7. Использование приемов из предыдущего упражнения позволяет создать иллюзию полета самолета по экрану. Создайте кнопки Start и Stop.
8. Создайте конвертер валют. Считайте курсы валют из файла в момент запуска программы. Введите сумму в окне ввода и предусмотрите возможность выбора валют для конверсии (например, пару меню).
9. Модифицируйте калькулятор из главы 7 так, чтобы выражение вводилось в окне редактирование, а результат возвращался в окне вывода.
10. Разработайте программу, в которой можно выбрать одну из нескольких функций (например,
sin
и
log
), введите параметры этих функций и постройте ее график.
Послесловие
Графический пользовательский интерфейс —
неисчерпаемая тема. Большая часть этой темы касается стиля и совместимости с существующими системами. Более того, много сложностей возникает при работе с чрезвычайно разнообразными элементами управления окном (например, библиотека графического пользовательского интерфейса предлагает многие десятки альтернативных стилей кнопок), — раздолье для “ботаников”. Однако лишь немногие вопросы из этой области относятся к фундаментальным методам программирования, поэтому мы не будем углубляться в этом направлении. Другие темы, такие как масштабирование, вращение, анимация, трехмерные объекты и так далее, требуют изложения сложных фактов, связанных с графикой и/или математикой, которые мы затрагивать здесь не хотим.
Вы должны знать о том, что большинство систем графического пользовательского интерфейса имеет программу-компоновщик, позволяющую визуально создавать окна, присоединять к ним обратные вызовы и задавать действия кнопок, меню и т.д. Во многих приложениях такие программы-компоновщики позволяют существенно сократить процесс программирования, например обратных вызовов. Однако всегда следует понимать, как будет работать результирующая программа. Иногда сгенерированный код эквивалентен тому, что вы видели в главе. Порой для этого используются более сложные и/или крупные механизмы.
Часть III
Данные и алгоритмы
Глава 17
Векторы и свободная память
“Используйте vector по умолчанию”.
Алекс Степанов (Alex Stepanov)
В этой и четырех следующих главах описываются контейнеры и алгоритмы из стандартной библиотеки языка С++, которую обычно называют STL. Мы рассматриваем основные возможности библиотеки STL и описываем их применение. Кроме того, излагаем ключевые методы проектирования и программирования, использованные при разработке библиотеки STL, а также некоторые низкоуровневые свойства языка, примененные при этом. К этим свойствам относятся указатели, массивы и свободная память. В центре внимания этой и следующих двух глав находятся проектирование и реализация наиболее популярного и полезного контейнера из библиотеки
STL: vector
.
17.1. Введение
Наиболее полезным контейнером, описанным в стандартной библиотеке языка С++, является класс
vector
. В векторе хранится последовательность элементов одного и того же типа. Мы можем обращаться к элементу вектора по индексу, расширять вектор с помощью функции
push_back
, запрашивать у вектора количество его элементов, используя функцию
size
, а также предотвращать выход за пределы допустимого диапазона. Стандартный вектор — удобный, гибкий, эффективный (по времени и объему памяти) и безопасный контейнер с точки зрения статических типов. Стандартный класс
string
обладает как этими, так и другими полезными свойствами стандартных контейнерных типов, таких как
list
и
map
, которые будут описаны в главе 20.
Однако память компьютера не обеспечивает непосредственной поддержки таких полезных типов. Аппаратное обеспечение способно непосредственно поддерживать только последовательности битов. Например, в классе
vector<double>
операция
v.push_back(2.3)
добавляет число
2.3
в последовательность чисел типа
double
и увеличивает на единицу счетчик элементов вектора
v
(с помощью функции
v.size
). На самом нижнем уровне компьютер ничего не знает о таких сложных функциях, как
push_back
; все, что он знает, — как прочитать и записать несколько байтов за раз.
В этой и следующих двух главах мы покажем, как построить класс
vector
, используя основные языковые возможности, доступные любому программисту. Это сделано для того, чтобы проиллюстрировать полезные концепции и методы программирования и показать, как их можно выразить с помощью средств языка С++. Языковые возможности и методы программирования, использованные при реализации класса
vector
, весьма полезны и очень широко используются.
Разобравшись в вопросах проектирования, реализации и использования класса
vector
, мы сможем понять устройство других стандартных контейнеров, таких как
map
, и испытать элементные и эффективные методы их использования, обеспечиваемые стандартной библиотекой языка C++ (подробнее об этом речь пойдет в главах 20 и 21). Эти методы, называемые алгоритмами, позволяют решать типичные задачи программирования обработки данных. Вместо самостоятельной разработки кустарных инструментов мы можем облегчить написание и тестирование программ с помощью библиотеки языка C++. Мы уже видели и использовали один из наиболее полезных алгоритмов из стандартной библиотеки —
sort
.
Мы будем приближаться к стандартному библиотечному классу vector через ряд постепенно усложняющихся вариантов реализации. Сначала мы создадим очень простой класс vector. Затем выявим его недостатки и исправим их. Сделав это несколько раз, мы придем к реализации класса vector, который почти эквивалентен стандартному библиотечному классу vector, поставляемому вместе с компиляторами языка C++. Этот процесс постепенного уточнения точно отражает обычный подход к решению программистской задачи. Попутно мы выявим и исследуем многие классические задачи, связанные с использованием памяти и структур данных. Наш основной план приведен ниже.
• Глава 17. Как работать с разными объемами памяти? В частности, как создать разные векторы с разным количеством элементов и как отдельный вектор может иметь разное количество элементов в разные моменты времени? Это приведет нас к проверке объема свободной памяти (объема кучи), указателям, приведению типов (операторам явного приведения типов) и ссылкам.
• Глава 18. Как скопировать вектор? Как реализовать оператор доступа к элементам по индексу? Кроме того, мы введем в рассмотрение массивы и исследуем их связь с указателями.
• Глава 19. Как создать векторы с разными типами хранящихся в них элементов? Как обрабатывать ошибку выхода за пределы допустимого диапазона? Для ответа на этот вопрос мы изучим шаблоны языка С++ и исключения.
Кроме новых свойств языка и методов программирования, изобретенных для создания гибкого, эффективного и безопасного с точки зрения типов вектора, мы будем также использовать (в том числе повторно) многое из описанного ранее. В некоторых случаях мы сможем даже привести более формальное определение.
Итак, все упирается в прямой доступ к памяти. Зачем нам это нужно? Наши классы
vector
и
string
чрезвычайно полезны и удобны; их можно просто использовать. В конце концов, контейнеры, такие как
vector
и
string
, разработаны именно для того, чтобы освободить нас от неприятных аспектов работы с реальной памятью. Однако, если мы не верим в волшебство, то должны освоить самый низкий уровень управления памятью. А почему бы нам не поверить в волшебство, т.е. почему бы не поверить, что разработчики класса vector знали, что делают? В конце концов, мы же не разбираем физические устройства, обеспечивающие работу памяти компьютера.