Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

9. Напишите программу, преобразующую слова “нуль”, “два” и т.д. в цифры 0, 2 и т.д. Когда пользователь вводит число в виде слова, программа должна вывести на экран соответствующую цифру. Выполните эту программу для цифр 0, 1, 2, 3 и 4. Если пользователь введет что-нибудь другое, например фразу “глупый компьютер!”, программа должна ответить “Я не знаю такого числа!”

10. Напишите программу, принимающую на входе символ оператора с двумя операндами и выводящую на экран результат вычисления. Например:

 + 100 3.14
 * 4 5

Считайте символ операции в объект типа string с именем operation и, используя инструкцию if, выясните, какую операцию хочет выполнить пользователь, например if (operation=="+"). Считайте операнды в переменные типа double. Выполните операции с именами +, –, *, /, plus, minus, mul и div, имеющие очевидный смысл.

11. Напишите программу, предлагающую пользователю ввести определенное количество 1-, 5-, 10-, 25-, 50-центовых и долларовых монет. Пользователь должен по отдельности ввести количество монет каждого достоинства, например “Сколько у вас одноцентовых монет?” Результат должен выглядеть следующим образом.

У вас 23 одноцентовые монеты.

У вас 17 пятицентовых монет.

У вас 14 десятицентовых монет.

У вас 7 25-центовых монет.

У вас 3 50-центовые монеты.

Общая стоимость ваших монет равна 573 центам.

Усовершенствуйте программу: если у пользователя только одна монета, выведите ответ в грамматически правильной форме. Например, “14 десятицентовых монет” и “1 одноцентовая монета” (а не “1 одноцентовых монет”). Кроме того, выведите результат в долларах и центах, т.е. 5,73 доллара, а не 573 цента.

Послесловие

Не следует недооценивать важность типовой безопасности. Тип — наиболее важное понятие для создания правильных программ, и некоторые из наиболее эффективных методов разработки программ основаны на разработке и использовании типов (см. главы 6 и 9, части II–IV).

Глава 4 Вычисления

Если результат не обязательно должен быть точным,

я могу вычислить его сколь угодно быстро”.

Джеральд Вайнберг (Gerald M. Weinberg)

В главе излагаются основы вычислений. В частности, объясняется, как вычислять значения с помощью набора операндов (выражений), как выбирать альтернативные действия (операции выбора) и повторять вычисления (итерации), как присвоить имя конкретному фрагменту вычислений (функции). Основная цель главы — представить вычисления с помощью методов, ведущих к созданию правильных и хорошо организованных программ. Для того чтобы научить вас выполнять более реалистичные вычисления, мы вводим тип vector, предназначенный для хранения последовательностей значений.

4.1. Вычисления

Все программы что-нибудь вычисляют; иначе говоря, они получают на вход какие-то данные и выводят какие-то результаты. Кроме того, само устройство, на котором выполняются программы, называется компьютером [5] . Эта точка зрения является правильной и обоснованной, пока мы придерживаемся широкой трактовки ввода и вывода.

Входная информация может поступать с клавиатуры, от мыши, с сенсорного экрана, из файлов, от других устройств ввода и других частей программы. К категории “другие устройства ввода” относятся наиболее интересные источники данных: музыкальные клавишные пульты, устройства видеозаписи, датчики температуры, сенсоры цифровых видеокамер и т.п. Разнообразие этих устройств бесконечно.

5

От английского слова compute — вычислять. — Примеч. ред.

Для обработки входной информации программы обычно используют специальные данные, которые называют структурами данных (data structures) или их состояниями (states). Например, программа, имитирующая календарь, может содержать списки праздничных дней в разных странах и список ваших деловых свиданий. Некоторые из этих данных с самого начала являются частью программы, а другие возникают, когда программа считывает данные и извлекает из них полезную информацию. Например, программа, имитирующая календарь, может создавать список ваших деловых встреч по мере того, как вы будете вводить их в нее. В этом случае основной входной информацией являются запросы месяца и дня встречи (возможно, с помощью щелчка мышью) и ввод данных о деловых встречах (возможно, с помощью клавиатуры). Устройством вывода для этой программы является экран, на котором высвечиваются календарь и данные о назначенных встречах, а также кнопки и приглашения для ввода, которые программа может выводить на экран самостоятельно.

Входная информация может поступать от самых разных источников. Аналогично, результаты могут выводиться на разные устройства: на экран, в другие программы или части программы. К устройствам вывода относятся также сетевые интерфейсы, музыкальные синтезаторы, электрические моторы, генераторы энергии, обогреватели и т.п.

С программистской точки зрения наиболее важными и интересными категориями ввода-вывода являются “в другую программу” и “в другие части программы”. Большая часть настоящей книги посвящена последней категории: как представить программу в виде взаимодействующих частей и как обеспечить взаимный доступ к данным и обмен информацией. Это ключевые вопросы программирования. Проиллюстрируем их графически.

Аббревиатура I/O означает ввод-вывод. В данном случае вывод из одной части программы является вводом в следующую часть. Эти части программы имеют доступ к данным, хранящимся в основной памяти, на постоянном устройстве хранения данных (например, на диске) или передающимся через сетевые соединения. Под частями программы мы подразумеваем сущности, такие как функция, вычисляющая результат на основе полученных аргументов (например, извлекающая корень квадратный из числа с плавающей точкой), функция, выполняющая действия над физическими объектами (например, рисующая линию на экране), или функция, модифицирующая некую таблицу в программе (например, добавляющая имя в таблицу клиентов).

Когда мы говорим “ввод” и “вывод”, обычно подразумеваем, что в компьютер вводится или из компьютера выводится некая информация, но, как вы вскоре увидите, мы можем использовать эти термины и для информации, переданной другой части программы или полученной от нее. Информацию, которая является вводом в часть программы, часто называют аргументом, а данные, поступающие от части программы, — результатом.

Вычислением мы называем некое действие, создающее определенные результаты и основанное на определенных входных данных, например порождение результата (вывода), равного 49, на основе аргумента (ввода), равного 7, с помощью вычисления (функции) извлечения квадратного корня (см. раздел 4.5). Как курьезный факт, напомним, что до 1950-х годов компьютером [6] в США назывался человек, выполнявший вычисления, например бухгалтер, навигатор, физик. В настоящее время мы просто перепоручили большинство вычислений компьютерам (машинам), среди которых простейшими являются калькуляторы.

6

Вычислителем. — Примеч. ред.

4.2. Цели и средства

Цель программиста — описать вычисления, причем это должно быть сделано следующим образом:

• правильно;

• просто;

• эффективно.

Пожалуйста, запомните порядок этих целей: неважно, как быстро работает ваша программа, если она выдает неправильные результаты. Аналогично, правильная и эффективная программа может оказаться настолько сложной, что ее придется отклонить или полностью переписать в виде новой версии. Помните, что полезные программы всегда должны допускать модификации, чтобы учитывать новые потребности, новые аппаратные устройства и т.д. Для этого программа — и любая ее часть — должны быть как можно более простыми. Например, предположим, что вы написали идеальную программу для обучения основам арифметики детей в вашей местной школе, но ее внутренняя структура является слишком запутанной. На каком языке вы собираетесь общаться с детьми? На английском? Английском и испанском? А не хотели бы вы, чтобы вашу программу использовали в Финляндии? А в Кувейте? Как изменить естественный язык, используемый для общения с детьми? Если программа имеет слишком запутанную структуру, то логически простая (но на практике практически всегда очень сложная) операция изменения естественного языка для общения с пользователями становится непреодолимой.