Мюррей Хилл - C++ Страница 15

Однако применение полей для упаковки нескольких переменных в один байт не обязательно экономит пространство. Оно экономит пространство, занимаемое данными, но объем кода, необходимого для манипуляции этими переменными, на большинстве машин возрастает. Известны программы, которые значительно сжимались, когда двоичные переменные преобразовывались из полей бит в символы! Кроме того, доступ к char или int обычно намного быстрее, чем доступ к полю. Поля – это просто удобная

и краткая запись для применения логических операций с целью извлечения информации из части слова или введения информации в нее.

2.5.2 Объединения

Рассмотрим проектирование символьной таблицы, в которой каждый элемент содержит имя и значение, и значение может быть либо строкой, либо целым:

struct entry (* char* name; char type; char* string_value; // используется если type == 's' int int_value; // используется если type == 'i' *);

void print_entry(entry* p) (* switch p-»type (* case 's': cout «„ p-“string_value; break; case 'i': cout „„ p-“int_value; break; default: cerr «« «испорчен type\n“; break; *) *)

Поскольку string_value и int_value никогда не могут использоваться одновременно, ясно, что пространство пропадает впустую. Это можно легко исправить, указав, что оба они должны быть членами union. Например, так:

struct entry (* char* name; char type; union (* char* string_value; //используется если type == 's' int int_value; //используется если type == 'i' *); *);

Это оставляет всю часть программы, использующую entry, без изменений, но обеспечивает, что при размещении entry string_value и int_value имеют один и тот же адрес. Отсюда следует, что все члены объединения вместе занимают лишь столько памяти, сколько занимает наибольший член.

Использование объединений таким образом, чтобы при чтении значения всегда применялся тот член, с применением которого оно записывалось, совершенно оптимально. Но в больших программах непросто гарантировать, что объединения используются только таким образом, и из-за неправильного использования могут появляться трудно уловимые ошибки. Можно @капсулзировать объединение таким образом, чтобы соответствие между полем типа и типами членов было гарантированно правильным (#5.4.6).

Объединения иногда используют для «объединения и преобразование типа» (это делают главным образом программисты, воспитанные на языках, не обладающих средствами преобразования типов, где жульничество является необходимым). Например, это «преобразует» на VAX'е int в int*, просто предполагая побитовую эквивалентность:

struct fudge (* union (* int i; int* p; *); *);

fudge a; a.i = 4096; int* p = a.p; // плохое использование

Но на самом деле это совсем не преобразование: на некоторых машинах int и int* занимают неодинаковое количество памяти, а на других никакое целое не может иметь нечетный адрес. Такое применение объединений непереносимо, а есть явный способ указать преобразование типа (#3.2.5).

Изредка объединения умышленно применяют, чтобы избежать преобразования типов. Можно, например, использовать fudge, чтобы узнать представление указателя 0:

fudge.p = 0; int i = fudge.i; // i не обязательно должно быть 0

Можно также дать объединению имя, то есть сделать его полноправным типом. Например, fudge можно было бы описать так:

union fudge (* int i; int* p; *);

и использовать (неправильно) в точности как раньше. Имеются также и оправданные применения именованных объединений, см. #5.4.6.

2.6 Упражнения

1. (*1) Заставьте работать программу с «Hello, world» (1.1.1).

2. (*1) Для каждого описания в #2.1 сделайте следующее: Если описание не является определением, напишите для него определение. Если описание является определением, напишите для него описание, которое при этом не является определением.

3. (*1) Напишите описания для: указателя на символ; вектора из 10 целых; ссылки на вектор из 10 целых; указателя на вектор из символьных строк; указателя на указатель на символ; константного целого; указателя на константное целое; и константного указателя на целое. Каждый из них инициализируйте.

4. (*1.5) Напишите программу, которая печатает размеры основных и указательных типов. Используйте операцию sizeof.

5. (*1.5) Напишите программу, которая печатает буквы 'a'...'z' и цифры '0'...'9' и их числовые значения. Сделайте то же для остальных печатаемых символов. Сделайте то же, но используя шестнадцатиричную запись.

6. (*1) Напечатайте набор битов, которым представляется указатель 0 на вашей системе. Подсказка: #2.5.2.

7. (*1.5) Напишите функцию, печатающую порядок и мантиссу параметра типа double.

8. (*2) Каковы наибольшие и наименьшие значения, на вшей системе, следующих типов: char, short, int, long, float, double, unsigned, char*, int* и void*? Имеются ли дополнительные ограничения на принимаемые ими значения? Может ли, например, int* принимать нечетное значение? Как выравниваются в памяти объекты этих типов? Может ли, например, int иметь нечетный адрес?

9. (*1) Какое самое длинное локальное имя можно использовать в С++ программе в вашей системе? Какое самое длинное внешнее имя можно использовать в С++ программе в вашей системе? Есть ли какие-нибудь ограничения на символы, которые моно употреблять в имени?

10. (*2) Определите one следующим образом:

const one = 1;

Попытайтесь поменять значение one на 2. Определите num следующим образом:

const num[] = (* 1, 2 *);

Попытайтесь поменять значение num[1] на 2.

11. (*1) Напишите функцию, переставляющую два целых (меняющую значения). Используйте в качестве типа параметра int*. Напишите другую переставляющую функцию, использующую в качестве типа параметра int amp;.

12. (*1) Каков размер вектора str в следующем примере:

char str[] = «a short string»;

Какова длина строки «a short string»?

13. (*1.5) Определите таблицу названий месяцев года и числа дней в них. Выведите ее. Сделайте это два раза: один раз используя вектор для названий и вектор для числа дней, и один раз используя вектор структур, в каждой из которых хранится название месяца и число дней в нем.

14. (*1) С помощью typedef определите типы: беззнаковый char, константный беззнаковый char, указатель на целое, указатель на указатель на char, указатель на вектора символов, вектор из 7 целых указателей, указатель на вектор из 7 целых указателей, и вектор из 8 векторов из 7 целых указателей.

Глава 3 Выражения и Операторы

С другой стороны, мы не можем игнорировать эффективность

С++ имеет небольшой, но гибкий набор различных видов операторов для контроля потока управления в программе и богатый набор операций для манипуляции данными. С наиболее общепринятыми средствами вас познакомит один законченный пример. После него приводится резюмирующий обзор выражений и с довольно подробно описываются явное описание типа и работа со свободной памятью. Потом представлена краткая сводка операций, а в конце обсуждаются стиль выравнивания* и комментарии.

– * Нам неизвестен русскоязычный термин, эквивалентный английскому indentation. Иногда это называется отступами. (прим. перев.)

3.1 Настольный калькулятор

С операторами и выражениями вас познакомит приведенная здесь программа настольного калькулятора, предоставляющего четыре стандартные арифметические операции над числами с плавающей точкой. Пользователь может также определять переменные. Например, если вводится

r=2.5 area=pi*r*r

(pi определено заранее), то программа калькулятора напишет:

2.5 19.635

где 2.5 – результат первой введенной строки, а 19.635 – результат второй.

Калькулятор состоит из четырех основных частей: программы синтаксического разбора (parser'а), функции ввода, таблицы имен и управляющей программы (драйвера). Фактически, это миниатюрный компилятор, в котором программа синтаксического разбора производит синтаксический анализ, функция ввода осуществляет ввод и лексический анализ, в таблице имен хранится долговременная информация, а драйвер распоряжается инициализацией, выводом и обработкой ошибок. Можно было бы многое добавить в этот калькулятор, чтобы сделать его более полезным, но в существующем виде эта программа и так достаточно длинна (200 строк), и большая часть дополнительных возможностей просто увеличит текст программы не давая дополнительного понимания применения С++.

3.1.1 Программа синтаксического разбора

Вот грамматика языка, допускаемого калькулятором:

program: END // END – это конец ввода expr_list END

expr_list: expression PRINT // PRINT – это или '\n' или ';' expression PRINT expr_list

expression: expression + term expression – term term

term: term / primary term * primary primary

primary: NUMBER // число с плавающей точкой в С++ NAME // имя С++ за исключением '_' NAME = expression – primary ( expression )

Другими словами, программа есть последовательность строк. Каждая строка состоит из одного или более выражений, разделенных запятой. Основными элементами выражения являются числа, имена и операции *, /, +, – (унарный и бинарный) и =. Имена не обязательно должны описываться до использования.

Используемый метод обычно называется рекурсивным спуском это популярный и простой нисходящий метод. В таком языке, как С++, в котором вызовы функций относительно дешевы, этот метод к тому же и эффективен. Для каждого правила вывода грамматики имеется функция, вызывающая другие функции. Терминальные символы (например, END, NUMBER, + и -) распознаются лексическим анализатором get_token(), а нетерминальные символы распознаются функциями синтаксического анализа expr(), term() и prim(). Как только оба операнда (под)выражения известны, оно вычисляется; в настоящем компиляторе в этой точке производится генерация кода.