40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Вид материала

Содержание

Создание и использование конструктора
Пример деструктора
Пример перегрузки функций
Вызов различных функций
Пример неоднозначности при использовании аргументов по умолчанию
Перегруженный оператор “+”
Семантика средств описания действий
Частичная и полная корректность программы
Правила вывода

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

int month, day, year;

public:

void set(int, int, int);

void get(int*, int*, int*);

void next();

void print();

};

date.cpp

#include “date.h”

void date::print()

{

printf(“%i.%i.%i”,day,

month,year);

}

…

Конструкторы

Использование для обеспечения инициализации объекта класса функций вроде set_date() (установить дату) неэлегантно и чревато ошибками.
Поскольку нигде не утверждается, что объект должен быть инициализирован, то программист может забыть это сделать, или (что приводит, как правило, к столь же разрушительным последствиям) сделать это дважды.
Есть более хороший подход: дать возможность программисту описать функцию, явно предназначенную для инициализации объектов.
Поскольку такая функция конструирует значения данного типа, она называется конструктором.
Конструктор распознается по тому, что имеет то же имя, что и сам класс.
У конструктора отсутствует возвращаемое значение.

Создание и использование конструктора

class date{

private:

int month, day, year;

public:

date(int day, int month, int year);

date(char *str); // дата в строковом представлении

date(int day); // день, месяц и год сегодняшние

…

};

date d1; // ошибка

date d2(5,5,2005);

date *d3 = new date(6,6,2006);

Деструктор

Определяемый пользователем тип чаще имеет, чем не имеет, конструктор, который обеспечивает надлежащую инициализацию.
Для многих типов также требуется обратное действие, деструктор, чтобы обеспечить соответствующую очистку объектов этого типа.
Имя деструктора для класса X есть ~X() ("дополнение конструктора").
В частности, многие типы используют некоторый объем памяти из динамической памяти, который выделяется конструктором и освобождается деструктором.
Деструктор вызывается когда переменная выходит из области видимости (для класса памяти auto) или при использовании оператора delete.

Пример деструктора

class char_stack{

private:

int size;

char* top;

char* s;

public:

char_stack(int sz)

{ top=s=newchar[size=sz]; }

~char_stack(){ delete[] s; } // деструктор void push(char c) { *top++ = c; }

char pop() { return *--top;}

};

Inline

При программировании с использованием классов очень часто используется много маленьких функций.
Это может страшно понизить эффективность, потому что стоимость вызова функции (хотя и вовсе не высокая по сравнению с другими языками) все равно намного выше, чем пара ссылок по памяти, необходимая для тела функции.
Чтобы справиться с этой проблемой, был разработан аппарат inline- функций. Метод, определенный (а не просто описанная) в описании класса, считается inline.
Это значит, что при компиляции программы вызов функции будет заменен на подстановку ее тела в место вызова.

Ссылки на себя

В методе на атрибуты, для которого он был вызван, можно ссылаться непосредственно.
Указатель на объект, для которого вызван метод, является скрытым параметром метода. На этот неявный параметр можно ссылаться явно как на this.
При ссылке на атрибуты использование this излишне.
Главным образом this используется при написании методов, которые манипулируют непосредственно указателями.

Перегрузка операторов и функций

Перегрузка функций

Бывает удобно, чтобы функции, реализующие один и тот же алгоритм для различных типов данных, имели одно и то же имя.
Если это имя мнемонично, то есть несет нужную информацию, это делает программу более понятной, поскольку для каждого действия требуется помнить только одно имя.
Использование нескольких функций с одним и тем же именем, но с различными типами параметров, называется перегрузкой функций.
Компилятор определяет, какую именно функцию требуется вызвать, по типу передаваемых параметров.
Этот процесс называется разрешением перегрузки (перевод английского слова resolution в смысле «уточнение»). Тип возвращаемого функцией значения в разрешении не участвует.
Механизм разрешения основан на достаточно сложном наборе правил, смысл которых сводится к тому, чтобы использовать функцию с наиболее подходящими аргументами и выдать сообщение, если такой не найдется.

Пример перегрузки функций

Имеется четыре варианта функции, определяющей наибольшее значение:

// Возвращает наибольшее из двух целых:

int max(int, int);

// Возвращает подстроку наибольшей длины:

char* max(char*. char*);

// Возвращает наибольшее из первого параметра и длины второго:

int max (int, char*);

// Возвращает наибольшее из второго параметра и длины первого:

int max (char*, int);

Вызов различных функций

При вызове функции max компилятор выбирает соответствующий типу фактических параметров вариант функции (в приведенном примере будут последовательно вызваны все четыре варианта функции).

void f(int a, int b, char* C; char* d){

cout « max (a, b) « max(c, d) « max(a. c) « max(c, b);

}

Неоднозначности при вызове перегруженных функций

Неоднозначность может появиться при:

преобразовании типа;
использовании параметров-ссылок;
использовании аргументов по умолчанию.

Пример неоднозначности при преобразовании типа

#include

float f(float i){

cout « "function float f(float i)" « endl;

return i;

}

double f(double i){

cout « "function double f(double i)" « endl;

return i*2;

}

int main(){

float x = 10.09;

double у = 10.09;'

cout « f(x) « endl; // Вызывается f(float)

cout « f'(y) « endl; // Вызывается f(double)

/* cout « f(10) « endl; Неоднозначность - как преобразовать 10: во float или double? */

return 0;

}

Пример неоднозначности при использовании параметров-ссылок

Функции

int f(int a, int b);

int f(int a, int &b);

Вызов

int a = 5, b=10;

f(a,b);

Компилятор не сможет узнать, какая из этих функций вызывается, так как нет синтаксических различий между вызовом функции, которая получает параметр по значению, и вызовом функции, которая получает параметр по ссылке.

Пример неоднозначности при использовании аргументов по умолчанию

#include

int f(int a){return a;}

int f(int a, int b=1){return a * b;}

int main(){

cout « f(10, 2); // Вызывается f(int. int)

/* cout « f(10); Неоднозначность - что вызывается: f(int, int) или f(int) */

return 0;

}

Правила описания перегруженных функций

Перегруженные функции должны находиться в одной области видимости, иначе произойдет сокрытие аналогично одинаковым именам переменных во вложенных блоках.
Перегруженные функции могут иметь параметры по умолчанию, при этом значения одного и того же параметра в разных функциях должны совпадать.
В различных вариантах перегруженных функций может быть различное количество параметров по умолчанию.
Функции не могут быть перегружены, если описание их параметров отличается только модификатором const или использованием ссылки (например, int и const int или int и int&).

Перегрузка операторов

Третье поколение ЯП – языки, предоставляющие программисту средства определения абстрактных типов данных

С++, C#, Java
Типы понимаются как множества с операциями.

Хотелось бы, что бы одинаковые по смыслу операции обозначались бы одинаково не зависимо от того используется встроенный тип данных или тип данных определенный пользователем.
В этом случае операции, обозначаемые одним и тем же символом будут обозначать приводить к выполнению совершенно различных действий в зависимости от контекста.

Перегруженный оператор “+”

int a,b;

double c,d;

char *e,*f;

a = a + b;

с = с + d;

e = f + a;

string s1= “abc”, s2 = “def”, s3;

s3 = s1 + s2; // s3 = “abcdef”;

Правила перегрузки операций

Перегрузка операций осуществляется с помощью функций специального вида (функций-операций)

Функция-операция содержит ключевое слово operator, за которым следует знак переопределяемой операции:
тип operator операция ( список параметров) { тело функции }

при перегрузке операций сохраняются количество аргументов, приоритеты операций и правила ассоциации (справа налево или слева направо), используемые в стандартных тинах данных;
для стандартных типов данных переопределять операции нельзя;
функции-операции не могут иметь аргументов по умолчанию;
функции-операции наследуются (за исключением =);
функции-операции не могут определяться как static.
Функцию-операцию можно определить тремя способами:

как метод класса,
дружественная функция класса,
либо обычной функцией.

Переопределение операции с помощью метода класса

class Square{

private:

int x,y;

int size;

public:

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

Square &operator++() {size++; return *this;}

…

};

…

Square s;

(++s).print();

…

Переопределение операции с помощью обычной функции

class Square{

private:

int x,y;

public:

int size;

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

…

};

Square &operator++(Square &s) {s.size++; return s;}

…

Square s;

(++s).print();

…

Переопределение операции с помощью функции - друга

class Square{

private:

int x,y;

int size;

public:

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

friend Square &operator++(Square &s);

…

};

Square &operator++(Square &s) {s.size++; return s;}

Square s;

(++s).print();

…

Унарная постфиксная операция

Операции постфиксного инкремента и декремента должны иметь первый параметр типа int.
Он используется только для того, чтобы отличить их от префиксной формы:

class Square{

private:

int x,y;

int size;

public:

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

Square &operator++(int) {size++; return *this;}

…

};

…

Square s;

s++;

s.print();

…

Перегрузка бинарных операций

Бинарная функция-операция, определяемая внутри класса, должна быть представлена с помощью нестатического метода с параметрами, при этом вызвавший ее объект считается первым операндом.
Если функция определяется вне класса, она должна иметь два параметра типа класса.

class Square{

private:

int x,y;

int size;

public:

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

bool operator>(const Square &s)

{

if(size >s.size)

return true;

else

return false;

}

…

};

…

Square s1,s2;

if(s1 > s2) printf(“s1 больше!”);

…

class Square{

private:

int x,y;

int size;

public:

Square(){x = 0; y = 0; size = 10;}

print(){printf(“ x=%i, y= %i, size=%i\n”,x,y,size);}

friend bool operator>(const Square &s1, const Square &s2);

…

};

bool operator>(const Square &s1, const Square &s2)

{

if(s1.size >s2.size)

return true;

else

return false;

}

…

Square s1,s2;

if(s1 > s2) printf(“s1 больше!”);

…

Перегрузка операции присваивания

Операция присваивания определена в любом классе по умолчанию как поэлементное копирование.
Она вызывается каждый раз, когда одному существующему объекту присваивается значение другого.
Если класс содержит поля, память под которые выделяется динамически, необходимо определить собственную операцию присваивания.
Чтобы сохранить семантику присваивания, операция-функция должна возвращать ссылку на объект, для которого она вызвана, и принимать в качестве параметра единственный аргумент — ссылку на присваиваемый объект.

Семантика средств описания действий

Разработка программ

Основная задача, стоящая перед каждым программистом, — получение правильной программы.
Гарантировать ее правильность может только тщательное пошаговое уточнение (разработка сверху вниз) и одновременное доказательство того, что все вычисления в программе дают корректные результаты за конечное время.
Этот способ реализуется в два этапа:

проведение декомпозиции общей задачи на точно определенные подзадачи и доказательство того, что если каждая подзадача решена корректно и полученные решения связаны друг с другом определенным образом, то задача будет решена корректно;
повторение декомпозиции и доказательство ее корректности до достижения подзадач настолько простых, что их решение выражается в нескольких строках языка программирования.

Чтобы доказать корректность программы, необходимо формально описать семантику операторов языка.

Основные понятия

Статическая структура программы представляется ее текстом на языке программирования, описывающем действия, которые должны быть выполнены при решении данной задачи.
Динамическая структура отражает процесс вычислений и состоит из последовательности состояний вычислений.
Состояние вычислений в любой момент времени включает значения всех переменных в этот момент и, таким образом, зависит от начальных значений переменных и предшествующих этапов вычислений программы.
Если статическая структура не зависит от исходных данных, то динамическая структура программы в значительной степени определяется выбором исходных данных, поскольку при выполнении программы будут сделаны различные переходы в зависимости от значений входных переменных.

Текущий оператор

изменяет состояние вычислений (значения некоторых переменных) и передает управление следующему оператору,
или производит проверку состояния вычислений (сравнивает значения определенных переменных) и на основе результата этой проверки передает управление другому оператору.

Язык программирования предоставляет как простые операторы — операторы действия, так и средства композиции — операторы управления, которые позволяют формировать составные операторы из других простых или составных.

Правила вывода

Для описания семантики языка необходимо иметь правила вывода, позволяющие определить

эффект воздействия простого оператора на состояние вычислений
свойства составного оператора, исходя из свойств его компонент.

Фундаментальное свойство всех описываемых здесь способов композиции заключается в том, что они позволяют объединить в один составной оператор с одним входом и одним выходом один или более операторов также с одним входом и одним выходом и не позволяют строить операторы с несколькими входами или выходами.
Именно это свойство дает возможность в достаточно простой форме описывать действия любого оператора или программы.

Спецификация программы

Пусть S — какой-нибудь оператор или программа, Р и Q — предикаты, описывающие состояние вычислений. Тогда семантика S описывается следующим образом:

{P} S {Q}

Это — спецификация программы, означающая: если предикат Р истинен перед выполнением S, то предикат Q будет истинен после завершения выполнения S.
Предикат Р называется предусловием S, а предикат Q — постусловием S.

Свойства спецификаций программ

Для любых S и Р всегда найдется некоторый предикат Q (например, true), который будет постусловием S, если Р — предусловие S
Для любого S и любого Q всегда найдется некоторый предикат Р (например, false), который будет предусловием S, если Q — постусловие S.
Для любых Р и Q всегда найдется программа S (например, while true do; end do;), для которой Р будет предусловием, a Q — постусловием.
Задача программиста — найти такую программу S, которая завершается и для которой Р является предусловием, a Q — постусловием.

Частичная и полная корректность программы

Если S — программа, корректность которой мы хотим установить, то соотношение {Р} S {Q} — это то, что мы должны доказать, где Р — условие, которому должны удовлетворять начальные значения переменных, a Q — условие, которому должны удовлетворять конечные значения переменных.
Соотношение {Р} S {Q} определяет только частичную корректность S.
Программа, в которой гарантируется получение требуемого результата при условии ее завершения, частично корректна.
Если дополнительно можно показать, что программа завершается при всех исходных данных, удовлетворяющих Р, то программа полностью корректна.
Чтобы доказать завершимость программы, необходим анализ циклов.

Процесс разработки программы

Нисходящий процесс разработки программ можно сформулировать следующим образом:

построение спецификации программы {Р} S {Q}, т.е. ясное и недвусмысленное определение того, как программа должна использоваться (предусловие Р) и какие результаты (постусловие Q) должны быть получены;
определение на каждом этапе декомпозиции спецификаций {Pj} Sj {Qj} для компонент Sj программы;
разработка программы и ее компонент одновременно с доказательством корректности указанных спецификаций.

Запись предикатов

При записи предикатов Р и Q могут быть использованы следующие средства:

Имена переменных, арифметические операции, операции сравнения.
Математические символы и функции.
Логические операции: конъюнкция,
дизъюнкция, отрицание и т.д.
Кванторы всеобщности (), существования () и количества (N). Каждое вхождение переменной X в логическое выражение, которое не связано квантором, называется свободным, а X — свободной переменной.

одстановки

Пусть Р — логическое выражение. Обозначение (1) используется для выражения, которое получается в результате подстановки выражения у вместо всех свободных вхождений переменной х в Р.
Аналогично (2) обозначает одновременную подстановку вместо всех свободных вхождений любой переменной хi в Р cоответствующего выражения уi Вхождения xi в уj не замещаются. Переменные х1,х2,… должны быть различными.

Правила вывода

Правила вывода, задающие семантику языка программирования, в общем случае это схемы рассуждений, позволяющие доказывать свойства программы, т.е. из некоторых предпосылок, входных условий получать утверждение о спецификации программы.
Если Н1,Н2,…,Нn — истинные утверждения, то Н — также истинное утверждение. Если входных условий нет (т.е. n=0), то правило вывода будем записывать просто в виде H

Простейшие правила вывода

Первое утверждает, что если выполнение программы S обеспечивает истинность утверждения R, то оно также обеспечивает истинность каждого утверждения, которое следует из R.
Второе правило утверждает, что если R — известное предусловие программы S, приводящей к результату Q после завершения своего выполнения, то это же относится к любому другому утверждению, из которого следует R.
Эти два правила называются правилами консеквенции.

Правила тавтологии

Правила тавтологии выводятся непосредственно из определения спецификации программы
Для любых P,Q, S

Blog

40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Содержание