Programowanie. Teoria i praktyka z wykorzystaniem C++

Programowanie.
Teoria i praktyka
z wykorzystaniem C++
Autor: Bjarne Stroustrup
T³umaczenie: £ukasz Piwko
ISBN: 978-83-246-2233-7
Tytu³ orygina³u: Principles and Practice Using C++
Format: 172×245, stron: 1112
Zaczerpnij wiedzê o C++ od samego twórcy jêzyka!
• Jak zacz¹æ pracê w zintegrowanym œrodowisku programistycznym?
• Jak profesjonalnie tworzyæ programy u¿ytkowe?
• Jak korzystaæ z biblioteki graficznego interfejsu u¿ytkownika?
Jeœli zale¿y Ci na tym, aby zdobyæ rzeteln¹ wiedzê i perfekcyjne umiejêtnoœci programowania
z u¿yciem jêzyka C++, powinieneœ uczyæ siê od wybitnego eksperta i twórcy tego
jêzyka – Bjarne Stroustrupa, który jako pierwszy zaprojektowa³ i zaimplementowa³ C++.
Podrêcznik, który trzymasz w rêku, daje Ci szansê odkrycia wszelkich tajników tego
jêzyka, obszernie opisanego w miêdzynarodowym standardzie i obs³uguj¹cego
najwa¿niejsze techniki programistyczne. C++ umo¿liwia pisanie wydajnego i eleganckiego
kodu, a wiêkszoœæ technik w nim stosowanych mo¿na przenieœæ do innych jêzyków
programowania.
Ksi¹¿ka „Programowanie w C++. Teoria i praktyka” zawiera szczegó³owy opis pojêæ
i technik programistycznych, a tak¿e samego jêzyka C++, oraz przyk³ady kodu.
Znajdziesz tu równie¿ omówienia zagadnieñ zaawansowanych, takich jak przetwarzanie
tekstu i testowanie. Z tego podrêcznika dowiesz siê, na czym polega wywo³ywanie
funkcji przeci¹¿onych i dopasowywanie wyra¿eñ regularnych. Zobaczysz te¿, jaki
powinien byæ standard kodowania. Poznasz sposoby projektowania klas graficznych
i systemów wbudowanych, tajniki implementacji, wykorzystywania funkcji oraz
indywidualizacji operacji wejœcia i wyjœcia. Korzystaj¹c z tego przewodnika, nauczysz
siê od samego mistrza pisaæ doskona³e, wydajne i ³atwe w utrzymaniu programy.
• Techniki programistyczne
• Infrastruktura algorytmiczna
• Biblioteka standardowa C++
• Instrukcje steruj¹ce i obs³uga b³êdów
• Implementacja i wykorzystanie funkcji
• Kontrola typów
• Interfejsy klas
• Indywidualizacja operacji wejœcia i wyjœcia
• Projektowanie klas graficznych
• Wektory i pamiêæ wolna
• Kontenery i iteratory
• Programowanie systemów wbudowanych
• Makra
Wykorzystaj wiedzê Bjarne Stroustrupa i pisz profesjonalne programy w C++!

Spis treci
Wstp 19
Sowo do studentów 21
Sowo do nauczycieli 22
Pomoc 23
Podzikowania 23
Uwagi do czytelnika 25
0.1. Struktura ksiki 26
0.1.1. Informacje ogólne 27
0.1.2. wiczenia, praca domowa itp. 28
0.1.3. Po przeczytaniu tej ksiki 29
0.2. Filozofia nauczania i uczenia si 29
0.2.1. Kolejno tematów 32
0.2.2. Programowanie a jzyk programowania 34
0.2.3. Przenono 34
0.3. Programowanie a informatyka 35
0.4. Kreatywno i rozwizywanie problemów 35
0.5. Uwagi dla autorów 35
0.6. Bibliografia 36
0.7. Noty biograficzne 37
Bjarne Stroustrup 37
Lawrence „Pete” Petersen 38
3

4 SPIS TRECI
Rozdzia 1. Komputery, ludzie i programowanie 39
1.1. Wstp 40
1.2. Oprogramowanie 40
1.3. Ludzie 42
1.4. Informatyka 45
1.5. Komputery s wszdzie 46
1.5.1. Komputery z ekranem i bez 46
1.5.2. Transport 47
1.5.3. Telekomunikacja 48
1.5.4. Medycyna 50
1.5.5. Informacja 51
1.5.6. Sigamy w kosmos 52
1.5.7. I co z tego 53
1.6. Ideay dla programistów 54
Cz I Podstawy 61
Rozdzia 2. Witaj, wiecie! 63
2.1. Programy 64
2.2. Klasyczny pierwszy program 64
2.3. Kompilacja 67
2.4. czenie 69
2.5. rodowiska programistyczne 70
Rozdzia 3. Obiekty, typy i wartoci 77
3.1. Dane wejciowe 78
3.2. Zmienne 80
3.3. Typy danych wejciowych 81
3.4. Operacje i operatory 82
3.5. Przypisanie i inicjacja 85
3.5.1. Przykad usuwania powtarzajcych si sów 87
3.6. Zoone operatory przypisania 89
3.6.1. Przykad zliczania powtarzajcych si sów 89
3.7. Nazwy 90
3.8. Typy i obiekty 92
3.9. Kontrola typów 94
3.9.1. Konwersje bezpieczne dla typów 95
3.9.2. Konwersje niebezpieczne dla typów 96

SPIS TRECI 5
Rozdzia 4. Wykonywanie oblicze 103
4.1. Wykonywanie oblicze 104
4.2. Cele i narzdzia 105
4.3. Wyraenia 107
4.3.1. Wyraenia stae 108
4.3.2. Operatory 109
4.3.3. Konwersje 111
4.4. Instrukcje 112
4.4.1. Selekcja 113
4.4.2. Iteracja 119
4.5. Funkcje 122
4.5.1. Po co zaprzta sobie gow funkcjami 124
4.5.2. Deklarowanie funkcji 125
4.6. Wektor 126
4.6.1. Powikszanie wektora 127
4.6.2. Przykad wczytywania liczb do programu 128
4.6.3. Przykad z uyciem tekstu 130
4.7. Waciwoci jzyka 132
Rozdzia 5. Bdy 139
5.1. Wstp 140
5.2. róda bdów 141
5.3. Bdy kompilacji 142
5.3.1. Bdy skadni 142
5.3.2. Bdy typów 143
5.3.3. Nie bdy 144
5.4. Bdy konsolidacji 145
5.5. Bdy czasu wykonania 146
5.5.1. Rozwizywanie problemu przez wywoujcego 147
5.5.2. Rozwizywanie problemu przez wywoywanego 148
5.5.3. Raportowanie bdów 149
5.6. Wyjtki 151
5.6.1. Nieprawidowe argumenty 151
5.6.2. Bdy zakresu 152
5.6.3. Nieprawidowe dane wejciowe 154
5.6.4. Bdy zawania zakresu 156
5.7. Bdy logiczne 157
5.8. Szacowanie 159
5.9. Debugowanie 161
5.9.1. Praktyczna rada dotyczca debugowania 162
5.10. Warunki wstpne i kocowe 165
5.10.1. Warunki kocowe 167
5.11. Testowanie 168

6 SPIS TRECI
Rozdzia 6. Pisanie programu 175
6.1. Problem 176
6.2. Przemylenie problemu 176
6.2.1. Etapy rozwoju oprogramowania 177
6.2.2. Strategia 177
6.3. Wracajc do kalkulatora 179
6.3.1. Pierwsza próba 180
6.3.2. Tokeny 182
6.3.3. Implementowanie tokenów 183
6.3.4. Uywanie tokenów 185
6.3.5. Powrót do tablicy 187
6.4. Gramatyki 188
6.4.1. Dygresja — gramatyka jzyka angielskiego 192
6.4.2. Pisanie gramatyki 193
6.5. Zamiana gramatyki w kod 194
6.5.1. Implementowanie zasad gramatyki 194
6.5.2. Wyraenia 195
6.5.3. Skadniki 199
6.5.4. Podstawowe elementy wyrae 200
6.6. Wypróbowywanie pierwszej wersji 201
6.7. Wypróbowywanie drugiej wersji 205
6.8. Strumienie tokenów 206
6.8.1. Implementacja typu Token_stream 207
6.8.2. Wczytywanie tokenów 209
6.8.3. Wczytywanie liczb 210
6.9. Struktura programu 211
Rozdzia 7. Koczenie programu 217
7.1. Wprowadzenie 218
7.2. Wejcie i wyjcie 218
7.3. Obsuga bdów 220
7.4. Liczby ujemne 224
7.5. Reszta z dzielenia 225
7.6. Oczyszczanie kodu 227
7.6.1. Stae symboliczne 227
7.6.2. Uycie funkcji 229
7.6.3. Ukad kodu 230
7.6.4. Komentarze 231
7.7. Odzyskiwanie sprawnoci po wystpieniu bdu 233
7.8. Zmienne 236
7.8.1. Zmienne i definicje 236
7.8.2. Wprowadzanie nazw 240
7.8.3. Nazwy predefiniowane 242
7.8.4. Czy to ju koniec? 243

SPIS TRECI 7
Rozdzia 8. Szczegóy techniczne — funkcje itp. 247
8.1. Szczegóy techniczne 248
8.2. Deklaracje i definicje 249
8.2.1. Rodzaje deklaracji 252
8.2.2. Deklaracje staych i zmiennych 252
8.2.3. Domylna inicjacja 254
8.3. Pliki nagówkowe 254
8.4. Zakres 256
8.5. Wywoywanie i warto zwrotna funkcji 261
8.5.1. Deklarowanie argumentów i typu zwrotnego 261
8.5.2. Zwracanie wartoci 263
8.5.3. Przekazywanie przez warto 264
8.5.4. Przekazywanie argumentów przez sta referencj 265
8.5.5. Przekazywanie przez referencj 267
8.5.6. Przekazywanie przez warto a przez referencj 269
8.5.7. Sprawdzanie argumentów i konwersja 271
8.5.8. Implementacja wywoa funkcji 272
8.6. Porzdek wykonywania instrukcji 276
8.6.1. Wartociowanie wyrae 277
8.6.2. Globalna inicjacja 277
8.7. Przestrzenie nazw 279
8.7.1. Dyrektywy i deklaracje using 280
Rozdzia 9. Szczegóy techniczne — klasy itp. 287
9.1. Typy zdefiniowane przez uytkownika 288
9.2. Klasy i skadowe klas 289
9.3. Interfejs i implementacja 289
9.4. Tworzenie klas 291
9.4.1. Struktury i funkcje 291
9.4.2. Funkcje skadowe i konstruktory 293
9.4.3. Ukrywanie szczegóów 294
9.4.4. Definiowanie funkcji skadowych 296
9.4.5. Odwoywanie si do biecego obiektu 298
9.4.6. Raportowanie bdów 299
9.5. Wyliczenia 300
9.6. Przecianie operatorów 302
9.7. Interfejsy klas 303
9.7.1. Typy argumentów 304
9.7.2. Kopiowanie 306
9.7.3. Konstruktory domylne 306
9.7.4. Stae funkcje skadowe 309
9.7.5. Skadowe i funkcje pomocnicze 310
9.8. Klasa Date 312

8 SPIS TRECI
Cz II Wejcie i wyjcie 319
Rozdzia 10. Strumienie wejcia i wyjcia 321
10.1. Wejcie i wyjcie 322
10.2. Model strumieni wejcia i wyjcia 323
10.3. Pliki 325
10.4. Otwieranie pliku 326
10.5. Odczytywanie i zapisywanie plików 328
10.6. Obsuga bdów wejcia i wyjcia 330
10.7. Wczytywanie pojedynczej wartoci 332
10.7.1. Rozoenie problemu na mniejsze czci 334
10.7.2. Oddzielenie warstwy komunikacyjnej od funkcji 337
10.8. Definiowanie operatorów wyjciowych 338
10.9. Definiowanie operatorów wejciowych 339
10.10. Standardowa ptla wejciowa 340
10.11. Wczytywanie pliku strukturalnego 341
10.11.1. Reprezentacja danych w pamici 342
10.11.2. Odczytywanie struktur wartoci 343
10.11.3. Zmienianie reprezentacji 347
Rozdzia 11. Indywidualizacja operacji wejcia i wyjcia 353
11.1. Regularno i nieregularno 354
11.2. Formatowanie danych wyjciowych 354
11.2.1. Wysyanie na wyjcie liczb cakowitych 355
11.2.2. Przyjmowanie na wejciu liczb cakowitych 356
11.2.3. Wysyanie na wyjcie liczb zmiennoprzecinkowych 357
11.2.4. Precyzja 358
11.2.5. Pola 360
11.3. Otwieranie plików i pozycjonowanie 361
11.3.1. Tryby otwierania plików 361
11.3.2. Pliki binarne 362
11.3.3. Pozycjonowanie w plikach 365
11.4. Strumienie acuchowe 365
11.5. Wprowadzanie danych wierszami 367
11.6. Klasyfikowanie znaków 368
11.7. Stosowanie niestandardowych separatorów 370
11.8. Zostao jeszcze tyle do poznania 376
Rozdzia 12. Model graficzny 381
12.1. Czemu grafika? 382
12.2. Model graficzny 383
12.3. Pierwszy przykad 384

SPIS TRECI 9
12.4. Biblioteka GUI 387
12.5. Wspórzdne 388
12.6. Figury geometryczne 388
12.7. Uywanie klas figur geometrycznych 389
12.7.1. Nagówki graficzne i funkcja main 390
12.7.2. Prawie puste okno 390
12.7.3. Klasa Axis 392
12.7.4. Rysowanie wykresu funkcji 394
12.7.5. Wielokty 394
12.7.6. Prostokty 395
12.7.7. Wypenianie kolorem 397
12.7.8. Tekst 398
12.7.9.Obrazy 399
12.7.10. Jeszcze wicej grafik 400
12.8. Uruchamianie programu 401
12.8.1. Pliki ródowe 402
Rozdzia 13. Klasy graficzne 407
13.1. Przegld klas graficznych 408
13.2. Klasy Point i Line 410
13.3. Klasa Lines 412
13.4. Klasa Color 414
13.5. Typ Line_style 416
13.6. Typ Open_polyline 418
13.7. Typ Closed_polyline 419
13.8. Typ Polygon 420
13.9. Typ Rectangle 422
13.10. Wykorzystywanie obiektów bez nazw 426
13.11. Typ Text 428
13.12. Typ Circle 430
13.13. Typ Ellipse 431
13.14. Typ Marked_polyline 433
13.15. Typ Marks 434
13.16. Typ Mark 435
13.17. Typ Image 436
Rozdzia 14. Projektowanie klas graficznych 443
14.1. Zasady projektowania 444
14.1.1. Typy 444
14.1.2. Operacje 445
14.1.3. Nazewnictwo 446
14.1.4. Zmienno 448

10 SPIS TRECI
14.2. Klasa Shape 448
14.2.1. Klasa abstrakcyjna 450
14.2.2. Kontrola dostpu 451
14.2.3. Rysowanie figur 454
14.2.4. Kopiowanie i zmienno 456
14.3. Klasy bazowe i pochodne 458
14.3.1. Ukad obiektu 459
14.3.2. Tworzenie podklas i definiowanie funkcji wirtualnych 461
14.3.3. Przesanianie 461
14.3.4. Dostp 463
14.3.5. Czyste funkcje wirtualne 464
14.4. Zalety programowania obiektowego 465
Rozdzia 15. Graficzne przedstawienie funkcji i danych 471
15.1. Wprowadzenie 472
15.2. Rysowanie wykresów prostych funkcji 472
15.3. Typ Function 476
15.3.1. Argumenty domylne 477
15.3.2. Wicej przykadów 478
15.4. Typ Axis 479
15.5. Warto przybliona funkcji wykadniczej 481
15.6. Przedstawianie danych na wykresach 486
15.6.1. Odczyt danych z pliku 487
15.6.2. Ukad ogólny 488
15.6.3. Skalowanie danych 489
15.6.4. Budowanie wykresu 490
Rozdzia 16. Graficzne interfejsy uytkownika 497
16.1. Róne rodzaje interfejsów uytkownika 498
16.2. Przycisk Next 499
16.3. Proste okno 500
16.3.1. Funkcje zwrotne 501
16.3.2. Ptla oczekujca 504
16.4. Typ Button i inne pochodne typu Widget 505
16.4.1. Widgety 505
16.4.2. Przyciski 506
16.4.3. Widgety In_box i Out_box 507
16.4.4. Menu 507
16.5. Przykad 508
16.6. Inwersja kontroli 511
16.7. Dodawanie menu 513
16.8. Debugowanie kodu GUI 517

SPIS TRECI 11
Cz III Dane i algorytmy 523
Rozdzia 17. Wektory i pami wolna 525
17.1. Wprowadzenie 526
17.2. Podstawowe wiadomoci na temat typu vector 527
17.3. Pami, adresy i wskaniki 529
17.3.1. Operator sizeof 531
17.4. Pami wolna a wskaniki 532
17.4.1. Alokacja obiektów w pamici wolnej 533
17.4.2. Dostp poprzez wskaniki 534
17.4.3. Zakresy 535
17.4.4. Inicjacja 536
17.4.5. Wskanik zerowy 537
17.4.6. Dealokacja pamici wolnej 538
17.5. Destruktory 540
17.5.1. Generowanie destruktorów 542
17.5.2. Destruktory a pami wolna 542
17.6. Dostp do elementów 544
17.7. Wskaniki na obiekty klas 545
17.8. Babranie si w typach — void* i rzutowanie 546
17.9. Wskaniki i referencje 548
17.9.1. Wskaniki i referencje jako parametry 549
17.9.2. Wskaniki, referencje i dziedziczenie 550
17.9.3. Przykad — listy 551
17.9.4. Operacje na listach 552
17.9.5. Zastosowania list 554
17.10. Wskanik this 555
17.10.1. Wicej przykadów uycia typu Link 557
Rozdzia 18. Wektory i tablice 563
18.1. Wprowadzenie 564
18.2. Kopiowanie 564
18.2.1. Konstruktory kopiujce 566
18.2.2. Przypisywanie z kopiowaniem 567
18.2.3. Terminologia zwizana z kopiowaniem 569
18.3. Podstawowe operacje 570
18.3.1. Konstruktory jawne 571
18.3.2. Debugowanie konstruktorów i destruktorów 573
18.4. Uzyskiwanie dostpu do elementów wektora 575
18.4.1. Problem staych wektorów 576
18.5. Tablice 577
18.5.1. Wskaniki na elementy tablicy 578
18.5.2. Wskaniki i tablice 580

12 SPIS TRECI
18.5.3. Inicjowanie tablic 582
18.5.4. Problemy ze wskanikami 583
18.6. Przykady — palindrom 586
18.6.1. Wykorzystanie acuchów 586
18.6.2. Wykorzystanie tablic 587
18.6.3. Wykorzystanie wskaników 588
Rozdzia 19. Wektory, szablony i wyjtki 593
19.1. Analiza problemów 594
19.2. Zmienianie rozmiaru 596
19.2.1. Reprezentacja 597
19.2.2. Rezerwacja pamici i pojemno kontenera 598
19.2.3. Zmienianie rozmiaru 599
19.2.4. Funkcja push_back() 599
19.2.5. Przypisywanie 600
19.2.6. Podsumowanie dotychczasowej pracy nad typem vector 601
19.3. Szablony 602
19.3.1. Typy jako parametry szablonów 603
19.3.2. Programowanie ogólne 605
19.3.3. Kontenery a dziedziczenie 607
19.3.4. Liczby cakowite jako parametry szablonów 608
19.3.5. Dedukcja argumentów szablonu 610
19.3.6. Uogólnianie wektora 610
19.4. Sprawdzanie zakresu i wyjtki 613
19.4.1. Dygresja — uwagi projektowe 614
19.4.2. Wyznanie na temat makr 615
19.5. Zasoby i wyjtki 617
19.5.1. Potencjalne problemy z zarzdzaniem zasobami 617
19.5.2. Zajmowanie zasobów jest inicjacj 619
19.5.3. Gwarancje 620
19.5.4. Obiekt auto_ptr 621
19.5.5. Technika RAII dla wektora 622
Rozdzia 20. Kontenery i iteratory 629
20.1. Przechowywanie i przetwarzanie danych 630
20.1.1. Praca na danych 630
20.1.2. Uogólnianie kodu 631
20.2. Ideay twórcy biblioteki STL 634
20.3. Sekwencje i iteratory 637
20.3.1. Powrót do przykadu 639
20.4. Listy powizane 641
20.4.1. Operacje list 642
20.4.2. Iteracja 643
20.5. Jeszcze raz uogólnianie wektora 645

SPIS TRECI 13
20.6. Przykad — prosty edytor tekstu 647
20.6.1. Wiersze 649
20.6.2. Iteracja 650
20.7. Typy vector, list oraz string 653
20.7.1. Funkcje insert() i erase() 654
20.8. Dostosowanie wektora do biblioteki STL 656
20.9. Dostosowywanie wbudowanych tablic do STL 658
20.10. Przegld kontenerów 660
20.10.1. Kategorie iteratorów 662
Rozdzia 21. Algorytmy i sowniki 667
21.1. Algorytmy biblioteki standardowej 668
21.2. Najprostszy algorytm — find() 669
21.2.1. Kilka przykadów z programowania ogólnego 670
21.3. Ogólny algorytm wyszukiwania — find_if() 671
21.4. Obiekty funkcyjne 673
21.4.1. Abstrakcyjne spojrzenie na obiekty funkcyjne 674
21.4.2. Predykaty skadowych klas 675
21.5. Algorytmy numeryczne 676
21.5.1. Akumulacja 677
21.5.2. Uogólnianie funkcji accumulate() 678
21.5.3. Iloczyn skalarny 679
21.5.4. Uogólnianie funkcji inner_product() 681
21.6. Kontenery asocjacyjne 681
21.6.1. Sowniki 682
21.6.2. Opis ogólny kontenera map 684
21.6.3. Jeszcze jeden przykad zastosowania sownika 687
21.6.4. Kontener unordered_map 689
21.6.5. Zbiory 691
21.7. Kopiowanie 693
21.7.1. Funkcja copy() 693
21.7.2. Iteratory strumieni 694
21.7.3. Utrzymywanie porzdku przy uyciu kontenera set 696
21.7.4. Funkcja copy_if() 696
21.8. Sortowanie i wyszukiwanie 697
Cz IV Poszerzanie horyzontów 703
Rozdzia 22. Ideay i historia 705
22.1. Historia, ideay i profesjonalizm 706
22.1.1. Cele i filozofie jzyków programowania 706
22.1.2. Ideay programistyczne 708
22.1.3. Style i paradygmaty 714

14 SPIS TRECI
22.2. Krótka historia jzyków programowania 717
22.2.1. Pierwsze jzyki 718
22.2.2. Korzenie nowoczesnych jzyków programowania 719
22.2.3. Rodzina Algol 724
22.2.4. Simula 731
22.2.5. C 733
22.2.6. C++ 736
22.2.7. Dzi 738
22.2.8. róda informacji 740
Rozdzia 23. Przetwarzanie tekstu 745
23.1. Tekst 746
23.2. acuchy 746
23.3. Strumienie wejcia i wyjcia 750
23.4. Sowniki 750
23.4.1. Szczegóy implementacyjne 755
23.5. Problem 757
23.6. Wyraenia regularne 759
23.7. Wyszukiwanie przy uyciu wyrae regularnych 761
23.8. Skadnia wyrae regularnych 764
23.8.1. Znaki i znaki specjalne 764
23.8.2. Rodzaje znaków 765
23.8.3. Powtórzenia 766
23.8.4. Grupowanie 767
23.8.5. Alternatywa 767
23.8.6. Zbiory i przedziay znaków 768
23.8.7. Bdy w wyraeniach regularnych 769
23.9. Dopasowywanie przy uyciu wyrae regularnych 770
23.10. róda 775
Rozdzia 24. Dziaania na liczbach 779
24.1. Wprowadzenie 780
24.2. Rozmiar, precyzja i przekroczenie zakresu 780
24.2.1. Ograniczenia typów liczbowych 783
24.3. Tablice 784
24.4. Tablice wielowymiarowe w stylu jzyka C 785
24.5. Biblioteka Matrix 786
24.5.1. Wymiary i dostp 787
24.5.2. Macierze jednowymiarowe 789
24.5.3. Macierze dwuwymiarowe 792
24.5.4. Wejcie i wyjcie macierzy 794
24.5.5. Macierze trójwymiarowe 795

SPIS TRECI 15
24.6. Przykad — rozwizywanie równa liniowych 796
24.6.1. Klasyczna eliminacja Gaussa 797
24.6.2. Wybór elementu centralnego 798
24.6.3. Testowanie 799
24.7. Liczby losowe 800
24.8. Standardowe funkcje matematyczne 802
24.9. Liczby zespolone 803
24.10. róda 804
Rozdzia 25. Programowanie systemów wbudowanych 809
25.1. Systemy wbudowane 810
25.2. Podstawy 813
25.2.1. Przewidywalno 815
25.2.2. Ideay 815
25.2.3. ycie z awari 816
25.3. Zarzdzanie pamici 818
25.3.1. Problemy z pamici woln 819
25.3.2. Alternatywy dla ogólnej pamici wolnej 822
25.3.3. Przykad zastosowania puli 823
25.3.4. Przykad uycia stosu 824
25.4. Adresy, wskaniki i tablice 825
25.4.1. Niekontrolowane konwersje 825
25.4.2. Problem — le dziaajce interfejsy 826
25.4.3. Rozwizanie — klasa interfejsu 829
25.4.4. Dziedziczenie a kontenery 832
25.5. Bity, bajty i sowa 834
25.5.1. Bity i operacje na bitach 835
25.5.2. Klasa bitset 839
25.5.3. Liczby ze znakiem i bez znaku 840
25.5.4. Manipulowanie bitami 844
25.5.5. Pola bitowe 846
25.5.6. Przykad — proste szyfrowanie 847
25.6. Standardy pisania kodu 851
25.6.1. Jaki powinien by standard kodowania 852
25.6.2. Przykadowe zasady 854
25.6.3. Prawdziwe standardy kodowania 859
Rozdzia 26. Testowanie 865
26.1. Czego chcemy 866
26.1.1. Zastrzeenie 867
26.2. Dowody 867
26.3. Testowanie 867
26.3.1. Testowanie regresyjne 868
26.3.2. Testowanie jednostkowe 869

16 SPIS TRECI
26.3.3. Algorytmy i nie-algorytmy 875
26.3.4. Testy systemowe 882
26.3.5. Testowanie klas 886
26.3.6. Znajdowanie zaoe, które si nie potwierdzaj 889
26.4. Projektowanie pod ktem testowania 890
26.5. Debugowanie 891
26.6. Wydajno 891
26.6.1. Kontrolowanie czasu 893
26.7. róda 895
Rozdzia 27. Jzyk C 899
27.1. C i C++ to rodzestwo 900
27.1.1. Zgodno jzyków C i C++ 901
27.1.2. Co jest w jzyku C++, czego nie ma w C 903
27.1.3. Biblioteka standardowa jzyka C 904
27.2. Funkcje 905
27.2.1. Brak moliwoci przeciania nazw funkcji 906
27.2.2. Sprawdzanie typów argumentów funkcji 906
27.2.3. Definicje funkcji 907
27.2.4. Wywoywanie C z poziomu C++ i C++ z poziomu C 909
27.2.5. Wskaniki na funkcje 911
27.3. Mniej wane rónice midzy jzykami 912
27.3.1. Przestrze znaczników struktur 912
27.3.2. Sowa kluczowe 913
27.3.3. Definicje 914
27.3.4. Rzutowanie w stylu jzyka C 915
27.3.5. Konwersja typu void* 916
27.3.6. Typ enum 917
27.3.7. Przestrzenie nazw 917
27.4. Pami wolna 918
27.5. acuchy w stylu jzyka C 919
27.5.1. acuchy w stylu jzyka C i const 922
27.5.2. Operacje na bajtach 922
27.5.3. Przykad — funkcja strcpy() 923
27.5.4. Kwestia stylu 923
27.6. Wejcie i wyjcie — nagówek stdio 924
27.6.1. Wyjcie 924
27.6.2. Wejcie 925
27.6.3. Pliki 927
27.7. Stae i makra 927
27.8. Makra 928
27.8.1. Makra podobne do funkcji 929
27.8.2. Makra skadniowe 930
27.8.3. Kompilacja warunkowa 931
27.9. Przykad — kontenery intruzyjne 932

SPIS TRECI 17
Dodatki 941
Dodatek A Zestawienie wasnoci jzyka 943
A.1. Opis ogólny 944
A.2. Literay 946
A.3. Identyfikatory 950
A.4. Zakres, pami oraz czas trwania 950
A.5. Wyraenia 953
A.6. Instrukcje 962
A.7. Deklaracje 964
A.8. Typy wbudowane 965
A.9. Funkcje 968
A.10. Typy zdefiniowane przez uytkownika 971
A.11. Wyliczenia 972
A.12. Klasy 972
A.13. Szablony 983
A.14. Wyjtki 986
A.15. Przestrzenie nazw 988
A.16. Aliasy 988
A.17. Dyrektywy preprocesora 989
Dodatek B Biblioteka standardowa 991
B.1. Przegld 992
B.2. Obsuga bdów 995
B.3. Iteratory 997
B.4. Kontenery 1001
B.5. Algorytmy 1008
B.6. Biblioteka STL 1016
B.7. Strumienie wejcia i wyjcia 1018
B.8. Przetwarzanie acuchów 1024
B.9. Obliczenia 1028
B.10. Funkcje biblioteki standardowej C 1032
B.11. Inne biblioteki 1040
Dodatek C Podstawy rodowiska Visual Studio 1043
C.1. Uruchamianie programu 1044
C.2. Instalowanie rodowiska Visual Studio 1044
C.3. Tworzenie i uruchamianie programu 1044
C.4. Póniej 1046

18 SPIS TRECI
Dodatek D Instalowanie biblioteki FLTK 1047
D.1. Wprowadzenie 1048
D.2. Pobieranie biblioteki FLTK z internetu 1048
D.3. Instalowanie biblioteki FLTK 1048
D.4. Korzystanie z biblioteki FLTK w Visual Studio 1049
D.5. Sprawdzanie, czy wszystko dziaa 1050
Dodatek E Implementacja GUI 1051
E.1. Implementacja wywoa zwrotnych 1052
E.2. Implementacja klasy Widget 1053
E.3. Implementacja klasy Window 1054
E.4. Klasa Vector_ref 1055
E.5. Przykad — widgety 1056
Sowniczek 1059
Bibliografia 1065
Skorowidz 1069
Zdjcia 1105

6
Pisanie programu
Pisa program, znaczy rozumie.
— Kristen Nygaard
P
isanie programu polega na stopniowym modyfikowaniu swojego wyobraenia
na temat tego, co si chce zrobi i jak si chce to wyrazi. W tym i nastpnym
rozdziale zbudujemy program. Zaczniemy od pierwszego mglistego pomysu,
przejdziemy etapy analizy, projektowania, implementacji, testowania, ponownego
projektowania, na ponownej implementacji koczc. Chcemy pokaza
proces mylowy, który ma miejsce podczas tworzenia oprogramowania. W midzyczasie
omówimy organizacj programu, typy definiowane przez uytkownika
oraz techniki przetwarzania danych wejciowych.
6.1. Problem
6.2. Przemylenie problemu
6.2.1. Etapy rozwoju oprogramowania
6.2.2. Strategia
6.3. Wracajc do kalkulatora
6.3.1. Pierwsza próba
6.3.2. Tokeny
6.3.3. Implementowanie tokenów
6.3.4. Uywanie tokenów
6.3.5. Powrót do tablicy
6.4. Gramatyki
6.4.1. Dygresja — gramatyka jzyka angielskiego
6.4.2. Pisanie gramatyki
6.5. Zamiana gramatyki w kod
6.5.1. Implementowanie zasad gramatyki
6.5.2. Wyraenia
6.5.3. Skadniki
6.5.4. Podstawowe elementy wyrae
6.6. Wypróbowywanie pierwszej wersji
6.7. Wypróbowywanie drugiej wersji
6.8. Strumienie tokenów
6.8.1. Implementacja typu Token_stream
6.8.2. Wczytywanie tokenów
6.8.3. Wczytywanie liczb
6.9. Struktura programu
175

176 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
6.1. Problem
Pisanie programu zaczyna si od postawienia problemu. To znaczy, jest problem, do rozwizania
którego chcemy napisa program. Aby ten program by dobry, naley dokadnie zrozumie
problem. Jeli program bdzie rozwizywa nie ten problem, co trzeba, to nie bdzie przydatny
bez wzgldu na to, jak moe by elegancki. Czasami zdarzaj si szczliwe przypadki, e program
spenia jakie przypadkowe poyteczne zadanie, mimo e zosta napisany w cakiem innym
celu. Lepiej jednak nie liczy na takie szczcie. My chcemy napisa taki program, który bdzie
w prosty i jasny sposób rozwizywa dokadnie ten problem, dla którego zosta napisany.
Jaki program byoby najlepiej napisa na tym etapie nauki? Taki, który:
Ilustruje techniki projektowania i pisania programów.
Umoliwia zapoznanie si z charakterem decyzji, które programista musi podejmowa,
oraz implikacjami, które te decyzje pocigaj.
Nie wymaga zastosowania zbyt wielu nowych konstrukcji programistycznych.
Jest wystarczajco skomplikowany, aby zmusi nas do przemylenia jego projektu.
Mona napisa na kilka sposobów.
Rozwizuje atwy do zrozumienia problem.
Rozwizuje problem wart uwagi.
Jest na tyle may, e mona go w caoci przedstawi i zrozumie.
Wybór pad na program „zmuszajcy komputer do wykonywania typowych dziaa arytmetycznych
na wyraeniach, które mu podamy” — tzn. chcemy napisa prosty kalkulator. Programy
tego typu s uyteczne. Mona je znale w kadym komputerze biurkowym, a nawet
mona znale takie komputery, które pozwalaj uruchamia tylko tego typu programy —
kalkulatory kieszonkowe.
Jeli np. wpiszemy
2+3.1*4
bdziemy oczekiwa, e program zwróci wynik
14.4
Niestety kalkulator taki nie bdzie mia adnych funkcji, których ju nie spenia nasz komputer,
ale to by byo zbyt wysokie wymaganie wobec pierwszego programu.
6.2. Przemylenie problemu
Od czego wic zacz? Pomyl o postawionym problemie i tym, jak go rozwiza. Po pierwsze
zdecyduj si, co program ma robi i w jaki sposób bdziesz si z nim komunikowa. Póniej
bdziesz móg zastanowi si nad tym, jak napisa odpowiedni kod. Opisz wstpn wersj
swojego rozwizania i zastanów si, co naley poprawi. Moesz spróbowa przedyskutowa
problem i jego rozwizanie z koleg lub koleank. Próba przedstawienia komu wasnych
myli jest doskonaym sposobem na znalezienie sabych punktów wasnego rozumowania,

6.2. PRZEMYLENIE PROBLEMU 177
nawet lepszym ni napisanie ich. Papier (lub komputer) nie bdzie z Tob dyskutowa i krytycznie
ocenia Twoich pogldów. Idealny etap projektowania to taki, który przeprowadza si
w towarzystwie.
Niestety nie ma takiej ogólnej strategii rozwizywania problemów, która odpowiadaaby
wszystkim ludziom i pozwalaa rozwiza kady problem. Istnieje mnóstwo ksiek, których
autorzy twierdz, e pomog Ci efektywniej rozwizywa problemy, oraz caa masa publikacji
na temat projektowania programów. Nasza droga nie wiedzie poprzez nie. W zamian opiszemy
gar ogólnych wskazówek, które mog by pomocne w rozwizywaniu mniejszych problemów.
Nastpnie szybko przejdziemy do wypróbowywania tych sugestii na naszym maym kalkulatorze.
Czytajc tre naszych rozwaa na temat kalkulatora, oceniaj to, co widzisz, bardzo sceptycznym
okiem. Aby zachowa realizm, przedstawimy ewolucj naszego programu poprzez
szereg wersji. Opiszemy argumenty, które doprowadziy nas do powstania kadej z nich. Oczywicie
znaczna cz tej argumentacji musi by niekompletna lub bdna, inaczej szybko bymy
skoczyli ten rozdzia. Naszym celem jest pokazanie przykadowych problemów i procesów
mylowych charakterystycznych dla procesu projektowania i implementowania programu.
Wersja, z której jestemy ostatecznie zadowoleni, zostanie przedstawiona dopiero na kocu
nastpnego rozdziau.
Pamitaj, e w tym i nastpnym rozdziale proces dochodzenia do finalnej wersji programu
— droga wiodca przez niepene rozwizania, pomysy i bdy — jest co najmniej tak
samo wany, jak wersja ostateczna i waniejszy ni narzdzia techniczne jzyka programowania,
których bdziemy uywa (wrócimy do nich póniej).
6.2.1. Etapy rozwoju oprogramowania
Poniej przedstawimy nieco terminologii zwizanej z tworzeniem oprogramowania. Pracujc
nad rozwizaniem problemu, wielokrotnie powtarza si nastpujce fazy:
Analiza — przemyl, co masz zrobi, i opisz, jak to aktualnie rozumiesz. Taki opis nazywa
si zestawem wymaga lub specyfikacj. Nie bdziemy szczegóowo opisywa technik
opracowywania i opisywania takich wymogów. Temat tej ksiki tego nie obejmuje, ale
naley pamita, e w miar zwikszania si rozmiaru problemu techniki te nabieraj
wagi.
Projektowanie — utworzenie ogólnej struktury systemu i podjcie decyzji, na jakie
czci podzieli implementacj oraz jak powinny si one ze sob komunikowa. W ramach
projektowania zastanów si jakie narzdzia — np. biblioteki — moesz wykorzysta
do opracowania struktury programu.
Implementacja — napisz kod, usu bdy oraz sprawd za pomoc testów, czy robi to,
co powinien.
6.2.2. Strategia
Oto gar wskazówek, które — jeli zostan zastosowane z rozwag i wyobrani — bd pomocne
w wielu projektach programistycznych:
Jaki problem jest do rozwizania? Przede wszystkim naley stara si dokadnie opisa,
co chce si zrobi. Najczciej oznacza to sporzdzenie opisu problemu lub, jeli kto

178 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
inny da nam zadanie do wykonania, prób odszyfrowania, co dokadnie to oznacza.
W tym momencie naley przyj punkt widzenia uytkownika (nie programisty czy
implementatora). To znaczy, zamiast zastanawia si, jak rozwiza problem, pomyl, co
program ma w ogóle robi. Zadawaj pytania typu: „Co ten program moe dla mnie zrobi?”
albo „W jaki sposób chciabym komunikowa si z tym programem?”. Pamitaj, e
wikszo z nas moe korzysta z wasnego bogatego dowiadczenia jako uytkownika
komputerów.
Czy problem zosta jasno nakrelony? W realnym wiecie nigdy nie jest. Nawet
w takim wiczeniu trudno jest opisa go wystarczajco precyzyjnie. Dlatego staramy si
wszystko wyjani. Szkoda by byo, gdybymy rozwizali nie ten problem, co trzeba.
Inna puapka to wygórowane wymagania. Obmylajc, co bymy chcieli, atwo moemy
ulec chciwoci lub nadmiernym ambicjom. Zawsze lepiej jest obniy wymagania,
aby uatwi napisanie specyfikacji programu, jego zrozumienie, uytkowanie oraz
(tak trzeba mie nadziej) implementacj. Gdy zadziaa, zawsze mona napisa
wzbogacon wersj 2.0.
Czy problem wydaje si moliwy do rozwizania w przewidzianym czasie oraz przy
okrelonym zasobie umiejtnoci i dostpnych narzdziach? Nie ma sensu rozpoczyna
projektu, którego nie mamy szans ukoczy. Jeli jest za mao czasu na implementacj
(wcznie z testowaniem) wszystkich wymaganych funkcji programu,
zazwyczaj lepiej jest go w ogóle nie zaczyna. Lepiej zamiast tego zdoby wicej
zasobów (zwaszcza czasu) lub (idealnie) zmieni wymagania, aby uatwi zadanie.
Spróbuj podzieli program na dajce si ogarn mylami czci. Nawet najmniejszy
program rozwizujcy realny problem mona podzieli na czci.
Znasz jakie narzdzia, biblioteki itp., które mog by pomocne? Odpowied prawie
zawsze brzmi: tak. Od samego pocztku nauki programowania masz do dyspozycji
zawarto standardowej biblioteki C++. Póniej poznasz znaczn jej cz
i dowiesz si, jak poszukiwa jeszcze wicej. Bdziesz korzysta z bibliotek graficznych,
macierzy itp. Majc odrobin dowiadczenia, bdziesz w stanie znale tysice
bibliotek w internecie. Pamitaj — nie ma sensu wywaa otwartych drzwi, jeli
tworzy si oprogramowanie do realnego uytku. Co innego w czasie nauki programowania.
Wówczas takie dziaania w celu sprawdzenia, jak to zrobili inni, maj
gboki sens. Cay czas, który oszczdzisz dziki wykorzystaniu istniejcych bibliotek,
moesz powici na prac nad innymi czciami problemu albo na odpoczynek.
Skd wiadomo, czy dana biblioteka spenia nasze wymagania i prezentuje
odpowiedni jako? To trudne pytanie. Mona spyta znajomych, popyta na
grupach dyskusyjnych i wypróbowa kilka krótkich przykadów, zanim si zdecydujemy.
Wyodrbnij takie czci rozwizania, które mona opisa oddzielnie od reszty (i potencjalnie
wykorzysta w kilku miejscach programu, a nawet w innych programach).
Umiejtno znajdowania takich czci przychodzi z dowiadczeniem, dlatego w ksice
tej przedstawiamy wiele takich przykadów. Uywalimy ju wektorów, acuchów
i strumieni (cin i cout). W tym rozdziale po raz pierwszy przedstawimy przykady
projektów, implementacji i wykorzystania czci programów dostpnych jako typy

6.3. WRACAJC DO KALKULATORA 179
zdefiniowane przez uytkownika (Token i Token_stream). Jeszcze wicej takich przykadów
znajduje si w rozdziaach 8. oraz 13. – 15., w których zostan opisane techniki
ich tworzenia. Na razie zastanów si nad tak analogi — gdybymy projektowali
samochód, zaczlibymy od opisu jego podzespoów, takich jak koa, silnik, fotele,
klamki do drzwi itp. Kad z nich wyprodukowalibymy osobno, aby nastpnie
uy jej do zoenia caego pojazdu. W nowoczesnym samochodzie wykorzystuje
si dziesitki tysicy takich czci. Realne programy nie róni si w niczym od
samochodów pod tym wzgldem (poza tym, e czciami s fragmenty kodu). Nie
przyszo by nam do gowy budowa samochodu z surowych materiaów, jak elazo,
plastik i drewno. Analogicznie nie tworzymy powanych programów, bezporednio
uywajc wyrae, instrukcji typów wbudowanych w jzyk. Projektowanie i implementowanie
takich czci jest najwaniejszym tematem tej ksiki, a nawet w ogólne
programowania. Zajrzyj te do rozdziaów 9. (typy definiowane przez uytkownika),
14. (hierarchie klas) oraz 20. (typy ogólne).
Zbuduj niewielk wersj programu z ograniczon funkcjonalnoci, która rozwizuje
najwaniejsz cz problemu. Rzadko si zdarza, abymy od samego pocztku dokadnie
znali charakter problemu. Czsto nam si tak wydaje (chyba wiadomo, co to jest program
kalkulator?), ale w rzeczywistoci jest inaczej. Tylko dziki wytonemu myleniu
o problemie (analiza) i eksperymentowaniu (projekt i implementacja) mona na tyle
dokadnie zrozumie problem, aby napisa dobry program. Dlatego tworzymy ograniczon
wersj, aby:
Odkry wasne braki w rozumowaniu, pojmowaniu problemu oraz narzdziach.
Sprawdzi, czy nie trzeba zmieni niektórych szczegóów w specyfikacji problemu,
aby zadanie byo wykonalne. Rzadko si zdarza, aby w czasie analizy i we wstpnej
fazie projektowania udao si przewidzie wszystkie moliwe trudnoci. Naley
skorzysta z informacji, które zyskujemy podczas pisania i testowania kodu.
Tak wstpn wersj o ograniczonej funkcjonalnoci czasami nazywa si prototypem.
Jeli (co jest prawdopodobne) ta pierwsza wersja nie dziaa lub jest tak brzydka, e nie
mamy ochoty si ni duej zajmowa, wyrzucamy j i tworzymy nowy prototyp, tym razem
wzbogaceni o nowe dowiadczenia. Powtarzamy ten proces a do uzyskania zadowalajcego
wyniku. Nie kontynuuj pracy w baaganie, który z czasem tylko si pogorszy.
Zbuduj pen wersj, najlepiej wykorzystujc w tym celu czci z wersji wstpnej.
Chodzi o to, aby program tworzy z dziaajcych czci, a nie pisa cay kod na raz.
Mona oczywicie mie nadziej, e jakim cudem nieprzetestowane fragmenty kodu
bd dziaa i na dodatek robi to, co zaplanowano.
6.3. Wracajc do kalkulatora
W jaki sposób bdziemy komunikowa si z kalkulatorem? To atwe — wiemy ju, jak posugiwa
si strumieniami cin i cout, a graficzne interfejsy uytkownika (GUI) zostan opisane
dopiero w rozdziale 16. W zwizku z tym wybór pad na okno konsoli. Program bdzie pobiera
z klawiatury wyraenia, oblicza ich warto i drukowa wynik na ekranie. Na przykad:

180 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Wyraenie: 2+2
Wynik: 4
Wyraenie: 2+2*3
Wynik: 8
Wyraenie: 2+3–25/5
Wynik: 0
Wyraenia, tzn. 2+2 i 2+2*3, powinien wpisywa uytkownik. Reszta naley do programu. Wy-
wietlenie sowa Wyraenie: bdzie zacht dla uytkownika do wpisania wyraenia. Mogliby-
my napisa Prosz wpisa wyraenie i znak nowego wiersza:, ale to wydawao nam si zbyt rozwleke.
Z drugiej strony taki przyjemny znaczek > byby chyba za bardzo tajemniczy. Takie
szkicowanie przykadów uycia we wczesnej fazie pracy jest bardzo wane. Dziki temu
mona si dowiedzie, jaki jest minimalny zestaw funkcji programu. W projektowaniu i analizie
przykady takie nazywaj si przypadkami uycia.
Wikszo ludzi, którzy po raz pierwszy stykaj si z problemem kalkulatora, wpada na
nastpujcy pomys, jeli chodzi o gówn logik programu:
wczytaj_wiersz
oblicz // wykonuje prac
wydrukuj_wynik
Takie zapiski to oczywicie nie jest prawdziwy kod, tylko tzw. pseudokod. Stosuje si go we
wczesnych fazach projektowania, gdy nie ma jeszcze pewnoci co do tego, jak zastosowa notacj.
Np., czy obliczenia ma by wywoaniem funkcji? Jeli tak, to jakie bdzie przyjmowa
argumenty? Jest po prostu za wczenie na zadawanie takich pyta.
6.3.1. Pierwsza próba
Na tym etapie nie jestemy jeszcze gotowi napisa programu kalkulatora. Nie przemyleli-
my jeszcze wszystkiego, ale mylenie to cika praca i — jak wikszo programistów — nie
moemy si doczeka, eby ju co napisa. Spróbujemy wic swoich si i napiszemy prosty
kalkulator, aby zobaczy, do czego nas to doprowadzi. Nasz pierwszy pomys wyglda tak:
#include "std_lib_facilities.h"
int main()
{
cout >lval>>op>>rval; // Wczytuje co w rodzaju 1 + 3.
if (op=='+')
res = lval + rval; // dodawanie
else if (op=='–')
res = lval – rval; // odejmowanie
cout

6.3. WRACAJC DO KALKULATORA 181
Wczytujemy par wartoci oddzielonych operatorem, np. 2+2, obliczamy wynik (tu 4) i drukujemy
go na ekranie. Zmienn przechowujc warto z lewej strony operatora nazwalimy
lval, a z prawej strony rval.
To nawet dziaa! Co z tego, e program nie jest ukoczony? To wspaniae uczucie zrobi
co, co dziaa! Moe to programowanie i informatyka s atwiejsze, ni gosz plotki? Moliwe,
ale nie dajmy si ponie emocjom z powodu tego pierwszego sukcesu. Oto lista czynnoci:
1. Oczyci kod.
2. Doda obsug dzielenia i mnoenia (np. 2*3).
3. Doda obsug wyrae zawierajcych wicej ni jeden operand (np. 1+2+3).
W szczególnoci pamitamy, e zawsze naley sprawdza, czy uytkownik poda sensowne
dane (zapomnielimy z popiechu wczeniej), oraz e porównywanie jednej wartoci z wieloma
staymi lepiej wykona za pomoc instrukcji switch ni if.
czenie dziaa w acuchy, np. 1+2+3+4, obsuymy, sumujc wartoci w czasie wczytywania.
Tzn. wczytujemy 1, widzimy +2, wic dodajemy 2 do 1 (uzyskujc w ten sposób wynik
3). Dalej widzimy +3, a wic dodajemy 3 do poprzedniego wyniku itd. Po kilku falstartach
i poprawieniu kilku bdów skadni uzyskalimy nastpujcy rezultat:
#include "std_lib_facilities.h"
int main()
{
cout >lval; // Wczytywanie pierwszego argumentu wyraenia z lewej.
if (!cin) error("Na pocztku nie ma argumentu wyraenia.");
while (cin>>op) { // Wczytywanie operatora i prawego argumentu wyraenia na zmian.
cin>>rval;
if (!cin) error("Nie ma drugiego argumentu wyraenia.");
switch(op) {
case '+':
lval += rval; // Dodawanie: lval = lval + rval
break;
case '–':
lval –= rval; // Odejmowanie: lval = lval – rval
break;
case '*':
lval *= rval; // Mnoenie: lval = lval · rval
break;
case '/':
lval /= rval; // Dzielenie: lval = lval / rval
break;
default: // Koniec operatorów — drukowanie wyniku.
cout

182 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
}
}
error("Nieprawidowe wyraenie.");
Wyglda niele, ale gdy wpiszemy wyraenie 1+2*3, to ujrzymy wynik 9 zamiast 7, którego
spodziewalibymy si na podstawie wiedzy zdobytej w szkole podstawowej. Analogicznie
wynikiem wyraenia 1-2*3 bdzie -3 zamiast spodziewanego -5. Kalkulator wykonuje dziaania
w zej kolejnoci — wyraenie 1+2*3 jest liczone jako (1+2)*3 zamiast 1+(2*3). Analogicznie
1-2*3 jest liczone jako (1-2)*3 zamiast 1-(2*3). Lipa! Moglibymy uzna, e zasada, i „mnoenie
wie mocniej ni dodawanie” jest gupi i przestarza konwencj, ale nie moemy zignorowa
wielowiekowej tradycji, aby uatwi sobie programowanie.
6.3.2. Tokeny
Musimy zatem znale sposób na wczytywanie czci wiersza „na zapas”, aby sprawdzi, czy
nie ma tam gdzie operatora * (albo /). Jeli jest, musimy zmieni kolejno wykonywania dziaa.
Niestety próbujc wczyta nieco danych z wyprzedzeniem, napotkamy kilka trudnoci:
1. Nie wymagamy, aby wyraenie znajdowao si w jednym wierszu. Na przykad ponisze
te jest poprawne:
1
+
2
2. Jak znale znaki * i / wród cyfr i plusów w kilku wierszach danych wejciowych?
3. Jak zapamita, gdzie znajdowa si znaleziony znak *?
4. Jak wykona obliczenia, które nie s cile typu „od lewej do prawej”?
Postanowilimy by wielkimi optymistami i zaj si tylko punktami 1 – 3. Ostatnim zajmiemy
si troch póniej.
Poszukamy pomocy. Przecie kto na pewno zna typowy sposób wczytywania danych typu
liczby i operatory i zapisywania ich w taki sposób, aby mona je byo atwo wykorzysta w obliczeniach.
Ta konwencjonalna i przydatna technika nazywa si rozbiorem na skadniki, czyli
tokeny (ang. tokenize) — wczytuje si dane i dzieli je na tokeny. Na przykad wyraenie
45+11.5/7
zostaoby rozoone na tokeny
45
+
11.5
/
7
Token to sekwencja znaków, która reprezentuje pewn cao, np. liczb lub operator. Kompilator
C++ dzieli na tokeny kod ródowy. W istocie róne formy rozkadu na czynniki s
podstaw analizy wikszoci rodzajów tekstów. W wyraeniach matematycznych w jzyku
C++ potrzebujemy trzech rodzajów tokenów:

6.3. WRACAJC DO KALKULATORA 183
literay zmiennoprzecinkowe — zgodnie z definicj w C++, np. 3.14, 0.274e2 i 42;
operatory — +, -, *, / oraz %;
nawiasy — ( i ).
Wydaje si, e trudnoci mog nastrcza literay zmiennoprzecinkowe. Wczytanie liczby 12
wydaje si znacznie atwiejsze ni 12.3e-3. Ale kalkulatory zazwyczaj wykonuj dziaania na
liczbach zmiennoprzecinkowych. Analogicznie podejrzewamy, e aby nasz kalkulator by przydatny,
musi obsugiwa nawiasy.
W jaki sposób reprezentuje si takie tokeny w programie? Mona spróbowa zapamitywa,
gdzie kady token si zaczyna, a gdzie koczy, ale to moe by uciliwe (zwaszcza jeli
pozwolimy na wpisywanie wyrae obejmujcych wicej ni jeden wiersz). Dodatkowo, jeli
bdziemy zapisywa wartoci jako sekwencje znaków, bdziemy musieli póniej znale
sposób na odczytanie tych wartoci. To znaczy, jeli liczb 42 zapiszemy jako znaki 4 i 2, póniej
bdziemy musieli odgadn, e te dwa znaki reprezentuj liczb 42 (tzn. 4*10+2). Oczywistym
i konwencjonalnym rozwizaniem tego problemu jest przedstawienie kadego tokenu
jako pary (rodzaj, warto). Pierwszy element informuje o rodzaju tokenu — liczba, operator,
nawias. Drugi natomiast np. w przypadku liczb okrela dokadn warto.
Jak wic wykorzysta pomys par (rodzaj, warto) w kodzie? Zdefiniujemy typ Token
do reprezentowania tokenów. Po co? Przypomnij sobie, po co uywamy typów: przechowuj
potrzebne nam dane i pozwalaj wykonywa na nich róne operacje. Na przykad typ int pozwala
przechowywa liczby cakowite i umoliwia dodawanie, odejmowanie, mnoenie oraz dzielenie
tych liczb. Natomiast typ string przechowuje acuchy znaków i pozwala je np. czy. W jzyku
C++ i jego bibliotece standardowej dostpnych jest wiele typów, np. char, int, double,
string, vector i ostream. Nie ma jednak typu Token. W istocie mona wymieni mnóstwo typów
— tysice, a nawet dziesitki tysicy — które chcielibymy mie do dyspozycji, a których
nie ma w jzyku ani jego bibliotece standardowej. Do naszych ulubionych typów, które
nie s standardowo dostpne, nale Matrix (zobacz rozdzia 24.), Date (zobacz rozdzia 9.) oraz
reprezentujce go liczby cakowite nieskoczonej precyzji (poszukaj w internecie informacji na
temat typu Bignum). Jeli przemylisz to, dojdziesz do wniosku, e jzyk nie moe standardowo
obsugiwa dziesitek tysicy typów — kto by je zdefiniowa i zaimplementowa, kto by
je potem znalaz, nie mówic ju o tym, jak gruby musiaby by podrcznik do nauki takiego
jzyka. Jzyk C++ wzorem innych nowoczesnych jzyków programowania rozwizuje ten
problem, pozwalajc uytkownikowi definiowa wasne (niestandardowe) typy (ang. userdefined
type — typ zdefiniowany przez uytkownika).
6.3.3. Implementowanie tokenów
Jak powinien wyglda token? To znaczy, jakie waciwoci powinien mie nasz typ Token?
Musi nadawa si do reprezentowania operatorów (np. + i -) i wartoci liczbowych (np. 42 i 3.14).
Oczywistym rozwizaniem jest zaimplementowanie czego takiego, co moe zawiera informacj
na temat rodzaju tokenu i w razie potrzeby jego warto:

184 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Pomys ten mona zaimplementowa w jzyku C++ na wiele sposobów. Przedstawiamy
najprostszy, który wydaje nam si uyteczny:
class Token { // Bardzo prosty typ zdefiniowany przez uytkownika.
public:
char kind;
double value;
};
Token to typ (tak samo jak int czy char), a wic mona go uywa do definiowania zmiennych
i przechowywania wartoci. Skada si z dwóch czci (nazywanych skadowymi) — kind
(rodzaj) oraz value (warto). Sowo kluczowe class oznacza „typ zdefiniowany przez uytkownika”.
Wskazuje definicj typu z zerem lub wiksz liczb skadowych. Pierwsza skadowa
o nazwie kind jest znakiem char, a wic mona jej uy do przechowywania znaków '+' i '*',
które bd reprezentoway operatory. Przy uyciu tego typu mona tworzy nastpujce instrukcje:
Token t; // Zmienna t jest typu Token.
t.kind = '+'; // Zmienna t reprezentuje znak +.
Token t2; // Zmienna t2 jest innym obiektem typu Token.
t2.kind = '8'; // Cyfra 8 oznacza rodzaj (kind) tokenu bdcy liczb.
t2.value = 3.14;
Aby uzyska dostp do skadowej, posugujemy si odpowiedni notacj — nazwa_obiektu.
nazwa_skadowej. Tekst t.kind mona przeczyta jako „rodzaj obiektu t”, a t2.value jako
„warto obiektu t2”. Obiekty typu Token mona kopiowa tak samo jak typu int:
Token tt = t; // Inicjacja kopii
if (tt.kind != t.kind) error("To niemoliwe!");
t = t2;
// przypisanie
cout

6.3. WRACAJC DO KALKULATORA 185
};
double value; // Dla liczb: warto.
Token(char ch) // Tworzy Token ze znaku.
:kind(ch), value(0) { }
Token(char ch, double val) // Tworzy Token ze znaku i wartoci typu double.
:kind(ch), value(val) { }
Nie s to zwyke funkcje skadowe, tylko tzw. konstruktory. Maj tak sam nazw jak ich
typ i su do inicjalizowania (tworzenia) obiektów typu Token. Na przykad:
Token t1('+'); // Inicjacja zmiennej t1 — t1.kind = '+'.
Token t2('8',11.5); // Inicjacja zmiennej t2 — t2.kind = '8' i t2.value = 11.5.
Tekst :kind(ch), value(0) w pierwszym konstruktorze oznacza: „Zainicjuj skadow kind wartoci
ch, a value ustaw na 0”. W drugim konstruktorze znajduje si tekst :kind(ch), value(val),
który oznacza: „Zainicjuj skadow kind wartoci ch, a value ustaw na val”.W obu przypadkach
nie trzeba robi nic wicej, aby utworzy obiekt typu Token, dlatego tre funkcji jest pusta —
{ }. Specjalna skadnia inicjujca (ang. member initializer list — lista wartoci inicjujcych
skadowe), która zaczyna si dwukropkiem, jest uywana tylko w konstruktorach.
Zauwa, e konstruktor nie zwraca wartoci. Dlatego nie trzeba (a nawet nie mona) definiowa
typu zwrotnego konstruktora. Wicej na temat konstruktorów napiszemy w rozdziaach
9.4.2 i 9.7.
6.3.4. Uywanie tokenów
Moe spróbujemy dokoczy nasz kalkulator! Chocia warto by byo najpierw opracowa jaki
plan dziaania. Jak bdziemy wykorzystywa obiekty typu Token w programie? Moemy
wczyta dane wejciowe do wektora takich obiektów:
Token get_token(); // Wczytuje token ze strumienia cin.
vector tok; // Tutaj bdziemy zapisywa tokeny.
int main()
{
while (cin) {
Token t = get_token();
tok.push_back(t);
}
// …
}
Teraz moemy wczyta wyraenie w caoci i dopiero po tym obliczy jego warto. W przypadku
11*12 otrzymamy co takiego:
W strukturze tej moemy znale operator i jego operandy. Gdy to zrobimy, z atwoci wykonamy
dziaanie mnoenia, poniewa liczby 11 i 12 zostay zapisane jako wartoci liczbowe, a nie
acuchy.

186 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Teraz przeanalizujemy bardziej skomplikowane wyraenie. Dla wyraenia 1+2*3 tok bdzie
zawiera pi obiektów typu Token:
W tym przypadku operator mnoenia mona znale za pomoc prostej ptli:
for (int i = 0; i

6.3. WRACAJC DO KALKULATORA 187
6.3.5. Powrót do tablicy
Jeszcze raz przeanalizujemy problem, tym razem starajc si nie wyrywa z nieprzemylanymi
pomysami. Jedyne, co odkrylimy, to fakt, e obliczenie przez program tylko jednego
wyraenia sprawia nam trudnoci. Chcielibymy mie moliwo obliczenia wielu wyrae
w jednym uruchomieniu programu. W zwizku z tym wzbogacamy nasz pseudokod w nastpujcy
sposób:
while (nie_skoczone) {
wczytaj_wiersz
oblicz // wykonaj prac
wydrukuj_wynik
}
To z pewnoci komplikuje spraw, ale musimy wzi pod uwag fakt, e kalkulatorów zazwyczaj
uywa si do wykonywania kilku oblicze po kolei. Czy mamy kaza uytkownikowi uruchamia
nasz program ponownie, aby wykona kade obliczenie? Moglibymy, ale w wielu
nowoczesnych systemach operacyjnych uruchamianie programów trwa za dugo, a wic lepiej
tego nie robi.
Kiedy patrzymy na nasz pseudokod, nasze pocztkowe próby rozwizania problemu i przykady
uycia, nasuwa si nam kilka pyta (i kilka niemiaych odpowiedzi):
1. Jeli uytkownik wpisze 45+5/7, jak znajdziemy poszczególne elementy — 45, 5, / i 7?
Odpowied: podzielimy na tokeny!
2. W jaki sposób oznaczymy koniec wyraenia? Oczywicie znakiem nowego wiersza (zawsze
podejrzliwie traktuj zwroty typu „oczywicie” — „oczywicie” to nie aden powód!
3. Jak zaprezentujemy wyraenie 45+5/7 jako dane, aby mona byo obliczy wynik? Przed
wykonaniem dodawania musimy w jaki sposób zamieni znaki 4 i 5 w liczb cakowit
45 (tj. 4*10+5). Zatem podzia na tokeny jest czci rozwizania.
4. Jak sprawi, aby wyraenie 45+5/7 byo obliczane jako 45+(5/7), a nie (45+5)/7?
5. Ile wynosi 5/7? Okoo .71, a wic to nie jest liczba cakowita. Z dowiadczenia wiemy,
e uytkownicy kalkulatorów oczekuj wyników zmiennoprzecinkowych. Czy powinnimy
pozwoli na wpisywanie liczb zmiennoprzecinkowych? Oczywicie!
6. Czy moemy pozwoli na uywanie zmiennych? Moglibymy na przykad napisa:
v=7
m=9
v*m
Dobry pomys, ale zostawimy to na póniej. Na razie zajmiemy si podstawow funkcjonalnoci.
Najwaniejsza decyzja to prawdopodobnie odpowied na pytanie w punkcie 6. W rozdziale 7.8
zobaczysz, e odpowied ta pocignie za sob prawie podwojenie rozmiaru wstpnej wersji projektu.
To podwoioby czas potrzebny na uruchomienie wstpnej wersji programu. Podejrzewamy,
e pocztkujcy potrzebowaby nawet cztery razy wicej czasu i niewykluczone, e straciby
w kocu cierpliwo. We wczesnych fazach prac nad projektem naley zawsze unika

188 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
przesady z liczb funkcji. Wstpna wersja zawsze powinna by prosta i zawiera tylko najwaniejsze
funkcje. Kiedy uda Ci si zmusi co do dziaania, moesz postawi sobie bardziej ambitne
wymagania. Budowa programu etapami jest znacznie atwiejsza ni wszystkiego na raz.
Odpowied „tak” na pytanie 6. miaaby jeszcze jeden zy wynik: mogoby by trudno oprze
si pokusie dodania jeszcze innych funkcji. Moe warto pomyle o funkcjach matematycznych
albo o ptlach? Gdy zacznie si dodawa kolejne „fajne” funkcje, trudno przesta.
Z programistycznego punktu widzenia najbardziej kopotliwe s punkty 1, 3 i 4. Ponadto
s ze sob powizane, poniewa gdy znajdziemy ju 45 i +, co mamy z nimi zrobi? Tzn., jak
zapisa je w programie? Oczywicie czciowym rozwizaniem tego problemu jest podzia na
tokeny, ale tylko czciowym.
Co zrobiby dowiadczony programista? Gdy mamy do rozwizania jaki trudny techniczny
problem, czsto mona znale jakie standardowe rozwizanie. Wiemy, e ludzie pisz kalkulatory,
przynajmniej od kiedy istniej komputery przyjmujce dane symboliczne z klawiatury,
a wic od 50 lat. Musi by jakie standardowe rozwizanie! W takiej sytuacji dowiadczony
programista konsultuje si z kolegami i przeszukuje dostpn literatur. Byoby gupstwem
myle, e w jeden dzie uda si wymyle co lepszego, ni inni wymylili przez 50 lat.
6.4. Gramatyki
Istnieje standardowa odpowied na pytanie, jak rozszyfrowa znaczenie wyraenia: najpierw
wprowadzone znaki naley zebra i podzieli na tokeny (to ju sami odkrylimy). Jeli uytkownik
wpisze:
45+11.5/7
program powinien utworzy nastpujc list tokenów:
45
+
11.5
/
7
Token to sekwencja znaków, któr uwaamy za jak jednostk, np. operator lub liczb.
Po utworzeniu tokenów program musi upewnia si, e cae wyraenie jest poprawnie
rozumiane. Na przykad wiemy, e wyraenie 45+11.5/7 oznacza 45+(11.5/7), a nie
(45+11.5)/7. Sk w tym, jak nauczy program tej przydatnej zasady (dzielenie „wie mocniej”
ni dodawanie)? Standardowa odpowied jest taka, e piszemy gramatyk definiujc skadni
naszych danych wejciowych, a nastpnie piszemy program, w którym implementujemy zasady
tej gramatyki. Na przykad:
// Prosta gramatyka wyrae:
Expression:
Term
Expression "+" Term // dodawanie
Expression "–" Term // odejmowanie
Term:
Primary

6.4. GRAMATYKI 189
Term "*" Primary // mnoenie
Term "/" Primary // dzielenie
Term "%" Primary // reszta z dzielenia (modulo)
Primary:
Number
"(" Expression ")" // grupowanie
Number:
floating-point-literal
Jest to zestaw prostych zasad. Ostatni naley czyta nastpujco: „Number (liczba) to litera
zmiennoprzecinkowy”. Natomiast tre przedostatniej jest taka: „Primary (czynnik) jest liczb
lub znakiem '(', po którym jest wyraenie i znak ')'”. Reguy dla Expression (wyraenia) i Term
(skadnika) s podobne. Kada z nich jest zdefiniowana z uwzgldnieniem jednej z regu,
które znajduj si dalej.
Jak pamitamy z podrozdziau 6.3.2, nasze tokeny — zgodnie z definicj w jzyku C++
— to:
litera zmiennoprzecinkowy (zgodny z definicj w jzyku C++, np. 3.14, 0.274e2
lub 42);
+, -, *, / oraz % — operatory;
( i ) — nawiasy.
Uywajc gramatyki i tokenów, zrobilimy bardzo duy pojciowy skok w stosunku do naszego
pocztkowego pseudokodu. Tego rodzaju postpy chcielibymy robi zawsze, ale rzadko si
to udaje bez pomocy. Do tego wanie su dowiadczenie, literatura i mentorzy.
Na pierwszy rzut oka gramatyka ta wydaje si bezsensowna. Czsto tak jest z notacj
techniczn. Pamitaj jednak, e jest to ogólna i elegancka (co w kocu docenisz) notacja do
opisu czego, co potrafisz robi przynajmniej od czasów szkoy podstawowej. Nie masz problemu
z obliczeniem wyraenia 1-2*3 albo 1+2-3 lub 3*2+4/2. Potrafisz jednak wyjani, jak
to robisz? Umiesz to tak wyjani, aby zrozumia to nawet kto, kto nigdy nie mia stycznoci
z konwencjonaln arytmetyk? Czy Twoje wyjanienia bd miay zastosowanie dla wszystkich
kombinacji operatorów i argumentów? Aby wystarczajco szczegóowo i precyzyjnie
objani co komputerowi, potrzebna jest odpowiednia notacja — a gramatyka naley do
najlepszych konwencjonalnych narzdzi do jej tworzenia.
Jak czyta si gramatyk? Majc pewne dane wejciowe, zaczyna si od pierwszej reguy,
Expression (wyraenie), i przeszukuje kolejne, znajdujc te, które pasuj do tokenów w miar
ich wczytywania. Wczytywanie strumienia tokenów zgodnie z zasadami gramatyki nazywa si
parsowaniem (analiz skadniow), a program, który to robi, nazywamy parserem (ang.
parser) lub analizatorem skadni (ang. syntax analyzer). Nasz analizator odczytuje tokeny od
lewej do prawej, dokadnie w takiej kolejnoci, jak je wpisujemy i czytamy. Wypróbujemy jaki
bardzo prosty przykad: czy 2 jest wyraeniem?
1. Wyraenie (Expression) musi by skadnikiem (Term) lub koczy si skadnikiem.
Skadnik musi by czynnikiem (Primary) lub koczy si czynnikiem. Ten czynnik
musi zaczyna si znakiem ( lub by liczb (Number). Oczywicie 2 nie jest znakiem (,
tylko literaem zmiennoprzecinkowym, a wic liczb, która jest czynnikiem.

190 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
2. Przed tym czynnikiem (liczba 2) nie ma znaku /, * ani %, a wic jest to kompletny
skadnik (a nie zakoczenie wyraenia z operatorem /, * lub %).
3. Przed skadnikiem tym (Primary 2) nie ma znaku + ani -, a wic jest to pene wyraenie
(Expression), a nie zakoczenie wyraenia z operatorem + lub -.
W zwizku z tym zgodnie z nasz gramatyk 2 jest wyraeniem. Przegld gramatyki mona
przedstawi graficznie:
Na rysunku zostaa przedstawiona cieka, któr przemierzylimy przez definicje. Odwracajc
nasze rozumowanie, moemy powiedzie, e 2 jest wyraeniem, poniewa jest literaem zmiennoprzecinkowym,
który jest liczb, liczba jest czynnikiem, czynnik jest skadnikiem, a skadnik
wyraeniem.
Spróbujmy czego bardziej skomplikowanego. Czy 2+3 jest wyraeniem? Naturalnie
znaczna cz rozumowania bdzie taka sam jak dla 2:
1. Wyraenie musi by skadnikiem lub mie go na kocu. Skadnik musi by czynnikiem
lub koczy si czynnikiem, który z kolei musi zaczyna si od znaku ( lub by liczb.
Oczywicie 2 nie jest znakiem (, ale jest literaem zmiennoprzecinkowym, który jest
liczb, ta z kolei jest czynnikiem.
2. Przed tym czynnikiem (liczba 2) nie ma znaku /, * ani %, a wic jest to kompletny
skadnik (a nie zakoczenie wyraenia z operatorem /, * lub %).
3. Za skadnikiem tym (Primary 2) jest znak +, a wic jest to koniec pierwszej czci wyraenia
i musimy poszuka skadnika za tym znakiem. Dokadnie w taki sam sposób,
jak w przypadku 2 dowiadujemy si, e 3 jest skadnikiem. Poniewa za 3 nie ma znaku +
ani -, uznajemy, e jest to peny skadnik, a nie pierwsza cz wyraenia z operatorem +
lub -. W zwizku z tym 2+3 spenia zasad Expression+Term, a wic jest wyraeniem.

6.4. GRAMATYKI 191
Znowu nasz tok rozumowania moemy przedstawi graficznie (pomijamy zasad literau
zmiennoprzecinkowego jako liczby dla uproszczenia):
Na rysunku przedstawilimy ciek, któr przemierzylimy przez definicje. Odwracajc nasze
rozumowanie, moemy powiedzie, e 2+3 jest wyraeniem, poniewa 2 jest skadnikiem,
który jest wyraeniem, 3 jest skadnikiem oraz wyraenie ze znakiem + i skadnikiem równie
jest wyraeniem.
Prawdziwym powodem, dla którego zainteresowalimy si gramatykami, jest fakt, e mog
one nam pomóc w rozwizaniu problemu poprawnego przetwarzania wyrae z operatorami *
i +. Spróbujemy zatem przeanalizowa wyraenie 45+11.5*7. Zabawa w komputer szczegó-
owo sprawdzajcy wszystkie reguy byaby mudna. Dlatego pominiemy niektóre porednie
etapy, które opisalimy ju przy analizie 2 i 2+3. Oczywicie 45, 11.5 i 7 to literay zmiennoprzecinkowe,
które s liczbami, liczby za s czynnikami, a wic moemy zignorowa
wszystkie reguy poniej czynnika (Primary). Otrzymujemy:
1. 45 jest wyraeniem, po którym znajduje si znak +, a wic szukamy wyrazu zamykajcego
regu Expression+Term.
2. 11.5 jest skadnikiem, po którym znajduje si znak *, a wic szukamy czynnika koczcego
regu Term*Primary.
3. 7 jest czynnikiem, a wic 11.5*7 jest skadnikiem zgodnie z regu Term*Primary. Teraz
widzimy, e 45+11.5*7 jest wyraeniem zgodnie z regu Expression+Term. Mówic
dokadniej, jest to wyraenie, w którym najpierw jest wykonywane mnoenie 11.5*7,
a potem dodawanie 45+11.5*7, dokadnie tak, jak gdybymy napisali 45+(11.5*7).
Na nastpnej stronie przedstawiamy graficzn ilustracj naszego rozumowania (znowu pomijamy
zasad literau zmiennoprzecinkowego jako liczby dla uproszczenia).

192 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Powyszy rysunek obrazuje nasz tok rozumowania. Zauwa, jak regua Term*Primary zapewnia,
e 11.5 zostanie pomnoone przez 7 zamiast dodane do 45.
Pocztkowo moe wydawa Ci si to trudne do zrozumienia, ale ludzie czytaj gramatyki,
a te prostsze atwo zrozumie. Naszym celem nie byo jednak nauczy Ci rozumie wyrae
2+2 czy 45+11.5*7. To ju kady potrafi. Szukalimy sposobu na objanienie komputerowi, co
oznacza wyraenie 45+11.5*7 i wiele innych skomplikowanych wyrae, które mog zosta
mu podsunite do obliczenia. Skomplikowane gramatyki nie nadaj si do odczytu przez
czowieka, ale komputery radz sobie z nimi doskonale. Analizuj ich reguy szybko i prawidowo,
a przychodzi im to z atwoci. W tym wanie komputery s dobre — w dokadnym
wykonywaniu polece.
6.4.1. Dygresja — gramatyka jzyka angielskiego
Jeli nigdy dotd nie miae do czynienia z gramatykami, to pewnie czujesz si oszoomiony.
W istocie moesz czu si niepewnie, nawet jeli ju si z czym takim spotkae wczeniej.
Spójrz na poniszy fragment gramatyki jzyka angielskiego:
Sentence :
Noun Verb
// np. C++ rules
Sentence Conjunction Sentence // np. Birds fly but fish swim
Conjunction :
"and"
"or"
"but"
Noun :
"birds"
"fish"
"C++"
Verb :
"rules"
"fly"
"swim"

6.4. GRAMATYKI 193
Zdania s zbudowane z czci mowy (np. rzeczowników, czasowników i czników). Mona je
przeanalizowa pod ktem tych regu, aby sprawdzi, które sowa s rzeczownikami, czasownikami
itd. Ta prosta gramatyka zawiera take semantycznie bezsensowne zdania, tj. „C++ fly
and birds rules”, ale poprawienie tego to cakiem inna kwestia, któr naleaoby si zaj w znacznie
bardziej zaawansowanej ksice.
Wiele osób uczono tych podstawowych zasad na zajciach z jzyka angielskiego w szkole.
Istniej nawet powane dowody neurologiczne potwierdzajce, e takie zasady s zakodowane
w naszych mózgach.
Spójrz na podobne do wczeniejszych drzewo parsowania, ale tym razem przedstawiajce
proste angielskie zdanie:
To nie jest takie skomplikowane. Jeli miae problemy ze zrozumieniem podrozdziau 6.4,
wró do niego teraz i przeczytaj go ponownie. Za drugim razem moe by o wiele bardziej
zrozumiay!
6.4.2. Pisanie gramatyki
Skd wzilimy te zasady gramatyki wyrae? Trzeba przyzna, e pomogo nam w tym
dowiadczenie. Robimy to w taki sposób, w jaki ludzie zazwyczaj pisz gramatyki wyrae.
Napisanie prostej gramatyki jest atwe. Wystarczy wiedzie, jak:
1. Odróni zasad od tokenu.
2. Wstawi jedn zasad za drug (sekwencja).
3. Wyrazi alternatywne wzorce (alternacja).
4. Wyraa powtarzajce si wzorce (repetycja).
5. Rozpozna pierwsz zasad gramatyki.

194 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
W rónych ksikach i rónych systemach parsowania stosuje si róne notacje i terminologi.
Na przykad niektórzy nazywaj tokeny znakami terminalnymi, a zasady znakami nieterminalnymi
lub produkcjami. My umieszczamy tokeny w podwójnych cudzysowach i zaczynamy
od pierwszej zasady. Alternatywy znajduj si w osobnych wierszach, np.:
List:
"{" Sequence "}"
Sequence:
Element
Element " ," Sequence
Element:
"A"
"B"
Zatem sekwencja (Sequence) jest elementem (Element) lub elementem i sekwencj oddzielonymi
od siebie przecinkiem. Element to litera A lub B. Lista (List) to sekwencja w nawiasach
klamrowych. Moemy generowa te listy (jak?):
{ A }
{ B }
{ A,B }
{A,A,A,A,B }
Ponisze natomiast nie s listami (dlaczego?):
{ }
A
{ A,A,A,A,B
{A,A,C,A,B }
{ A B C }
{A,A,A,A,B, }
Tej sekwencji nie nauczye si w przedszkolu ani nie zakodowae w mózgu, chocia nadal
nie jest to nauka najwyszych lotów. W rozdziaach 7.4 i 7.8.1 objanimy sposoby wyraania
zasad syntaktycznych za pomoc gramatyk.
6.5. Zamiana gramatyki w kod
Istnieje wiele sposobów na zmuszenie komputera do respektowania zasad gramatyki. Uyjemy
najprostszego — napiszemy po jednej funkcji dla kadej zasady i wykorzystamy nasz typ
Token do reprezentowania tokenów. Program implementujcy gramatyk czsto nazywa si
parserem.
6.5.1. Implementowanie zasad gramatyki
Do zaimplementowania naszego kalkulatora potrzebujemy czterech funkcji — jednej do
wczytywania tokenów i po jednej dla kadej zasady w gramatyce:
get_token() // Wczytuje znaki i tworzy tokeny.
// Wykorzystuje strumie cin.
expression() // Obsuguje operatory + i –.

6.5. ZAMIANA GRAMATYKI W KOD 195
// Wywouje funkcje term() i get_token().
term() // Obsuguje operatory *, /, i %.
// Wywouje funkcje primary() i get_token().
primary() // Obsuguje liczby i nawiasy.
// Wywouje funkcje expression() i get_token().
Uwaga: kada funkcja zajmuje si okrelon czci wyraenia i reszt zostawia pozostaym
funkcjom. To radykalnie upraszcza kod funkcji. Metod t mona porówna ze wspóprac
grupy ludzi, gdzie kady wykonuje swoje zadanie, a problemy znajdujce si poza jego specjalnoci
przekazuje do rozwizania innym.
Co powinny te funkcje robi? Kada funkcja powinna wywoywa inne funkcje gramatyki
zgodnie z zasad, któr implementuje, oraz funkcj get_token(), jeli wymagany jest token.
Jeli na przykad funkcja primary() ma postpi zgodnie ze swoj zasad (Expression), musi
wywoa:
get_token() // Do obsugi znaków ( i ).
expression() // Do obsugi wyraenia.
Co powinny takie funkcje zwraca? Co z odpowiedzi, której w rzeczywistoci oczekujemy?
Dla wyraenia 2+3 funkcja expression() mogaby zwróci 5. Istotnie, wszystkie potrzebne
informacje s dostpne. Tego spróbujemy! Dziki temu unikniemy odpowiedzi na jedno z naszych
najtrudniejszych pyta: „Jak zaprezentowa wyraenie 45+5/7 w postaci danych, aby mona
byo obliczy jego warto?”. Zamiast zapisywa reprezentacj 45+5/7 w pamici, obliczamy
warto tego wyraenia przy wczytywaniu. Ten may pomys stanowi prawdziwy przeom!
Dziki temu czterokrotnie zmniejszy si objto kodu w stosunku do tego, co uzyskalibymy,
gdyby funkcja expression() zwracaa co skomplikowanego do obliczenia póniej. Wanie
zaoszczdzilimy sobie okoo 80 procent pracy.
Do towarzystwa nie pasuje funkcja get_token() — poniewa obsuguje tokeny, a nie wyraenia,
nie moe zwraca wartoci podwyrae. Na przykad znaki ( i + nie s wyraeniami.
Musi zatem zwraca typ Token. Dochodzimy do wniosku, e potrzebujemy nastpujcych
funkcji:
// Funkcje realizujce zasady gramatyczne:
Token get_token() // Wczytuje znaki i tworzy tokeny.
double expression() // Obsuguje znaki + i –.
double term() // Obsuguje znaki *, / i %.
double primary() // Obsuguje liczby i nawiasy.
6.5.2. Wyraenia
Najpierw napiszemy funkcj expression(). Gramatyka dla niej jest nastpujca:
Expression:
Term
Expression '+' Term
Expression '–' Term
Poniewa to jest nasza pierwsza próba zamiany zasad gramatyki na kod, przedstawimy kilka
bdnych rozwiza. Tak to zazwyczaj wyglda przy stosowaniu nowych technik, a poza tym
jest to dobry sposób na nauczenie si wielu rzeczy. W szczególnoci pocztkujcy programista

196 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
moe nauczy si bardzo duo, patrzc na dramatycznie róne zachowania podobnych fragmentów
kodu. Czytanie kodu to przydatna umiejtno, któr naley pielgnowa.
6.5.2.1. Wyraenia — pierwsza próba
Patrzc na zasad Expression'+' Term, najpierw próbujemy wywoa funkcj expression(),
nastpnie znale znak + (i -) oraz wywoa funkcj term():
double expression()
{
double left = expression(); // Wczytuje i oblicza warto wyraenia.
Token t = get_token(); // nastpny token
}
switch (t.kind) {
case '+':
return left + term();
case '–':
return left – term();
default:
return left;
}
// Sprawdza, jaki to jest rodzaj tokenu.
// Wczytuje i sprawdza warto skadnika,
// nastpnie wykonuje dodawanie.
// Wczytuje i sprawdza warto skadnika,
// nastpnie wykonuje odejmowanie.
// Zwraca warto wyraenia.
Wyglda dobrze. To jest prawie naiwna transkrypcja gramatyki. Jest do prosta — najpierw
wczytuje wyraenie, a nastpnie sprawdza, czy za nim znajduje si znak + lub - i jeli tak,
wczytuje skadnik (Term).
Niestety w rzeczywistoci to jest bez sensu. Skd wiadomo, gdzie koczy si wyraenie,
dziki czemu mona poszuka znaków + i -? Przypominam, e nasz program czyta od lewej
do prawej i nie moe wybiec do przodu, aby sprawdzi, czy nie ma dalej znaku +. W istocie ta
wersja funkcji expression() nigdy nie wyjdzie poza pierwszy wiersz — zaczyna od wywoania
funkcji expression(), która zaczyna od wywoania funkcji expression() itd. w nieskoczono.
Nazywa si to nieskoczon rekurencj (ang. infinite recursion), która jednak bdzie miaa
koniec — gdy skoczy si w komputerze pami do przechowywania nigdy niekoczcych
si wywoa funkcji expression(). Pojcie rekurencji oznacza wywoywanie funkcji przez
siebie sam. Nie wszystkie rekurencje s nieskoczone, poza tym technika ta jest bardzo
przydatna w programowaniu (zobacz rozdzia 8.5.8).
6.5.2.2. Wyraenia — druga próba
Co w takim razie robimy? Kady skadnik jest wyraeniem, ale nie kade wyraenie jest skadnikiem.
Moemy wic zacz od szukania skadnika i przej do szukania penego wyraenia
tylko wówczas, gdy znajdziemy znak + lub -. Na przykad:
double expression()
{
double left = term();
Token t = get_token();
switch (t.kind) {
case '+':
// Wczytuje skadnik i oblicza jego warto.
// nastpny token
// Sprawdza, jaki to rodzaj tokenu.

6.5. ZAMIANA GRAMATYKI W KOD 197
}
return left + expression(); // Wczytuje wyraenie i sprawdza jego warto,
// a nastpnie wykonuje dodawanie.
case '–':
return left – expression(); // Wczytuje wyraenie i oblicza jego warto,
// a nastpnie wykonuje odejmowanie.
default:
return left;
// Zwraca warto skadnika.
}
To jako dziaa. Wypróbowalimy ten kod w ukoczonym programie i stwierdzilimy, e przetwarza
wszystkie poprawne wyraenia (i ani jednego niepoprawnego). W wikszoci przypadków
nawet zwraca prawidowe wyniki. Na przykad wyraenie 1+2 jest wczytywane jako skadnik
(o wartoci 1), po którym jest znak + i wyraenie (które w tym przypadku jest skadnikiem
o wartoci 2) — zwracany wynik to 3. Analogicznie dla wyraenia 1+2+3 zwracana jest warto 6.
Moemy dugo cign list przypadków, w których kod ten zwraca prawidowe wyniki, ale
do rzeczy — co stanie si z wyraeniem 1-2-3? Funkcja expression() wczyta 1 jako skadnik
i przejdzie do 2-3 jako wyraenia (skadajcego si ze skadnika 2 i wyraenia 3). Nastpnie
odejmie warto wyraenia 2-3 od 1. Innymi sowy obliczy warto wyraenia 1-(2-3), która
wynosi 2 (liczba dodatnia). Nas jednak w szkole uczono (a moe i wczeniej), e 1-2-3 oznacza
tyle, co (1-2)-3, a wic wynik powinien by -4 (liczba ujemna).
W ten sposób utworzylimy bardzo fajny program, który nie robi tego, co trzeba. Sytuacj
pogarsza fakt, e w wielu przypadkach zwraca prawidowy wynik. Na przykad dla wyraenia
1+2+3 zostanie zwrócony wynik 6, poniewa 1+(2+3) jest równowane z (1+2)+3. Jaki by nasz
podstawowy z programistycznego punktu widzenia bd? Zawsze naley zada sobie to pytanie,
gdy znajdzie si bd. Dziki temu bdzie mona unikn powtórzenia go innym razem.
Naszym problemem jest to, e popatrzylimy na kod i postanowilimy zgadywa. To rzadko
wystarcza! Musimy rozumie, co robi nasz kod, i umie wyjani, czemu robi to, co trzeba.
Ponadto analizowanie bdów jest czsto najlepszym sposobem na znalezienie poprawnego
rozwizania. Nasza funkcja expression() szuka najpierw skadnika, a nastpnie, jeli znajduje si
za nim znak + lub -, wyraenia. Jest to w rzeczywistoci implementacja nieco innej gramatyki:
Expression:
Term
Term '+' Expression // dodawanie
Term '–' Expression // odejmowanie
Rónica midzy t a nasz gramatyk polega na tym, e my chcielimy, aby wyraenie 1-2-3 byo
traktowane jako wyraenie 1-2, po którym jest znak - i skadnik 3. Natomiast uzyskalimy
skadnik 1, po którym znajduje si znak - i wyraenie 2-3. Innymi sowy chcielimy, aby 1-2-3
oznaczao (1-2)-3, a nie 1-(2-3).
Tak, debugowanie bywa mudne, trudne i czasochonne, ale w tym przypadku pracujemy
nad zasadami wyuczonymi w podstawówce. Sk w tym, e musimy „wpoi” je komputerowi,
który uczy si znacznie wolniej od nas.
Zauwa, e moglibymy zdefiniowa 1-2-3 jako 1-(2-3) zamiast (1-2)-3 i unikn caej
tej dyskusji. Czsto najtrudniejszymi problemami w programowaniu s zasady, które zostay
ustalone dla ludzi wiele lat przed tym, jak zaczlimy uywa komputerów.

198 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
6.5.2.3. Wyraenia — do trzech razy sztuka
Co teraz? Spójrz jeszcze raz na gramatyk (t poprawn w podrozdziale 6.5.2) — kade wyra-
enie zaczyna si skadnikiem, po którym moe znajdowa si znak + lub -. Musimy wic
poszuka skadnika, sprawdzi, czy znajduje si za nim jeden z tych znaków, i robi tak a do
wyczerpania plusów i minusów. Na przykad:
double expression()
{
double left = term();
// Wczytuje skadnik i oblicza jego warto.
Token t = get_token();
// nastpny token
while ( t.kind=='+' || t.kind=='–') { // Szuka znaków + i –.
if (t.kind == '+')
left += term();
// Oblicza warto skadnika i wykonuje dodawanie.
else
left –= term();
// Oblicza warto skadnika i wykonuje odejmowanie.
t = get_token();
}
return left; // Jeli nie ma wicej znaków + lub –, zwraca odpowied.
}
Ten kod jest nieco bardziej skomplikowany, poniewa musielimy wprowadzi ptl, aby
móc wyszuka wszystkie plusy i minusy. Ponadto powtarzamy si troch — dwa razy sprawdzamy
znaki + i - oraz dwa razy wywoujemy funkcj get_token(). Poniewa to tylko zaciemnia
kod, pozbdziemy si nadmiarowego testu znaków + i -:
double expression()
{
double left = term(); // Wczytuje skadnik i oblicza jego warto.
Token t = get_token(); // nastpny token
while(true) {
switch(t.kind) {
case '+':
left += term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje dodawanie.
t = get_token();
break;
case '–':
left –= term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje odejmowanie.
t = get_token();
break;
default:
return left;
// Jeli nie ma wicej znaków + lub –, zwraca odpowied.
}
}
}
Warto zauway, e pomijajc ptl, ta wersja kodu jest podobna do pierwszej próby (podrozdzia
6.5.2.1). Usunlimy wywoanie funkcji expression() wewntrz funkcji expression()
i zastpilimy je ptl. Innymi sowy przekonwertowalimy wyraenie z zasad gramatyki na
ptl szukajc skadnika ze znakiem + lub -.

6.5. ZAMIANA GRAMATYKI W KOD 199
6.5.3. Skadniki
Zasada dotyczca skadnika (Term) w gramatyce jest bardzo podobna do zasady wyraenia
(Expression):
Term:
Primary
Term '*' Primary
Term '/' Primary
Term '%' Primary
W konsekwencji kod równie powinien by bardzo podobny. Oto pierwsza wersja:
double term()
{
double left = primary();
Token t = get_token();
while(true) {
switch (t.kind) {
case '*':
left *= primary();
t = get_token();
break;
case '/':
left /= primary();
t = get_token();
break;
case '%':
left %= primary();
t = get_token();
break;
default:
return left;
}
}
}
Niestety ten kod nie da si skompilowa — operator reszty z dzielenia (%) nie jest zdefiniowany
dla liczb zmiennoprzecinkowych. Zostaniemy o tym uprzejmie poinformowani. Odpowiadajc
wczeniej „oczywicie” na pytanie dotyczce tego, czy pozwoli te na wpisywanie liczb zmiennoprzecinkowych,
nie przemylelimy sprawy dokadnie i padlimy ofiar wasnej zachannoci
na funkcje. Tak jest zawsze! Co z tym zrobimy? Moemy sprawdza, czy argumenty
operatora % s liczbami cakowitymi i jeli nie, zgasza bd. Moemy te usun ten operator
z kalkulatora. Wybierzemy najprostsze rozwizanie. Dodamy ten operator póniej (rozdzia 7.5).
Po usuniciu operatora % funkcja dziaa — tzn. prawidowo analizuje skadniki i oblicza ich
wartoci. Jednak dowiadczony programista zauway pewien niepodany szczegó, który sprawia,
e funkcja term() jest nie do przyjcia. Co si stanie, jeli kto wpisze 2/0? Nie mona
dzieli przez zero. Jeli do tego dopucimy, komputer wykryje to i zamknie program, wywietlajc
raczej mao pomocny komunikat o bdzie. Niedowiadczony programista przekona si
o tym na wasnej skórze. Dlatego lepiej doda odpowiedni test i wywietli lepszy komunikat
o bdzie:

200 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
double term()
{
double left = primary();
Token t = get_token();
while(true) {
switch (t.kind) {
case '*':
left *= primary();
t = get_token();
break;
case '/':
{ double d = primary();
if (d == 0) error("Dzielenie przez zero.");
left /= d;
t = get_token();
break;
}
default:
return left;
}
}
}
Dlaczego umiecilimy instrukcje obsugujce operator / w bloku? Poniewa kompilator nalega.
Jeli chcesz definiowa i inicjowa zmienne w instrukcjach switch, musisz umieci je
w blokach.
6.5.4. Podstawowe elementy wyrae
Zasada gramatyczna definiujca podstawowe czynniki wyrae równie jest prosta:
Primary:
Number
'(' Expression ')'
Kod sucy do jej implementacji jest nieco zagmatwany, poniewa jest tu wicej okazji do
popenienia bdu skadni:
double primary()
{
Token t = get_token();
switch (t.kind) {
case '(': // Obsuga reguy '(' expression ')'.
{ double d = expression();
t = get_token();
if (t.kind != ')') error("Oczekiwano ')'.");
return d;
}
case '8':
// Za pomoc znaku '8' reprezentujemy liczby.
return t.value; // Zwraca warto liczby.
default:
error("Oczekwiano czynnika.");
}
}

6.6. WYPRÓBOWYWANIE PIERWSZEJ WERSJI 201
W zasadzie nie ma tu nic nowego, czego nie ma w funkcjach expression() i term().Uylimy
tych samych narzdzi jzykowych, zastosowalimy t sam technik wyodrbniania tokenów
oraz te same techniki programistyczne.
6.6. Wypróbowywanie pierwszej wersji
Aby sprawdzi dziaanie tych funkcji, musimy zaimplementowa funkcj get_token() i utworzy
funkcj main(). To drugie zadanie jest banalne — bdziemy wywoywa funkcj expression()
i drukowa zwracany przez ni wynik:
int main()
try {
while (cin)
cout

202 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Kontynuujemy, wpisujc 5+6. Program zwraca w odpowiedzi 5, a wic na ekranie widzimy:
2
3
4
2
5+6
5
Jeli nie masz dowiadczenia programistycznego, pewnie jeste bardzo skonsternowany!
W istocie nawet dowiadczony programista mógby osupie. Co tam si dzieje? W tym momencie
chcemy zamkn program. Jak to zrobi? Zapomnielimy zaprogramowa polecenie
zamykajce program, ale mona go zmusi do zamknicia za pomoc bdu. Wpisujemy wic x
i program zakoczy dziaanie komunikatem Nieprawidowy token. W kocu co zadziaao zgodnie
z planem!
Zapomnielimy odróni na ekranie dane wejciowe od wyjciowych. Zanim przejdziemy
do rozwizywania zagadki, poprawimy to niedocignicie, aby lepiej widzie, co si dzieje.
Na razie wystarczy dodanie do danych wyjciowych znaku =:
while (cin) cout

6.6. WYPRÓBOWYWANIE PIERWSZEJ WERSJI 203
1 2 3 4+5 6+7 8+9 10 11 12
= 1
= 4
= 6
= 8
= 10
Co takiego? Nie 2 ani 3? Czemu 4, a nie 9 (bo 4+5)? Czemu 6, a nie 13 (bo 6+7)? Przyjrzyj si
uwanie — program zwraca co trzeci token! Moe „poera” cz wprowadzonych danych
bez obliczania ich wartoci? Tak wanie robi. Spójrz na funkcj expression():
double expression()
{
double left = term(); // Wczytuje skadnik i oblicza jego warto.
Token t = get_token(); // nastpny token
while(true) {
switch(t.kind) {
case '+':
left += term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje dodawanie.
t = get_token();
break;
case '–':
left –= term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje odejmowanie.
t = get_token();
break;
default:
return left; // Jeli nie ma wicej znaków + lub –, zwraca odpowied.
}
}
}
Gdy funkcja get_token() zwróci inny Token ni + lub -, po prostu zwracamy warto. Nie uywamy
tego tokenu i nie zapisujemy go do uytku przez inn funkcj. To nie byo zbyt mdre.
Odrzucanie danych wejciowych bez sprawdzenia nawet, co to dokadnie jest, to niezbyt dobry
pomys. atwo mona si przekona, e ten sam defekt ma funkcja term(). To wyjania,
dlaczego nasz kalkulator zjada dwa tokeny na trzy.
Poprawimy funkcj expression(), aby nie zjadaa tokenów. Gdzie moemy zapisa nastpny
token (t), jeli program go nie potrzebuje? Moglibymy opracowa wiele rónych skomplikowanych
rozwiza, ale zastosujemy najbardziej oczywiste (wydaje si oczywiste, gdy si
je ju zobaczy) — ten token zostanie wykorzystany przez jak inn funkcj, a wic umiecimy
go z powrotem w strumieniu wejciowym, aby móg zosta stamtd ponownie wczytany! W istocie
mona by byo wstawia znaki do strumienia istream, ale nie o to nam chodzi. My chcemy
mie tokeny, a nie bawi si ze znakami. Potrzebujemy strumienia wejciowego, w którym
bdzie mona zapisywa tokeny.
Zaómy wic, e mamy strumie tokenów — Token_stream — o nazwie ts. Przyjmijmy
te, e ma on funkcj skadow o nazwie get(), która zwraca nastpny token i funkcj skadow
putback(t), ta za wstawia token t z powrotem do strumienia. Implementacj strumienia
Token_stream przedstawimy w podrozdziale 6.8, gdy bdziemy ju wiedzieli, jak go uy.

204 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Majc strumie Token_stream, moemy zmodyfikowa funkcj expression() w taki sposób,
eby niepotrzebne tokeny zapisywaa wanie w nim:
double expression()
{
double left = term(); // Wczytuje skadnik i oblicza jego warto.
Token t = ts.get(); // Pobiera nastpny token ze strumienia tokenów.
while(true) {
switch(t.kind) {
case '+':
left += term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje dodawanie.
t = ts.get();
break;
case '–':
left –= term(); // Oblicza warto skadnika i wykonuje odejmowanie.
t = ts.get();
break;
default:
ts.putback(t); // Wstawia token t z powrotem do strumienia tokenów.
return left; // Jeli nie ma wicej znaków + lub –, zwraca odpowied.
}
}
}
Takie same zmiany musz zosta wprowadzone w funkcji term():
double term()
{
double left = primary();
Token t = ts.get(); // Pobiera nastpny token ze strumienia tokenów.
}
while(true) {
switch (t.kind) {
case '*':
left *= primary();
t = ts.get();
break;
case '/':
{ double d = primary();
if (d == 0) error("Dzielenie przez zero.");
left /= d;
t = ts.get();
break;
}
default:
ts.putback(t); // Wstawia token t z powrotem do strumienia tokenów.
return left;
}
}
W ostatniej funkcji naszego parsera, primary(), musimy tylko zmieni get_token() na ts.get().
Funkcja ta uywa kadego wczytanego przez siebie tokenu.

6.7. WYPRÓBOWYWANIE DRUGIEJ WERSJI 205
6.7. Wypróbowywanie drugiej wersji
Moemy przetestowa nasz drug wersj programu. Wpisz 2 i znak nowego wiersza. Brak reakcji.
Wpisz jeszcze jeden znak nowego wiersza, aby sprawdzi, czy program nie zasn. Nadal
nic. Wpisz 3 i znak nowego wiersza. Jest odpowied — 2. Spróbuj wyraenia 2+2 ze znakiem
nowego wiersza. Odpowied brzmi 3. Teraz na ekranie znajduj si nastpujce dane:
2
3
=2
2+2
=3
Hmm. Moe wprowadzenie funkcji putback() i uycie jej w funkcjach expression() i term()
nie pomogo w rozwizaniu problemu? Spróbujmy czego innego:
2 3 4 2+3 2*3
=2
=3
=4
=5
Tak, to s poprawne odpowiedzi! Ale brakuje ostatniej (6). Wci mamy problem z tokenami,
ale tym razem nie chodzi o ich zjadanie, lecz o to, e wynik jest zwracany dopiero po wpisaniu
kolejnego wyraenia. Program nie drukuje od razu wyniku. Opónia to do momentu wczytania
pierwszego tokenu nastpnego wyraenia. Niestety nie widzi go, dopóki nie naciniemy klawisza
Enter po wpisaniu nastpnego wyraenia. Wniosek taki, e program nie dziaa le, tylko
odpowiada z opónieniem.
Jak to poprawi? Jednym z oczywistych rozwiza jest wprowadzenie „polecenia drukowania”.
Rol t niech peni rednik, którego pojawienie si bdzie oznaczao koniec wyraenia
i wymuszao wydruk wyniku. Przy okazji dodamy polecenie zamknicia programu. Do tego
celu doskonale nada si znak k (od sowa koniec). Obecnie w funkcji main() mamy taki kod:
while (cin) cout

206 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
2;
= 2
2+3;
= 5
3+4*5;
= 23
k
W tym momencie mamy ju dobr wstpn wersj programu. Nie jest to jeszcze to, czego
chcielimy, ale stanowi dobr baz do rozszerzania. Co waniejsze, moemy poprawia bdy
i dodawa nowe funkcje, pracujc ju z dziaajcym programem.
6.8. Strumienie tokenów
Zanim przejdziemy do dalszego opisu kalkulatora, przedstawimy implementacj strumienia
Token_stream. Jeli nie dostarczymy poprawnych danych do programu, to nic nam si nie uda.
Strumie ten zaimplementowalimy ju na samym pocztku, ale najpierw chcielimy skupi
si na problemach oblicze w minimalnym rozwizaniu.
Nasz kalkulator przyjmuje na wejciu sekwencj tokenów, np. (1.5+4)*11 z podrozdziau
6.3.3. Potrzebujemy czego takiego, co bdzie wczytywa znaki ze standardowego strumienia
wejciowego i podawa programowi kolejne tokeny, gdy ten o to poprosi. Poza tym zauwa-
ylimy, e program czsto wczytuje o jeden token za duo, a wic musimy wygospodarowa
jakie miejsce, aby przechowa go do póniejszego uytku. Jest to cakowicie normalne. Jeli
wczytujemy wyraenie 1.5+4 od lewej do prawej, skd mamy wiedzie, e liczba 1.5 to ju
caa liczba, jeli nie wczytamy znajdujcego si za ni znaku +? Dopóki go nie zobaczymy,
równie dobrze moemy podejrzewa, e jestemy w trakcie wczytywania liczby 1.55555.
Dlatego potrzebujemy „strumienia”, który zwraca token, gdy go zadamy za pomoc funkcji
get(), i w którym moemy przechowywa nadmiarowe tokeny, zapisujc je tam za pomoc
funkcji putback(). Wszystko w jzyku C++ ma okrelony typ, dlatego musimy zacz od
zdefiniowania typu Token_stream.
Pewnie zauwaye sowo public w definicji typu Token. Tam nie miao to adnego widocznego
znaczenia. Natomiast w typie Token_stream, o którym teraz mowa, sowo to bdzie miao
wane zastosowanie. W jzyku C++ typy zdefiniowane przez uytkownika czsto skadaj
si z dwóch czci — interfejsu publicznego (oznaczonego etykiet public:) i prywatnego
(oznaczonego etykiet private:). Chodzi o oddzielenie tego, co jest potrzebne uytkownikowi
do wygodnego korzystania z typu, od implementacji typu, w której uytkownik nie powinien
mie moliwoci grzebania:
class Token_stream {
public:
// interfejs uytkownika
private:
// szczegóy implementacyjne
// (bezporednio niedostpne uytkownikom typu Token_stream)
};
Oczywicie uytkownik i implementator to czsto jedna i ta sama osoba odgrywajca róne
role. Naley jednak zaznaczy, e rozrónienie midzy interfejsem publicznym przeznaczonym

6.8. STRUMIENIE TOKENÓW 207
dla uytkowników i prywatnym dla implementatorów jest doskonaym narzdziem wspomagajcym
strukturalizacj kodu. Interfejs publiczny powinien zawiera wycznie to, co jest
uytkownikowi potrzebne, a wic najczciej zestaw funkcji, take konstruktorów sucych
do inicjowania obiektów. Implementacj prywatn stanowi kod tych publicznych funkcji.
Najczciej s to dane i funkcje wykonujce skomplikowane dziaania, o których uytkownik
nie musi wiedzie i których nie musi bezporednio uywa.
Rozszerzymy troch nasz typ Token_stream. Jakie wymagania powinien spenia? Bez
wtpienia potrzebujemy funkcji get() i putback(), poniewa to one byy powodem, dla którego
w ogóle wymylilimy co takiego jak strumie tokenów. Zadaniem typu Token_stream jest wytwarzanie
tokenów ze znaków wczytywanych na wejciu. Zatem nasz strumie musi wczytywa
dane ze strumienia cin. Oto najprostsza moliwa wersja typu Token_stream:
class Token_stream {
public:
Token_stream(); // Tworzy obiekt typu Token_stream, który wczytuje dane ze strumienia
cin.
Token get();
// Daje token (obiekt typu Token).
void putback(Token t); // Wkada token z powrotem.
private:
// szczegóy implementacyjne
};
To wszystko, czego uytkownik potrzebuje do korzystania z typu Token_stream. Dowiadczony
programista mógby si zastanawia, dlaczego cin jest jedynym moliwym ródem znaków
— przypominamy, e zdecydowalimy si na razie pobiera dane tylko z klawiatury. Zrewidujemy
t decyzj w rozdziale 7.
Dlaczego zastosowalimy dugaw nazw putback() zamiast krótszej put()? Chcielimy
podkreli asymetri midzy funkcjami get() i putback() — to jest strumie wejciowy, a nie
co, co mona wykorzysta take do ogólnych celów zwizanych z wysyaniem danych na wyjcie.
Poza tym w bibliotece istream take znajduje si funkcja putback(), a spójno nazw jest jedn
z podanych cech kadego systemu. Dziki temu atwiej jest zapamitywa te nazwy i unika
bdów.
Po tym wstpie moemy ju utworzy typ Token_stream i uy go:
Token_stream ts; // Obiekt typu Token_stream o nazwie ts.
Token t = ts.get(); // Daje nastpny token ze strumienia ts.
// …
ts.putback(t); // Wkada token t z powrotem do strumienia ts.
Mamy ju wszystko, czego potrzebujemy do napisania pozostaej czci kalkulatora.
6.8.1. Implementacja typu Token_stream
Zaimplementujemy trzy wymienione funkcje strumienia Token_stream. Jak bdzie si ten
strumie prezentowa? Tzn., jakie dane musz by w nim przechowywane, aby spenia swoje
zadanie? Potrzebujemy miejsca do przechowywania tokenów, które woymy do niego. Dla
uproszczenia zaómy, e mona w nim przechowywa tylko jeden token na raz. Na potrzeby
naszego programu to wystarczy (i na potrzeby wielu innych te). W zwizku z tym potrzebujemy

208 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
miejsca do przechowania jednego tokenu i wskanika oznaczajcego, czy to miejsce jest wolne
czy zajte:
class Token_stream {
public:
Token_stream(); // Tworzy obiekt typu Token_stream, który wczytuje dane ze strumienia
cin.
Token get();
// Daje token (funkcja get() zostaa zdefiniowana w innym miejscu).
void putback(Token t); // Wkada token z powrotem.
private:
bool full; // Informuje, czy w buforze jest token.
Token buffer; // Miejsce do przechowywania tokenu zapisanego w strumieniu za pomoc funkcji
//putback().
};
Teraz moemy zdefiniowa (napisa) nasze trzy funkcje skadowe. Konstruktor i funkcja
putback() bd atwe, poniewa maj mao do zrobienia. Dlatego zajmiemy si nimi na pocztku.
Konstruktor ustawia tylko zmienn full na warto oznaczajc, e bufor jest pusty:
Token_stream::Token_stream()
:full(false), buffer(0) // Bufor jest pusty.
{
}
Jeli definicja skadowej znajduje si poza definicj klasy, naley wskaza, do której klasy ma
nalee. Suy do tego nastpujca notacja:
nazwa_klasy::nazwa_skadowej
Tutaj definiujemy konstruktor klasy Token_stream. Konstruktor to funkcja skadowa o takiej
samej nazwie, jak klasa, do której naley.
Po co definiowa skadow poza klas? Przede wszystkim dla zachowania przejrzystoci
— w definicji klasy mona znale gównie informacje o tym, co klasa potrafi „robi”. Definicje
funkcji skadowych to implementacje okrelajce sposób, w jaki s robione róne rzeczy.
Wolimy umieci je gdzie indziej, aby nie przeszkadzay. Ideaem, do którego dymy, jest,
aby kada jednostka logiczna programu miecia si w caoci na ekranie. Definicje klas zazwyczaj
speniaj ten wymóg, ale tylko jeli definicje ich funkcji skadowych przeniesie si gdzie
indziej, poza klas.
Skadowe klasy inicjuje si w licie inicjatorów skadowych (podrozdzia 6.3.3). Instrukcja
full(false) ustawia skadow full na false, a buffer(0) inicjuje skadow buffer „udawanym
tokenem”, który wymylilimy na poczekaniu. Z definicji typu Token (podrozdzia 6.3.3) wynika, e
kady token musi zosta zainicjowany, dlatego nie moglimy zignorowa Token_stream::buffer.
Funkcja skadowa putback() zapisuje swój argument w buforze strumienia Token_stream:
void Token_stream::putback(Token t)
{
buffer = t; // Kopiuje t do bufora.
full = true; // Bufor jest peny.
}

6.8. STRUMIENIE TOKENÓW 209
Sowo kluczowe void (oznaczajce „nic”) wskazuje, e funkcja putback() nie zwraca adnej
wartoci. Aby upewni si, e funkcja ta nie zostanie wywoana dwa razy bez odczytania (za
pomoc funkcji get()) tego, co zostao zapisane w strumieniu midzy tymi wywoaniami,
mona doda specjalny test:
void Token_stream::putback(Token t)
{
if (full) error("Wywoanie funkcji putback(), gdy bufor jest peny.");
buffer = t; // Kopiuje t do bufora.
full = true; // Bufor jest peny.
}
Test skadowej full polega na sprawdzeniu warunku wstpnego: „Nie ma adnego tokenu
w buforze”.
6.8.2. Wczytywanie tokenów
Ca prawdziw prac wykonuje funkcja get(). Jeli w zmiennej Token_stream::buffer nie ma
tokenu, funkcja ta musi wczyta znaki ze strumienia cin i zoy z nich tokeny:
Token Token_stream::get()
{
if (full) { // Sprawdzenie, czy jest gotowy token.
// Usunicie tokenu z bufora.
full=false;
return buffer;
}
char ch;
cin >> ch; // Uwaga: >> pomija biae znaki (spacje, nowe wiersze, tabulatory itp.).
}
switch (ch) {
case ';': // drukowanie
case 'k': // koniec
case '(': case ')': case '+': case '–': case '*': case '/': case '%':
return Token(ch); // Kady znak reprezentuje sam siebie.
case '.':
case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
{ cin.putback(ch); // Wstawia cyfr z powrotem do strumienia wejciowego.
double val;
cin >> val;
// Wczytuje liczb zmiennoprzecinkow.
return Token('8',val); // '8' reprezentuje „liczb”.
}
default:
error("Nieprawidowy token.");
}

210 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Przeanalizujemy szczegóowo funkcj get(). Najpierw sprawdza, czy w buforze jest token.
Jeli tak, zwraca go:
if (full) { // Sprawdzenie, czy jest gotowy token.
// Usunicie tokenu z bufora.
full=false;
return buffer;
}
Znakami musimy zajmowa si tylko wówczas, gdy full ma warto false (tzn. nie ma tokenu
w buforze). W takim przypadku wczytujemy znak i postpujemy z nim odpowiednio do potrzeb.
Szukamy nawiasów, operatorów i liczb. Jakikolwiek inny znak powoduje wywoanie funkcji
error(), która zamyka program:
default:
error("Nieprawidowy token.");
}
Funkcja error() zostaa opisana w rozdziale 5.6.3 i jest dostpna w pliku nagówkowym
std_lib_facilities.h.
Musielimy zdecydowa si na jaki sposób reprezentowania kadego rodzaju tokenu, tzn.
trzeba byo dobra wartoci dla skadowej kind. Dla uproszczenia i uatwienia debugowania
zdecydowalimy si, e nawiasy i operatory same bd reprezentowa swój rodzaj tokenu.
Dziki temu ich przetwarzanie jest bardzo atwe:
case '(': case ')': case '+': case '–': case '*': case '/':
return Token(ch); // Kady znak reprezentuje sam siebie.
Mówic szczerze, w pierwszej wersji programu zapomnielimy o znakach: ';' oznaczajcym
drukowanie i 'k' oznaczajcym koniec programu. Dodalimy je, dopiero gdy byy potrzebne
w drugiej wersji.
6.8.3. Wczytywanie liczb
Zostay nam jeszcze liczby, z którymi wcale tak atwo nie pójdzie. Jak dowiedzie si, jaka jest
warto 123? To tyle samo, co 100+20+3, ale co zrobi z 12.34? Jest te pytanie, czy zezwala
na stosowanie notacji naukowej, np. 12.34e5. Aby poradzi sobie z tym wszystkim, moglibymy
potrzebowa wielu godzin, a nawet dni. Na szczcie nie jest tak le. Strumienie w C++
„wiedz”, jak wygldaj literay, i potrafi zamienia je na wartoci typu double. Musimy tylko
znale sposób na zmuszenie strumienia cin do robienia tego w funkcji 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); // Wstawia cyfr z powrotem do strumienia wejciowego.
double val;
cin >> val;
// Wczytuje liczb zmiennoprzecinkow.
return Token('8',val); // '8' reprezentuje „liczb”.
}
Decyzja o wyborze znaku '8' do reprezentowania „liczb” w tokenach zostaa podjta arbitralnie.

6.9. STRUKTURA PROGRAMU 211
Skd wiadomo, e ma pojawi si liczba? Zgadujc na podstawie wasnych dowiadcze
lub zagldajc do podrcznika jzyka C++ (np. w dodatku A), mona stwierdzi, e litera liczbowy
musi zaczyna si od cyfry lub znaku . (kropki dziesitnej). Sprawdzamy wic, czy tak
jest. Nastpnie chcemy, aby liczb t wczyta strumie cin, ale wczytalimy ju pierwszy znak
(cyfr lub kropk), a wic pozwalajc temu strumieniowi zaj si reszt, uzyskalibymy nieprawidowe
wyniki. Moglibymy spróbowa poczy warto pierwszego znaku z „reszt” wczytan
przez cin. To znaczy, jeli wpisano by 123, otrzymalibymy 1 i strumie cin wczytaby 23. Wówczas
trzeba by byo doda 100 do 23. A fuj! A to tylko banalny przykad. Na szczcie (i nie
przypadkowo) cin dziaa bardzo podobnie do Token_stream pod tym wzgldem, e take pozwala
wstawi odczytany znak z powrotem. Zamiast wic wykonywa zagmatwane obliczenia
arytmetyczne, wstawiamy pierwsz cyfr z powrotem do cin i odczytujemy z niego ca liczb.
Zauwa, e cay czas unikamy skomplikowanej pracy i znajdujemy prostsze rozwizania
— czsto w tym celu wykorzystujc zawarto biblioteki. To jest istota programowania —
nieustanne poszukiwanie jak najprostszych rozwiza. Niektórzy — nie zawsze susznie —
wyraaj to sowami: „Dobry programista to leniwy programista”. W tym, i tylko w tym,
sensie rzeczywicie powinnimy by leniwi. Po co pisa duo kodu, skoro mona to samo
zrobi, piszc go mniej?
6.9. Struktura programu
Jest takie przysowie, które gosi, e czasami trudno zauway las, poniewa zasaniaj go drzewa.
W analogiczny sposób mona straci z oczu program, patrzc na te jego wszystkie funkcje, klasy
itp. Spójrzmy zatem na nasz program, pomijajc chwilowo szczegóy:
#include "std_lib_facilities.h"
class Token { /* … */ };
class Token_stream { /* … */ };
Token_stream::Token_stream() :full(false), buffer(0) { /* … */ }
void Token_stream::putback(Token t) { /* … */ }
Token Token_stream::get() { /* … */ }
Token_stream ts; // Udostpnia funkcje get() i putback().
double expression(); // Deklaracja umoliwiajca funkcji primary() wywoywanie funkcji expression().
double primary() { /* … */}
// Obsuga nawiasów i liczb.
double term() { /* … */} // Obsuga operatorów *, / i %.
double expression() { /* … */} // Obsuga operatorów + i –.
int main() { /* … */ } // Gówna ptla i obsuga bdów.
Kolejno deklaracji ma znaczenie. Nie mona uy nazwy, zanim zostanie zadeklarowana. Dlatego
ts musi zosta zadeklarowana, zanim zostanie uyta w ts.get(), a funkcja error() musi zosta
zadeklarowana przed funkcjami parsera, poniewa wszystkie z niej korzystaj. Na schemacie
wywoa mona zauway ciekawe zaptlenie: funkcja expression() wywouje term(),
która wywouje primary(), a ta z kolei wywouje expression().

w i c z e n i a
212 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
Mona to przedstawi graficznie (wywoania funkcji error() odkadamy na bok, poniewa
wszystkie funkcje j wywouj):
To oznacza, e nie moemy po prostu zdefiniowa tych trzech funkcji — nie da si ustali takiej
kolejnoci, w której kada z nich zostaaby zdefiniowana przed pierwszym uyciem. Potrzebujemy
przynajmniej jednej deklaracji, która nie jest równoczenie definicj. Zdecydowalimy
si zadeklarowa z wyprzedzeniem funkcj expression().
Czy to dziaa? Jeli odpowiednio zdefiniuje si sowo „dziaa”, mona powiedzie, e tak.
Przechodzi kompilacj, da si uruchomi, poprawnie oblicza wyniki wyrae i zgasza sensowne
komunikaty o bdach. Ale czy dziaa tak, jak sobie tego yczymy? Nie bdzie zaskoczeniem,
gdy powiem „nie za bardzo”. Pierwsz wersj wypróbowalimy w podrozdziale 6.6.
Wówczas usunlimy powany bd. Druga wersja (podrozdzia 6.7) nie jest o wiele lepsza.
Ale w porzdku, tego si spodziewalimy. Program zadowalajco spenia swoje gówne zadanie,
czyli pozwala zweryfikowa nasze podstawowe pomysy i zorientowa si, co robi dalej.
Pod tym wzgldem odnielimy sukces, ale spróbuj z niego skorzysta — bez problemu doprowadzi
Ci do szau!
WYPRÓBUJ
Uruchom powysz wersj kalkulatora i sprawd, co robi. Spróbuj doj, dlaczego tak
dziaa.
wiczenia
Celem tego zestawu wicze jest poprawienie bdów w programie, aby zamieni go w co
uytecznego.
1. We kalkulator z pliku calculator02buggy.cpp. Spraw, eby da si skompilowa. Musisz
znale i poprawi kilka bdów. Nie ma ich w tekcie ksiki.
2. Zmie znak polecenia zamknicia programu na x.

WICZENIA 213
3. Zmie znak polecenia drukowania na =.
4. Dodaj do funkcji main() komunikat powitalny:
„Witaj w naszym prostym kalkulatorze.
W wyraeniach stosuj liczby zmiennoprzecinkowe.”
5. Dodaj do komunikatu powitalnego informacj o tym, jakie operatory s obsugiwane oraz
jak drukowa wynik i zakoczy dziaanie programu.
6. Znajd trzy bdy logiczne w programie, które zostay tam przemylnie ukryte, i popraw
je, aby kalkulator zwraca prawidowe wyniki.
Powtórzenie
1. Co rozumiemy pod pojciem „Programowa to zrozumie”? Wymie trzy gówne fazy
produkcji oprogramowania.
2. W rozdziale tym zosta szczegóowo opisany proces tworzenia kalkulatora. Napisz krótk
specyfikacj wymaga dla takiego programu.
3. W jaki sposób dzieli si problem na mniejsze, atwiejsze do ogarnicia czci?
4. Dlaczego utworzenie ograniczonej wersji programu jest dobrym pomysem?
5. Co jest zego w mnoeniu wymaga dotyczcych funkcjonalnoci na pocztku pracy nad
programem?
6. Co to jest „przypadek uycia”?
7. Jaki jest cel przeprowadzania testów?
8. Posikujc si informacjami zawartymi w rozdziale, opisz rónic midzy skadnikiem
(Term), wyraeniem (Expression), liczb (Number) i czynnikiem (Primary).
9. Dane wejciowe kalkulatora rozkadalimy na nastpujce elementy: skadnik, wyraenie,
czynnik i liczba. Rozó w ten sposób wyraenie (17+4)/(5–1).
10. Dlaczego w programie nie ma funkcji o nazwie number()?
11. Co to jest token?
12. Co to jest gramatyka? Co to jest regua gramatyki?
13. Co to jest klasa? Do czego su klasy?
14. Co to jest konstruktor?
15. Dlaczego w funkcji expression() klauzula default instrukcji switch wstawia token z powrotem
do strumienia?
16. Co to znaczy „wczyta z wyprzedzeniem”?
17. Co robi funkcja putback() i dlaczego jest przydatna?
18. Co nastrcza trudnoci w implementacji operatora % (modulo) w funkcji term()?
19. Do czego su dwie zmienne skadowe klasy Token?
20. Dlaczego czasami skadowe klasy dzieli si na publiczne i prywatne?
21. Co dzieje si w klasie Token_stream, gdy w buforze jest token i zostanie wywoana funkcja
get()?
22. Po co zostay dodane znaki ';' i 'k' do instrukcji switch w funkcji get() w klasie Token_
stream?

214 ROZDZIA 6 • PISANIE PROGRAMU
23. Kiedy powinno si zacz testowanie programu?
24. Co to jest „typ zdefiniowany przez uytkownika”? Do czego moe si przyda?
25. Co to jest interfejs do „typu zdefiniowanego przez uytkownika” w jzyku C++?
26. Dlaczego powinno si uywa kodu z bibliotek?
Terminologia
analiza implementacja przypadek uycia
analizator skadniowy interfejs pseudokod
class parser public
dzielenie przez zero private skadowa klasy
funkcja skadowa projekt token
gramatyka prototyp zmienna skadowa klasy
Praca domowa
1. Jeli jeszcze tego nie zrobie, rozwi wszystkie wiczenia Wypróbuj.
2. Dodaj moliwo uywania w programie zarówno nawiasów okrgych (), jak i klamrowych
{}, aby mona byo pisa wyraenia typu {(4+5)*6}/(3+4).
3. Dodaj operator silni ! jako operator przyrostkowy. Na przykad 7! oznacza 7*6*5*4*3*2*1.
Niech operator ten wie mocniej ni * i /. To znaczy, 7*8! powinno oznacza 7*(8!) ,
a nie (7*8)!. Zacznij od dodania operatora wyszego poziomu do gramatyki. Aby pozosta
w zgodzie ze standardow matematyczn definicj silni, niech 0! wynosi 1.
4. Zdefiniuj klas Name_value przechowujc acuch i warto. Utwórz konstruktor (podobny
jak w klasie Token). Zmodyfikuj wiczenie 19. z rozdziau 4., uywajc vector
zamiast dwóch wektorów.
5. Dodaj do gramatyki jzyka angielskiego z podrozdziau 6.4.1 przedimek the, aby mona
byo za jej pomoc opisywa zdania typu „The birds fly but the Fish swim”.
6. Napisz program sprawdzajcy poprawno zdania zgodnie z gramatyk z podrozdziau
6.4.1. Przyjmij zaoenie, e kade zdanie koczy si kropk otoczon biaymi znakami, np.
birds fly but the fish swim . jest zdaniem, a birds fly but the fish swim (brak kropki
na kocu) i birds fly but the fish swim. (brak spacji przed kropk) nie. Dla kadego
wpisanego zdania program niech zwraca tylko prost odpowied Dobrze lub le. Wskazówka:
nie zawracaj sobie gowy tokenami, wystarczy wczyta dane do acucha za pomoc operatora
>>.
7. Napisz gramatyk dla wyrae logicznych. S one podobne do arytmetycznych, tylko posuguj
si operatorami ! (nie), ~ (uzupenienie), & (i), | (lub) oraz ^ (lub wyczajce).
Operatory ! i ~ s jednoargumentowe i prefiksowe. Operator ^ ma pierwszestwo przed |
(podobnie jak * przed +), a wic x|y^z oznacza x|(y^z), a nie (x|y)^z. Operator & ma
pierwszestwo przed ^, a wic x^y&z oznacza x^(y&z).
8. Przerób gr „Byki i krowy” z wiczenia 12. w rozdziale 5., uywajc liter zamiast cyfr.
9. Napisz program wczytujcy cyfry i skadajcy z nich liczby cakowite. Na przykad 123
zostanie wczytane jako znaki 1, 2 i 3. Odpowied programu powinna by nastpujca:

w i c z e n i a
WICZENIA 215
Dekompozycja liczby 123: liczba setek: 1; liczba dziesitek: 2; liczba jednostek: 3. Liczba ma by
wysyana na wyjcie jako typ int. Obsu liczby jedno-, dwu-, trzy- i czterocyfrowe.
Wskazówka: aby uzyska cakowitoliczbow warto 5 znaku '5', odejmij od niego '0',
tzn. '5'-'0'==5.
10. Permutacja to uporzdkowany podzbiór pewnego zbioru. Wyobra sobie na przykad, e
chcesz zdoby szyfr do sejfu. Jest 60 moliwych liczb, a kombinacja, której potrzebujesz,
skada si z trzech rónych liczb. Jest P(60,3) permutacji dla tej kombinacji, gdzie P definiuje
nastpujcy wzór:
We wzorze tym ! oznacza przyrostkowy operator silni. Na przykad 4! wynosi 4*3*2*1.
Kombinacje s podobne do permutacji, z t rónic, e nie jest w nich wana kolejno
elementów. Gdyby na przykad robi sobie deser lodowy, chcc uy trzech rónych
smaków lodów z piciu dostpnych, nie zaleaoby Ci, czy bananowy znajdzie si na
wierzchu czy na samym dole, oby gdzie by. Wzór kombinacji jest nastpujcy:
Zaprojektuj program proszcy uytkownika o podanie dwóch liczb, pytajcy, czy ma obliczy
permutacje czy kombinacje i drukujcy wynik. To bdzie wymagao podzielenia go
na kilka czci. Wykonaj analiz opisanych wyej wymaga. Napisz, co dokadnie program
ma robi. Napisz pseudokod i podziel go na czci. Ten program powinien mie
wbudowany mechanizm sprawdzania bdów. Spraw, aby dla kadego rodzaju bdnych
danych byy zwracane odpowiednie komunikaty o bdzie.
Podsumowanie
Jedn z podstawowych czynnoci programistycznych jest odpowiednie rozpoznanie danych
wejciowych. W taki czy inny sposób musi poradzi sobie z tym problemem kady program.
Do najtrudniejszych zada naley rozszyfrowanie tego, co wytworzy bezporednio czowiek.
Na przykad cige problemy sprawia wiele aspektów technologii rozpoznawania gosu. Proste
wersje tego problemu, jak nasz kalkulator, mona rozwiza za pomoc gramatyk definiujcych
wprowadzane dane.