Параметр шаблона по умолчанию (пример)

template	<class	T> class CStr; //< строки
template template	<class <class	T> class СCmp; //< сравнитель символов T>

int compare(const CStr<T>& lhs, const CStr<T>& rhs);

template <class T, class C>

int compare(const CStr<T>&	lhs, const	CStr<T>&	rhs);
или
template <class T, class C int compare(const CStr<T>&	= СCmp<T>> lhs, const	CStr<T>&	rhs);

03.03.2012

www.cppNewb.ru 30

Размещение шаблонного кода

• определение шаблона д.б. доступно в точке инстанциирования

• размещайте весь шаблонный код в

заголовочных файлах

03.03.2012

www.cppNewb.ru 31

Определение функции (пример)

// in .h template<typename T>

T minimum(const T& lhs, const T& rhs);

// in .h template<typename T> T

minimum(const T& lhs, const T& rhs)

{

…

}

03.03.2012

www.cppNewb.ru 32

Определение неподставляемых

методов класса (пример)

// in CArr.h template<typename T> class CArr

{

public:

int size() const;

…

// in CArr.h template<typename T> int

CArr<T>::size() const

{

…

}

};

03.03.2012

www.cppNewb.ru 33

Специализация

• версия шаблонного кода для конкретного набора параметров

• позволяет реализовывать выбор

оптимальной реализации для заданного набора параметров

03.03.2012

www.cppNewb.ru 34

Параметрический полиморфизм

или

полиморфизм времени компиляции

• реализуется с помощью механизма шаблонов

• алгоритм выражается один раз и используется многократно со множеством типов

03.03.2012

www.cppNewb.ru 35

Генерируемый код

• инстанциирование должно иметь место только для используемого кода

• для каждого уникального набора параметров генерируется свой код

• возможно “разбухание” программы

03.03.2012

www.cppNewb.ru 36

Сообщения об ошибках в шаблонном коде

• требуют внимательного разбора

• часто связаны с передачей

недопустимых параметров

03.03.2012

www.cppNewb.ru 37

Стандартная библиотека

• STL (Standard Template Library)

• шаблонная часть стандартной библиотеки

• содержит много полезных и качественно реализованных классов и функций

03.03.2012

www.cppNewb.ru 38

Контейнер (примеры)

• массив

• фиксированного размера

• динамический (std::vector<>)

• список (std::list<>)

• множество (std::set<>)

• строка (std::basic_string<>)

03.03.2012

www.cppNewb.ru 39

Заголовочные файлы

• совпадают с именем контейнера

<vector>

<list>

<deque>

<set> - в т.ч. multiset

<map> - в т.ч. multimap

• вспомогательные

<utility>

<iterator>

03.03.2012

www.cppNewb.ru 40

vector<>

• динамический массив

• произвольный доступ

• быстрая вставка/удаление в конец

• медленная вставка/удаление в начало

• изменение числа элементов делает итераторы невалидными

03.03.2012

www.cppNewb.ru 41

Объявление vector

template

<class T,

class Allocator = allocator<T> > class vector

vector<bool> - специализация

03.03.2012

www.cppNewb.ru 42

Доступ к элементам vector

• по индексу

  • замена встроенным массивам

• с концов

• через итератор

  • обобщенный вариант

• последовательное расположение элементов в памяти

03.03.2012

www.cppNewb.ru 43

Доступ к элементам vector

по индексу

• T& at(int i)

• с контролем выхода за пределы

• T& operator[](int i)

• без контроля выхода за пределы

пример:

data.at(iBest) = iCurrent; iNext = data.at(j);

data[iBest] = iCurrent;

03.03.2012

www.cppNewb.ru 44

Доступ к элементам vector

с концов

• T& front()

• первый элемент

• T& back()

• последний элемент

03.03.2012

www.cppNewb.ru 45

Доступ к элементам vector (если контейнер const)

const T& operator[](int i) const const T& at(int i) const

const T& front() const

const T& back() const

03.03.2012

www.cppNewb.ru 46

• size

Размеры vector

• число элементов

• empty

  • проверка на пустоту

• capacity

  • максимальное число элементов (буфер)

• max_size

  • максимальное число элементов (системно)

• resize

  • изменить число элементов

• reserve

  • гарантировать размер буфера (не меньше)

03.03.2012

www.cppNewb.ru 47

Очистка массива

• void clear()

• удалить все элементы

03.03.2012

www.cppNewb.ru 48

Обмен содержимым для массивов

• void

swap(vector<T, Allocator>& vec)

пример:

best.swap(worst);

03.03.2012

www.cppNewb.ru 49

Объектно-ориентированное

программирование

с использованием C++

Полевой Дмитрий Валерьевич к.т.н., доцент КиК

e-mail: oop.misis@gmail.com

АТД

• абстрактный тип данных

• создание/уничтожение

• набор операций

• структура данных – реализация АТД

10.03.2010

cppNewb.ru 2

Интерфейс

• семантическая и синтаксическая конструкция

• спецификация услуг

10.03.2010

cppNewb.ru 3

Класс

• реализует одну или несколько абстракций

• интерфейс

• открытые методы

• функции

• закон “протекающих абстракций”

10.03.2010

cppNewb.ru 4

• создание

АТД “число”

• уничтожение

• присваивание

• сравнение

==, !=, <, <=, >, >=

• арифметические операции

-, +=, +, -=, -, *=, *, /=, /

• ввод и вывод

10.03.2010

cppNewb.ru 5

Рациональное число (класс)

Rnum(const int num, const int denum) Rnum(const Rnum& num)

~Rnum()

Rnum& operator=(const Rnum& rhs)

bool operator==(const Rnum& rhs) const bool operator<(const Rnum& rhs) const bool operator!=(const Rnum& rhs,

const Rnum& rhs)

…

10.03.2010

cppNewb.ru 6

Рациональное число (класс)

Rnum& operator++() Rnum operator++(int)

Rnum& operator+=(const Rnum& rhs) Rnum operator+(const Rnum& lhs,

const Rnum& rhs)

ostream& operator<<(ostream& ostr, const Rnum& num)

istream& operator>>(istream& istr, Rnum& num)

10.03.2010

cppNewb.ru 7

АТД “динамический массив”

• создание

• уничтожение

• получение доступа к элементу по индексу

• получение размера

• изменение размера

10.03.2010

cppNewb.ru 8

Динамический массив (класс)

Array(const size_t size) Array(const Array& arr)

~Array()

Array& operator=(const Array& arr) T& at(const size_t index)

const T& at(const size_t index) const size_t size(SArray& arr) const

void resize(const size_t newSize)

10.03.2010

cppNewb.ru 9

Раздельная компиляция

• компилятор (compiler)

  • компиляция независимых компонент

  • генерация объектного кода

• компоновщик (linker)

  • связывание объектного кода

  • генерация исполняемого кода

• преодоление ограничений компилятора

• повторное использование

160.03.20110

cppNewb.ru 10

Этапы сборки программы

• препроцессор

• компилятор

• оптимизатор

• компоновщик

10.03.2010

cppNewb.ru 11

Препроцессор

• директивы включения

#include

• макроопределения

#define, #undef

• директивы условной компиляции

#ifndef, #else, #endif

• #, ##

10.03.2010

cppNewb.ru 12

Единица компиляции

• исходный файл → препроцессор → единица трансляции

• компилируется в собственный объектный файл

10.03.2010

cppNewb.ru 13

Использование библиотеки

• включить заголовок

• использовать

• объявления

• переменные

• функции

• скомпоновать библиотеку

10.03.2010

cppNewb.ru 14

Реализация модульности в С++

• функция – единица логики исполнения

• модуль (.cpp) – единица организации исходного кода

• общие объявления выносятся в заголовок

10.03.2010

cppNewb.ru 15

Заголовочные файлы

• стандартные

#include <стандартная_библиотека>

• пользовательские

#include “включаемая_компонента”

10.03.2010

cppNewb.ru 16

Стандартная библиотека

• новые имена для библиотек Си

<stdio.h> → <cstdio>

• новые имена для библиотек С++

<iostream.h> → <iostream>

• не все библиотеки стандартные

<conio.h>

10.03.2010

cppNewb.ru 17

Порядок поиска

• определяется реализацией

• может быть причиной “сложных” ошибок

• переменные окружения

• опции компилятора

• текущая папка

10.03.2010

cppNewb.ru 18

Стражи включения

• предотвращение повторного определения

пример:

// In file defs.h

#ifndef DEFS_H_20080910

#define DEFS_H_20080910

.

.

.

#endif // DEFS_H_20080910

10.03.2010

cppNewb.ru 19

.h может содержать

• директивы включения, макроопределения и директивы условной компиляции

• именованные пространства имен

• объявления имен типов, функций и данных

• определения типов

• определения встроенных функций объявления и определения шаблонов

• определения констант

• перечисления

10.03.2010

cppNewb.ru 20

.h не должен содержать

• определения обычных функций

• определения данных

• определения агрегатов

• неименованные пространства имен

10.03.2010

cppNewb.ru 21

Использование заголовочных файлов в проектах

• включайте все необходимое

• минимизируйте число включений

• включайте заголовочные файлы в порядке увеличения общности

  • локальные

  • общеупотребительные

  • стандартные

• разделяйте группы заголовков

10.03.2010

cppNewb.ru 22

Бинарный интерфейс компонент

• соглашение о параметрах вызова

• Си-соглашение

extern “C”

{

// source code

}

10.03.2010

cppNewb.ru 23

l-value

• именующее выражение, ссылается на объект (м.б. const)

• может стоять в левой части оператора присваивания (если не const)

пример:

int num(1);

num	=	5;
*(p	+	15)

10.03.2010

cppNewb.ru 24

r-value

• не l-value

пример:

5 //< литерал

a + b //< временные объекты new int //< новый объект string(“0”) //< временный объект s.size() //< вызов функции

10.03.2010

cppNewb.ru 25

Пространства имен (namespace)

• логически группирует объявления

• определяет область видимости

• могут быть вложенными

10.03.2010

cppNewb.ru 26

Создание пространства имен

namespace имя_пространства_имен

{

// объявления и определения

}

10.03.2010

cppNewb.ru 27

Создание пространства имен

пример:

namespace misis

{

// Узнать число групп.

int getGroupsCount();

}

10.03.2010

cppNewb.ru 28

Доступ к именам в пространстве

• доступ через оператор разрешения области видимости ::

имя_пространства_имен::имя_члена

пример:

std::cout

10.03.2010

cppNewb.ru 29

Глобальное пространство имен

• все, что не лежит в собственном пространстве имен

• доступ через :: (можно опускать)

10.03.2010

cppNewb.ru 30

using-объявление

• вводит локальный синоним

using имя_пространства_имен::имя_члена;

пример:

using std::cout;

cout << "Hello!" << std::endl;

10.03.2010

cppNewb.ru 31

using-директива

• вносит все именa из заданного пространства имен в текущее

using namespace имя_пространства_имен;

пример:

using namespace std;

cout << "Hello!" << endl;

10.03.2010

cppNewb.ru 32

Открытость пространства имен

• допускается добавление имен в пространство имен в нескольких определениях

10.03.2010

cppNewb.ru 33

Открытость пространства имен

пример:

// В файле parser.h namespace parser

{

bool parse();

}

// В файле lexparser.h namespace parser

{

int getLexCnt();

}

10.03.2010

cppNewb.ru 34

Сокрытие имен

int x(10); // Глобальная переменная.

void f()

{

// Локальная скрывает глобальную.

int x(0);

// Присваивание локальной переменной.

x = 1;

// присваивание глобальной переменной

::x = 5;

}

10.03.2010

cppNewb.ru 35

Знаковость типа

модификаторы

• unsigned – неотрицательные значения

• signed – знаковые значения

10.03.2010

cppNewb.ru 36

Символьные типы

• char – символ (например, ASCII)

• wchar_t – символ Unicode

• char – от 0 до 255 или от -128 до 127

• unsigned char – от 0 до 255

• signed char – от -128 до 127

10.03.2010

cppNewb.ru 37

Символьный литерал

• заключенный в кавычки символ

пример:

‘a’, ‘\n’, ‘\’

• для Unicode

пример:

L‘ab’

10.03.2010

cppNewb.ru 38

Целочисленные типы

• int – целое число

модификаторы

• short

• long

• знаковость

10.03.2010

cppNewb.ru 39

Целочисленные литералы

• 0x – префикс шестнадцатиричного литерала

• U – суффикс беззнакового литерала

• L – суффикс long-литерала

пример: 125 0x8ABCDEF 3U

3L

10.03.2010

cppNewb.ru 40

Типы с плавающей точкой

• float – одинарная точность

• double – двойная точность

• long double – расширенная точность

10.03.2010

cppNewb.ru 41

Литералы с плавающей точкой

• ‘.’ – разделитель

• F – суффикс float литерала

• L – суффикс long double литерала

пример: 12.5 3F 3.0L

1.23E-10

78.3E-1L

10.03.2010

cppNewb.ru 42

Пустой тип (void)

void – в качестве возвращаемого значения, для указания, что функция ничего не возвращает

void* – указатель на объекты

неизвестного типа

10.03.2010

cppNewb.ru 43

Рекомендуемые типы

• bool

• char

• int

• double

Выбор типа

• unsigned - массив битов

• signed – все остальное

• требуемая точность

• ограничения по использованию памяти

Диапазоны арифметических типов

тип	минимальный диапазон
char	[-128,127] или [0, 255]
unsigned char	[0, 255]
signed char	[-128, 127]
int	[-2^15, 2^15 - 1]
unsigned int	[0, 2^16]
double	10 значащих цифр
wchar_t	как unsigned int

Размеры арифметических типов

1 == sizeof(char) <= sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long)

sizeof(float) <= sizeof(double) <= sizeof(long double)

sizeof(T) == sizeof(signed T) == sizeof(unsigned T)

Неявные преобразования

• повышение

• bool -> int

• enum -> int или long

• обеспечение точности

• int + long

• int + double -> double

• усечение

int n(f);

10.03.2010

cppNewb.ru 48

Округление (примеры)

• до целого (с усечением)

пример:

int size(d);

• до ближайшего

пример:

int size(d + 0.5);

10.03.2010

cppNewb.ru 49

Явные преобразования

static_cast<Тип>(выражение)

• преобразование родственных типов

пример:

int roundVal = static_cast<int>(doubleVal);

10.03.2010

cppNewb.ru 50

Явные преобразования

const_cast<Тип>(выражение)

• изменение константности

пример:

char* pBeg = const_cast<char*>(p + n);

10.03.2010

cppNewb.ru 51

Преобразования в стиле С

(Тип)выражение Тип(выражение)

пример:

int roundVal = int(doubleVal + 0.5);

10.03.2010

cppNewb.ru 52

Объектно-ориентированное

программирование

с использованием C++

Полевой Дмитрий Валерьевич к.т.н., доцент КиК

e-mail: oop.misis@gmail.com

Спецификация ПО

• точное описание работы программы

• корректность – согласованность с некоторой спецификацией

• ошибка – нарушение спецификации

17.03.2012

cppNewb.ru 2

Ошибки ПО и ошибки I/O

• неправильная реализация алгоритма

• некорректный вызов

(из другого фрагмента кода)

• некорректный ввод

• ошибки пользователя

• отказы оборудования (в т.ч. при выводе)

• ошибки данных

17.03.2012

cppNewb.ru 3

Некорректный ввод и вывод

НЕ МОЖЕТ СЧИТАТЬСЯ ОШИБКОЙ

• реальный мир несовершенен ☺

• требуется

• диагностика и подсказки пользователю

• альтернативные варианты действий

• предотвращение потери данных

17.03.2012

cppNewb.ru 4

Как (вы)жить в неидеальном мире

• быть “немного параноиком”

• тестировать (больше и дешевле)

• изолировать подсистемы ввода/вывода

• обеспечивать корректные данные для алгоритмической части

• предусматривать схемы дублирования и резервирования критической информации

17.03.2012

cppNewb.ru 5

Действия в случае ошибок

• игнорировать

• сообщить

• вывести в консоль

• сохранить в протокол

• послать сообщение разрабтчикам

• и т.д.

17.03.2012

cppNewb.ru 6

Действия в случае ошибок

• прекратить исполнение программы

• возвратить статус ошибки

• возвратить допустимое значение и оставить программу в некорректном состоянии

• вызвать функцию для обработки ошибочных ситуаций

17.03.2012

cppNewb.ru 7

пример:

Глобальный статус

int getLastErr(); //< получить статус

void setLastErr(int); //< установить статус

if (ERR_NO == getLastErr())

{

// Основной поток исполнения программы.

}

else

{

// Обработка ошибочной ситуации.

}

17.03.2012

cppNewb.ru 8

Возвращаемое значение

пример:

int doJob();

...

if (ERR_NO == doJob())

{

// Основной поток исполнения программы.

}

else

{

// Обработка ошибочной ситуации.

}

17.03.2012

cppNewb.ru 9

Обработка ошибочных ситуаций

• глобальный статус

• возвращаемое значение

• на ком лежит обработка?

• заказчик (клиент)

• исполнитель (сервер)

• возникновение ошибочной ситуации можно просто игнорировать!

17.03.2012

cppNewb.ru 10

Защитное программирование

• программа всегда должна работать

• каждая функция защищается как может

• кто сломался, тот и виноват

• дублирование кода проверок

• сложность кода

• безответственное программирование

17.03.2012

cppNewb.ru 11

Программирование по контракту

• обязанности сторон

• клиент: корректные входные данные

• поставщик: корректная работа и результат

• соблюдение контракта

17.03.2012

cppNewb.ru 12

Контрактные отношения

• могут быть между частями программы

программа-программа

• не определены с внешней средой

программа-человек программа-внешний мир

17.03.2012

cppNewb.ru 13

Обработка входных данных

• модули ввода (фильтры)

• гарантия корректности входных данных для обрабатывающих модулей

17.03.2012

cppNewb.ru 14

Контракты в исходном коде

• д.б. описаны в комментариях

• для проверки assert(условие)

пример:

#include <cassert>

int findBest(const Data* pData)

{

/// если false, завершить работу программы

assert(0 != pData);

// основной код

}

17.03.2012

cppNewb.ru 15

Обработка исключений в С++

• модель с завершением

• автоматическое продолжение программы невозможно

• обработчик освобождает ресурсы и отдает управление на верхний уровень

• механизм обработки опциональный

(опции компилятора)

17.03.2012

cppNewb.ru 16

Идеи обработки исключений

• разделить основной код и код обработки сбоев

• обрабатывать сбои на том уровне, на котором это может быть сделано

• усложнить игнорирование появления сбоев

• унифицировать способ передачи информации о сбое

17.03.2012

cppNewb.ru 17

Запуск исключений

• в системе создается объект с информацией об исключении, который “запускается” из текущего контекста

• “нормальное” исполнение программы прерывается и начинается “обработка исключения”

17.03.2012

cppNewb.ru 18

Источники исключений

• обработка аппаратных прерываний

• функции стандартной библиотеки

• функции “системных” библиотек

• пользовательский код

17.03.2012

cppNewb.ru 19

Исключение – что это такое

• может быть любого типа (как пользовательского, так и встроенного)

• несет информацию (о проблеме)

• имя класса (типа) исключения

• данные экземпляра исключения

• создается и копируется в точке запуска

17.03.2012

cppNewb.ru 20

Запуск исключений (пример)

if (0 == pData)

{

}

или

throw CNullPointer();

if (0 == pData)

{

throw ERR_DATA; // не лучший

}

17.03.2012

cppNewb.ru 21

Локализация блоков с исключениями

• try-блок – составная инструкция, при выполнении которой могут генерироваться исключения

• try-блок сопровождается одним или несколькими блоками обработки исключений (catch-блоки)

17.03.2012

cppNewb.ru 22

Обработка исключений

• обработчик исключений

• осуществляет перехват и обработку исключений

• располагается сразу после блока try

• начинается с ключевого слова catch

• может использовать “пойманное” исключение и извлекать из него информацию

17.03.2012

cppNewb.ru 23

Обработка исключений (пример)

try

{

}

// код, который может генерировать исключения

catch (Type1 exept)

{

// обработка исключений типа Type1

}

catch (Type2 exept)

{

// обработка исключений типа Type2

}

// нормальное выполнение программы...

17.03.2012

cppNewb.ru 24

Раскрутка стека

• просмотр стека и поиск подходящего обработчика для исключения

• по мере раскрутки стека автоматически уничтожаются локальные объекты

• порядок разрушения обратный порядку создания (стек программы)

17.03.2012

cppNewb.ru 25

Когда объект создан?

• объект считается созданным после завершения работы конструктора

• составной объект считается созданным после создания всех входящих в него объектов

• массив считается созданным после создания всех его элементов

17.03.2012

cppNewb.ru 26

Автоматическое разрушение

• в процессе раскрутки стека производится только для созданных

• в массиве только для тех элементов массива, которые были созданы

17.03.2012

cppNewb.ru 27

Поиск подходящего обработчика

• просматриваются “ближайшие” обработчики в порядке их следования в исходном коде

• объект (ссылка на объект) исключения производного класса перехватывается обработчиком базового класса

• при запуске указателя поиск идет по стандартным правила преобразований указателей

17.03.2012

cppNewb.ru 28

Перехват исключения (пример)

class CExep1 {}; class CExep2

: public CExept1

{

public: CExep2(const

CExept1&);

};

void f()

{

throw CExept1();

}

try

{

f();

}

catch (const CExept2&)

{

…

}

catch (const CExept1&)

{

…

}

17.03.2012

cppNewb.ru 29

Преобразования исключений

• обработчик объекта базового типа “усекает” исключение производного типа до базового

• автоматические преобразования одного типа исключений к другому не производятся

17.03.2012

cppNewb.ru 30

Как перехватывать исключения

• по константной ссылке

• избегаем копирования объекта исключения

• избегаем усечения до родительского типа

• гарантируем постоянство объекта исключения

• рекомендуется использовать для перехвата константные ссылки

17.03.2012

cppNewb.ru 31

Перехват любых исключений

• список аргументов (…)

• следует размещать в конце списка перехватчиков

• невозможно получить информацию об исключении и его типе

17.03.2012

cppNewb.ru 32

Перехват любых исключений

(пример)

catch (const std::bad_alloc& ex)

{

// обработка

}

catch (...)

{

// обработка

}

17.03.2012

cppNewb.ru 33

Перезапуск исключения

• передает исключение далее

• необходим, если текущий обработчик не может выполнить всю работу

• вызывается throw без аргумента внутри обработчика исключения

17.03.2012

cppNewb.ru 34

Перезапуск исключения (пример)

catch (const CExept1& ex1)

{

// обработка

throw;

}

catch (...)

{

// обработка

throw;

}

17.03.2012

cppNewb.ru 35

Исключение в деструкторе

• деструктор вызывается

• нормальный вызов

• при обработке исключения

• при обработке исключение не должно покинуть сам деструктор

17.03.2012

cppNewb.ru 36

Неперехваченные исключения

• вызывается terminate()

• terminate() по умолчанию вызывает

abort() из системной библиотеки

17.03.2012

cppNewb.ru 37

Вызов terminate

• неперехваченное исключение

• исключение в деструкторе локального объекта в процессе раскрутки стека

• исключение в конструкторе или деструкторе глобального или статического объекта

17.03.2012

cppNewb.ru 38

Спецификация исключений

• не рекомендуется использовать

• часть объявления функции

• список исключений, которые могут быть сгенерированы функцией

пример:

void func(int a) throw(CEx1, CEx2);

17.03.2012

cppNewb.ru 39

Стандартные исключения

• образуют иерархию классов

• объявлены в пространстве имен std

• объявлены в заголовочных файлах

• <stdexcept>, <new>, <exception>,

<ios>, <typeinfo>

17.03.2012

cppNewb.ru 40

Стандартные исключения

(фрагмент иерархии)

exception

• logic_error

• length_error – неверная длина

• out_of_range – выход за пределы диапазона

• invalid_argument – неверный аргумент

• runtime_error

• range_error – ошибка диапазона

• overflow_error – переполнение

• bad_alloc

17.03.2012

cppNewb.ru 41