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1 USTC Chapter 7 Completing a Program 王子磊 (Zilei Wang) zlwang@ustc.edu.cn

2 Overview Tokens 和 Token_stream 流结构和类清理代码提示程序组织常量错误恢复注释代码检视测试一个增加程序复杂性和困难的功能变量支持

3 Token 我们需要一个类型来表示类型和值 : struct Token { // define a type called Token char kind; // what kind of token double value; // used for numbers (only): a value // ; Token t; t.kind = '8'; t.value = 2.3; '+' //. (dot) is used to access members // (use 8 to mean number ) Token u = t; // a Token behaves much like a built-in type, such as int // so u becomes a copy of t cout << u.value; // will print 2.3 '8' 2.3

4 Token struct Token { // user-defined type called Token // data members // function members ; struct 是最简单的一种类类是 C++ 对用户自定义类型的术语在 C++ 中, 定义类型是组织 C++ 程序的重要机制大部分现代编程语言也是如此一个类 (class, 包括 struct) 具有数据成员 ( 用于存储信息 ) 函数成员 ( 提供对数据的操作接口 ) 包括 : 构建操作销毁等

5 Token struct Token { char kind; double value; // what kind of token // for numbers: a value ; Token(char ch) : kind(ch), value(0) { Token(char ch, double val) : kind(ch), value(val) { // constructor // constructor 构造函数具有与类相同的名称构造函数定义了一个类型的对象是如何初始化的此处的 kind 被初始化为 ch value 被初始化为 val 或 0 示例 : Token('+'); // make a Token of kind + Token('8',4.5); // make a Token of kind 8 and value 4.5

6 Token_stream Token_stream 读取字符串, 并适时产生 Tokens 我们能够把一个 Token 放入 Token_stream 中, 以备后续使用 Token_stream 使用 buffer 来存储放回的 token Token_stream buffer: Input stream: empty 1+2*3; 对于 1+2*3;, expression() 调用 term() 读取 1 和 +, 此时,term() 发现 + 需要其它地方进行处理, 于是将 + 放回 Token_stream 中 ( 实际上,expression() 会处理这个放回的 +) Token_stream buffer: Token( +') Input stream: 2*3;

7 Token_stream Token_stream 依次读取字符, 产生 Tokens 我们能够放回一个 Token class Token_stream { // representation: not directly accessible to users: bool full; // is there a Token in the buffer? Token buffer; // here is where we keep a Token put back using putback() public: // user interface: Token get(); // get a Token void putback(token); // put a Token back into the Token_stream Token_stream(); // constructor: make a Token_stream ; 构造函数定义类型的对象是如何初始化的与类型具有相同的名称, 但没有返回值

8 Token_stream 实现 class Token_stream { bool full; // is there a Token in the buffer? Token buffer; // here is where we keep a Token put back using putback() public: Token get(); // get a Token void putback(token); // put back a Token Token_stream() :full(false), buffer(0) { // the buffer starts empty ; void Token_stream::putback(Token t) { if (full) error("putback() into a full buffer"); buffer=t; full=true; 只允许放回一个 token, 否则报错

9 Token_stream 实现 Token Token_stream::get() // read a Token from the Token_stream { if (full) { full=false; return buffer; // check if we already have a Token ready char ch; cin >> ch; // note that >> skips whitespace (space, newline, tab, etc.) switch (ch) { case '(': case ')': case ';': case 'q': case '+': case '-': case '*': case '/': return Token(ch); // let each character represent itself case '.': case '0': case '1': case '2': case '3': case '4': case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': { cin.putback(ch); // put digit back into the input stream double val; cin >> val; // read a floating-point number return Token('8',val); // let 8 represent a number default: error("bad token");

10 流 Streams Note: 术语数据流是非常通用的说法, 我们会经常用到最常用的 I/O 系统 e.g., C++ 标准 I/O 流关于 putback/unget 操作我们在 Token_stream 和 cin 都使用 putback 教条 : 在程序中, 针对相同语意的操作使用相同的名称, 程序更容易使用和维护

11 计算器程序还是相当原始的我们可以逐步改进它风格代码的清晰简洁注释命名函数的使用... 功能性程序能够做什么更好的提示符错误恢复负数 % ( 模余操作 ) 预定义符号值变量支持

12 提示符初始时, 我们期望 Expression: 2+3; 5*7; 2+9; Result : 5 Expression: Result: 35 Expression: Result: 11 Expression: 但是, 我们实际上实现的是 2+3; 5*7; 2+9; 我们真正想要的提示是什么样呢? > 2+3; = 5 > 5*7; = 35 >

13 增加输入和输出提示符 main 函数中 double val = 0; cout << "> "; // print prompt while (cin) { Token t = ts.get(); if (t.kind == 'q') break; // check for quit if (t.kind == ';') cout << "= " << val << "\n > "; // print = result and prompt else ts.putback(t); val = expression(); // read and evaluate expression > 2+3; 5*7; 2+9; = 5 > = 35 > = 11 > 在标准输入终端只有在你输入 enter/return 以后, 程序才开始读取字符!

14 But my window disappeared! 测试用例 : +1; cout << "> "; // prompt while (cin) { Token t = ts.get(); while (t.kind == ';') t=ts.get(); // eat all semicolons if (t.kind == 'q') { keep_window_open("~~"); return 0; ts.putback(t); cout << "= " << expression() << "\n > "; keep_window_open("~~"); return 0;

15 代码变得有些凌乱 Bugs 容易隐藏在凌乱的角落里是时候清理了! 从头到尾仔细地阅读全部代码尽量做到系统化 ( 你已经阅读全部代码了吗? ) 改善注释用有意义的名字代替晦涩难懂的名字改进函数的使用增加函数以简化凌乱的代码删除魔数一个函数只实现一个独立的逻辑功能! e.g. 8 ( 8 代表什么意思呢? 为什么使用 '8'?) 当你清理完所有的代码后, 让你的朋友或合作伙伴帮你检视你的代码 ( 代码检视 )

16 删除魔数 // Token kind values: const char number = '8'; const char quit = 'q'; const char print = ';'; // a floating-point number // an exit command // a print command // User interaction strings: const string prompt = "> "; const string result = "= "; // indicate that a result follows

17 删除魔数 // In Token_stream::get(): case '.': case '0': case '1': case '2': case '3': case '4': case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': { cin.putback(ch); // put digit back into the input stream double val; cin >> val; // read a floating-point number return Token(number, val); // rather than Token('8',val) // In primary(): case number: // rather than case '8': return t.value; // return the number s value

18 删除魔数 // In main(): while (cin) { cout << prompt; // rather than "> " Token t = ts.get(); while (t.kind ==print) t=ts.get(); // rather than ==';' if (t.kind == quit) { // rather than =='q' keep_window_open(); return 0; ts.putback(t); cout << result << expression() << endl;

19 删除魔数使用魔数有什么问题呢? 所有人都知道 , 12, -1, 365, 24, , , 2.54, 1.61, , e-34, e-10, e23 和 42 吗? 实际上, 大家并不全知道魔数不利于你的精神健康! 它会消耗你整夜的时间去查找 bugs (bugs 的源泉 ) 它会引起自我毁灭的空间探测如果一个常量在程序开发阶段可能改变或者有人不知道它的含义, 请使用字符常量精度上的改变是最重要的一种改变 3.14!= 和 1 常常能够不需要解释就可以使用, 而 -1 和 2 基本上是不行的 12 可能是可以的 ( 一年的月数, 不会变化 ), 但实际上也是有问题的 ( 参见 Chapter 10) 如果一个常量会被使用超过两次, 那么字符化它使用这种方式, 你只需要在一个地方进行修改就可以了可以采用注释处理魔数, 但最好是字符化它!

20 我们前面为什么还要用魔数? 可以确认一点现在回过头来看看第一次的代码, 你会发现它是多么的丑陋不信, 你回头看一下因为我们的忘性 ( 可能太忙精神不好等原因 ) 而写出了丑陋的代码清理代码是一个实用和重要的工作不仅仅是对学生当你做任何改变以后, 不要忘记重新测试编码中, 需要经常停下来 ( 不要执着于增加新功能 ), 回过头来进行代码检视这样更节省时间改了就测有利于定位错误并进行纠正!

21 错误恢复发生任何用户错误都会终止程序这种方式是不合理的现在的代码结构 int main() try { // do everything catch (exception& e) { // catch errors we understand something about // catch( ) { // 异常的基类, 可以抓取所有 C++ 异常 // catch all other errors 高质量的错误处理是衡量程序员专业程度的标识!

22 错误恢复将实际工作的代码从 main() 中移除留下 main() 仅仅做初始化和清理工作 ( 框架 ) int main() // step 1 try { calculate(); keep_window_open(); return 0; catch (exception& e) { cerr << e.what() << endl; keep_window_open("~~"); return 1; catch (...) { cerr << "exception \n"; keep_window_open("~~"); return 2; // cope with Windows console mode // errors we understand something about // other errors

23 错误恢复将分离的读取和计算功能封装在 calculate() 中, 这样我们可以简化它此处不再需要丑陋的 keep_window_open()! void calculate() { while (cin) { cout << prompt; Token t = ts.get(); while (t.kind == print) t=ts.get(); if (t.kind == quit) return; ts.putback(t); cout << result << expression() << endl; // first discard all prints // quit

24 错误恢复将处理异常 (error()) 恢复的代码移到 calculate() 中 int main() // step 2 try { calculate(); keep_window_open(); return 0; catch (...) { cerr << "exception \n"; keep_window_open("~~"); return 2; // cope with Windows console mode 此处没有 catch (exception& e) // other errors (don t try to recover)

25 错误恢复 void calculate() { while (cin) try { cout << prompt; Token t = ts.get(); while (t.kind == print) t=ts.get(); if (t.kind == quit) return; ts.putback(t); cout << result << expression() << endl; catch (exception& e) { cerr << e.what() << endl; clean_up_mess(); // first discard all prints // quit // write error message // <<< The tricky part! 此处只有 ts 是外部定义的, 需要对它进行处理

26 错误恢复第一次尝试 void clean_up_mess() { while (true) { Token t = ts.get(); if (t.kind == print) return; // skip until we find a print 然而, 上述代码并不能完好的工作, 为什么呢? 请考虑输入 : 1@$z; 1+3; 而执行 clean_up_mess() 时, 你就又会出现一个不合法 ( Bad token ) 的错误字符 $ 当处理错误时, 我们总是不应该再产生错误 Right? 错误处理是困难的, 处理错误处理中产生的错误会更加困难!

27 错误恢复典型问题 : 一个程序的上层不能恢复好底层产生的错误 i.e., bad tokens 产生的错误只有 Token_stream 了解字符串因此, 我们必须在字符处理 ( 低 ) 层次上进行处理解决方案是必须在 Token_stream 中修改 class Token_stream { bool full; // is there a Token in the buffer? 底层更了解细节 Token buffer; // here is where we keep a Token put back using putback() public: Token get(); // get a Token void putback(token t); // put back a Token Token_stream(); // make a Token_stream that reads from cin void ignore(char c); // discard tokens up to and including a c ;

28 错误恢复 void Token_stream::ignore(char c) // skip characters until we find a c; also discard that c { // first look in buffer: if (full && c==buffer.kind) { // && means and full = false; return; full = false; // discard the contents of buffer // now search input: char ch = 0; while (cin>>ch) if (ch==c) return;

29 错误恢复 clean_up_mess() 现在变得很简单它能很好的工作 void clean_up_mess() { ts.ignore(print); 注意 : 我们要做的和我们如何做的之间的区别 : clean_up_mess() 是用户想看到的, 它清除无效状态实际上用户并不感兴趣如何清除这种状态 ts.ignore(print) 是我们实现 clean_up_mess() 的方式实际上, 在不影响功能的条件下, 我们可以修改 / 改进这种实现方式功能接口和实现技术的分离!

30 特性现在, 我们还没有在计算器程序中说明如何添加支持负数支持模余运算 % 预定义符号值变量支持课本第 7 章有相关的描述请仔细阅读并思考 % 和变量的支持说了一些有用的技术在实验中进行实现调试和测试重点回顾过早提供额外特性可能会引起大麻烦 : 耗时容易粗错更让人迷惑等增长你的程序首先做出一个简单的可工作版本然而, 添加一些认为有必要的特性

31 Next 在接下来的两章中, 我们将重点转移到对编程语言特性的系统性讨论这些特性都是我们在前面使用过的更多地了解类 classes 函数 functions 语句 statements 表达式 expressions 类型 types

C/C++ - 字符输入输出和字符确认

C/C++ - 字符输入输出和字符确认 C/C++ Table of contents 1. 2. getchar() putchar() 3. (Buffer) 4. 5. 6. 7. 8. 1 2 3 1 // pseudo code 2 read a character 3 while there is more input 4 increment character count 5 if a line has been read,