Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание - Бьёрн Страуструп

Что мы хотим делать с этими данными? Упорядочить их? Найти наибольшее значение? Вычислить среднее? Найти все значения, большие 65? Сравнить данные Джилл с данными Джека? Определить количество элементов? Возможности бесконечны. Когда мы пишем реальную программу, то просто выполняем требуемые вычисления. В данном случае мы хотим выяснить, как обработать данные и выполнить вычисления с большим массивом чисел. Сначала сделаем нечто совсем простое: найдем наибольший элемент в каждом из наборов данных. Для этого комментарий ...обработка... следует заменить соответствующими инструкциями.

// ...

double h = –1;

double* jack_high;   // jack_high — указатель на наибольший элемент

double* jill_high;   // jill_high — указатель на наибольший элемент

for (int i=0; i<jack_count; ++i)

  if (h<jack_data[i])

    jack_high = &jack_data [i]; // сохраняем адрес наибольшего

                                // элемента

h = –1;

for (int i=0; i< jill_data –>size(); ++i)

  if (h<(*jill_data)[i])

    jill_high = &(*jill_data)[i]; // сохраняем адрес наибольшего

                                  // элемента

cout << "Максимум Джилл: " << *jill_high

     << "; максимум Джека: " << *jack_high;

// ...

Обратите внимание на уродливую конструкцию, используемую для доступа к данным Джилл: (*jill_data)[i]. Функция get_from_jill() возвращает указатель на вектор, а именно vector<double>*. Для того чтобы получить данные, мы сначала должны его разыменовать, получив доступ к вектору с помощью указателя *jill_ data, а затем применить к нему операцию индексирования. Однако выражение *jill_data[i] — не совсем то, что мы хотели; оно означает *(jill_data[i]), так как оператор [] имеет более высокий приоритет, чем *, поэтому нам необходимы скобки вокруг конструкции *jill_data, т.е. выражение (*jill_data)[i].

ПОПРОБУЙТЕ

Как вы изменили бы интерфейс, чтобы избежать неуклюжих конструкций, если бы могли изменить код Джилл?

20.1.2. Обобщение кода

Разумеется, все, что мы сделаем с данными Джека, относится и к данным Джилл. Однако между их программами есть два досадных различия: переменные jack_count и jill_data–>size(), а также конструкции jack_data[i] и (*jill_data)[i]. Последнее различие можно устранить, введя ссылку.

vector<double>& v = *jill_data;

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

  if (h<v[i])

  {

    jill_high = &v[i];

    h = v[i];

  }

Это очень похоже на код для обработки данных Джека. Может быть, стоит написать функцию, которая выполняла бы вычисления как с данными Джилл, так и с данными Джека? Возможны разные пути (см. упр. 3), но, стремясь к более высокой степени обобщения кода (см. следующие две главы), мы выбрали решение, основанное на указателях.

double* high(double* first, double* last)

// возвращает указатель на наибольший элемент в диапазоне [first,last]

{

  double h = –1;

  double* high;

  for(double* p = first; p!=last; ++p)

    if (h<*p)

    {

      high = p;

      h = *p;

    }

  return high;

}

Теперь можно написать следующий код:

double* jack_high = high(jack_data,jack_data+jack_count);

vector<double>& v = *jill_data;

double* jill_high = high(&v[0],&v[0]+v.size());

Он выглядит получше. Мы не ввели слишком много переменных и написали только один цикл (в функции high()). Если мы хотим найти наибольший элемент, то можем посмотреть на значения *jack_high и *jill_high. Рассмотрим пример.

cout << "Максимум Джилл: " << *jill_high

     << "; максимум Джека: " << *jack_high;

Обратите внимание на то, что функция high() использует тот факт, что вектор хранит данные в массиве, поэтому мы можем выразить наш алгоритм поиска максимального элемента в терминах указателей, ссылающихся на элементы массива.

ПОПРОБУЙТЕ

В этой маленькой программе мы оставили две потенциально опасные ошибки. Одна из них может вызвать катастрофу, а другая приводит к неправильным ответам, если функция high() будет использоваться в других программах. Универсальный прием, который описывается ниже, выявит обе эти ошибки и покажет, как их устранить. Пока просто найдите их и предложите свои способы их исправления.

Функция high() решает одну конкретную задачу, поэтому она ограничена следующими условиями.

• Она работает только с массивами. Мы считаем, что элементы объекта класса vector хранятся в массиве, но наряду с этим существует множество способов хранения данных, таких как списки и ассоциативные массивы (см. разделы 20.4 и 21.6.1).

• Ее можно применять только к объектам класса vector и массивам типа double, но не к векторам и массивам с другими типами элементов, например vector<double*> и char[10].

• Она находит элемент с максимальным значением, но с этими данными можно выполнить множество других простых вычислений.

Попробуем обеспечить более высокую общность вычислений над нашими наборами данных.

Обратите внимание на то, что, решив выразить алгоритм поиска наибольшего элемента в терминах указателей, мы “случайно” уже обобщили решение задачи: при желании мы можем найти наибольший элемент массива или вектора, но, помимо этого, можем найти максимальный элемент части массива или вектора. Рассмотрим пример.

// ...

vector<double>& v = *jill_data;

double* middle = &v[0]+v.size()/2;

double* high1 = high(&v[0], middle);          // максимум первой

                                              // половины

double* high2 = high(middle, &v[0]+v.size()); // максимум второй

                                              // половины

// ...

Здесь указатель high1 ссылается на максимальный элемент первой половины вектора, а указатель high2 — на максимальный элемент второй половины. Графически это можно изобразить следующим образом:

В качестве аргументов функции high() мы использовали указатели. Этот механизм управления памятью относится к слишком низкому уровню и уязвим для ошибок. Мы подозреваем, что большинство программистов для поиска максимального элемента в векторе написали бы нечто вроде следующего:

double* find_highest(vector<double>& v)

{

  double h = –1;

  double* high = 0;

  for (int i=0; i<v.size(); ++i)