Программирование на C / C++ / Ален И. Голуб. Правила программирования на Си и Си++ [pdf]

try {

pstats[0] = sum_it (ia,size); pstats[1] = min_val (ia,size); pstats[2] = max_val (ia,size);

}

catch (string exceptionMsg) { // код обработчика

}

catch (const statsException &statsExcp) { // код обработчика

}

pstats [3] = pstats[0] / size; do_something (pstats);

return pstats;

}

В данном примере в теле функции stats() три оператора заключены в try-блок, а четыре – нет. Из этих четырех операторов два способны возбудить исключения.

1) int *pstats = new int [4];

Выполнение оператора new может окончиться неудачей. Стандартная библиотека С++

предусматривает возбуждение исключения bad_alloc в случае невозможности выделить нужное количество памяти. Поскольку в примере не предусмотрен обработчик исключения bad_alloc, при его возбуждении выполнение программы закончится аварийно.

2) do_something (pstats);

Мы не знаем реализации функции do_something(). Любая инструкция этой функции, или функции, вызванной из этой функции, или функции, вызванной из функции, вызванной этой функцией, и так далее, потенциально может возбудить исключение. Если

в реализации функции do_something и вызываемых из нее предусмотрен обработчик такого исключения, то выполнение stats() продолжится обычным образом. Если же такого обработчика нет, выполнение программы аварийно завершится.

Необходимо заметить, что, хотя оператор

pstats [3] = pstats[0] / size;

может привести к делению на ноль, в стандартной библиотеке не предусмотрен такой тип исключения.

Обратимся теперь к инструкциям, объединенным в try-блок. Если в одной из вызываемых в этом блоке функций – sum_it(), min_val() или max_val() –произойдет исключение, управление будет передано на обработчик, следующий за try-блоком и перехватывающий именно это исключение. Ни инструкция, возбудившая исключение, ни следующие за ней инструкции в try-блоке выполнены не будут. Представим себе, что при вызове функции sum_it() возбуждено исключение:

throw string ("Ошибка: adump27832");

Выполнение функции sum_it() прервется, операторы, следующие в try-блоке за вызовом этой функции, также не будут выполнены, и pstats[0] не будет инициализирована. Вместо этого возбуждается исключительное состояние и исследуются два catch-обработчика. В нашем случае выполняется catch с параметром типа string:

catch (string exceptionMsg) { // код обработчика

}

После выполнения управление будет передано инструкции, следующей за последним catch-обработчиком, относящимся к данному try-блоку. В нашем случае это

pstats [3] = pstats[0] / size;

(Конечно, обработчик сам может возбуждать исключения, в том числе – того же типа. В такой ситуации будет продолжено выполнение catch-предложений, определенных в программе, вызвавшей функцию stats().)

catch (string exceptionMsg) {

Вот пример:

// код обработчика

cerr << "stats(): исключение: "

<<exceptionMsg

<<endl; delete [] pstats;

return 0;

}

В таком случае выполнение вернется в функцию, вызвавшую stats(). Будем считать,

что разработчик программы предусмотрел проверку возвращаемого функцией stats() значения и корректную реакцию на нулевое значение.

Функция stats() умеет реагировать на два типа исключений: string и statsException. Исключение любого другого типа игнорируется, и управление передается в вызвавшую функцию, а если и в ней не найдется обработчика, – то в функцию более высокого уровня, и так до функции main().При отсутствии обработчика и там, программа аварийно завершится.

Возможно задание специального обработчика, который реагирует на любой тип

catch (...) {

//обрабатывает любое исключение,

//однако ему недоступен объект, переданный

//в обработчик в инструкции throw

исключения. Синтаксис его таков:

}

(Детально обработка исключительных ситуаций рассматривается в главах 11 и 19.) Упражнение 2.18

Какие ошибочные ситуации могут возникнуть во время выполнения следующей функции:

int *alloc_and_init (string file_name)

{

ifstream infile (file_name)

int elem_cnt; infile >> elem_cnt;

int *pi = allocate_array(elem_cnt);

int elem; int index=0;

while (cin >> elem) pi[index++] = elem;

sort_array(pi,elem_cnt); register_data(pi);

return pi;

}

Упражнение 2.19

В предыдущем примере вызываемые функции allocate_array(), sort_array() и register_data() могут возбуждать исключения типов noMem, int и string соответственно. Перепишите функцию alloc_and_init(), вставив соответствующие блоки try и catch для обработки этих исключений. Пусть обработчики просто выводят в cerr сообщение об ошибке.

Упражнение 2.20

Усовершенствуйте функцию alloc_and_init() так, чтобы она сама возбуждала исключение в случае возникновения всех возможных ошибок (это могут быть исключения, относящиеся к вызываемым функциям allocate_array(), sort_array() и register_data() и какими-то еще операторами внутри функции alloc_and_init()). Пусть это исключение имеет тип string и строка, передаваемая обработчику, содержит описание ошибки.

2.7. Использование пространства имен

Предположим, что мы хотим предоставить в общее пользование наш класс Array, разработанный в предыдущих примерах. Однако не мы одни занимались этой проблемой; возможно, кем-то где-то, скажем, в одном из подразделений компании Intel был создан одноименный класс. Из-за того что имена этих классов совпадают, потенциальные пользователи не могут задействовать оба класса одновременно, они должны выбрать один из них. Эта проблема решается добавлением к имени класса некоторой строки, идентифицирующей его разработчиков, скажем,

class Cplusplus_Primer_Third_Edition_Array { ... };

Конечно, это тоже не гарантирует уникальность имени, но с большой вероятностью избавит пользователя от данной проблемы. Как, однако, неудобно пользоваться столь длинными именами!

Стандарт С++ предлагает для решения проблемы совпадения имен механизм, называемый пространством имен. Каждый производитель программного обеспечения может заключить свои классы, функции и другие объекты в свое собственное пространство имен. Вот как выглядит, например, объявление нашего класса Array:

namespace Cplusplus_Primer_3E {

template <class elemType> class Array { ... };

}

Ключевое слово namespace задает пространство имен, определяющее видимость нашего класса и названное в данном случае Cplusplus_Primer_3E. Предположим, что у нас есть классы от других разработчиков, помещенные в другие пространства имен:

namespace IBM_Canada_Laboratory {

template <class elemType> class Array { ... }; class Matrix { ... };

}

namespace Disney_Feature_Animation { class Point { ... };

template <class elemType> class Array { ... };

}

По умолчанию в программе видны объекты, объявленные без явного указания пространства имен; они относятся к глобальному пространству имен. Для того чтобы обратиться к объекту из другого пространства, нужно использовать его квалифицированное имя, которое состоит из идентификатора пространства имен и идентификатора объекта, разделенных оператором разрешения области видимости (::).

Cplusplus_Primer_3E::Array<string> text;

Вот как выглядят обращения к объектам приведенных выше примеров:

IBM_Canada_Laboratory::Matrix mat; Disney_Feature_Animation::Point origin(5000,5000);

Для удобства использования можно назначать псевдонимы пространствам имен. Псевдоним выбирают коротким и легким для запоминания. Например:

// псевдонимы

namespace LIB = IBM_Canada_Laboratory; namespace DFA = Disney_Feature_Animation;

int main()

{

LIB::Array<int> ia(1024);

}

Псевдонимы употребляются и для того, чтобы скрыть использование пространств имен. Заменив псевдоним, мы можем сменить набор задействованных функций и классов, причем во всем остальном код программы останется таким же. Исправив только одну строчку в приведенном выше примере, мы получим определение уже совсем другого массива:

namespace LIB = Cplusplus_Primer_3E; int main()

{

LIB::Array<int> ia(1024);

}

Конечно, чтобы это стало возможным, необходимо точное совпадение интерфейсов классов и функций, объявленных в этих пространствах имен. Представим, что класс Array из Disney_Feature_Animation не имеет конструктора с одним параметром – размером. Тогда следующий код вызовет ошибку:

namespace LIB = Disney_Feature_Animation;

int main()

{

LIB::Array<int> ia(1024);

}

Еще более удобным является способ использования простого, неквалифицированного имени для обращения к объектам, определенным в некотором пространстве имен. Для этого существует директива using:

#include "IBM_Canada_Laboratory.h"

using namespace IBM_Canada_Laboratory;

int main()

{

//IBM_Canada_Laboratory::Matrix Matrix mat(4,4);

//IBM_Canada_Laboratory::Array Array<int> ia(1024);

//...

}

Пространство имен IBM_Canada_Laboratory становится видимым в программе. Можно сделать видимым не все пространство, а отдельные имена внутри него (селективная директива using):

#include "IBM_Canada_Laboratory.h"

using namespace IBM_Canada_Laboratory::Matrix; // видимым становится только Matrix

int main()

{

//IBM_Canada_Laboratory::Matrix Matrix mat(4,4);

//Ошибка: IBM_Canada_Laboratory::Array невидим Array<int> ia(1024);

//...

}

Как мы уже упоминали, все компоненты стандартной библиотеки С++ объявлены внутри пространства имен std. Поэтому простого включения заголовочного файла недостаточно, чтобы напрямую пользоваться стандартными функциями и классами:

#include <string>

// ошибка: string невидим

string current_chapter = "Обзор С++";

#include <string>

именованных пространств. Поэтому лучше использовать либо квалифицированное имя:

// правильно: квалифицированное имя std::string current_chapter = "Обзор С++";

либо селективную директиву using: #include <string>

using namespace std::string;

// Ok: string видим

string current_chapter = "Обзор С++";

Мы рекомендуем пользоваться последним способом.

Вбольшинстве примеров этой книги директивы пространств имен были опущены. Это сделано ради сокращения размера кода, а также потому, что большинство примеров были скомпилированы компилятором, не поддерживающим пространства имен – достаточно недавнего нововведения С++. (Детали применения using-объявлений при работе с стандартной библиотекой С++ обсуждаются в разделе 8.6.)

Внижеследующих главах мы создадим еще четыре класса: String, Stack, List и модификацию Stack. Все они будут заключены в одно пространство имен – Cplusplus_Primer_3E. (Более подробно работа с пространствами имен рассматривается в главе 8.)

Упражнение 2.21

namespace Exercize {

Дано пространство имен

template <class elemType> class Array { ... };

template <class EType>

void print (Array< EType > );

class String { ... } template <class ListType>

class List { ... };

}

и текст программы:

int main() {

const int size = 1024; Array<String> as (size); List<int> il (size);

// ...

Array<String> *pas = new Array<String>(as);

List<int> *pil = new List<int>(il);

print (*pas);

}

Программа не компилируется, поскольку объявления используемых классов заключены в пространство имен Exercise. Модифицируйте код программы, используя

(a)квалифицированные имена

(b)селективную директиву using

(c)механизм псевдонимов

(d)директиву using

2.8. Стандартный массив – это вектор

Хотя встроенный массив формально и обеспечивает механизм контейнера, он, как мы видели выше, не поддерживает семантику абстракции контейнера. До принятия стандарта C++ для программирования на таком уровне мы должны были либо приобрести нужный класс, либо реализовать его самостоятельно. Теперь же класс массива является частью стандартной библиотеки C++. Только называется он не массив, а вектор.

Разумеется, вектор реализован в виде шаблона класса. Так, мы можем написать

vector<int> ivec(10); vector<string> svec(10);

Есть два существенных отличия нашей реализации шаблона класса Array от реализации шаблона класса vector. Первое отличие состоит в том, что вектор поддерживает как присваивание значений существующим элементам, так и вставку дополнительных элементов, то есть динамически растет во время выполнения, если программист решил воспользоваться этой его возможностью. Второе отличие более радикально и отражает существенное изменение парадигмы проектирования. Вместо того чтобы поддержать большой набор операций-членов, применимых к вектору, таких, как sort(), min(), max(), find()и так далее, класс vector предоставляет минимальный набор: операции сравнения на равенство и на меньше, size() и empty(). Более общие операции, перечисленные выше, определены как независимые обобщенные алгоритмы.

Для использования класса vector мы должны включить соответствующий заголовочный файл.

#include <vector>

// разные способы создания объектов типа vector vector<int> vec0; // пустой вектор

const int size = 8; const int value = 1024;

//вектор размером 8

//каждый элемент инициализируется 0 vector<int> vec1(size);

//вектор размером 8

//каждый элемент инициализируется числом 1024 vector<int> vec2(size,value);

//вектор размером 4

//инициализируется числами из массива ia

int ia[4] = { 0, 1, 1, 2 }; vector<int> vec3(ia,ia+4);

// vec4 - копия vec2

vector<int> vec4(vec2);

Так же, как наш класс Array, класс vector поддерживает операцию доступа по индексу.

#include <vector>

Вот пример перебора всех элементов вектора: extern int getSize();

void mumble()

{

int size = getSize(); vector<int> vec(size);

for (int ix=0; ix<size; ++ix) vec[ix] = ix;

// ...

}

Для такого перебора можно также использовать итераторную пару. Итератор – это объект класса, поддерживающего абстракцию указательного типа. В шаблоне класса vector определены две функции-члена – begin() и end(), устанавливающие итератор соответственно на первый элемент вектора и на элемент, который следует за последним. Вместе эти две функции задают диапазон элементов вектора. Используя итератор,

#include <vector>

предыдущий пример можно переписать таким образом: extern int getSize();

void mumble()

{

int size = getSize(); vector<int> vec(size);

vector<int>::iterator iter = vec.begin();

for (int ix=0; iter!=vec.end(); ++iter, ++ix) *iter = ix;

// ...

}

Определение переменной iter

vector<int>::iterator iter = vec.begin();

инициализирует ее адресом первого элемента вектора vec. iterator определен с помощью typedef в шаблоне класса vector, содержащего элементы типа int. Операция

инкремента

++iter

перемещает итератор на следующий элемент вектора. Чтобы получить сам элемент, нужно применить операцию разыменования:

*iter

В стандартной библиотеке С++ имеется поразительно много функций, работающих с классом vector, но определенных не как функции-члены класса, а как набор обобщенных алгоритмов. Вот их неполный перечень:

алгоритмы поиска: find(), find_if(), search(), binary_search(), count(), count_if();

алгоритмы сортировки и упорядочения: sort(), partial_sort(), merge(), partition(), rotate(), reverse(), random_shuffle();

алгоритмы удаления: unique(), remove();

численные алгоритмы: accumulate(), partial_sum(), inner_product(), adjacent_difference();

алгоритмы генерации и изменения последовательности: generate(), fill(), transform(), copy(), for_each();

алгоритмы сравнения: equal(), min(), max().

В число параметров этих обобщенных алгоритмов входит итераторная пара, задающая диапазон элементов вектора, к которым применяется алгоритм. Скажем, чтобы упорядочить все элементы некоторого вектора ivec, достаточно написать следующее:

sort ( ivec.begin(), ivec.end() );

Чтобы применить алгоритм sort() только к первой половине вектора, мы напишем:

sort ( ivec.begin(), ivec.begin() + ivec.size()/2 );

Роль итераторной пары может играть и пара указателей на элементы встроенного массива. Пусть, например, нам дан массив:

int ia[7] = { 10, 7, 9, 5, 3, 7, 1 };

Упорядочить весь массив можно вызовом алгоритма sort():

sort ( ia, ia+7 );

Так можно упорядочить первые четыре элемента:

sort ( ia, ia+4 );

Для использования алгоритмов в программу необходимо включить заголовочный файл

#include <algorithm>

Ниже приведен пример программы, использующей разнообразные алгоритмы в применении к объекту типа vector: