Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Страуструп Бьерн

Token tt = t; // копирование при инициализации

if (tt.kind != t.kind) error("невозможно!");

t = t2; // присваивание

cout << t.value; // вывод числа 3.14

Имея класс

Token

, можно выразить выражение

(1.5+4)*11

с помощью семи лексем.

Обратите внимание на то, что для простых лексем значение не требуется, поэтому мы не используем член

value

.

Нам нужен символ для обозначения чисел. Мы выбрали символ

'8'

просто потому, что он явно не оператор и не знак пунктуации. Использование символа

'8'

для обозначения чисел немного загадочно, но это лишь на первых порах.

Класс

Token

представляет пример типа, определенного пользователем. Тип, определенный пользователем, может иметь функции-члены (операции), а также данные члены. Существует много причин для определения функций-членов. В данном примере мы описали две функции-члена для того, чтобы инициализация объекта класса

Token

стала проще.

class Token {

public:

char kind; // вид лексемы

double value; // для чисел: значение

Token(char ch) // создает объект класса Token

// из переменной типа char

:kind(ch), value(0) { }

Token(char ch, double val) // создает объект класса Token

:kind(ch), value(val) { } // из переменных типа

// char и double

};

Эти две функции-члена называют конструкторами (constructors). Их имя совпадает с именем типа, и они используются для инициализации (конструирования) объектов класса

Token

. Рассмотрим пример.

Token t1('+'); // инициализируем t1, так что t1.kind = '+'

Token t2('8',11.5); // инициализируем t2,

// так что t2.kind = '8' и t2.value = 11.5

В первом конструкторе фрагмент

:kind(ch)

,

value(0)

означает “инициализировать член kind значением переменной

ch

и установить член

value

равным нулю”. Во втором конструкторе фрагмент

:kind(ch)

,

value(val)

означает “инициализировать член

kind

значением переменной

ch

и установить член

value

равным переменной val”. В обоих вариантах нам требуется лишь создать объект класса

Token

, поэтому тело функции ничего не содержит:

{ }

. Специальный синтаксис инициализации (список инициализации членов класса) начинается с двоеточия и используется только в конструкторах.

Обратите внимание на то, что конструктор не возвращает никаких значений, потому что в конструкторе это не предусмотрено. (Подробности изложены в разделах 9.4.2 и 9.7.)

6.3.4. Использование лексем

Итак, похоже, что мы можем завершить нашу программу, имитирующую калькулятор! Однако следует уделить немного времени для планирования. Как использовать класс

Token

в калькуляторе?

Можно считать входную информацию в вектор объектов

Token

.

Token get_token; // считывает объекты класса Token из потока cin

vector<Token> tok; // здесь храним объекты класса Token

int main

{

while (cin) {

Token t = get_token;

tok.push_back(t);

}

// ...

}

Теперь

можно сначала считать выражение, а вычислить его позднее. Например, для выражения

11*12

получим следующие лексемы:

Эти лексемы можно использовать для поиска операции умножения и ее операндов. Это облегчает выполнение умножения, поскольку числа

11

и

12

хранятся как числовые значения, а не как строки.

Рассмотрим теперь более сложные выражения. Выражение

1+2*3

состоит из пяти объектов класса

Token

.

Теперь операцию умножения можно выполнить с помощью простого цикла.

for (int i = 0; i<tok.size; ++i) {

if (tok[i].kind=='*') { // мы нашли умножение!

double d = tok[i–1].value*tok[i+1].value;

// и что теперь?

}

}

Да, и что теперь? Что делать с произведением

d

? Как определить порядок выполнения частичных выражений? Хорошо, символ

+

предшествует символу

*

, поэтому мы не можем выполнить операции просто слева направо. Можно попытаться выполнить их справа налево! Этот подход сработает для выражения

1+2*3

, но не для выражения

1*2+3

. Рассмотрим выражение

1+2*3+4

. Это пример “внутренних вычислений”:

1+(2*3)+4

. А как обработать скобки? Похоже, мы зашли в тупик. Теперь необходимо вернуться назад, прекратить на время программировать и подумать о том, как считывается и интерпретируется входная строка и как вычисляется арифметическое выражение.

Первая попытка решить эту задачу (написать программу-калькулятор) оказалась относительно удачной. Это нетипично для первого приближения, которое играет важную роль для понимания задачи. В данном случае это даже позволило нам ввести полезное понятие лексемы, которое представляет собой частный случай широко распространенного понятия пары (имя, значение). Тем не менее всегда следует помнить, что “стихийное” программирование не должно занимать слишком много времени. Необходимо программировать как можно меньше, пока не будет завершен этап анализа (понимание задачи) и проектирования (выявление общей структуры решения).

ПОПРОБУЙТЕ

С другой стороны, почему невозможно найти простое решение этой задачи? Ведь она не выглядит слишком сложной. Такая попытка позволит глубже понять задачу и ее решение. Сразу же определите, что следует сделать. Например, проанализируйте строку

12.5+2

. Ее можно разбить на лексемы, понять, что выражение простое, и вычислить ответ. Это может оказаться несколько запутанным, но прямым решением, поэтому, возможно, следовало бы идти в этом направлении! Определите, что следует сделать, если строка содержит операции

+

и

*

в выражении

2+3*4

? Его также можно вычислить с помощью “грубой силы”. А что делать с более сложным выражением, например

1+2*3/4%5+(6–7*(8))

? И как выявлять ошибки, такие как

2+*3

и

2&3

? Подумайте об этом, опишите на бумаге возможные решения, используя интересные или типичные арифметические выражения.