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

Помимо этих пяти членов, нам понадобятся еще два. Рассмотрим следующий запрос:

fiery || untamed

OrQuery

NameQuery( "fiery" )

Наша цель – представить его в виде следующего объекта OrQuery:

NameQuery( "untamed" )

Однако порядок обработки такого запроса вызывает некоторые проблемы. Когда мы определяем объект NameQuery, объект OrQuery , к которому его надо добавить, еще не определен. Поэтому необходимо место, где можно временно сохранить объект

NameQuery.

Чтобы сохранить что-либо для последующего использования, традиционно применяется стек. Поместим туда наш объект NameQuery. А когда позже встретим оператор ИЛИ (объект OrQuery), то достанем NameQuery из стека и присоединим его к OrQuery в качестве левого операнда.

Объект OrQuery неполон: в нем не хватает правого операнда. До тех пор пока этот операнд не будет построен, работу с данным объектом придется прекратить.

Его можно поместить в тот же самый стек, что и NameQuery. Однако OrQuery представляет другое состояние обработки запроса: это неполный оператор. Поэтому мы определим два стека: _query_stack для хранения объектов, представляющих сконструированные операнды составного запроса (туда мы помещаем объект NameQuery), а второй для хранения неполных операторов с отсутствующим правым операндом. Второй стек можно трактовать как место для хранения текущей операции, подлежащей завершению, поэтому назовем его _current_op. Сюда мы и поместим объект OrQuery. После того как второй объект NameQuery будет определен, мы достанем объект OrQuery из стека _current_op и добавим к нему NameQuery в качестве правого операнда. Теперь объект OrQuery завершен и мы можем поместить его в стек _query_stack.

Если обработка запроса завершилась нормально, то стек _current_op пуст, а в стеке _query_stack содержится единственный объект, который и представляет весь пользовательский запрос. В нашем случае это объект класса OrQuery.

Рассмотрим несколько примеров. Первый из них – простой запрос типа NotQuery:

! daddy

Ниже показана трассировка его обработки. Финальным объектом в стеке _query_stack является объект класса NotQuery:

evalNot() : incomplete!

push on _current_op ( size == 1 ) evalWord() : daddy

pop _current_op : NotQuery

add operand: WordQuery : NotQuery complete!

push NotQuery on _query_stack

Текст, расположенный с отступом под функциями eval, показывает, как выполняется операция.

Во втором примере – составном запросе типа OrQuery – встречаются оба случая. Здесь же иллюстрируется помещение полного оператора в стек _query_stack:

==> fiery || untamed || shyly

evalWord() : fiery

push word on _query_stack evalOr() : incomplete!

pop _query_stack : fiery

add operand : WordQuery : OrQuery incomplete! push OrQuery on _current_op ( size == 1 )

evalWord() : untamed

pop _current_op : OrQuery

add operand : WordQuery : OrQuery complete! push OrQuery on _query_stack

evalOr() : incomplete!

pop _query_stack : OrQuery

add operand : OrQuery : OrQuery incomplete! push OrQuery on _current_op ( size == 1 )

evalWord() : shyly

pop _current_op : OrQuery

add operand : WordQuery : OrQuery complete! push OrQuery on _query_stack

В последнем примере рассматривается составной запрос и применение скобок для изменения порядка вычислений:

==> fiery && ( bird || untamed )

evalWord() : fiery

push word on _query_stack evalAnd() : incomplete!

pop _query_stack : fiery

add operand : WordQuery : AndQuery incomplete! push AndQuery on _current_op ( size == 1 )

evalWord() : bird

_paren is set to 1

push word on _query_stack evalOr() : incomplete!

pop _query_stack : bird

add operand : WordQuery : OrQuery incomplete! push OrQuery on _current_op ( size == 2 )

evalWord() : untamed

pop _current_op : OrQuery

add operand : WordQuery : OrQuery complete! push OrQuery on _query_stack

evalRParen() :

_paren: 0 _current_op.size(): 1 pop _query_stack : OrQuery

pop _current_op : AndQuery

add operand : OrQuery : AndQuery complete! push AndQuery on _query_stack

Реализация системы текстового поиска состоит из трех компонентов:

∙класс TextQuery, где производится обработка текста (подробно он рассматривался в разделе 16.4). Для него нет производных классов;

∙объектно-ориентированная иерархия Query для представления и обработки различных типов запросов;

∙класс UserQuery, с помощью которого представлен конечный автомат для построения иерархии Query.

До настоящего момента мы реализовали эти три компонента практически независимо друг от друга и без каких бы то ни было конфликтов. Но, к сожалению, иерархия классов Query не поддерживает требований к конструированию объектов, предъявляемых реализацией UserQuery:

∙классы AndQuery, OrQuery и NotQuery требуют, чтобы каждый операнд присутствовал в момент определения объекта. Однако принятая нами схема обработки подразумевает наличие неполных объектов;

∙наша схема предполагает отложенное добавление операнда к объектам AndQuery, OrQuery и NotQuery. Более того, такая операция должна быть виртуальной. Операнд приходится добавлять через указатель типа Query*, находящийся в стеке _current_op. Однако способ добавления операнда зависит от типа: для унарных (NotQuery) и бинарных (AndQuery и OrQuery) операций он различен. Наша иерархия классов Query подобные операции не поддерживает.

Оказалось, что анализ предметной области был неполон, в результате чего разработанный интерфейс не согласуется с конкретной реализацией проекта. Нельзя сказать, что анализ был неправильным, он просто неполон. Эта проблема связана с тем, что этапы анализа, проектирования и реализации отделены друг от друга и не допускают обратной связи и пересмотра. Но хотя мы не можем все продумать и все предвидеть, необходимо отличать неизбежные неправильные шаги от ошибок, обусловленных собственной невнимательностью или нехваткой времени.

В таком случае мы должны либо сами модифицировать иерархию классов Query, либо договориться, чтобы это сделали за нас. В данной ситуации мы, как авторы всей системы, сами изменим код, модифицировав конструкторы подтипов и включив виртуальную функцию-член add_op() для добавления операндов после определения оператора (мы покажем, как она применяется, чуть ниже, при рассмотрении функций evalRParen() и evalWord()).

17.7.1. Определение класса UserQuery

Объект класса UserQuery можно инициализировать указателем на вектор строк, представляющий запрос пользователя, или передать ему адрес этого вектора позже, с помощью функции-члена query(). Это позволяет использовать один объект для нескольких запросов. Фактическое построение иерархии классов Query выполняется функцией eval_query():

// определить объект, не имея запроса пользователя

UserQuery user_query;

string text; vector<string> query_text;

// обработать запросы пользователя do {

while( cin >> text ) query_text.push_back( text );

//передать запрос объекту UserQuery user_query.query( &query_text );

//вычислить результат запроса и вернуть

//корень иерархии Query*

Query *query = user_query.eval_query();

}

while ( /* пользователь продолжает формулировать запросы */ );

Вот определение нашего класса UserQuery:

#ifndef USER_QUERY_H #define USER_QUERY_H

#include <string> #include <vector> #include <map> #include <stack>

#include "Query.h"

class UserQuery { public:

UserQuery( vector< string,allocator > *pquery = 0 )

:_query( pquery ), _eval( 0 ), _paren( 0 ) {}

static void word_map( map<string,loc*,less<string>,allocator> *pwm ) {

if ( !_word_map ) _word_map = pwm;

}

private:

enum QueryType { WORD = 1, AND, OR, NOT, RPAREN, LPAREN };

QueryType evalQueryString( const string &query );

vector<string> *_query;

stack<Query*, vector<Query*> > _query_stack; stack<Query*, vector<Query*> > _current_op;

static short _lparenOn, _rparenOn;

static map<string,loc*,less<string>,allocator> *_word_map;

};

#endif

Обратите внимание, что два объявленных нами стека содержат указатели на объекты типа Query, а не сами объекты. Хотя правильное поведение обеспечивается обеими реализациями, хранение объектов значительно менее эффективно, поскольку каждый объект (и его операнды) должен быть почленно скопирован в стек (напомним, что операнды копируются виртуальной функцией clone()) только для того, чтобы вскоре быть уничтоженным. Если мы не собираемся модифицировать объекты, помещаемые в контейнер, то хранение указателей на них намного эффективнее.

Ниже показаны реализации различных встроенных операций eval. Операции evalAnd() и evalOr() выполняют следующие шаги. Сначала объект извлекается из стека

_query_stack (напомним, что для класса stack, определенного в стандартной библиотеке, это требует двух операций: top() для получения элемента и pop() для удаления его из стека). Затем из хипа выделяется память для объекта класса AndQuery или OrQuery, и указатель на него передается объекту, извлеченному из стека. Каждая операция передает объекту AndQuery или OrQuery счетчики левых или правых скобок, необходимые ему для вывода своего содержимого. И наконец неполный оператор

inline void UserQuery:: evalAnd()

{

Query *pop = _query_stack.top(); _query_stack.pop(); AndQuery *pq = new AndQuery( pop );

if ( _lparenOn )

{pq->lparen( _lparenOn ); _lparenOn = 0; } if ( _rparenOn )

{pq->rparen( _rparenOn ); _rparenOn = 0; }

_current_op.push( pq );

}

inline void UserQuery:: evalOr()

{

Query *pop = _query_stack.top(); _query_stack.pop(); OrQuery *pq = new OrQuery( pop );

if ( _lparenOn )

{ pq->lparen( _lparenOn ); _lparenOn = 0; }

if ( _rparenOn )

{pq->rparen( _rparenOn ); _rparenOn = 0; } _current_op.push( pq );

помещается в стек _current_op:

}

Операция evalNot() работает следующим образом. В хипе создается новый объект класса NotQuery, которому передаются счетчики левых и правых скобок для правильного

inline void UserQuery:: evalNot()

{

NotQuery *pq = new NotQuery;

if ( _lparenOn )

{pq->lparen( _lparenOn ); _lparenOn = 0; } if ( _rparenOn )

{pq->rparen( _rparenOn ); _rparenOn = 0; }

_current_op.push( pq );

отображения содержимого. Затем неполный оператор помещается в стек _current_op:

}

При обнаружении закрывающей скобки вызывается операция evalRParen(). Если число активных левых скобок больше числа элементов в стеке _current_op, то ничего не происходит. В противном случае выполняются следующие действия. Из стека _query_stack извлекается текущий еще не присоединенный к оператору операнд, а из стека _current_op – текущий неполный оператор. Вызывается виртуальная функция add_op() класса Query, которая их объединяет. И наконец полный оператор помещается

inline void UserQuery:: evalRParen()

{

if ( _paren < _current_op.size() )

{

Query *poperand = _query_stack.top(); _query_stack.pop();

Query *pop = _current_op.top(); _current_op.pop(); pop->add_op( poperand ); _query_stack.push( pop );

}

в стек _query_stack:

}

Операция evalWord() выполняет следующие действия. Она ищет указанное слово в отображении _word_map взятых из файла слов на векторы позиций. Если слово найдено,

берется его вектор позиций и в хипе посредством конструктора с двумя параметрами создается новый объект NameQuery. В противном случае объект порождается с помощью конструктора с одним параметром. Если число элементов в стеке _current_op меньше либо равно числу встреченных ранее скобок, то нет неполного оператора, ожидающего операнда типа NameQuery, поэтому новый объект помещается в стек _query_stack. Иначе из стека _current_op извлекается неполный оператор, к которому с помощью виртуальной функции add_op() присоединяется операнд NameQuery, после чего ставший полным оператор помещается в стек _query_stack:

inline void UserQuery::

evalWord( const string &query )

{

NameQuery *pq; loc *ploc;

if ( ! _word_map->count( query )) pq = new NameQuery( query ); else {

ploc = ( *_word_map )[ query ]; pq = new NameQuery( query, *ploc );

}

if ( _current_op.size() <= _paren ) _query_stack.push( pq );

else {

Query *pop = _current_op.top(); _current_op.pop(); pop->add_op( pq ); _query_stack.push( pop );

}

}

Упражнение 17.21

Напишите деструктор, копирующий конструктор и копирующий оператор присваивания для класса UserQuery.

Упражнение 17.22

Напишите функции print() для класса UserQuery. Обоснуйте свой выбор того, что она выводит.

17.8. Соберем все вместе

Функция main() для нашего приложения текстового поиска выглядит следующим

#include "TextQuery.h"

int main()

{

TextQuery tq;

tq.build_up_text(); tq.query_text();

образом:

}

Функция-член build_text_map() – это не что иное, как переименованная функция doit() из раздела 6.14:

inline void TextQuery:: build_text_map()

{

retrieve_text(); separate_words(); filter_text(); suffix_text(); strip_caps(); build_word_map();

}

Функция-член query_text() заменяет одноименную функцию из раздела 6.14. В

первоначальной реализации в ее обязанности входили прием запроса от пользователя и вывод ответа. Мы решили сохранить за query_text() эти задачи, но реализовать ее по- другому19:

19 Полный текст программы можно найти на FTP-сайте издательства AddisonWesley по адресу, указанному на задней стороне обложки.

*text: содержит все слова запроса

*query_text: вектор для хранения пользовательского запроса

*caps: фильтр для поддержки преобразования

*прописных букв в строчные

*

*user_query: объект UserQuery, в котором инкапсулировано

*собственно вычисление ответа на запрос

*/

string text;

string caps( "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ" ); vector<string, allocator> query_text; UserQuery user_query;

// инициализировать статические члены UserQuery NotQuery::all_locs( text_locations->second ); AndQuery::max_col( &line_cnt ); UserQuery::word_map( word_map );

do {

// удалить предыдущий запрос, если он был query_text.clear();

cout << "Введите запрос. Пожалуйста, разделяйте все его "

<<"элементы пробелами.\n"

<<"Запрос (или весь сеанс) завершается точкой ( . ).\n\n"

<<"==> ";

/*

*прочитать запрос из стандартного ввода,

*преобразовать все заглавные буквы, после чего

*упаковать его в query_text ...

*

*примечание: здесь производятся все действия по

*обработке запроса, связанные собственно с текстом ...

*/

while( cin >> text )

{

if ( text == "." ) break;

string::size_type pos = 0;

while (( pos = text.find_first_of( caps, pos )) != string::npos )

text[pos] = tolower( text[pos] );

query_text.push_back( text );

}

//теперь у нас есть внутреннее представление запроса

//обработаем его ...

if ( ! query_text.empty() )

{

//передать запрос объекту UserQuery user_query.query( &query_text );

//вычислить ответ на запрос

//вернуть иерархию Query*

//подробности см. в разделе 17.7

//query - это член класса TextQuery типа Query* query = user_query.eval_query();

//вычислить иерархию Query,

//реализация описана в разделе 17.7

query->eval();

//вывести ответ с помощью

//функции-члена класса TextQuery display_solution();

//вывести на терминал пользователя дополнительную

//пустую строку

cout << endl;