функция strlen() исползуется для определения того, сколько памяти нужно, new – для выделения этой памяти, и strcpy() – для копирования строки в память.

3.1.4 Обработка ошибок

Поскольку программа так проста, обработка ошибок не сотавляет большого труда. Функция обработки ошибок просто счтает ошибки, пишет сообщение об ошибке и возвращает управлние обратно:

int no_of_errors;

double error(char* s) (* cerr «„ "error: " «« s «« «n“; no_of_errors++; return 1; *)

Возвращается значение потому, что ошибки обычно встречаются в середине вычисления выражения, и поэтому надо либо полностью прекращать вычисление, либо возвращать значение, которое по всей видимости не должно вызвать последующих ошибок. Для простого калькулятора больше подходит последнее. Если бы get_token() отслеживала номера строк, то error() мола бы сообщать пользователю, где приблизительно обнаружена ошибка. Это наверняка было бы полезно, если бы калькулятор использовался неитерактивно.

Часто бывает так, что после появления ошибки программа должна завершиться, поскольку нет никакого разумного пути продолжить работу. Это можно сделать с помощью вызова exit(), которая очищает все вроде потоков вывода (#8.3.2), а затем завершает программу используя свой параметр в качестве ее возвращаемого значения. Более радикальный способ завершения программы – это вызов abort(), которая обрывает выполнение сразу же или сразу после сохранения где-то информации для оладчика (дамп памяти); о подробностях справьтесь, пожалуйста, в вашем руководстве.

3.1.5 Драйвер

Когда все части программы на месте, нам нужен только драйвер для инициализации и всего того, что связано с запуком. В этом простом примере main() может работать так:

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 обычно, что main() возвращает ноль при нормалном завершении программы и не ноль в противном случае, поэтому это прекрасно может сделать возвращение числа ошибок. В данном случае оказывается, что инициализация нужна только для введения предопределенных имен в таблицу имен.

Основная работа цикла – читать выражения и писать ответ. Это делает строка:

cout «„ expr() «« «n“;

Проверка cin на каждом проходе цикла обеспечивает завешение программы в случае, если с потоком ввода что-то не так, а проверка на END обеспечивает корректный выход из цикла, когда get_token() встречает конец файла. Оператор break осуществляет выход из ближайшего содержащего его оператора switch или оператора цикла (то есть, оператора for, оператора while или оператора do). Проверка на PRINT (то есть, на 'n' или ';') освобождает expr() от обязанности обрабатывать путые выражения. Оператор continue равносилен переходу к самому концу цикла, поэтому в данном случае

while (cin) (* // ... if (curr_tok == PRINT) continue; cout «„ expr() «« «n“; *)

эквивалентно

while (cin) (* // ... if (curr_tok == PRINT) goto end_of_loop; cout «„ expr() «« «n“; end_of_loop *)

Более подробно циклы описываются в #с.9.

3.1.6 Параметры командной строки

После того, как программа была написана и оттестирована, я заметил, что часто набирать выражения на клавиатуре в стадартный ввод надоедает, поскольку обычно использование прораммы состоит в вычислении одного выражения. Если бы можно было представлять это выражение как параметр командной стрки, не приходилось бы так много нажимать на клавиши.

Как уже говорилось, программа запускается вызовом main(). Когда это происходит, main() получает два параметра указывающий число параметров, обычно называемый argc и вектор параметров, обычно называемый argv. Параметры – это символные строки, поэтому argv имеет тип char*[argc]. Имя программы (так, как оно стоит в командной строке) передается в качестве argv[0], поэтому argc всегда не меньше единицы. Например, в случае команды

dc 150/1.1934

параметры имеют значения:

argc 2 argv[0] «dc» argv[1] «150/1.1934»

Научиться пользоваться параметрами командной строки неложно. Сложность состоит в том, как использовать их без препрограммирования. В данном случае это оказывается совсем просто, поскольку поток ввода можно связать с символьной строкой, а не с файлом (#8.5). Например, можно заставить cin читать символы из стандартного ввода:

int main(int argc, char* argv[]) (* switch(argc) (* case 1: // читать из стандартного ввода break; case 2: // читать параметр строку cin = *new istream(strlen(argv[1]),argv[1]); break; default: error(«слишком много параметров»); return 1; *) // как раньше *)

Программа осталась без изменений, за исключением добаления в main() параметров и использования этих параметров в

операторе switch. Можно было бы легко модифицировать main() так, чтобы она получала несколько параметров командной стрки, но это оказывается ненужным, особенно потому, что неколько выражений можно передавать как один параметр: dc «rate=1.1934;150/rate;19.75/rate;217/rate»

Здесь кавычки необходимы, поскольку ; является разделтелем команд в системе UNIX.

3.2 Краткая сводка операций

Операции С++ подробно и систематически описываются в #с. 7; прочитайте, пожалуйста, этот раздел. Здесь же приводится операция краткая сводка и некоторые примеры. После каждой операции приведено одно или более ее общеупотребительных наваний и пример ее использования. В этих примерах имя_класса – это имя класса, член – имя члена, объект – выражение, дающее в результате объект класса, указатель – выражение, дающее в результате указатель, выр – выражение, а lvalue – выражение, денотирующее неконстантный объект. Тип может быть совершенно произвольным именем типа (со * () и т.п.) только когда он стоит в скобках, во всех остальных случаях существуют огранчения.

Унарные операции и операции присваивания правоассоцитивны, все остальные левоассоциативны. Это значит, что a=b=c означает a=(b=c), a+b+c означает (a+b)+c, и *p++ означает *(p ++), а не (*p)++.

Сводка Операций (часть 1) =========================================================== :: разрешение области видимости имя_класса :: член :: глобальное :: имя =========================================================== -» выбор члена указатель-»член [] индексация указатель [ выр ] () вызов функции выр (список_выр) () построение значения тип (список_выр) sizeof размер объекта sizeof выр sizeof размер типа sizeof ( тип ) =========================================================== ++ приращение после lvalue++ ++ приращение до ++lvalue – уменьшение после lvalue– – уменьшение до –lvalue ~ дополнение ~ выр ! не ! выр – унарный минус – выр + унарный плюс + выр amp; адрес объекта amp; lvalue * разыменование * выр new создание (размещение) new тип delete уничтожение (освобождение) delete указатель delete[] уничтожение вектора delete[ выр ] указатель () приведение (преобразование типа) ( тип ) выр =========================================================== * умножение выр * выр / деление выр / выр % взятие по модулю (остаток) выр % выр =========================================================== + сложение (плюс) выр + выр – вычитание (минус) выр – выр =========================================================== «„ сдвиг влево lvalue „„ выр ““ сдвиг вправо lvalue “» выр =========================================================== « меньше выр « выр

«= меньше или равно выр „= выр “ больше выр » выр »= больше или равно выр »= выр =========================================================== == равно выр == выр != не равно выр != выр =========================================================== amp; побитовое И выр amp; выр =========================================================== ^ побитовое исключающее ИЛИ выр ^ выр =========================================================== ! побитовое включающее ИЛИ выр ! выр =========================================================== amp; amp; логическое И выр amp; amp; выр =========================================================== !! логическое включающее ИЛИ выр !! выр =========================================================== ? : арифметический if выр ? выр : выр =========================================================== = простое присваивание lvalue = выр *= умножить и присвоить lvalue = выр /= разделить и присвоить lvalue /= выр %= взять по модулю и присвоить lvalue %= выр += сложить и присвоить lvalue += выр -= вычесть и присвоить lvalue -= выр «„= сдвинуть влево и присвоить lvalue „„= выр ““= сдвинуть вправо и присвоить lvalue “»= выр amp;= И и присвоить lvalue amp;= выр != включающее ИЛИ и присвоить lvalue != выр ^= исключающее ИЛИ и присвоить lvalue ^= выр =========================================================== , запятая (следование) выр , выр ===========================================================

В каждой очерченной части находятся операции с одинаквым приоритетом. Операция имеет приоритет больше, чем оперции из частей, расположенных ниже. Например: a+b*c означает a +(b*c), так как * имеет приоритет выше, чем +, а a+b-c ознчает (a+b)-c, поскольку + и – имеют одинаковый приоритет (и поскольку + левоассоциативен).

3.2.1 Круглые скобки

Скобками синтаксис С++ злоупотребляет; количество спосбов их использования приводит в замешательство: они применются для заключения в них параметров в вызовах функций, в них заключается тип в преобразовании типа (приведении к типу), в именах типов для обозначения функций, а также для разрешения конфликтов приоритетов. К счастью, последнее требуется не слишком часто, потому что уровни приоритета и правила ассоцативности определены таким образом, чтобы выражения «работали ожидаемым образом» (то есть, отражали наиболее привычный спсоб употребления). Например, значение

if (i«=0 !! max«i) // ...

очевидно. Тем не менее, всегда, когда программист сомнвается относительно этих правил, следует употреблять скобки, и некоторые программисты предпочитают немного более длинное и менее элегантное

if ( (i«=0) !! (max«i) ) // ...

При усложнении подвыражений употребление скобок станвится более обычным явлением, но сложные подвыражения являюся источником ошибок, поэтому если вы чувствуете потребность в скобках, попробуйте оборвать выражение и использовать дополнительную переменную. Есть и такие случаи, когда приоритты операций не приводят к «очевидному» результату. Например в

if (i amp;mask == 0) // ...

не происходит применения маски mask к i и последующей проверки результата на ноль. Поскольку == имеет приоритет вше, чем amp;, выражение интерпретируется как i amp;(mask==0). В этом случае скобки оказываются важны:

if ((i amp;mask) == 0) // ...

Но, с другой стороны, то, что следующее выражение не рботает так, как может ожидать наивный пользователь, ничего не значит:

if (0 «= a «= 99) // ...

Оно допустимо, но интерпретируется оно как (0«=a)«=99, где результат первого подвыражения или 0 или 1, но не a (если только a не равно 1). Чтобы проверить, лежит ли a в диапазоне 0...99, можно написать

if (0«=a amp; amp; a«=99) // ...

3.2.2 Порядок вычисления

Порядок вычисления подвыражений в выражении неопределен. Например

int i = 1; v[i] = i++;

может вычисляться или как v[1]=1, или как v[2]=1. При отсутствии ограничений на порядок вычисления выражения может генерироваться более хороший код. Было бы замечательно, если бы компилятор предупреждал о подобных неоднозначностях, но большинство компиляторов этого не делают.

Относительно операций amp; amp; и !! гарантируется, что их левый операнд вычисляется раньше, чем правый. Например, b=(a=2,a=1) присвоит b 3.В #3.3.1приводятся примеры использования amp; amp; и !!. Заметьте, что операция следования , (запятая) логически отличается от запятой, которая используется для разделения параметров в вызове функции. Рассмотрим

f1(v[i],i++); // два параметра f2( (v[i],i++) ) // один параметр

В вызове f1 два параметра, v[i] и i++, и порядок вычиления выражений-параметров неопределен. Зависимость выражения -параметра от порядка вычисления – это очень плохой стиль, а также непереносимо. В вызове f2 один параметр, выражение с запятой, которое эквивалентно i++.

С помощью скобок нельзя задать порядок вычисления. Например, a*(b/c) может вычисляться и как (a*b)/c, поскольку * и / имеют одинаковый приоритет. В тех случаях, когда важен прядок вычисления, можно вводить дополнительную переменную, например, (t=b/c,a*t).

3.2.3 Увеличение и уменьшение*

– * Следовало бы переводить как «инкремент» и «декремент», однако мы следовали терминологии, принятой в переводной литратуре по C, поскольку эти операции унаследованы от C. (прим. перев.)

Операция ++ используется для явного выражения приращения вместо его неявного выражения с помощью комбинации сложения и присваивания. По определению ++lvalue означает lvalue+=1, что в свою очередь означает lvalue=lvalue+1 при условии, что lvalue не вызывает никаких побочных эффектов. Выражение, обозначающее (денотирующее) объект, который должен быть увличен, вычисляется один раз (только). Аналогично, уменьшение выражается операцией –. Операции ++ и – могут применяться и как префиксные, и как постфиксные. Значением ++x является нвое (то есть увеличенное) значение x. Например, y=++x эквивлентно y=(x+=1). Значение x++, напротив, есть старое значение x. Например, y=x++ эквивалентно y=(t=x,x+=1,t), где t – перменная того же типа, что и x.

Операции приращения особенно полезны для увеличения и уменьшения переменных в циклах. Например, оканчивающуюся нлем строку можно копировать так:

inline void cpy(char* p, const char* q) (* while (*p++ = *q++) ; *)

Напомню, что увеличение и уменьшение арифметических указателей, так же как сложение и вычитание указателей, осуществляется в терминах элементов вектора, на которые указывает указатель p++ приводит к тому, что p указывает на следующий элемент. Для указателя p типа T* по определению выполняется следующее:

long(p+1) == long(p)+sizeof(T);

3.2.4 Побитовые логические операции

Побитовые логические операции

amp; ! ^ ~ »» ««

применяются к целым, то есть к объектам типа char, short, int, long и их unsigned аналогам, результаты тоже цлые.

Одно из стандартных применений побитовых логических опраций – реализация маленького множества (вектор битов). В этом случае каждый бит беззнакового целого представляет один член множества, а число членов ограничено числом битов. Бнарная операция amp; интерпретируется как пересечение, ! как объединение, а ^ как разность. Для наименования членов такого множества можно использовать перечисление. Вот маленький прмер, заимствованный из реализации (не пользовательского итерфейса) «stream.h»:

enum state_value (* _good=0, _eof=1, _fail=2, _bad=4 *); // хорошо, конец файла, ошибка, плохо

Определение _good не является необходимым. Я просто хтел, чтобы состояние, когда все в порядке, имело подходящее имя. Состояние потока можно установить заново следующим обрзом:

cout.state = _good;

Например, так можно проверить, не был ли испорчен поток или допущена операционная ошибка:

if (cout.state amp;(_bad!_fail)) // не good

Еще одни скобки необходимы, поскольку amp; имеет более всокий приоритет, чем !.

Функция, достигающая конца ввода, может сообщать об этом так:

cin.state != _eof;

Операция != используется потому, что поток уже может быть испорчен (то есть, state==_bad), поэтому

cin.state = _eof;

очистило бы этот признак. Различие двух потоков можно находить так:

state_value diff = cin.state^cout.state;

В случае типа stream_state (состояние потока) такая раность не очень нужна, но для других похожих типов она оказвается самой полезной. Например, при сравнении вектора бит, представляющего множество прерываний, которые обрабатываются, с другим, представляющим прерывания, ждущие обработки.

Следует заметить, что использование полей (#2.5.1) в действительности является сокращенной записью сдвига и маскрования для извлечения полей бит из слова. Это, конечно, моно сделать и с помощью побитовых логических операций, Например, извлечь средние 16 бит из 32-битового int можно следующим образом:

unsigned short middle(int a) (* return (a»»8) amp;0xffff; *)

Не путайте побитовые логические операции с логическими операциями:

amp; amp; !! !

Последние возвращают 0 или 1, и они главным образом ипользуются для записи проверки в операторах if, while или for (#3.3.1). Например, !0 (не ноль) есть значение 1, тогда как ~ 0 (дополнение нуля) есть набор битов все-единицы, который обычно является значением -1.

3.2.5 Преобразование типа

Бывает необходимо явно преобразовать значение одного тпа в значение другого. Явное преобразование типа дает значние одного типа для данного значения другого типа. Например:

float r = float(1);

перед присваиванием преобразует целое значение 1 к знчению с плавающей точкой 1.0. Результат преобразования типа не является lvalue, поэтому ему нельзя присваивать (если только тип не является ссылочным типом).

Есть два способа записи явного преобразования типа: трдиционная в C запись приведения к типу (double)a и функцинальная запись double(a). Функциональная запись не может прменяться для типов, которые не имеют простого имени. Например, чтобы преобразовать значение к указательному типу надо или использовать запись преобразования типа

char* p = (char*)0777;

или определить новое имя типа:

typedef char* Pchar; char* p = Pchar(0777);

По моему мнению, функциональная запись в нетривиальных случаях предпочтительна. Рассмотрим два эквивалентных примера

Pname n2 = Pbase(n1-»tp)-»b_name; //функциональная запись Pname n3 = ((Pbase)n2-»tp)-»b_name; // запись приведения // к типу Поскольку операция -» имеет больший приоритет, чем прведение, последнее выражение интерпретируется как

((Pbase)(n2-»tp))-»b_name

С помощью явного преобразования типа к указательным тпам можно симитировать, что объект имеет совершенно проивольный тип. Например:

any_type* p = (any_type*) amp;some_object;

позволит работать посредством p с некоторым объектом some_object как с любым типом any_type.

Когда преобразование типа не необходимо, его следует ибегать. Программы, в которых используется много явных преоразований типов, труднее понимать, чем те, в которых это не делается. Однако такие программы легче понимать, чем программы, просто не использующие типы для представления понятий блее высокого уровня (например, программу, которая оперирует регистром устройства с помощью сдвига и маскирования, вместо того, чтобы определить подходящую struct и оперировать ею, см. #2.5.2). Кроме того, правильность явного преобразования типа часто критическим образом зависит от понимания програмистом того, каким образом объекты различных типов обрабатваются в языке, и очень часто от подробностей реализации. Например:

int i = 1; char* pc = «asdf»; int* pi = amp;i;

i = (int)pc; pc = (char*)i; // остерегайтесь! значение pc может изм//ниться // на некоторых машинах // sizeof(int)«sizeof(char*) pi = (int*)pc; pc = (char*)pi; // остерегайтесь! значение pc может изм// ниться // на некоторых машинах char* // представляется иначе, чем int*

На многих машинах ничего плохого не произойдет, но на других результаты будут катастрофическими. Этот код в лучшем случае непереносим. Обычно можно без риска предполагать, что указатели на различные структуры имеют одинаковое представлние. Кроме того, любой указатель можно (без явного преобразвания типа) присвоить void*, а void* можно явно преобразовать к указателю любого типа.

В С++ явное преобразование типа оказывается ненужным во многих случаях, когда C (и другие языки) требуют его. Во мнгих программах явного преобразования типа можно совсем избжать, а во многих других его применение можно локализовать в

небольшом числе подпрограмм.