Файл: Разработка модуля для выполнения операций с натуральными числами в 16-ричной системе счисления (1 Выбор и проработка программных средств).pdf

Так же, как и в классе Sorting, публичный метод Start начинает тестирование. Инкапсулированный метод creatingNumbers предоставляет пользователю возможность ввести основание и степень для вычислений с проведением соответствующих проверок.

Структурная схема разработанного приложения представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Структурная схема приложения HEXNumbers

Глава 3. Описание алгоритмов и текст программы

3.1 Создание и конвертация шестнадцатеричных чисел

Конструктор класса HEX перегружен и может принимать как число в десятичном представлении, так и строку, содержащую шестнадцатеричный вариант числа.

public HEX(int decNumber)


{ _number = decNumber; }

public HEX(string hexNumber)

: this(ConvertFromHEX(hexNumber))

{}

_number является скрытым членом типа int, который содержит десятичное представление создаваемого числа. В случае первого конструктора аргумент просто присваивается инкапсулированному члену. При применении перегруженного варианта конструктора к члену _number присваивается результат статического метода ConvertFromHEX.

public static int ConvertFromHEX(string hex)

{

ThrowExceprtionIfNotValidHEX(hex);

return int.Parse(hex, NumberStyles.HexNumber);

}

В этом случае производится проверка на правильность указания шестнадцатеричного числа в строке с помощю метода ThrowExceprtionIfNotV alidHEX.

static void ThrowExceprtionIfNotValidHEX(string hex)

{

if (!CorrectHEXNumber(hex)) throw new ApplicationException();

}

Проверка производится с помощью публичного статического метода CorrectHEXNumber. Если проверка оказывается провальной, вызывается исключение типа ApplicationException, как безопасного типа исключения для системы.

public static bool CorrectHEXNumber(string hex)


{

return HEXExpression.Match(hex).Value == hex;

}

Для проведения проверки используется регулярное выражение, с помощью метода можно возвратить ту часть строки, которая удовлетворяет заданному шаблону. В данном случае проводится проверка на равенство исходной строки и результата сравнения регулярного выражения.

Регулярное выражение, которое определяет символы шестнадцатеричного представления числа, создается следующим образом:

---

static Regex HEXExpression;


HEXExpression = new Regex("[0-9a-fA-F]+");

Для присваивания значения члену _number используется перегруженный метод int.Parse, в параметрах которого указывается строка, содержащая нужное число, и система счисления, которая используется в представлении.

Открытый рефлектором метод Parse выглядит следующим образом.

public static int Parse(string s, NumberStyles style)

{

NumberFormatInfo.V alidateParseStyleInteger(style);

return Number.ParseInt32(s, style, NumberFormatInfo.CurrentInfo);

}

internal static unsafe int ParseInt32(string s, NumberStyles style, NumberFormatInfo info)

{

byte* stackBuffer = stackalloc byte[114];


Number.NumberBuffer number = new Number.NumberBuffer(stackBuffer);

int num = 0;
Number.StringToNumber(s, style, ref number, info, false);


if ((style & NumberStyles.AllowHexSpecifier) != NumberStyles.None)


{

if (!Number.HexNumberToInt32(ref number, ref num))
throw new OverflowException (Environment.GetResourceString ("Overflow_Int32"));

}
else if (!Number.NumberToInt32(ref number, ref num))

throw newOverflowException(Environment.GetResourceString("Overflow_Int32"));

return num;

}

Метод ConvertFromHEX перегружен и может иметь следующее представление.

public static int ConvertFromHEX(HEX hex)

{

return ConvertFromHEX(hex.ToString());

}

Преобразование из десятичного представления в шестнадцатеричное обеспечивается следующим кодом.

public static HEX ConvertFromDecimal(int dec)

{

return new HEX(dec.ToString("X"));

}

Метод ToString целочисленного типа данных (int) позволяет преобразовать число в форматированную строку, с форматом, указанным в качестве аргумента метода. Сам метод ToString(string) выглядит так, как представлено в коде ниже.

public string ToString(string format)

{

return Number.FormatInt32(this, format, NumberFormatInfo.CurrentInfo);

}

3.2 Арифметические операции HEX

По условию задания класс должен обеспечивать следующие математические операции над HEX-числами:

- сложение;

- вычитание;

- умножение;

- деление.

Для выполнения этих действий были разработаны статические операторы типа HEX, которые преобразовали аргумент типа HEX в десятичный вид, далее выполнялись необходимые математические действия, а дальше конечный результат преобразовывался обратно в шестнадцатеричное представление.

Представим код разработанных операторов.

public static HEX operator +(HEX h1, HEX h2)

{ return new HEX(h1._number + h2._number); }

public static HEX operator -(HEX h1, HEX h2)

{ return new HEX(h1._number - h2._number); }

public static HEX operator *(HEX h1, HEX h2)

{ return new HEX(h1._number * h2._number); }

public static HEX operator /(HEX h1, HEX h2)

{ return new HEX(h1._number / h2._number); }

---

Так как операторы принадлежит тому типу данных, над которым происходят операции, у методов есть доступ к скрытым данным, в данном случае это член _number.

3.3 Сортировка чисел

Для пользователя статический класс для сортировки массива данных типа HEX представлен единственным методом Start. Код этого класса для удобства чтения и модификаций разбит на несколько частей (методов) и выглядит так, как показано ниже.

public static void Start(int count)

{

Console.WriteLine(string.Format("создание массива из {0} случайных HEX-чисел:", count));

creating(count);


showArray();


Console.Write("\nсортировка массива...");

Console.WriteLine(string.Format("{0} ms", sortList())); Console.WriteLine("\nрезультат в шестнадцатиричном представлении:"); showArray();
Console.WriteLine("\nрезультат в десятичном представлении:"); showArrayDec();
Console.WriteLine("\nнажмите любую клавишу для завершения..."); Console.ReadKey();

}

Аргумент count определяет количество чисел в динамическом массиве, который будет содержать данные, предназначенные для сортировки.

Все действия класса оповещаются соответствующими подсказками в консоли. Первым этапом является создание массива в коде creating.

static List<HEX> _array; static void creating(int count) {

_array.Clear();
for (int i = 0; i < count; i++)

_array.Add(new HEX(_random.Next(byte.MaxValue))); }

Сам массив представляет собой динамическую коллекцию объектов типа HEX. Особенностью такого выбора явился широкий спектр возможностей данного типа коллекций. В частности, размер коллекции не является фиксированным, что удобно при создании массивов, истинное число членов которого не может быть неизвестно заранее, или блоки данных могут добавляться в несколько заходов. Также интерфейсы IList и IList<T> позволяют конвертировать коллекцию в массив типа T[], производить сортировку по заданному алгоритму, динамически добавлять и удалять данные, производить поиск по определенному выражению и так далее.

Метод showArray выводит данные массива на консоль. Также присутствует похожий метод showArrayDec, который выводит данные этого же массива, но в десятичном представлении. Код этих методов представлен ниже.

static void showArray()

{

foreach (HEX h in _array) Console.Write(string.Format("{0}, ", h.ToString()));

Console.WriteLine();

}

static void showArrayDec()

{

foreach (HEX h in _array)
Console.Write(string.Format("{0}, ", HEX.ConvertFromHEX(h.ToString())));

Console.WriteLine();

}

Оба метода используют для вывода форматированную строку, которая создается методом string.Format. Использование этого метода позволяет создавать новый объект строчного типа в одну строку без создания «временных» строковых констант и конкатенаций строк. Такой способ, как известно, существенно экономит ресурсы управляемой кучи .NET. Для перебора всех значений массива используется итератор foreach, который поддерживается типом данных List<T>.

---

Последним шагом является сортировка массива, а также вывод данных на консоль. Сортировка производится с помощью метода sortList, который, к тому же, возвращает количество занятого процессом времени в миллисекундах.

static long sortList()

{

long time = DateTime.Now.Ticks;

_array.Sort((h1, h2) =>


{

int _h1 = HEX.ConvertFromHEX(h1.ToString()),

_h2 = HEX.ConvertFromHEX(h2.ToString());

return _h1 == _h2 ? 0 : _h1 > _h2 ? -1 : 1;

});

return (DateTime.Now.Ticks - time) / 10000;

}

Сортировка массива производится по заданному в параметрах метода Sort делегата возвращаемому значению. Начиная с версии .NET Framework 3.5 пользователю предоставляется возможность оперировать лямбда-выражениями, которые во многих случаях заменяют многострочные операции создания и инициализацию предикатов и делегатов.

Сама сортировка коллекций данных выполняется по следующему принципу: если значения двух объектов равны, делегатом возвращается значение 0, если первый операнд больше второго, возвращается 1 и в противоположном случае – -1. Так как по условию задания задана сортировка по убыванию, условия возврата значений 1 и -1 необходимо поменять местами.

Для упрощения записи использовался тринарный оператор ?:, который заменяет присваивание данных в конструкции if-else.

Блок-схема алгоритма сортировки объектов класса HEX представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Блок-схема алгоритма сортировки объектов HEX

3.4 Возведение в степень

Класс, позволяющий возвести число в степень, указанные в шестнадцатеричном виде, также представляет из себя метод Start(), который содержит основную логику действия.

public static void Start()

{

creatingNumbers();

Console.WriteLine(string.Format("число '{0}' будет возведено в степень '{1}'", _number, _power));

Console.WriteLine(string.Format("результат в шестнадцатеричном представлении: {0}", _result

new HEX((int)Math.Pow(HEX.ConvertFromHEX(_number.ToString()), HEX.ConvertFromHEX(_power.ToString())))));

Console.WriteLine(string.Format("результат в десятичном представлении: {0}", HEX.ConvertFromHEX(_result.ToString())));

Console.WriteLine(string.Format("нажмите любую клавишу для завершения...{0}", Console.ReadKey()));

}

Вторым и последним методом в классе является метод creatingNumbers, содержащий в себе интерфейс ввода пользователем необходимых чисел и функции их проверки.

Для начала пользователю предлагается ввести необходимые число и показатель степени с консоли. Следующим этапом является проверка правильности введенного шестнадцатеричного числа методом HEX.CorrectHEXNumber. Если обе проверки прошли успешно, инициализируются соответствующие HEX-члены класса, которые далее, в методе Start, участвуют в вычислениях.

---

Результат вычислений записывается в объект _result и подсчитывается с использованием стандартного класса Math и его метода, позволяющего произвести подсчет степени, Pow, который принимает два числа типа double, или совместимые с ним, и возвращает тоже тип double, который после явно приводится к целочисленному типу данных.

static HEX _number, _power, _result; static void creatingNumbers()


{

string number, power; do


{

Console.Clear();
Console.Write("введите число, возводимое в степень в HEX-представлении: ");

number = Console.ReadLine();


Console.Write("введите степень в HEX-представлении: ");


power = Console.ReadLine();

}
while (!(HEX.CorrectHEXNumber(number) && HEX.CorrectHEXNumber(power)));

_number = new HEX(number);

_power = new HEX(power);

}

Блок-схема алгоритма возведения числа в степень представлена на рисунке 3.2.

Правильность расчетов, производимых разработанными классами, определяется проверочными тестами в разделе 4 данной работы.

Рисунок 3.2 – Блок-схема алгоритма возведения числа в степень

Глава 4. Тестирование и анализ результатов работы программы

Первым тестом при запуске приложения запускается сортировка массива из 100 случайных чисел. Результат работы программы представлен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Сортировка массива

Как видно на рисунке, данные отсортированы по убыванию от 253 до 1, а на процесс сортировки ушло 20 миллисекунд.

После нажатия клавиши происходит переход к тесту возведения числа в степень. И первым пользователю предлагается ввести число, которое нужно возвести в степень, и сам показатель степени.

В качестве теста введем неверные данные (“az” и “-15”). Так как программа не приняла один из ответов (а в нашем случае оба) правильными, данные не записываются, и предлагается повторить попытку еще раз.

Введем для числа, возводимого в степень значение 10, что соответствует шестнадцатеричному представлению «А», а для показателя степени – 4, в hex-виде значение будет таким же.

Приложение оповестило, что число «А» будет возведено в степень «4» и представила результаты – в десятичном представлении это 10000, в представлении hex – 2710.

Рисунок 4.2 – Ввод неверных данных в окно тестирования

Рисунок 4.3 – Возведение А в степень 4

В качестве проверки на правильность расчетов воспользуемся стандартным Windows-калькулятором, в котором есть возможность конвертировать текущее число в различные системы счисления. 10000 в представлении hex отображена на рисунке 4.4.

---