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

на то, что знания предметной области, языка и технологии программирования не могут заменить друг друга. В большинстве приложений — и особенно в большинстве встроенных систем программирования — необходимо знать как операционную систему, так и/или архитектуру аппаратного обеспечения. Если вам необходимо выполнить низкоуровневое кодирование на языке С++, то изучите отчет комитета ISO по стандартизации, посвященный проблемам производительности (ISO/IEC TR 18015; www.research.att.com/~bs/performanceTR.pdf); под производительностью авторы (и мы) понимают в основном производительность программирования для встроенных систем.

 

 В мире встроенных систем существует множество языков программирования и их диалектов, но где только можно, вы должны использовать стандартизированные язык (например, ISO C++), инструменты и библиотеки. Это минимизирует время вашего обучения и повысит вероятность того, что вас не скоро уволят.

Задание

1. Выполните следующий фрагмент кода:

int v = 1; for (int i = 0; i<sizeof(v)*8; ++i) { cout << v << ' ';

v <<=1;}

2. Выполните этот фрагмент еще раз, но теперь переменную v объявите как unsigned int.

3. Используя шестнадцатеричные литералы, определите, чему равны следующие переменные типа short unsigned int.

3.1. Каждый бит равен единице.

3.2. Самый младший бит равен единице.

3.3. Самый старший бит равен единице.

3.4. Самый младший байт состоит из одних единиц.

3.5. Самый старший байт состоит из одних единиц.

3.6. Каждый второй бит равен единице (самый младший бит также равен единице).

3.7. Каждый второй бит равен единице (а самый младший бит равен нулю).

4. Выведите на печать каждое из перечисленных выше значений в виде десятичного и шестнадцатеричного чисел.

5. Выполните задания 3-4, используя побитовые операции (|, &, <<) и (исключительно) литералы 1 и 0.

Контрольные вопросы

1. Что такое встроенная система? Приведите десять примеров, не менее трех из которых не упоминались в этой главе.

2. Что есть особенного во встроенных системах? Приведите пять особенностей, присущих всем встроенным системам.

3. Определите понятие предсказуемости в контексте встроенных систем.

4. Почему встроенные системы иногда трудно модифицировать и ремонтировать?

5. Почему оптимизировать производительность системы иногда нецелесообразно?

6. Почему мы предпочитаем оставаться на высоком уровне абстракции, не опускаясь на нижний уровень программирования?

7. Какие ошибки называют преходящими? Чем они особенно опасны?

8. Как разработать систему, которая восстанавливает свою работу после сбоя?

9. Почему невозможно предотвратить сбои?

10. Что такое предметная область? Приведите примеры предметных областей.

11. Для чего необходимо знать предметную область при программировании встроенных систем?

12. Что такое подсистема? Приведите примеры.

13. Назовите три вида памяти с точки зрения языка С++.

14. Почему вы предпочитаете использовать свободную память?

15. Почему использование свободной памяти во встроенных системах часто нецелесообразно?

16. Как безопасно использовать оператор new во встроенной системе?

17. Какие потенциальные проблемы связаны с классом std::vector в контексте встроенных систем?

18. Какие потенциальные проблемы связаны с исключениями во встроенных системах?

19. Что такое рекурсивный вызов функции? Почему некоторые программисты, разрабатывающие встроенные системы, избегают исключений? Что они используют вместо них?

20. Что такое фрагментация памяти?

21. Что такое сборщик мусора (в контексте программирования)?

22. Что такое утечка памяти? Почему она может стать проблемой?

23. Что такое ресурс? Приведите примеры.

24. Что такое утечка ресурсов и как ее систематически предотвратить?

25. Почему мы не можем просто переместить объекты из одной области памяти в другую?

26. Что такое стек?

27. Что такое пул?

28. Почему стек и пул не приводят к фрагментации памяти?

29. Зачем нужен оператор reinterpret_cast? Чем он плох?

30. Чем опасна передача указателей в качестве аргументов функции? Приведите примеры.

31. Какие проблемы могут возникать при использовании указателей и массивов? Приведите примеры.

32. Перечислите альтернативы использованию указателей (на массивы) в интерфейсах.

33. Что гласит первый закон компьютерных наук?

34. Что такое бит?

35. Что такое байт?

36. Из скольких битов обычно состоит байт?

37. Какие операции мы можем выполнить с наборами битов?

38. Что такое исключающее “или” и чем оно полезно?

39. Как представить набор (или последовательность) битов?

40. Из скольких битов состоит слово?

41. Из скольких байтов состоит слово?

42. Что такое слово?

43. Из скольких битов, как правило, состоит слово?

44. Чему равно десятичное значение числа 0xf7?

45. Какой последовательности битов соответствует число 0xab?

46. Что такое класс bitset и когда он нужен?

47. Чем тип unsigned int отличается от типа signed int?

48. В каких ситуациях мы предпочитаем использовать тип unsigned int, а не signed int?

49. Как написать цикл, если количество элементов в массиве очень велико?

50. Чему равно значение переменной типа unsigned int после присвоения ей числа –3?

51. Почему мы хотим манипулировать битами и байтами (а не типами более высокого порядка)?

52. Что такое битовое поле?

53. Для чего используются битовые поля?

54. Что такое кодирование (шифрование)? Для чего оно используется?

55. Можно ли зашифровать фотографию?

56. Для чего нужен алгоритм TEA?

57. Как вывести число в шестнадцатеричной системе?

58. Для чего нужны стандарты программирования? Назовите причины.

59. Почему не существует универсального стандарта программирования?

60. Перечислите некоторые свойства хорошего стандарта программирования.

61. Как стандарт программирования может нанести вред?

62. Составьте список, содержащий не менее десяти правил программирования (которые считаете полезными). Чем они полезны?

63. Почему мы не используем идентификаторы вида ALL_CAPITAL?

Термины

Упражнения

1. Выполните упражнения из разделов ПОПРОБУЙТЕ, если вы этого еще не сделали.

2. Составьте список слов, которые можно получить из записи чисел в шестнадцатеричной системе счисления, читая 0 как o, 1 как l, 2 как to и т.д. Например, Foo1 и Beef. Прежде чем сдать их для оценки, тщательно устраните все вульгаризмы.

3. Проинициализируйте 32-битовое целое число со знаком битовой комбинацией и выведите его на печать: все нули, все единицы, чередующиеся нули и единицы (начиная с крайней левой единицы), чередующиеся нули и единицы (начиная с крайнего левого нуля), 110011001100, 001100110011, чередующиеся байты, состоящие из одних единиц и одних нулей, начиная с байта, состоящего из одних нулей. Повторите это упражнение с 32-битовым целым числом без знака.

4. Добавьте побитовые логические операторы operators &, |, ^ и ~ в калькулятор из главы 7.

5. Напишите бесконечный цикл. Выполните его.

6. Напишите бесконечный цикл, который трудно распознать как бесконечный.