Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 33
3.1 Основные понятия препроцессорной обработки Препроцессорная обработка (макрообработка) — это преобразование текста путем замены препроцессорных переменных их значениями и выполнения препроцессорных операторов (директив препроцессора). В общем случае препроцессорные средства включают: - определение препроцессорных переменных и присвоенных им значений; - средства управления просмотром преобразуемого текста; - правила подстановки значений макропеременных. Определение препроцессорной переменной часто называют макроопределением или макросом, а подстановку ее значения в обрабатываемый текст — макрорасширением. Макрообработка состоит в последовательном просмотре исходного текста и выделения в нем лексем — сканировании текста. Если выделенная лексема является препроцессорной переменной, она заменяется на свое значение, т.е. строится макрорасширение. Если встречается препроцессорная директива, то она выполняется. Лексемы, не являющиеся препроцессорными переменными или директивами, переносятся в выходной текст без изменения. Результатом такой обработки является текст, не содержащий препроцессорных директив и препроцессорных переменных. Если исходный текст был программой на C или C++, то после макрообработки должен быть получен синтаксически правильный текст на C или C++. Как правило, строковые литералы (строки в кавычках) рассматриваются препроцессором как отдельные лексемы и переносятся в выходной текст без изменения. Препроцессор обычно обеспечивает возможность включения в программу исходных текстов из других файлов, в Си/Си++ это выполняется по директиве # include имя файла Если включаемый файл находится в одном из оглавлений, указываемых в установках интегрированной среды в пункте options-directory-include, где можно указать несколько путей, разделяя их точкой с запятой, имя файла заключается в уголковые кавычки, например При включении файла на место директивы #include вставляется текст из этого файла, а последующие строки исходного файла сдвигаются вниз, после чего вставленный текст сканируется препроцессором. Отметим, что директивы препроцессора всегда записывается с новой строки и первым символом директивы должен быть знак #, которому могут предшествовать только пробелы и знаки табуляции. Концом текста директивы служит конец строки. Если директива не помещается в одной строке, в конце строки ставится знак \ и директива продолжается на следующей строке. Количество строк продолжения не ограничивается. 3.2. Препроцессорные переменные Препроцессорная переменная (макроимя) объявляется директивой Например: Если объявленное таким способом макроимя встретится в последующем тексте программы, оно будет заменено на соответствующее значение: Переменная DEBUG объявлена. но не имеет значения. В последующем тексте можно проверять. объявлено или нет это имя, и в зависимости от результата проверки включать или не включать в программу некоторые операторы. Объявленное в define макроимя известно препроцессору от точки его объявления до конца файла или пока не встретится директива # undef имя Например, #undef DEBUG Если в последующем тексте встретится имя DEBUG, оно будет рассматриваться как обычное, а не препроцессорное имя. Имеется ряд предопределенных макроимен, предусмотренных стандартами на языки C и C++, в том числе: Предопределенные имена нельзя объявлять в #define или отменять в #undef. Макросы FILE, DATE и TIME могут использоваться в сообщениях, выдаваемых в начале программы для указания, какая версия программы используется, например, Макрос PASCAL применяется при описании функций, предназначенных для использования в программах, написанных на языке Pascal, а также функций, вызываемых операционной системой Windows. При программировании на Си директивы типа 3.3. Макроопределения (макросы) Рассмотренный выше вариант директивы #define — частный случай. Полный синтаксис этой директивы имеет вид: # define идентификатор(параметры) список_замены Параметры задаются их именами, список замены - это текст на C, C++, содержащий имена параметров, например: Если в области действия этих макроопределений встретится текст то он будет заменен на оператор PRINT(x) будет заменен на Знак # перед именем параметра означает, что значение аргумента рассматривается как строковый литерал. Если между двумя параметрами в макрорасширении стоят знаки ##, то значения аргументов сцепляются по правилу сцепления строк, например, Использование макросов в ряде случаев позволяет сократить исходный текст программы и сделать его более наглядным. Например, если поместить в файл-заголовок макросы 3.4. Условная компиляция Директивы препроцессора # if, # else , # endif и # elif позволяют, в зависимости от результатов проверки некоторых условий, включать в программу один из нескольких вариантов текста: # if препроцессорное_условие текст 1 # else текст 2 # endif дальнейший текст. Условие — это константное выражение, которое строится из макроимен, констант и знаков операций, включая логические связки && и | | . Допускается также выражение sizeof (имя_типа) и препроцессорная функция defined( макроимя ), возвращающая 1, если это макроимя определено, и 0, если оно не определено. Вместо директивы Комбинации #if - #else могут быть вложенными, причем последовательность #else - #if заменяется одной директивой #elif с условием: # if препроцессорное_условие_1 текст 1 # elif препроцессорное_условие_2 текст_2 # else текст_3 # endif В файлах заголовков для предотвращения многократного включения одного и того же заголовка в программу обычно присутствует текст вида: 4.1 Объектные типы данных Объектные типы данных - это агрегатные типы, полностью определяемые программистом, описание объектного типа должно содержать компоненты-данные, определяющие область возможных значений переменных этого типа, и описание операций, допустимых над переменными этого типа и компонентами-данными, составляющими переменную. Для сохранения совместимости с программами на Си синтаксис описания объектного типа в Си++ выбран подобным описанию структурного типа или типа объединения в Си. В сущности структуры и объединения в Си++ рассматриваются как варианты объектных типов. Имеются три варианта объектных типов: структура (struct), объединение (union) и класс (class), различающиеся возможностями доступа к компонентам типа. В дальнейшем для краткости все варианты объектных типов будем называть классами. Описание объектного типа строится по схеме: Компонентами класса могут быть компоненты-данные и компоненты-функции. Компоненты-функции предназначены для выполнения операций над объектным данным, их часто называют методами класса. Для каждого компонента класса устанавливается уровень доступа либо явно, указанием уровня доступа одним из ключевых слов public, protected или private с двоеточием, либо неявно, по умолчанию. Указание уровня доступа относится ко всем последующим компонентам класса, пока не встретится указание другого уровня доступа. Уровень доступа public разрешает доступ к компонентам класса из любого места программы, в котором известна переменная этого класса. Уровень доступа private разрешает доступ к компонентам класса только из методов этого класса. Уровень доступа protected имеет смысл только в иерархической системе классов и разрешает доступ к компонентам этого уровня из методов производного класса. По умолчанию для всех компонент класса типа struct принимается уровень доступа public, но можно явно задавать и другие уровни доступа, уровень доступа к компонентам класса типа class по умолчанию private, явно можно определять и другие уровни, для класса типа union уровень доступа public и не может быть изменен. Например, пусть программист решил в классе TPoint (точка) запретить внешний доступ к координатам точки и разрешить внешний доступ к методам перемещения точки на плоскости. Описание класса TPoint можно построить так: Описание тела компоненты-функции может быть включено в описание класса, как это сделано в примере для функций getx и gety, или помещено вне описания класса. Компоненты-функции при их вызове неявно получают дополнительный аргумент - указатель на переменную объектного типа, для которой вызвана функция и в теле функции можно обращаться ко всем компонентам класса. В связи с этим при описании тела компоненты-функции вне описания класса нужно использовать операцию разрешения контекста, чтобы информировать компилятор о принаждлежности функции к классу. Методы класса TPoint можно описать так: Чтобы выполнить начальную инициализацию компонент-данных при создании переменных объектного типа в описание типа включаются специальные методы-конструкторы. Имя конструктора совпадает с именем типа, конструктор не возвращает никакого значения и для него не указывается тип возвращаемого значения. Для рассмотренного выше класса TPoint можно было обойтись без конструктора и использовать для инициализации метод movePoint. Рассмотрим в качестве примера класс TRect, описывающий прямоугольник со сторонами, параллельными осям координат: Более полная информация о конструкторах объектных типов приведена в следующем разделе. Объявление переменной объектного типа строится по общим правилам, но за идентификатором переменной можно указать в скобках аргументы определенного в классе конструктора, например: В операции new для размещения в динамической памяти объектной переменной за именем типа также указываются аргументы конструктора этого типа: Для обращения к компонентам объектного типа имя компоненты должно уточняться именем объектной переменной или указателем на нее: 4.2. Конструкторы и деструкторы Описание класса обычно содержит специальные методы, вызываемые при создании переменной этого класса и удалении переменной из динамической памяти - конструкторы и деструкторы. Конструктор вызывается после выделения памяти для переменной и обеспечивает инициализацию компонент-данных, деструктор вызывается перед освобождением памяти, занимаемой объектной переменной, и предназначен для выполнения дополнительных действий, связанных с уничтожением объектной переменной, например, для освобождения памяти, выделенной для объекта вне участка, отведенного для компонент-данных. Как уже отмечалось, конструктор всегда имеет имя, совпадающее с именем класса, для него не указывается тип возвращаемого значения и он не возвращает никакого значения. Конструктор должен обеспечивать инициализацию всех компонент-данных. Для класса может быть объявлено несколько конструкторов, различающихся числом и типами параметров. В общем случае различают следующие виды конструкторов: конструктор с параметрами, конструктор без параметров и конструктор копирования с одним параметром - ссылкой на переменную того же объектного типа. Если для объектного типа не определено ни одного конструктора, компилятор создает для него конструктор по умолчанию, не использующий параметров. Конструктор копирования необходим, если переменная объектного типа передается в какую-нибудь функцию как аргумент, поскольку все аргументы передаются в функцию по значению. Деструктор необходим, если объектный тип содержит компоненту-данное, являющуюся указателем на динамическое данное, которое должно уничтожаться при уничтожении объектной переменной. Деструктор всегда имеет то же имя, что и имя класса, но перед именем записывается знак ~ (тильда). Деструктор не имеет параметров и подобно конструктору не возвращает никакого значения. В качестве примера рассмотрим объектный тип TString для представления строковых данных с более высокой степенью защиты от ошибок, чем это обеспечено стандартными функциями обработки строк из файла-заголовка string.h. Ниже приведен пример программы, иллюстрирующей использование данных типа TString. Описание конструктора можно упростить, если компоненты-данные принадлежат к базовым типам или являются объектными переменными, имеющими конструктор. При описании конструктора после заголовка функции можно поставить двоеточие и за ним список инициализаторов вида идентификатор (аргументы ). Например, для класса TPoint из предыдущего параграфа можно было определить конструктор так: В этом конструкторе все компоненты получают значения из списка инициализации, а тело конструктора представлено пустым составным оператором. 4.3. Производные классы Классы образуют иерархическую структуру, когда выделяется некоторый базовый класс, содержащий общие данные и методы группы сходных классов, и строится несколько производных классов, в которых к данным и методам базового класса добавляются данные и методы, необходимые для реализации производного класса. Описание системы классов в этом случае выглядит так: Доступом к компонентам базового класса управляют ключевые слова public и private. Если базовый класс public, то в производном классе public-компоненты базового класса останутся public, protected-компоненты базового класса останутся protected, private-компоненты базового класса для функций производного класса будут недоступны. Если базовый класс private, то в производном классе public и protected компоненты базового класса доступны для функций производного класса, но для следующего производного класса они будут считаться private, т.е. будут недоступны, private-компоненты базового класса недоступны в производных классах. Конструктор производного класса должен вызывать конструктор своего базового класса: 4.4. Пример построения системы классов Известно, что при объявлении массивов в Си/Си++ количество элементов массива задается константой и в дальнейшем не может быть изменено. При обращении к элементам массив отсутствует контроль выхода за пределы индексов массива, что приводит к трудно обнаруживамым ошибкам в программах. Построим систему классов для обработки динамических массивов, в которые можно добавлять новые элементы и исключить возможность выхода за пределы текущего размера массива. Общие свойства массивов с такими сойствами, не зависящие от типа элементов массива, объединим в классе TBase, а для массивов с различными типами элеменов образуем свои классы. Описания классов объединим в файле заголовков TBASEARR.H, а определения методов приведем в файле TBASEARR.CPP. Определения методов приведены в файле TBASEARR.CPP: 4.5 Виртуальные функции При описании объектных типов функции, имеющие сходное назначение в разных классах, могут иметь одинаковые имена, типы параметров и возвращаемого значения. При обращении к такой функции с указанием имени объекта компилятору известно, какая из одноименных функций требуется. В то же время к объектам производного типа можно обращаться по указателю на базовый тип и тогда на этапе компиляции нельзя установить, функция какого из производных типов должна быть вызвана. В ходе выполнения программы требуется проверять, на объект какого типа ссылается указатель и после такой проверки вызывать требуемую функцию. Эти действия называют “поздним” связыванием, в отличие от “раннего” связывания, при котором уже на этапах компиляции или редактирования связей можно установить адрес точки входа вызываемой функции. В объектно-ориентированных языках программирования для решения этой проблемы применяются виртуальные методы. Функция-компонента класса объявляется как виртуальная указанием ключевого слова virtual. Функции-компоненты в производных классах, заменяющие виртуальную функцию базового класса должны объявляться с тем же именем, тем же списком параметров и типом возвращаемого значения, что и соответствующая функция базового класса. Если из производного класса не образуется новых производных классов, ключевое слово virtual в описании функции можно опустить. Если в производном классе нет объявления функции с тем же именем, что и виртуальная функция базового класса, будет вызываться функция базового класса. Виртуальная функция может быть объявлена в форме: Такая функция называется “чистой” (pure) виртуальной функцией, а объектный тип, содержащий ее объявление, называется абстрактным объектным типом. В программе не могут создаваться экземпляры абстрактных типов, такой тип может использоваться только для образования производных типов, причем в производном типе следует либо снова определить эту виртуальную функцию как чистую, либо обявить ее как обычную виртуальную функцию, выполняющую конкретные действия. Виртуальные функции особенно полезны, когда к методом класса требуется обращаться через указатель на экземпляр класса, а сам этот указатель имеет тип указателя на базовый класс. Пусть, например, в классе TBase объявлена чистая виртуальная функция print: Тогда в производных классах должна быть объявлена замещающая ее функция print, выполняющая реальные действия: В программе, использующей объекты классов TIntArray и TRealArray могут создаваться экземпляры этих классов с возможностью обращения к ним через указатель на базовый класс: Тогда для печати массивов могут применяться операторы Приведем еще один пример использования виртуальных функций. Пусть некоторый любитель домашних животных решил завести каталог своих любимцев и для каждого вида животных определил свой класс с общим базовым классом Pet. Для краткости ограничимся в описании каждого животного его кличкой и типовым излаваемым животным звуком с возможностью вывода на экран списка кличек и представления издаваемых ими звуков. Программа: 4.6. “Дружественные” (friend) функции Функция, объявленная в производном классе, может иметь доступ только к защищенным (protected) или общим (public) компонентам базового класса. Функция, объявленная вне класса, может иметь доступ только к общим (public) компонентам класса и обращаться к ним по имени, уточненному именем объекта или указателя на объект. Чтобы получить доступ к личным компонентам объектов некоторого класса Х в функции, не имеющей к ним доступа, эта функция должна быть объявлена дружественной в классе X: Можно объявить все функции класса Y дружественными в классе X; Дружественной может быть и функция, не являющаяся компонентой какого-либо класса, например, Здесь функция printXX имеет доступ ко всем компонентам класса XX, независимо от закрепленного за ними уровня доступа. В теории объектно-ориентированного программирования считается, что при хорошо спроектированной системе классов не должно быть необходимости в дружественных функциях, однако в ряде случаев их использование упрощает понимание и последующие модификации программы. 4.7. Статические компоненты класса Описатель static в С++ имеет различное назначение в зависимости от контекста, в котором он применен. Переменные и функции, объявленные вне класса и вне тела функции с описателем static, имеют область действия, ограниченную файлом, в котором они объявлены. Переменные, объявленные как static внутри функции, видимы только внутри этой функции, но сохраняют свои значения после выхода из функции и инициализируются только при первом обращении к функции. Компоненты класса также могут объявляться с описателем static, такие компоненты - данные являются общими для всех экземпляров объектов этого класса и размещаются в памяти отдельно от данных объектов класса. Доступ к static - компонентам класса возможен по имени, уточненному именем класса (именем типа) или именем объекта этого класса, причем к static - компонентам класса можно обращаться до создания экземпляров объектов этого класса. Статическое данное - член класса должно быть обязательно инициализировано вне описания класса: Статические компоненты - функции могут вызываться до создания экземпляров объектов этого класса и поэтому имеют доступ только к статическим данным класса: 4.8. Переопределение (перегрузка) операций В языках программирования определена семантика операций, выполняемых над базовыми (предопределенными) типами данных, например, если x, y и z - переменные типа float, то запись x = y + z; предполагает интуитивно очевидные действия, сложение x и y и присваивание переменной z полученной суммы. Желательно было бы и для типов, определяемых в программе, в том числе для классов, определить семантику и алгоритмы операций сложения, вычитания, умножения и т.д., чтобы иметь возможность вместо вызова соответствующих функций записывать просто x + y и в случае, когда x и y являются объектами некоторых классов. В C++ это достигается переопределением имеющихся в языке операций для других типов данных. Переопределенная операция объявляется так: Например: Полное определение этих операций для объектов класса TPoint имеет вид: Остальные операции определяются аналогичным образом. Пусть в программе имеются объявления: Тогда можно записать: Общие правила переопределения операций сводятся к следующему: - Двуместные операции должны иметь два параметра, одноместные - один параметр, причем, если операция объявлена как компонента класса, то неявным первым операндом является экземпляр объекта (следовательно при определении двуместной операции будет задаваться один параметр, одноместная операция объявляется с пустым списком параметров). Если операция переопределяется вне класса (с описателем friend ), то для двуместной операции должны быть заданы два параметра, для одноместной операции - один параметр. - При переопределении сохраняется приоритет исходной операции т.е. операция + будет выполняться раньше операции = и т.д. - При переопределении не наследуются свойства коммутативности и ассциативности, т.е. результат выражения х + y - z может отличаться от результата выражения y - z + x и зависит от того, как определены соответствующие операции. - Не допускается переопределение операций . (точка), .* ( точка -звездочка, обращение к указателю на компоненту класса или структуры), :: (разрешение контекста), а также операции # и ##, используемые при препроцессорной обработке. - Переопределяемые операции = (присваивание), () (функция), [ ] (индекс), -> (обращение к компоненте класса по указателю) всегда должны быть компонентами класса и не могут быть static. - Переопределяемые операции new и delete должны быть static - компонентами класса. В остальном к переопределяемым операциям предъявляются те же требования, что и к функциям. 5.1. Шаблоны функций Часто встречаются функции, реализующие одни и те же действия для аргументов различных типов. Например, сортировка массива по возрастанию его элементов может выполняться одним и тем же методом и для данных типа int и для данных типа double. Различие состоит только в типах параметров и некоторых внутренних переменных. В более поздние версии С++ включено специальное средство, позволяющее параметризовать определение функции, чтобы компилятор мог построить конкретную реализацию функции для указанного типа параметров функции. Параметризованное определение функции строится по схеме: Имя класса является параметром и задается идентификатором, локализованным в пределах определения функции. Хотя бы один из параметров функции должен иметь тип, соответствующий этому идентификатору. Параметризованное определение функции сортировки массива методом перестановок может быть построено следующим образом: Если в программе будут объявлены массивы Если элементами массива являются объекты какого-либо определенного программистом класса, для которого определена операция отношения >, то функция sort может быть вызвана и для такого массива. Разумеется, в объектном коде программы будут присутствовать все варианты реально вызывамой функции sort. Параметризация функции сокращает объем исходного текста программы и повышает его надежность. В описателе template можно указывать несколько параметров вида class имя_типа, а также параметры базовых типов. Например, функция 5.2. Шаблоны классов По аналогии с параметризованной функцией можно построить параметризованное описание класса, позволяющее создавать экземпляры классов для конкретных значений параметров. Параметризованный класс описывается следующим образом: Как и для функций, в описателе template может быть задано несколько параметров. В самом описание класса имена параметров используются как имена типов данных, типов параметров функций и типов значений, возвращаемых функциями. В качестве примера приведем описание класса stack, предназначенного для построения стеков фиксированного максимального размера с элементами произволного типа. Следует отметить, что в этом примере с целью сокращения исходного текста не предусмотрен контроль выхода за пределы стека в методах push и pop. Чтобы создать экземпляр параметризованного объектного типа, нужно уточнить имя типа значением параметра в угловых скобках: stack < int > stack_of_int (50); /* Стекна 50 элементовтипа int */ stack < myClass > stmc (20); /* Стекна 20 элементовтипа myClass */ В приведенном примере все компоненты-функции определены в описании класса. Когда полное определение функции-члена класса задается вне описания класса, оно должно уточняться описателем template. Например, если бы метод top_of был определен вне описания класса, определение имело бы вид: template < class Type > Type top_of ( ) { return s [ top ];} Отметим некоторые специфические черты описаний параметризованных классов. Если в параметризованном классе определены friend-функции, то когда такая функция не зависит от параметра, будет использоваться единственная friend-функция для всех значений параметра, а когда friend-функция зависит от параметра, будет использоваться своя friend-функция для каждого значения параметра. Если в параметризованном классе имеются статические (static) компоненты, то для каждого значения параметра будет использоваться свой экземпляр статической компоненты. 6.1. Система классов ввода-вывода Система ввода-вывода С++ основывается на концепции потоков данных, поток представляет собой, с одной стороны, последовательность данных, с другой стороны поток рассматривается как переменная некоторого объектного типа. Это позволяет вынести общие свойства и операции процессов ввода-вывода в определения базовых классов. Ввод-вывод из файлов и консоли, как правило, выполняется с использованием буфера и получение данных программой или вывод данных сводится к пересылке данных из одной области памяти в другую. Реальное обращение к внешним устройствам происходит только при исчерпании данных в буфере (при вводе) или при заполнении буфера (при выводе). Система классов ввода-вывода С++ использует два базовых класса: класс ios и класс streambuf. В классе ios определены данные, характеризующие состояние потока, и функции, позволяющие получить доступ к информации о состоянии потока или изменить его состояние. Состояние потока определяется набором битовых флагов, для обращения к отдельным флагам в классе ios описаны перечислимые константы: - биты состояния (статуса) потока - биты режима использования потока (режима ввода/вывода) - флаги направления позиционирования в потоке - флаги - манипуляторы управления вводом/выводом Поскольку эти перечислимые константы объявлены как компоненты класса ios, для доступа к ним требуется уточнение контекста, например, ios::in. Класс streambuf обеспечивает создание и использование буфера ввода-вывода и содержит компоненты-данные для управления буфером и методы доступа к данным в буфере. Объект класса ios содержит указатель на связанный с ним объект streambuf. Классы istream и ostream являются производными от класса ios, в них определены функции, выполняющие ввод (istream) и вывод (ostream) данных базовых типов и строк. В классе istream определены операции бесформатного ввода (без преобразования вводимых данных)и операции форматного ввода с преобразованием из внешнего представления во внутреннее. Функции get() читают из потока данные типа char в массив, определяемый первым параметром, второй параметр задает максимальное число вводимых символов (l), третий параметр устанавливает символ-ограничитель, ограничивающий ввод. За последним введенным символом в массив пишется символ ‘\0’. Функции read() выполняют чтение из потока и занесение в массив указанного числа символов Для ввода строки, заканчивающейся символом-ограничителем, служит функция getline() при этом символ-ограничитель также заносится в массив Для извлечения из потока данных типа char вплоть до символа-ограничителя служит вариант функции get(): Другие варианты функции get() обеспечивают извлечение одного символа Пропуск символов с остановкой по ограничителю выполняет функция Форматный ввод релизуется на основе переопределения операций ввода Извлечение из istream и вставка в объект типа streambuf выполняет оператор-функция Макрос FAR управляет способом представления указателей, макрос RTLENTRY определяет применение стандартной билиотеки времени выполнения. Аналогичные операции для вывода определены в классе ostream: Операции форматированного вывола Вывод "true" или "false" для данных типа bool Вывод ланных типа char Вывод числовых данных с преобразованием во внешнее представление Вывод строк, оканчивающихся нулевым байтом Вывод значения указателя в символьном формате Извлечение данных их объекта streambuf и вставка в тот же ostream Выводзначенийманипуляторов Имеется также класс iostream, производный от класса ios и объединяющий возможности классов istream и ostream. Для рассмотренных выше классов отсутствуют конструкторы копирования и операция присваивания, точнее, они объявлены, но не определены. Для тех случаев, когда конструктор копирования и операция присваивания необходимы, предусмотрены классы istream_withassign, ostream_withassign и iostream_withassign. Как экземпляры объектов этих классов всегда объявляется объект cin (экземпляр istream_withassign), обычно предназначенный для ввода с клавиатуры, и объекты cout, cerr и clog (экземпляры ostream_withassign), обычно предназначенные для вывода на экран. Ввод-вывод для дисковых файлов обепечивается классами, описания которых содержатся в файле fstream.h. Класс filebuf, производный от streambuf, предназначен для добавления в streambuf дополнительных средств управления буфером ввода-вывода. Класс fstreambase, производный от класса ios, служит базой для остальных классов, обеспечивающих файловый ввод-вывод, в нем определены методы: Назначение этих методов очевидным образом следует из их названий. Для непосредственной работы с файлами служат классы ifstream, ofstream и fstream, базой для них служат классы fstreambase и, соответственно, istream, ostream и iostream. 6.2. Вывод в файл. Ввод из файла Для вывода данных в дисковый файл в программе должна присутствовать директива препроцессора Прежде чем выводить данные необходимо создать объект типа ofstream, для которого имеется несколько конструкторов: Наиболее часто оказывается полезным второй вариант конструктора, в котором указывается только первый параметр - полное имя файла. Этот конструктор создает объект типа ofstream, открывает указанный файл и присоединяет его к потоку вывода. Собственно операции вывода реализуются вызовом методов put, write или с использованием переопределенных операций <<. Аналогичным способом обеспечивается и ввод из файла: создается объект типа ifstream и для ввода применяются методы get, read или переопределенные операции >>. Для типа ifstream имеется набор аналогичных конструкторов: В качестве примера рассмотрим программу, копирующую данные из одного файла в другой. 6.3. Ввод-вывод данных объектных типов Организация вывода данных определенных программистом объектных типов, в общем случае зависит от предполагаемого дальнейшего использования этих данных. Могут сохраняться в файле все компоненты данные, или только часть из них, может применяться форматированный или бесформатный вывод. Часто возникает необходимость сохранить объектные данные в файле для последующего их восстановления в той же или другой программе. Для вывода объекта в файл в определение класса может быть включена функция-компонента с параметром ссылкой на объект типа ostream. Часто такой функции назначают имя print или printon. Более изящным считается переопределение оператора << для вывода объектного данного. Если компоненты-данные объекта имеют уровень доступа protected или private, а оператор << не является компонентой класса, его следует объявить как friend-метод. Пусть, например, в программе определен класс complex: Тогда для форматированного вывода комплексного числа в формате ( вещественная часть, мнимая часть ) можно так переопределить операцию << : В данном случае в переопределении << нет обращения к личным переменным класса Complex. Если не использовать методы real и image, переопределение << нужно было бы включить в описание класса Complex с описателем friend. Ввод объектного данного из файла или стандартного потока организуется аналогично: либо в определение класса включается функция-компонента для инициализации компонент данных их входного потока, либо переопределяется операция >> для ввода компонент-данных из потока. В некоторых случаях оказывается более удобным включить в описание класса дополнительный конструктор с параметром-ссылкой на объект типа istream, при этом все базовые классы должны иметь аналогичные конструкторы. Пусть в описание класса Complex включена переопределенная операция >>: Если предположить, что комплексные числа поступают из потока либо в виде вещественного числа, возможно заключенного в скобки, либо в виде пары чисел, разделенных запятой и заключенной в скобки, то переопределяемую операцию ввода можно описать следующим образом: } Рассмотренные выше примеры сохранения объектов в потоке и восстановления их из потока иллюстрируют наиболее простые варианты этих операций. Проблема сохранения объектов в потоке существенно усложняется, когда требуется сохранять в одном потоке объекты разных типов, когда между объектами разных типов имеются ссылки и некоторый объект содержит указатель на объект другого типа, причем на один и тот же объект могут ссылаться несколько других объектов. В этой ситуации требуется для каждого сохраняемого в потоке объекта заносить в поток идентификатор типа объекта, гарантировать, что каждый объект, на который имеются ссылки из других объектов, будет помещен в поток только один раз. Средства для разрешения этих проблем имеются в библиотеке классов-контейнеров classlib, содержащей файл objstrm.h с определениями необходимых классов и макросов. 1. Составить функцию для подсчета числа серий положительных, отрицательных чисел и нулей длиной не менее К в одномерном массиве целых чисел. Серией называется последовательность элементов массива, принадлежащих одному классу: 2. Составить функцию для слияния двух упорядоченных по возрастанию массивов целых чисел: 3. Составить функцию для построения списка индексов (номеров), строк упорядоченного по возрастанию элементов заданного (k-го) столбца матрицы. Элементыматрицы - целыечисла: 4. Составить функцию для определения элемента матрицы, являющегося седловой точкой. Седловой точкой называется элемент, удовлетворяющий условиям: Если седловой точки нет, установить k=l=-1 5. Составить функцию для подсчета количества различных чисел в массиве, содержащем n целых чисел. 6. Составить функцию для разделения текста, заданного строкой литер, на отдельные слова и подсчета числа слов. Под словом понимается последовательность литер, отличных от пробела, ограниченная слева началом строки или пробелом и справа - пробелом, знаком препинания или концом строки. ss - исходная строка, sm - массив строк длиной до 30 литер каждая (для размещения выделенных слов), kmax - максимальное количество выделенных слов. Предусмотреть сигнализацию о случаях, когда функция неприменима ( слишком много слов или слишком длинное слово ). 7. Составить функцию для определения а) наибольшего простого числа, не превосходящего заданное целое n, б) наименьшего простого числа, превосходящего заданное n. 8. Составить функцию для разложения заданного целого числа на простые множители. Результатом функции должен быть массив, содержащий простые множители, и целое число - количество множителей. 9. Составить функцию для вычисления числа сочетаний из n злементов по m (n и m - целые): Cnm = n! / ((n-m)! * m!) Результатом функции должно быть целое число, если Cnm < 32767 и булевское значение true, или вещественное число, если Cnm >=32767 и булевское значение false. 10. Многочлены представляются в памяти ЭВМ целым числом n - степенью многочлена и массивом коэффициентов a[0],a[1],...,a[n]. а) Составить функцию для вычисления значения y=P(x) многочлена для заданного аргумента x. б) Составить функцию для вычисления коэффициентов многочлена-произведения двух других многочленов, заданных своими степенями и массивами коэффициентов. Функция возвращает степень многочлена - произведения. в) Составить функцию для вычисления коэффициентов многочлена-суммы двух других многочленов. Функциявозвращаетстепеньмногочлена - суммы. 11. В некоторой программе обработки таблиц сведения о динамически образуемых столбцах определяются глобальными описаниями : Для обращения к столбцам используются их индексы в массиве Tabl. Если столбец не размещен в памяти, то значение поля adr равно 0. а) Составить функцию для выполнения поэлементного сложения двух столбцов с образованием столбца сумм. Входные данные - номера (индексы в Tabl ) столбцов слагаемых и столбца результата. Если столбец-результат не размещен в памяти, то разместить его и отметить зто в Tabl. Функция возвращает 0 при успешном выполнении операции или 1, если один или оба столбца-слагаемых не размещены в памяти. б) Составить функцию для вычисления столбца частных от деления элементов одного столбца на элементы другого столбца. Предусмотреть сигнализацию о случае, когда элемент столбца-делителя равен нулю. Остальные условия - как в варианте (а). в) Составить функцию для вычисления элементов столбца относительных приростов в процентах di=(ai-bi)/ai*100 для заданного исходного столбца. Остальные условия - как в вариантах (а) и (б). Функция возвращает 1, если встретится делитель, равный 0, в остальных случаях возвращает 0. г) Составить функцию для печати таблицы, содержащей столбцы, перечень которых задан списком (массивом ) индексов (номеров) столбцов в массиве Tabl. 12. В некоторой программе аналитических преобразований выражения, определяющие формулы, хранятся в виде динамических структур - деревьев с описанием : а) Составить функцию для обхода дерева, заданного указателем на его корень, в порядке : левое поддерево, корень, правое поддерево. Выводить на экран (печать) тип узла и значение поля cop в узле. б) В условиях пункта (а) выполнить обход дерева в порядке : корень, левое поддерево, правое поддерево. в) В условиях пункта (а) выполнить обход дерева в порядке : левое поддерево, правое поддерево, корень. г) Составить функцию для освобождения памяти, занятой некоторым поддеревом. Входной параметр - указатель на корень удаляемого поддерева. 13. В некоторой программе сообщения об ошибках хранятся в файле из записей, каждая запись состоит из двух строк по 60 литер. Позиция записи в дисковом файле определяется кодом ошибки - целым числом. а)Составить функцию для вывода сообщения об ошибке на экран. Входной параметр код (номер) ошибки. Файл с сообщениями об ошибках открывается в главной программе. б)Составить программу для создания файла сообщений об ошибках. При использовании этой программы пользователь указывает имя файла, максимальное число сообщений об ошибках, а затем задает коды ошибок и соответствующие им сообщения в произвольном порядке. 14. Составить функцию для решения системы линейных уравнений Функция возвращает 0 при успешном выполнении и 1, если метод не работает. 15. В памяти хранится массив из n<Nmax вещественных чисел - значений реализации некоторой случайной величины. а)Cоставить функцию для вычисления оценок математического ожидания и дисперсии случайной величины a - исходный массив, m - вычисляемая оценка математического ожидания, d - оценка дисперсии. б)Cоставить функцию для построения гистограммы (распределения частот) для реализации случайной величины. Входные данные: n, x -массив значений случайной величины x[1],...,x[n], k - число интервалов, на которые разбивается диапазон значений случайной величины.Результат функции r - массив из k чисел, значения частот попадания в соответствующий интервал. 16. Выполнить варианты 15 (а),(б) для случая,когда значения реализации случайной величины хранятся в текстовом файле, а остальные данные сообщаются пользователем, результаты расчетов выводятся на экран. 17. Значения некоторой функции представлены таблицей с постоянным шагом и в памяти хранятся: число точек таблицы n, массив значений функции y[1],...,y[n], начальное значение аргумента x[1] и шаг по аргументу. а)Составить функцию для выборки значения функции из таблицы с линейной интерполяцией. б)Составить функцию для вычисления значения обратной функции для функции,заданной таблицей c постоянным шагом. 18. Составить функцию для выборки значений функции, заданной таблицей с переменным шагом. Таблица хранится в памяти в форме массива из n строк и двух столбцов(аргумент и значение функции). 19. Составить функцию для сортировки (упорядочения) массива mas из n элементов по возрастанию значений элементов: 20. Составить функцию для сортировки (перестановки строк) матрицы из n строк и m столбцов по возрастанию элементов k-го столбца; 21. Составить функцию для умножения матрицы matr из n строк и m столбцов на вектор vect (из n элементов) с размещением результата в массиве res: 22. Составить функцию для вычисления произведения матриц a из n строк и m с толбцов и b из m строк и k столбцов с помещением результата в матрицу c: 1. Построить систему классов для описания плоских геометрических фигур: круг, квадрат. прямоугольник. Предусмотреть методы для создания объектов, перемещения на плоскости, изменения размеров и вращения на заданный угол. 2. Построить описание класса, содержащего информацию о почтовом адресе организации. Предусмотреть возможность раздельного изменения составных частей адреса. создания и уничтожения объектов этого класса. 3. Составить описание класса для представления комплексных чисел с возможностью задания вещественной и мнимой частей как числами типов double, так и целыми числами. Обеспечить выполнение операций сложения, вычитания и умножения комплексных чисел. 4. Составить описание класса для работы с цепными списками строк (строки произвольной длины) с операциями включения в список. удаление из списка элемента с заданным значением данного. удаления всего списка или конца списка. начиная с заданного элемента. 5. Составить описание класса для объектов - векторов, задаваемых координатами концов в трехмерном пространстве. Обеспечить операции сложения и вычитания векторов с получением нового вектора (суммы или разности), вычисления скалярного произведения двух векторов, длины вектора, cos угла между векторами. 6. Составить описание класса прямоугольников со сторонами, параллельными осям координат. Предусмотреть возможность перемещения прямоугольников на плоскости, изменение размеров, построение наименьшего прямоугольника, содержащего два заданных прямоугольника, и прямоугольника, являющегося общей частью (пересечением) двух прямоугольников. 7. Составить описание класса для определения одномерных массивов целых чисел (векторов). Предусмотреть возможность обращения к отдельному элементу массива с контролем выхода за пределы индексов, возможность задания произвольных границ индексов при создании объекта и выполнения операций поэлементного сложения и вычитания массивов с одинаковыми границами индексов, умножения и деления всех элементов массива на скаляр, печати (вывода на экран) элементов массива по индексам и всего массива. 8. Составить описание класса для определения одномерных массивов строк фиксированной длины. Предусмотреть возможность обращения к отдельным строкам массива по индексам, контроль выхода за пределы индексов, выполнения операций поэелементного сцепления двух массивов с образованием нового массива, слияния двух массивов с исключением повторяющихся элементов, печать (вывод на экран) элементов массива и всего массива. 9. Составить описание класса многочленов от одной переменной, задаваемых степенью многочлена и массивом коэффициентов. Предусмотреть методы для вычисления значения многочлена для заданного аргумента, операции сложения, вычитания и умножения многочленов с получением нового объекта - многочлена, печать (вывод на экран) описания многочлена. 10. Составить описание класса одномерных массивов строк, каждая строка задается длиной и указателем на выделенную для нее память. Предусмотреть возможность обращения к отдельным строкам массива по индексам, контроль выхода за пределы индексов, выполнения операций поэелементного сцепления двух массивов с образованием нового массива, слияния двух массивов с исключением повторяющихся элементов, печать (вывод на экран) элементов массива и всего массива. 11. Составить описание объектного типа TMatr, обеспечивающего размещение матрицы произвольного размера с возможностью изменения числа строк и столбцов, вывода на экран подматрицы любого размера и всей матрицы. 1. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. - М., “Радио и связь”, 1989. 2. Пол Ирэ. Объектно-ориентированное программирование с использованием С++: Пер. с англ. - Киев: НИПФ “ДиаСофт Лтд, 1995. 3. Цимбал А.А. и др. Turbo C++, язык и его применение. - М.: Джен Ай Лтд, 1993, - 512с. 4. Bjarne Stroustrup The C++ Programming language, Addison Weasley, 1986.
|