Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

• Выглядит ли задача решаемой при имеющихся времени, опыте и инструментах? Мало смысла начинать проект, который вы не сможете завершить. Если у вас мало времени на реализацию (включая тестирование) программы, в которой были бы учтены все требования, то лучше и не начинать ее писать. Потребуйте больше ресурсов (особенно времени) или (лучше всего) измените требования, чтобы упростить задачу.

• Постарайтесь разбить программу на небольшие части. Даже самая маленькая программа, решающая реальную задачу, достаточно велика, для того чтобы разбить ее на части.

• Знаете ли вы, какие инструменты, библиотеки и тому подобные ресурсы вам могут понадобиться? Ответ почти всегда положительный. Даже на самых ранних этапах изучения языка программирования в вашем распоряжении есть небольшие фрагменты стандартной библиотеки С++. Позднее вы узнаете больше об этой библиотеке и способах ее эффективного использования. Вам понадобятся графика и библиотеки графического интерфейса пользователя, а также библиотеки для работы с матрицами и т.п. Получив небольшой опыт, вы сможете найти тысячи таких библиотек в веб. Помните: не стоит изобретать колесо, разрабатывая программное обеспечение для решения реальных задач. Однако при обучении программированию все обстоит в точности наоборот: ученик должен заново изобрести колесо, чтобы увидеть, как оно действует. Время, которое вы сэкономите, используя хорошую библиотеку, можно посвятить разработке других частей программы или отдыху. Как понять, что та или иная библиотека подходит для решения вашей задачи и имеет достаточно высокое качество? Это трудная проблема. Можно поспрашивать у коллег, в дискуссионных группах по интересам или попытаться поэкспериментировать с библиотекой на небольших примерах, прежде чем подключать ее к вашему проекту.

• Проанализируйте части решения, которые описаны отдельно (и, возможно, используются в разных местах программы или даже в других программах). Для этого требуется опыт, поэтому в данной книге мы приводим много примеров. Мы уже использовали векторы (класс vector), строки (класс string), а также потоки ввода и вывода (cin и cout). Эта глава содержит первые завершенные примеры проектирования, реализации и использования программы, содержащей типы, определенные пользователем (Token и Token_stream). В главах 8 и 13–15 представлено много других примеров вместе с принципами их проектирования. Пока рассмотрим аналогию: если бы вы конструировали автомобиль, то начали бы с идентификации его составных частей, например колес, двигателя, сидений, дверных ручек и т.д. Современный автомобиль состоит из десятков тысяч таких компонентов. Реальная программа в этом отношении не отличается от автомобиля за исключением того, что состоит из фрагментов кода. Мы же не пытаемся создавать автомобили непосредственно из исходного сырья, т.е. из стали, пластика и дерева. Поэтому и программы не следует конструировать непосредственно из выражений, инструкций и типов, предусмотренных в языке. Проектирование и реализация составных компонентов является основной темой нашей книги и проектирования программного обеспечения вообще (пользовательские типы описаны в главе 9, иерархии классов — в главе 14, а обобщенные типы — в главе 20).

• Создавайте небольшие и ограниченные версии программы, решающие ключевые части вашей задачи. Начиная работу, мы редко хорошо понимаем задачу. Мы часто так думаем (разве мы не знаем, что такое калькулятор), но на самом деле это не так. Только сочетание размышлений над задачей (анализ) и экспериментирования (проектирование и реализация) дает нам солидное понимание того, что требуется для создания хорошей программы. Итак, пишите небольшие и ограниченные версии, чтобы достичь следующих целей.

• Выявить свое понимание идеи и требуемые инструменты.

• Выявить необходимость изменений, чтобы сделать задачу проще. Анализируя задачу и создавая первоначальные варианты программы, не стремитесь решить все задачи сразу. Используйте возможности обратной связи, которую дает тестирование.

Иногда такая ограниченная первоначальная версия называется прототипом (prototype). Если первая версия не работает или работает очень плохо (что вполне вероятно), отбросьте ее и создайте другую. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока не достигнете желаемого. Не барахтайтесь в путанице; со временем она будет лишь возрастать.

• Создавайте полномасштабную версию, используя части первоначальной версии. В идеале программа должна вырастать из отдельных компонентов, а не создаваться единым блоком. В противном случае придется рассчитывать на чудо и ожидать, что непроверенная идея окажется работоспособной и позволит достичь желаемого.

6.3. Назад к калькулятору!

Как мы хотим взаимодействовать с калькулятором? Это просто: мы знаем, как использовать потоки cin и cout, но графические пользовательские интерфейсы (GUI) будут рассмотрены лишь в главе 16, поэтому остановимся на клавиатуре и консольном окне. Введя выражение с помощью клавиатуры, мы вычисляем его и выводим результат на экран. Рассмотрим пример.

 Выражение: 2+2
 Результат: 4
 Выражение: 2+2*3
 Результат: 8
 Выражение: 2+3–25/5
 Результат: 0

Эти выражения, т.е. 2+2 и 2+2*3, должны быть введены пользователем; все остальное сделает программа. Для приглашения к вводу мы используем слово “Выражение: ”. Мы могли бы выбрать фразу “Пожалуйста, введите выражение и символ перехода на новую строку”, но этот вариант выглядит слишком многословным и бессмысленным. С другой стороны, такие короткие приглашения, как >, выглядят чересчур загадочно. Анализировать такие варианты использования на ранней стадии проектирования программы весьма важно. Это позволяет сформулировать очень практичное определение того, что программа должна делать как минимум.

Обсуждая проектирование и анализ, мы будем называть такие примеры прецедентами использования (use cases). Впервые сталкиваясь с разработкой калькулятора, большинство людей сразу приходят к следующей логике программы:

 read_a_line
 calculate // выполните работу
 write_result

Этот набросок, конечно, не программа; он называется псевдокодом (pseudo code). Псевдокоды обычно используются на ранних этапах проектирования, когда еще не совсем ясно, какой смысл мы вкладываем в обозначения. Например, является ли слово “calculate” вызовом функции? Если да, то каковы его аргументы? Для ответа на этот вопрос просто еще не настало время.

6.3.1. Первое приближение

На этом этапе мы действительно еще не готовы написать программу, имитирующую функции калькулятора. Мы просто мало думали об этом, но размышления — трудная работа, а, как большинство программистов, мы стремимся сразу писать какой-то код. Итак, попробуем написать простую программу-калькулятор и посмотрим, к чему это приведет. Первое приближение может выглядеть примерно так:

 #include "std_lib_facilities.h"
 int main
 {
  cout << "Пожалуйста, введите выражение (допускаются + и –): ";
  int lval = 0;
  int rval;
  char op;
  int res;
  cin>>lval>>op>>rval; // считываем что-то вроде 1 + 3
  if (op=='+')
  res = lval + rval; // сложение
  else if (op=='–')
  res = lval – rval; // вычитание
  cout << "Результат: " << res << '\n';
  keep_window_open;
  return 0;
 }

Иначе говоря, программа считывает пару значений, разделенных оператором, например 2+2, вычисляет результат (в данном случае 4) и выводит его на печать. Здесь переменная, стоящая слева от оператора, обозначена как lval, а переменная, стоящая справа от оператора, — как rval.