Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Страуструп Бьерн

}

Теперь калькулятор действительно можно использовать. Рассмотрим пример.

2;

= 2

2+3;

= 5

3+4*5;

= 23

q

В данный момент мы имеем хорошую начальную версию калькулятора. Она делает еще не совсем то, что мы хотели, но на ее основе программу можно усовершенствовать. Следует отметить, что теперь мы можем устранять недостатки один за другим, сохраняя работоспособность программы.

6.8.

Потоки лексем

Прежде чем далее улучшать наш калькулятор, продемонстрируем реализацию класса

Token_Stream

. В конце концов, программа никогда не сможет правильно работать, если данные вводятся некорректно. Несмотря на то что мы реализуем класс

Token_Stream

в первую очередь, нам не хотелось бы далеко отклоняться от основной темы, пока не сможем получить минимальное решение задачи.

Входной информацией для нашего калькулятора является последовательность лексем, как было показано выше на примере выражения

(1.5+4)*11

(см. раздел 6.3.3). Нам лишь нужна функция, считывающая символы из стандартного потока

cin

и вводящая в программу следующую лексему по запросу. Кроме того, мы видели, что наша программа часто считывает слишком много лексем, поэтому необходимо как-то возвращать их обратно, чтобы использовать в дальнейшем. Эта ситуация очень типична. Допустим, мы считываем выражение

1.5+4

слева направо. Как убедиться, что число

1.5

считано полностью, а символ

+

— нет. Пока мы не увидим символ

+

, можем считывать число

1.55555

. Таким образом, нам нужен поток, порождающий лексему при вызове функции

get

, и возможность возвращать лексему обратно в поток при вызове функции

putback

. Все сущности в языке С++ имеют тип, поэтому необходимо определить тип

Token_stream

.

Возможно, вы заметили ключевое слово

public

в определении класса

Token

, приведенном в разделе 6.3.3. В том случае для его использования не было очевидных причин. Однако при определении класса

Token_stream

мы должны применить его и объяснить его предназначение. В языке С++ тип, определенный пользователем, часто состоит из двух частей: открытого интерфейса (помеченного как

public:

) и реализации деталей типа (помеченной как

private:

). Идея заключается в том, чтобы отделить то, что пользователю необходимо для удобства, от деталей реализации типа, в которые пользователю вникать не обязательно.

class Token_stream {

public:

// пользовательский интерфейс

private:

// детали реализации

// (скрывается от пользователей класса Token_stream)

};

Очевидно, что пользователи и разработчики исполняют разные роли, но разделение (открытого) интерфейса, предназначенного для пользователей, от (закрытых) деталей реализации, используемых только разработчиками, представляет собой мощное средство структурирования программного кода. Открытый интерфейс должен содержать только средства, необходимые пользователю, включая конструкторы для инициализации объектов. Закрытая реализация содержит только то, что необходимо для реализации открытых функций, как правило, данные и функции, связанные с массой деталей, о которых пользователю незачем знать, поскольку он их не использует непосредственно.

Приступим к разработке типа

Token_stream

. Что пользователь ждет от него? Очевидно, что нам нужны функции

get

и

putback

— именно поэтому мы ввели понятие потока лексем. Класс

Token_stream

должен создавать объекты класса

Token

из символов, считанных из потока ввода, поэтому нам необходима возможность создавать объекты класса

Token_stream

, способные считывать данные из потока

cin

. Таким образом, простейший вариант класса

Token_stream

выглядит примерно так:

class Token_stream {

public:

Token_stream; // создает объект класса Token_stream,

// считывающий данные из потока cin

Token get; // получает объект класса Token

void putback(Token t); // возвращает объект класса Token

// обратно

private:

// детали реализации

};

Это все, что требуется от пользователя для использования объектов класса

Token_stream

. Опытные программисты могут поинтересоваться, почему поток

cin

является единственным возможным источником символов, — просто мы решили вводить символы с клавиатуры. Это решение можно пересмотреть в упражнении, приведенном в главе 7.

Почему мы использовали “длинное” имя

putback

, а не логичное имя

put

? Тем самым мы подчеркнули асимметрию между функциями

get

и

putback

: мы возвращаем лексему в поток ввода, а не вставляем ее в поток вывода. Кроме того, функция

putback

есть в классе

istream

: непротиворечивость имен — полезное свойство. Это позволяет людям запоминать имена функций и избегать ошибок.

Теперь можем создать класс Token_stream и использовать его.

Token_stream ts; // объект класса Token_stream с именем ts

Token t = ts.get; // получаем следующий объект класса Token из

объекта ts

// ...

ts.putback(t); // возвращает объект t класса Token обратно в объект ts

Это все, что нам нужно, чтобы закончить разработку калькулятора.

6.8.1. Реализация класса Token_stream

Теперь необходимо реализовать три функции класса

Token_stream

. Как представить класс

Token_stream

? Иначе говоря, какие данные необходимо хранить в объекте класса

Token_stream

, чтобы он мог выполнить свое задание? Необходима память для лексемы, которая будет возвращена обратно в объект класса

Token_stream

. Для простоты будем считать, что лексемы возвращаются в поток по одной. Этого вполне достаточно для нашей программы (а также для очень многих аналогичных программ). Таким образом, нужна память для одного объекта класса

Token

и индикатор ее занятости.

class Token_stream {

public:

Token_stream; // создает объект класса Token_stream,

// считывающий данные из потока cin

Token get; // получает объект класса Token

// (функция get определена в разделе 6.8.2)

void putback(Token t); // возвращает объект класса Token

// обратно

private: