ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.03.2021
Просмотров: 131
Скачиваний: 1
1.1. Решение задачи
Программы обычно пишутся для того, чтобы решить какую-то конкретную задачу. Один из методов решения большой задачи состоит в разбиении ее на ряд задач поменьше. В идеале, с маленькими задачами легче справиться, а вместе они помогают одолеть большую. Если подзадачи все еще слишком сложны, мы, в свою очередь, разобьем их на еще меньшие, пока каждая из подзадач не будет решена. Такую стратегию называют пошаговой детализацией или принципом "разделяй и властвуй".
1.2. Программа на языке C++
В С++ действие называется выражением, а выражение, заканчивающееся точкой с запятой, - инструкцией. Инструкция - это атомарная часть С++ программы, которой в программе на С++ соответствует предложение естественного языка. Вот примеры инструкций С++:
int book_count = 0;
book_count = books_on_shelf + books_on_order;
cout << "значение переменной book_count: " << book_count;
Первая из приведенных инструкций является инструкцией объявления. book_count можно назвать идентификатором, символической переменной (или просто переменной) или объектом. Переменной соответствует область в памяти компьютера, соотнесенная с определенным именем (в данном случае book_count), в которой хранится значение типа (в нашем случае целого). 0 - это константа. Переменная book_count инициализирована значением 0. Вторая инструкция - присваивание. Она помещает в область памяти, отведенную переменной book_count, результат сложения двух других переменных - books_on_shelf и books_on_order. Предполагается, что эти две целочисленные переменные определены где-то ранее в программе и им присвоены некоторые значения. Третья инструкция является инструкцией вывода. cout - это выходной поток, направленный на терминал, << - оператор вывода. Эта инструкция выводит в cout - то есть на терминал - сначала символьную константу, заключенную в двойные кавычки ("значение переменной book_count: "), затем значение, содержащееся в области памяти, отведенном под переменную book_count.
В результате выполнения данной инструкции мы получим на терминале сообщение:
Инструкции часто объединяются в именованные группы, называемые функциями. Так, группа инструкций, необходимых для чтения исходного файла, объединена в функцию readIn(). Аналогичным образом инструкции для выполнения оставшихся подзадач сгруппированы в функции sort(), compact() и print(). В каждой С++ программе должна быть ровно одна функция с именем main(). Вот как может выглядеть эта функция для нашего алгоритма:
int main()
{
readIn();
sort();
compact();
print();
return 0;
}
Исполнение программы начинается с выполнения первой инструкции функции main(), в нашем случае - вызовом функции readIn(). Затем одна за другой исполняются все дальнейшие инструкции, и, выполнив последнюю инструкцию функции main(), программа заканчивает работу.
Функция состоит их четырех частей: типа возвращаемого значения, имени, списка параметров и тела функции. Первые три части составляют прототип функции. Список параметров заключается в круглые скобки и может содержать ноль или более параметров, разделенных запятыми. Тело функции содержит последовательность исполняемых инструкций и ограничено фигурными скобками. В нашем примере тело функции main() содержит вызовы функций readIn(), sort(), compact() и print(). Последней выполняется инструкция
return 0;
Инструкция return обеспечивает механизм завершения работы функции. Если оператор return сопровождается некоторым значением (в данном примере 0), это значение становится возвращаемым значением функции. В нашем примере возвращаемое значение 0 говорит об успешном выполнении функции main(). (Стандарт С++ предусматривает, что функция main() возвращает 0 по умолчанию, если оператор return не использован явно.) Давайте закончим нашу программу, чтобы ее можно было откомпилировать и выполнить. Во-первых, мы должны определить функции readIn(), sort(), compact() и print(). Для начала вполне подойдут заглушки:
void readIn() { cout << "readIn()\n"; }
void sort() { cout << "sort()\n"; }
void compact() { cout << "compact()\n"; }
void print() { cout << "print ()\n"; }
Тип void используется, чтобы обозначить функцию, которая не возвращает никакого значения. Наши заглушки не производят никаких полезных действий, они только выводят на терминал сообщения о том, что были вызваны. Впоследствии мы заменим их на реальные функции, выполняющие нужную нам работу. Пошаговый метод написания программ позволяет справляться с неизбежными ошибками. Попытаться заставить работать сразу всю программу - слишком сложное занятие.
Итак, создадим текст законченной С++ программы (используя любой текстовый редактор):
#include <iostream>
using namespace std;
void readIn() { cout << "readIn()\n"; }
void sort() { cout << "sort()\n"; }
void compact() { cout << "compact()\n"; }
void print() { cout << "print ()\n"; }
int main()
{
readIn();
sort();
compact();
print();
return 0;
}
Здесь iostream - стандартный заголовочный файл библиотеки ввода/вывода. #include является директивой препроцессора, заставляющей включить в нашу программу текст из заголовочного файла iostream.
Непосредственно за директивой препроцессора
#include <iostream>
следует инструкция
using namespace std;
Эта инструкция называется директивой using. Имена, используемые в стандартной библиотеке С++ (такие, как cout), объявлены в пространстве имен std и невидимы в нашей программе до тех пор, пока мы явно не сделаем их видимыми, для чего и применяется данная директива.
Одной из задач, выполняемых компилятором в процессе обработки исходного файла, является проверка правильности программы. Компилятор не может обнаружить смысловые ошибки, однако он может найти формальные ошибки в тексте программы. Существует два типа формальных ошибок: синтаксические ошибки. Программист может допустить "грамматические", с точки зрения языка С++, ошибки. Например:
int main( { // ошибка - пропущена ')'
readIn(): // ошибка - недопустимый символ ':'
sort();
compact();
print();
return 0 // ошибка - пропущен символ ';' }
ошибки типизации. С каждой переменной и константой в С++ сопоставлен некоторый тип. Например, число 10 - целого типа. Строка "hello", заключенная в двойные кавычки, имеет символьный тип. Если функция ожидает получить в качестве параметра целое значение, а получает символьную строку, компилятор рассматривает это как ошибку типизации.
Сообщение об ошибке содержит номер строки и краткое описание. Полезно просматривать список ошибок, начиная с первой, потому что одна-единственная ошибка может вызвать цепную реакцию, появление "наведенных" ошибок. Исправление этой единственной ошибки приведет и к исчезновению остальных. После исправления синтаксических ошибок программу нужно перекомпилировать. После проверки на правильность компилятор переводит исходный текст в объектный код, который может быть понят и исполнен компьютером. Эту фазу работы компилятора называют генерацией кода. В результате успешной компиляции образуется выполняемый файл.
В С++ набор основных типов данных - это целый и вещественный числовые типы, символьный тип и логический, или булевский. Каждый тип обозначается своим ключевым словом. Любой объект программы ассоциируется с некоторым типом. Например:
int age = 10;
double price = 19.99;
char delimiter = ' ';
bool found = false;
Здесь определены четыре объекта: age, price, delimiter, found, имеющие соответственно типы целый, вещественный с двойной точностью, символьный и логический. Каждый объект инициализирован константой - целым числом 10, вещественным числом 19.99, символом пробела и логическим значением false.
Между основными типами данных может осуществляться неявное преобразование типов. Если переменной age, имеющей тип int, присвоить константу типа double, например:
age = 33.333;
то значением переменной age станет целое число 33.
Стандартная библиотека С++ расширяет базовый набор типов, добавляя к ним такие типы, как строка, комплексное число, вектор, список. Примеры:
// заголовочный файл с определением типа string
#include <string>
string current_chapter = "Начинаем";
// заголовочный файл с определением типа vector
#include <vector>
vector<string> chapter_titles(20);
Здесь current_chapter - объект типа string, инициализированный константой "Начинаем". Переменная chapter_titles - вектор из 20 элементов строкового типа. Несколько необычный синтаксис выражения
vector<string>
сообщает компилятору о необходимости создать вектор, содержащий объекты типа string. Для того чтобы определить вектор из 20 целых значений, необходимо написать:
vector<int> ivec(20);
Никакой язык, никакие стандартные библиотеки не способны обеспечить нас всеми типами данных, которые могут потребоваться. Взамен современные языки программирования предоставляют механизм создания новых типов данных. В С++ для этого служит механизм классов. Все расширенные типы данных из стандартной библиотеки С++, такие как строка, комплексное число, вектор, список, являются классами, написанными на С++. Классами являются и объекты из библиотеки ввода/вывода. Механизм классов - одна из самых главных особенностей языка С++.
1.2.1. Порядок выполнения инструкций
По умолчанию инструкции программы выполняются одна за другой, последовательно. В программе
int main()
{
readIn();
sort();
compact();
print();
return 0;
}
первой будет выполнена инструкция readIn(), за ней sort(), compact() и наконец print(). Однако представим себе ситуацию, когда количество продаж невелико: оно равно 1 или даже 0. Вряд ли стоит вызывать функции sort() и compact() для такого случая. Но вывести результат все-таки нужно, поэтому функцию print() следует вызывать в любом случае. Для этого случая мы можем использовать условную инструкцию if. Нам придется переписать функцию readIn() так, чтобы она возвращала количество прочитанных записей:
// readIn() возвращает количество прочитанных записей
// возвращаемое значение имеет тип int
int readIn() { ... }
// ...
int main()
{
int count = readIn();
// если количество записей больше 1,
// то вызвать sort() и compact()
if ( count > 1 ) {
sort();
compact();
}
if ( count == 0 )
cout << "Продаж не было\n";
else
print();
return 0;
}
Первая инструкция if обеспечивает условное выполнение блока программы: функции sort() и compact() вызываются только в том случае, если count больше 1. Согласно второй инструкции if на терминал выводится сообщение "Продаж не было", если условие истинно, т.е. значение count равно 0. Если же это условие ложно, производится вызов функции print().
Другим распространенным способом непоследовательного выполнения программы является итерация, или инструкция цикла. Такая инструкция предписывает повторять блок программы до тех пор, пока некоторое условие не изменится с true на false. Например:
int main()
{
int iterations = 0;
bool continue_loop = true;
while ( continue_loop != false )
{
iterations++;
cout << "Цикл был выполнен " << iterations << "раз\n";
if ( iterations == 5 )
continue_loop = false;
}
return 0;
}
В этом надуманном примере цикл while выполняется пять раз, до тех пор пока переменная iterations не получит значение 5 и переменная continue_loop не станет равной false. Инструкция
iterations++;
увеличивает значение переменной iterations на единицу.
1.3. Директивы препроцессора
Заголовочные файлы включаются в текст программы с помощью директивы препроцессора #include. Директивы препроцессора начинаются со знака "диез" (#), который должен быть самым первым символом строки. Программа, которая обрабатывает эти директивы, называется препроцессором (в современных компиляторах препроцессор обычно является частью самого компилятора). Директива #include включает в программу содержимое указанного файла. Имя файла может быть указано двумя способами:
#include <some_file.h>
#include "my_file.h"
Если имя файла заключено в угловые скобки (<>), считается, что нам нужен некий стандартный заголовочный файл, и компилятор ищет этот файл в предопределенных местах.
Двойные кавычки означают, что заголовочный файл - пользовательский, и его поиск начинается с того каталога, где находится исходный текст программы. Заголовочный файл также может содержать директивы #include.
1.4. Немного о комментариях
Комментарии помогают человеку читать текст программы; писать их грамотно считается правилом хорошего тона. Комментарии могут характеризовать используемый алгоритм, пояснять назначение тех или иных переменных, разъяснять непонятные места. При компиляции комментарии выкидываются из текста программы поэтому размер получающегося исполняемого модуля не увеличивается. В С++ есть два типа комментариев. Один – такой же, как и в С, использующий символы /* для обозначения начала и */ для обозначения конца комментария. Между этими парами символов может находиться любой текст, занимающий одну или несколько строк: вся последовательность между /* и */ считается комментарием. Например:
/*
* Это первое знакомство с определением класса в C++.
* Классы используются как в объектном, так и в
* объектно-ориентированном программировании. Реализация
* класса Screen представлена в главе 13.
*/
class Screen {
/* Это называется телом класса */
public:
void home(); /* переместить курсор в позицию 0,0 */
void refresh ();/* перерисовать экран */
private:
/* Классы поддерживают "сокрытие информации" */
/* Сокрытие информации ограничивает доступ из */
/* программы к внутреннему представлению класса */
/* (его данным). Для этого используется метка */
/* "private:" */
int height, width;
}
Слишком большое число комментариев, перемежающихся с кодом программы, может ухудшить читаемость текста. Например, объявления переменных width и height в данном тексте окружены комментариями и почти не заметны. Рекомендуется писать развернутое объяснение перед блоком текста. Как и любая программная документация, комментарии должны обновляться в процессе модификации кода.
1.5. Первый взгляд на ввод/вывод
Частью стандартной библиотеки С++ является библиотека iostream, которая реализована как иерархия классов и обеспечивает базовые возможности ввода/вывода. Ввод с терминала, называемый стандартным вводом, “привязан” к предопределенному объекту cin. Вывод на терминал, или стандартный вывод, привязан к объекту cout. Третий предопределенный объект, cerr, представляет собой стандартный вывод для ошибок. Обычно он используется для вывода сообщений об ошибках и предупреждений. Для использования библиотеки ввода/вывода необходимо включить соответствующий заголовочный файл:
#include <iostream>
Чтобы значение поступило в стандартный вывод или в стандартный вывод для ошибок используется оператор <<:
int v1, v2;
// ...
cout << "сумма v1 и v2 = ";
cout << v1 + v2;
cout << "\n";
Последовательность "\n" представляет собой символ перехода на новую строку. Вместо "\n" мы можем использовать предопределенный манипулятор endl.
cout << endl;
Манипулятор endl не просто выводит данные (символ перехода на новую строку), но и производит сброс буфера вывода.
Операторы вывода можно сцеплять. Так, три строки в предыдущем примере заменяются одной:
cout << "сумма v1 и v2 = " << v1 + v2 << "\n";
Для чтения значения из стандартного ввода применяется оператор ввода (>>):
string file_name;
// ...
cout << "Введите имя файла: ";
cin >> file_name;
Операторы ввода, как и операторы вывода, можно сцеплять:
string ifile, ofile;
// ...
cout << "Введите имя входного и выходного файлов: ";
cin >> ifile >> ofile;
Каким образом ввести заранее неизвестное число значений?
string word;
while ( cin >> word )
// ...
считывает по одному слову из стандартного ввода до тех пор, пока не считаны все слова. Выражение
( cin >> word )
возвращает false, когда достигнут конец файла. Вот пример простой законченной программы, считывающей по одному слову из cin и выводящей их в cout:
#include <iostream>
#include <string>
int main ()
{
string word;
while ( cin >> word )
cout << "Прочитано слово: " << word << "\n";
cout << "Все слова прочитаны!";
}
Вот первое предложение из произведения Джеймса Джойса “Пробуждение Финнегана”: