Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Попробуем проиллюстрировать сказанное на простом примере. Рассмотрим программу-код для поиска минимальной, максимальной и средней температуры.

 int main
 {
  vector<double> temps; // температуры
  double temp = 0;
  double sum = 0;
  double high_temp = 0;
  double low_temp = 0;
  while (cin>>temp) // считываем и записываем в вектор temps
  temps.push_back(temp);
  for (int i = 0; i<temps.size; ++i)
  {

if(temps[i] > high_temp) high_temp = temps[i]; // находим максимум

if(temps[i] < low_temp) low_temp = temps[i]; // находим минимум

  sum += temps[i]; // вычисляем сумму
  }
  cout << "Максимальная температура: " << high_temp<< endl;
  cout << "Минимальная температура: " << low_temp << endl;
  cout << "Средняя температура:" << sum/temps.size << endl;
 }

Мы проверили эту программу, введя почасовые данные о температуре в центре Люббока, штат Техас (Lubbock, Texas) 16 февраля 2005 года (в штате Техас по-прежнему используется шкала Фаренгейта).

 –16.5, –23.2, –24.0, –25.7, –26.1, –18.6, –9.7, –2.4,
 7.5, 12.6, 23.8, 25.3, 28.0, 34.8, 36.7, 41.5,
 40.3, 42.6, 39.7, 35.4, 12.6, 6.5, –3.7, –14.3

Результаты оказались следующими:

 Максимальная температура: 42.6
 Минимальная температура: –26.1
 Средняя температура: 9.3

Наивный программист может прийти к выводу, что программа работает просто отлично. Безответственный программист продаст ее заказчику. Благоразумный программист проверит программу еще раз. Для этого мы ввели данные, полученные 23 июля 2005 года.

 76.5, 73.5, 71.0, 73.6, 70.1, 73.5, 77.6, 85.3,
 88.5, 91.7, 95.9, 99.2, 98.2, 100.6, 106.3, 112.4,
 110.2, 103.6, 94.9, 91.7, 88.4, 85.2, 85.4, 87.7

На этот раз результаты таковы:

 Максимальная температура: 112.4
 Минимальная температура: 0.0
 Средняя температура: 89.2

Ой, что-то не так. Крепкий мороз (0,0°F соответствует примерно 18°C) в Люббоке в июле — это же просто конец света! Вы видите ошибку? Поскольку переменная low_temp была инициализирована значением 0.0, она останется равной нулю, если все значения температуры окажутся отрицательными.

ПОПРОБУЙТЕ

Выполните эту программу. Убедитесь, что она действительно выдает такие результаты. Попробуйте ее “сломать” (т.е. вынудить выдать неправильные результаты), введя другой набор данных. Сколько данных вам для этого может потребоваться?

К сожалению, в этой программе ошибок намного больше. Что произойдет, если все значения температуры окажутся отрицательными? Инициализация переменной high_temp создает аналогичную проблему: она останется равной нулю, если в исходных данных все значения температуры окажутся больше нуля.

Такие ошибки типичны; они не создают никаких проблем при компиляции и не приводят к неправильным ответам при разумных условиях. Однако мы забыли указать, что означают разумные условия. Вот как должна выглядеть исправленная программа.

 int main
 {
  double temp = 0;
  double sum = 0;

double high_temp = –1000; // инициализация невозможно низким значением

double low_temp = 1000; // инициализация невозможно высоким значением

  int no_of_temps = 0;
  while (cin>>temp) { // считываем температуру
  ++no_of_temps; // подсчитываем количество данных
  sum += temp; // вычисляем сумму
  if (temp > high_temp) high_temp = temp; // находим максимум
  if (temp < low_temp) low_temp = temp; // находим минимум
  }
  cout << "Максимальная температура: " << high_temp<< endl;
  cout << "Минимальная температура: " << low_temp << endl;
  cout << "Средняя температура:" << sum/temps.size << endl;
 }

Эта программа работает? Почему вы уверены в этом? Вы сможете дать точное определение слова “работает”? Откуда взялись числа 1000 и –1000. Помните о “магических” константах (см. раздел 5.5.1). Указывать числа 1000 и 1000 как литеральные константы в тексте программы — плохой стиль, но может быть, и эти числа неверны? Существуют ли места, где температура опускается ниже —1000°F (–573°C)? Существуют ли места, где температура поднимается выше 1000°F (538°C)?

ПОПРОБУЙТЕ

Просмотрите программу. Используя достоверные источники информации, введите разумные значения для констант min_temp (минимальная температура) и max_temp (максимальная температура). Эти значения определят пределы применимости вашей программы.

5.8. Оценка

Представьте себе, что вы написали простую программу, например, вычисляющую площадь шестиугольника. Вы запустили ее и получили, что площадь равна –34.56. Очевидно, что ответ неверен. Почему? Потому что ни одна фигура не может иметь отрицательную площадь. Итак, вы исправляете ошибку и получаете ответ 21.65685. Этот результат правильный? Ответить на этот вопрос труднее, потому что мы обычно не помним формулу для вычисления площади шестиугольников. Итак, чтобы не опозориться перед пользователями и не поставить им программу, выдающую глупые результаты, необходимо проверить, что ответ правильный. В данном случае это просто. Шестиугольник похож на квадрат. Набросав на бумаге рисунок, легко убедиться, что площадь шестиугольника близка к площади квадрата 3x3. Площадь этого квадрата равна 9. Итак, ответ 21.65685 не может быть правильным! Переделаем программу и получим ответ 10.3923. Это уже похоже на правду!

В данном случае мы ничего не делали с шестиугольниками. Дело в том, что даже имея представление о правильном ответе, даже таком довольно точном, мы не имеем права считать результат приемлемым. Всегда следует ответить на следующие вопросы.

1. Является ли данный ответ разумным для данной задачи?

Можно даже задать более общий (и более трудный) вопрос.

2. Как распознать разумный результат?

Обратите внимание на то, что мы не спрашиваем: “Каков точный ответ?” или “Каков правильный ответ?” Этот ответ нам даст сама программа. Нам лишь хочется, чтобы ответ не был глупым. Только в том случае, если ответ является разумным, имеет смысл продолжать работать над программой.