Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования

Подождите немного. Документ загружается.

cout<<y«", ";

cout«x«\n' ;

}

void vector::assign(int mx, int my, int mz)

{ x=mx; y=my; z=mz;}

//Основная программа

void main(void)

{ vector a, b, c;

a.assign

(1,

2, 3);

b.assign(10,

10, 10);

a.show();

b.show

();

c=a+b;//Работают перегруженные операции +, =

с.

show

()

;

c=a+b+c;

с.show;

c=b=a;

с.show;

b.show;

}

В результате выполнения программы на экране получим:

I, 2, 3

10,

10, 10

II,

12, 13

22,

24, 26

2, 3

Здесь естествен вопрос: почему бинарные операции-функции

и = имеют в описании только по одному аргументу? Дело в том,

что другой аргумент всегда передается неявно с использованием

this-указателя. Оператор temp.x=x+t .x; аналогичен строке

temp.x=this->x+t.x, т.е. х ссылается на this->x. Здесь this ас-

социируется с объектом, предшествующим знаку операции. Объект

справа от знака операции передается как параметр функции.

Если аналогичным образом определять унарные операции как

функции-члены класса, то для них не требуется указания пара-

метра. Объект, к которому относится операция, передается в фун-

кцию неявно через указатель this. Например, для класса vector

можно добавить объявление унарной постфиксной операции ++:

vector operator++(void);

Описание этой функции будет следующим:

vector vector::operator++(void)

{ x++;

260

у++;

х++;

return *this;

}

Упражнения

Определить класс Line, содержащий в качестве полей дан-

ных координаты начала и конца линии, а также содержащий ме-

тоды для чтения и установки координат.

Определить класс

DAY,

содержащий в себе перечислимый

тип, определяющий день недели (Monday, Tuesday, Wednesday,

Thursday, Friday, Saturday, Sunday), а также методы для установ-

ки,

чтения и показа на экране информации о том, какой день

недели находится в данном объекте. При вызове из объекта метода

показа на экран должны выводиться название дня недели и справка

о том, рабочий он или выходной.

Опишите любой базовый и производный от него классы так,

чтобы при срабатывании в них конструкторов и деструкторов на

экран выдавались соответствующие надписи типа «Сработал та-

кой-то метод из такого-то класса».

Определите класс integer, хранящий в поле данных целое чис-

ло.

Перегрузите одноместную операцию

для этого класса, выводя-

щую в зависимости от знака (+ или —) этого числа результат 0 (отри-

цательный) или

(положительный). Перегрузите также двухместную

операцию + так, чтобы при сложении объекта с целым числом значе-

ния поля данных увеличивалось на это число, а при сложении объек-

та с другим объектом этого же класса поле данных уменьшалось.

Используя средства ООП в Си++, выполните упражнения,

приведенные в конце разд. 3.23.

4.15. Форматированный ввод-вывод в Си++

Для организации ввода-вывода в Си++ можно использовать

средства языка Си (conio. h). Однако в Си++ существует стан-

дартная библиотека классов, ориентированная на организацию

потокового ввода-вывода. Классы ввода-вывода образуют иерар-

хию по принципу наследования. Базовым в этой иерархии явля-

ется класс ios (исключение составляют лишь классы буфери-

зированных потоков). В классе ios объединены базовые данные

и методы для ввода-вывода. Прямыми потомками класса ios

являются классы istream и ostream. Класс istream

—

это класс

входных потоков; ostream

—

класс выходных потоков. Потом-

ком этих двух классов является iostream — класс двунаправ-

ленных потоков ввода-вывода. С этим классом мы уже много раз

261

имели дело, подключая его к программам с помощью головно-

го файла iostream.h.

Объект cout принадлежит к классу ostream и представляет

собой поток вывода, связанный с дисплеем. Объект cin принад-

лежит классу istream и является потоком ввода, связанным с

клавиатурой. Оба эти объекта наследуются классом iostream.

Знак << обозначает перегруженную операцию вставки симво-

лов в поток вывода cout, a >> — знак операции извлечения из

потока ввода cin.

Для организации форматированного потокового ввода-вывода

в Си++ существуют два средства:

• применение функций-членов класса ios для управления фла-

гами форматирования;

• применение функций-манипуляторов.

Управление флагами форматирования. Флаги форматирования

—

двоичные коды, управляющие форматом выводимых значений. В

заголовочном файле iostream. h определено следующее перечис-

ление, задающее флаги форматирования:

enum{

skipws = 0x0001 отбрасывание пробелов

left = 0x0002 выравнивание по левому краю

поля

right = 0x0004 выравнивание по правому краю

поля

заполнение пустых позиций

выдача в десятичном виде

выдача в восьмеричном виде

выдача в шестнадцатеричном виде

выдача основания сист.

счисления

выдача позиции точки

выдача в формате хх.хххх Ехх

выдача знака у положит. числа

выдача в форме с плавающ.

точкой

выдача в форме с фиксир. точкой

улучшенная выдача

освобождение потока

Фактически в этом списке содержатся имена констант, опре-

деляющие флаги соответствующих назначений. Коду формата со-

ответствует целый тип long.

Изменить состояние флагов формата можно с помощью функ-

ции-члена класса ios, имеющей прототип

long setf(long flags)

internal

dec

oct

hex

showbase

showpoint

uppercase

showpos

scientific

fixed

unibuf

stdio

};

0x0008

0x0010

0x0020

0x0040

0x0080

0x0100

0x0200

0x0400

0x0800

0x1000

0x2000

0x4000

262

Например, чтобы установить флаг showbase в активный ре-

жим (включить) применительно к стандартному потоку вывода

cout, используется оператор

cout.setf(ios::showbase);

Для установки флагов можно использовать побитовые опера-

ции. Например:

cout.setf(ios::left|ios::hex);

В результате включатся одновременно флаги, управляющие

выравниванием по левому краю и выводом целых значений в ше-

стнадцатеричной системе.

Для выключения используется функция

unsetf(long flags);

Например, для отмены вывода основания системы счисления

используется оператор:

cout.unsetf(ios::showbase);

Вот еще некоторые функции-члены класса ios:

long flags (void) - возвращает текущее состояние флагов;

int width (int len) — возвращает текущую ширину поля

вывода и устанавливает значение ширины, равное len;

char fill (char ch)

—

возвращает текущий символ заполне-

ния и устанавливает новый символ заполнения ch;

int precision (int num) — возвращает текущее число деся-

тичных знаков после точки и устанавливает значение этого пара-

метра равным num.

Пример 1. Следующая программа иллюстрирует применение

рассмотренного способа управления форматным выводом.

#include <iostream.h>

void main(void)

{

long fl;

fl=cout.flags

();

cout«"McxoflHoe состояние

флагов:

"<<fl«"\n";

//Выведется целое число — код флагов,

//установленных по умолчанию

cout.set(ios::shoupos) ;

cout.

set(ios:

scientific) ;

cout«123«" "<<1.2345678«"\n";

//Выведется:

//+123 +1.23456e+00

cout.set(ios::hex|ios::showbase) ;

cout.unsetf(ios::showpos);

263

cout.width(15);

cout.precision(10);

cout«123«"

«123.456«" "1.2345678«"\n";

//Выведется:

//0x7B

1.23456e+02

1.2345678e+00

cout«"HoBoe состояние

флагов:

"«cout.

flags ()

<<"\n";

//Выведется:

//Новое состояние флагов:0х28С1

cout.flags(fl);//Возврат к исходному состоянию

сои^<"После восстановления исходных флагов:\п";

cout«123«" "<<123.456«1.2345678«"\п";

//Выведется:

//После восстановления исходных флагов:

//123 123.456

1.234567

}

Использование манипуляторов. Для управления форматами по-

токового вывода можно использовать специальные функции, на-

зываемые манипуляторами. Доступ в программе к стандартным

манипуляторам можно получить, подключив файл iomanip.h.

Список стандартных манипуляторов:

dec Десятичный формат

endl Вывод "\п" и освобождение

буфера

ends Вывод NULL

flush Освободить поток

hex Шестнадцатеричный формат

числа

resetiosflags (long f) Отключить флаги,

определенные f

setbase(int base) Установить основание системы

счисления

Установить символ заполнения

Включить флаги, указанные f

Установить р цифр в дробной

части

Установить ширину поля

выдачи

ws Режим пропуска символов

пробела

Пример

следующей программе вычисляется и выводится на

экран таблица значений функций sinx

cosx на п шагах в интерва-

ле от 0 до

р.

Для форматирования таблицы результатов использу-

ются манипуляторы.

setfill(char ch)

setiosflags(long

setprecision(int

setw(int w)

264

#includ.e <iostream.h>

#include <math.h>

finclude <iomanip.h>

void main()

{ double a,b,x;

int

n=20;

a=0;

b=4*atan

(1.);

cout«"

x sin

(x)

cos

(x)

"«endl;

cout«"-

______

- "«endl;

for(x=a;x<=b;x=x+(b—a)/n)

cout<<setprecision

(4)

«setw(lO) <<x«" "

<<setprecision

(4)

«setw(lO) «sin

(x)

«" "

<<setprecision

(4)

<<setw

(10)

«cos

(x)

«endl;

}

Начальная часть таблицы, выводимой

по

этой программе,

имеет вид:

х sin

(x)

cos(x)

0 0 1

0.1571 0.1564 0.9877

0.3142 0.309 0.9511

0.4712 0.454 0.891

0.6283 0.5878 0.809

0.7854 0.7071 0.7071

Под каждое число выделяется по

позиций на

экране.

По

умол-

чанию число занимает крайнюю правую позицию в отведенном

под него поле. Оставшиеся слева позиции занимает символ-запол-

нитель. По умолчанию символом-заполнителем является пробел.

Однако с помощью манипулятора setf ill () его можно заменить.

Если в крайних правых позициях оказываются нули, то они не

выводятся.

Действие манипулятора распространяется только на зна-

чение, непосредственно следующее за ним в потоке вывода.

ГЛАВА 5. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ

5Л.

Основные понятия структурного программирования

Прошло

уже

более полувека со времени появления первой ЭВМ.

Все это время вычислительная техника бурно развивалась. Меня-

лась элементная база ЭВМ, росли быстродействие, объем памя-

ти,

менялись средства взаимодействия человека с машиной. Бе-

зусловно, эти изменения сказывались самым непосредственным

образом на работе программиста. Определенный общепринятый

способ производства чего-либо (в данном случае — программ)

называют технологией. Далее мы будем говорить о

технологии

про-

граммирования.

На первых ЭВМ с «тесной» памятью и небольшим быстродей-

ствием основным показателем качества программы была ее эко-

номичность по занимаемой памяти и времени счета. Чем програм-

ма получалась короче, тем класс программиста считался выше.

Такое сокращение программы часто давалось большими усилия-

ми.

Иногда программа получалась настолько «хитрой», что могла

«перехитрить» самого автора. Возвращаясь через некоторое время

к собственной программе, желая что-то изменить, программист

мог запутаться в ней, забыв свою «гениальную идею».

Так как вероятность выхода из строя сложного технического

устройства больше, чем простого, очень сложный алгоритм все-

гда увеличивает вероятность ошибки в программе.

В процессе изготовления программного продукта программист

должен пройти определенные этапы.

Проектирование

Кодирование

Отладка

На стадии проектирования строится алгоритм будущей про-

граммы, например, в виде блок-схемы. Кодирование

—

это со-

ставление текста программы на языке программирования. Отладка

осуществляется с помощью тестов, т.е. программа выполняется

с некоторым заранее продуманным набором исходных данных,

для которого известен результат. Чем сложнее программа, тем

большее число тестов требуется для ее проверки. Очень «хитрую»

программу трудно протестировать исчерпывающим образом. Все-

гда есть шанс, что какой-то «подводный камень» остался неза-

меченным.

266

С ростом памяти и быстродействия ЭВМ, с совершенствова-

нием языков программирования и трансляторов с этих языков

проблема экономичности программы становится менее острой. Все

более важной качественной характеристикой программ становит-

ся их простота, наглядность, надежность. С появлением машин

третьего поколения эти качества стали основными.

В конце 60-х

—

начале 70-х гг. XX столетия вырабатывается дис-

циплина, которая получила название структурного программиро-

вания. Ее появление и развитие связаны с именами Э.В. Дейкст-

ры,

Х.Д. Милса, Д. Е. Кнута и других ученых. Структурное про-

граммирование до настоящего времени остается основой

технологии программирования. Соблюдение его принципов по-

зволяет программисту быстро научиться писать ясные, безоши-

бочные, надежные программы.

В основе структурного программирования лежит теорема, ко-

торая была строго доказана в теории программирования. Суть ее

в том, что алгоритм для решения любой логической задачи можно

составить только из структур «следование, ветвление, цикл». Их

называют базовыми алгоритмическими структурами. Из преды-

дущих разделов учебника вы уже знакомы с этими структурами.

По сути дела, мы и раньше во всех рассматриваемых примерах

программ придерживались принципов структурного программи-

рования.

Следование

—

это линейная последовательность действий:

Серия Серия 2 Серия N

Каждый блок может содержать в себе как простую команду,

так и сложную структуру, но обязательно должен иметь один

вход и один выход.

Ветвление — алгоритмическая альтернатива. Управление пе-

редается одному из двух блоков в зависимости от истинности

или ложности условия. Затем происходит выход на общее про-

должение:

Да

Серия 1

<^Услови|>-

Нст

Серия 2

если условие

то серия 1

иначе серия 2

267

Неполная форма ветвления имеет место, когда на ветви «нет»

пусто:

если условие

то серия 1

иначе

кв

Цикл

—

повторение некоторой группы действий по условию.

Различаются два типа цикла. Первый — цикл с предусловием

(цикл-пока):

пока условие

повторять

нц

серия

кц

Пока условие истинно, выполняется серия, образующая тело

цикла.

Второй тип циклической структуры — цикл с постусловием

(цикл-до):

повторять

серия

до условие

Здесь тело цикла предшествует условию цикла. Тело цикла по-

вторяет свое выполнение, если условие ложно. Повторение кон-

чается, когда условие станет истинным.

Теоретически необходимым

достаточным является лишь пер-

вый тип цикла

—

цикл с предусловием. Любой циклический алго-

268

ритм можно построить с его помощью. Это более общий вариант

цикла, чем цикл-до. В самом деле, тело цикла-до хотя бы один раз

обязательно выполнится, так как проверка условия происходит

после завершения его выполнения. А для цикла-пока возможен

такой вариант, когда тело цикла не выполнится ни разу. Поэтому

в любом языке программирования можно было бы ограничиться

только циклом-пока. Однако в ряде случаев применение цикла-до

оказывается более удобным, и поэтому он используется.

Иногда в литературе структурное программирование называют

программированием без GOTO. Действительно, при таком подходе

нет места безусловному переходу. Неоправданное использование

в программах оператора GOTO лишает ее структурности, а значит,

всех связанных с этим положительных свойств: прозрачности и

надежности алгоритма. Хотя во всех процедурных языках програм-

мирования этот оператор присутствует, однако, придерживаясь

структурного подхода, его употребления следует избегать.

Сложный алгоритм состоит из соединенных между собой базо-

вых структур. Соединяться эти структуры могут двумя способами:

последовательным и вложенным. Эта ситуация аналогична тому,

что мы наблюдаем в электротехнике, где любая сколь угодно слож-

ная электрическая цепь может быть разложена на последователь-

но и параллельно соединенные участки.

Вложенные алгоритмические структуры не являются аналогом

параллельно соединенных проводников. Здесь больше подходит ана-

логия с матрешками, помещенными друг в друга. Если блок, со-

ставляющий тело цикла, сам является циклической структурой,

то,

значит, имеют место вложенные циклы. В свою очередь, внут-

ренний цикл может иметь внутри себя еще один цикл и т.д. В связи

с этим вводится представление о

глубине вложенности

циклов. Точ-

но так же и ветвления могут быть вложенными друг в друга.

Структурный подход требует соблюдения стандарта в изоб-

ражении блок-схем алгоритмов. Чертить их нужно так, как это

делалось во всех приведенных примерах. Каждая базовая струк-

тура должна иметь один вход и один выход. Нестандартно изоб-

раженная блок-схема плохо читается, теряется наглядность ал-

горитма. Вот несколько примеров структурных блок-схем алго-

ритмов (рис. 47).

Такие блок-схемы легко читаются. Их структура хорошо воспри-

нимается зрительно. Структуре каждого алгоритма можно дать на-

звание. У приведенных на рис. 47 блок-схем следующие названия:

Вложенные ветвления. Глубина вложенности равна единице.

Цикл с вложенным ветвлением.

Вложенные циклы-пока. Глубина вложенности

—

единица.

Ветвление с вложенной последовательностью ветвлений на

положительной ветви и с вложенным циклом-пока на отрица-

тельной ветви.

269