Обработка текстов на С++

     Существует  заблуждение, что объектно-ориентированное  программирование является чем-то сложным  и непонятным. Но объектная декомпозиция является ничуть не менее естественной и интуитивно понятной, чем алгоритмическая, которая безраздельно властвовала  до появления ООП. В программирование основные понятия ООП перешли  из других областей знаний, таких как  философия, логика, математика и семиотика, причем, не претерпев особых изменений, по крайней мере того, что касается сути этих понятий. Объектный способ декомпозиции (представления) является естественным, и применяется на протяжении многих веков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Обобщенное  программирование.

     Обобщённое  программирование  — парадигма программирования, заключающаяся в таком описании данных и алгоритмов, которое можно применять к различным типам данных, не меняя само это описание. В том или ином виде поддерживается разными языками программирования.

     Средства  обобщённого программирования реализуются  в языках программирования в виде тех или иных синтаксических средств, дающих возможность описывать данные (типы данных) и алгоритмы (процедуры, функции, методы), параметризуемые типами данных. У функции или типа данных явно описываются формальные параметры-типы. Это описание является обобщённым и  в исходном виде непосредственно  использовано быть не может.

     В тех местах программы, где обобщённый тип или функция используется, программист должен явно указать  фактический параметр-тип, конкретизирующий описание. Например, обобщённая процедура  перестановки местами двух значений может иметь параметр-тип, определяющий тип значений, которые она меняет местами. Когда программисту нужно  поменять местами два целых значения, он вызывает процедуру с параметром-типом  «целое число» и двумя параметрами — целыми числами, когда две строки — с параметром-типом «строка» и двумя параметрами — строками. В случае, с данными программист может, например, описать обобщённый тип «список» с параметром-типом, определяющим тип хранимых в списке значений. Тогда при описании реальных списков программист должен указать обобщённый тип и параметр-тип, получая, таким образом, любой желаемый список с помощью одного и того же описания.

     Компилятор, встречая обращение к обобщённому  типу или функции, выполняет необходимые  процедуры статического контроля типов, оценивает возможность заданной конкретизации и при положительной  оценке генерирует код, подставляя фактический  параметр-тип на место формального  параметра-типа в обобщённом описании. Естественно, что для успешного  использования обобщённых описаний фактические типы-параметры должны удовлетворять определённым условиям. Если обобщённая функция сравнивает значения типа-параметра, любой конкретный тип, использованный в ней, должен поддерживать операции сравнения, если присваивает  значения типа-параметра переменным — конкретный тип должен обеспечивать корректное присваивание.

     Известно  два основных способа реализации поддержки обобщённого программирования в компиляторе.

     Порождение  нового кода для каждой конкретизации. В этом варианте компилятор рассматривает  обобщённое описание как текстовый шаблон для создания вариантов конкретизаций. Когда компилятору требуется новая конкретизация обобщённого типа или процедуры, он создаёт новый экземпляр типа или процедуры, чисто механически добавляя туда тип-параметр. То есть, имея обобщённую функцию перестановки элементов, компилятор, встретив её вызов для целого типа, создаст функцию перестановки целых чисел и подставит в код её вызов, а затем, встретив вызов для строкового типа — создаст функцию перестановки строк, никак не связанную с первой.

     Достоинство. Этот метод обеспечивает максимальное быстродействие исполнения программы, поскольку варианты конкретизаций  становятся разными фрагментами  программы, каждый из них может быть оптимизирован для своего типа-параметра, к тому же в код не включаются никакие лишние элементы, связанные  с проверкой или преобразованием  типов на этапе исполнения программы.

     Недостаток. Недостатком его является то, что  при активном использовании обобщённых типов и функций с различными типами-параметрами размер откомпилированной  программы может очень сильно возрастать, поскольку даже для тех  фрагментов описания, которые для  разных типов не различаются, компилятор всё равно генерирует отдельный  код. Этот недостаток можно затушевать путём частичной генерации общего кода (часть обобщённого описания, которая не зависит от типов-параметров, оформляется специальным образом  и по ней компилятор генерирует единый для всех конкретизаций код). Зато данный механизм даёт естественную возможность  создания специальных (обычно — сильно вручную оптимизированных) конкретизаций обобщённых типов и функций для некоторых типов-параметров.

     Порождение  кода, который во время исполнения выполняет преобразование фактических  параметров-типов к одному типу, с которым фактически и работает. В этом случае на этапе компиляции программы компилятор лишь проверяет  соответствие типов и включает в  код команды преобразования конкретного  типа-параметра к общему типу. Код, определяющий функционирование обобщённого  типа или функции, имеется в откомпилированной  программе в единственном экземпляре, а преобразования и проверки типов  выполняются динамически, во время  выполнения программы. В этом варианте порождается, как правило, более  компактный код, но программа оказывается  в среднем медленнее, чем в  первом варианте, из-за необходимости  выполнения дополнительных операций и  меньших возможностей оптимизации. Кроме того, в компилированный  код для типов-параметров далеко не всегда включается динамическая информация о типах (в первом варианте она есть, если вообще поддерживается, поскольку конкретизации для каждого типа-параметра различны), что определяет некоторые ограничения на применение обобщённых типов и функций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Библиотека  iostream.

Частью  стандартной библиотеки C++ является библиотека iostream – объектно-ориентированная  иерархия классов, где используется и множественное, и виртуальное  наследование. В ней реализована  поддержка для файлового ввода/вывода данных встроенных типов. Кроме того, разработчики классов могут расширять  эту библиотеку для чтения и записи новых типов данных.

Для использования  библиотеки iostream в программе необходимо включить заголовочный файл

#include <iostream>

Операции  ввода/вывода выполняются с помощью  классов istream (потоковый ввод) и ostream (потоковый вывод). Третий класс, iostream, является производным от них и  поддерживает двунаправленный ввод/вывод. Для удобства в библиотеке определены три стандартных объекта-потока:

• cin – объект класса istream, соответствующий стандартному вводу. В общем случае он позволяет читать данные с терминала пользователя;
• cout – объект класса ostream, соответствующий стандартному выводу. В общем случае он позволяет выводить данные на терминал пользователя;
• cerr – объект класса ostream, соответствующий стандартному выводу для ошибок. В этот поток мы направляем сообщения об ошибках программы.

Вывод осуществляется, как правило, с помощью  перегруженного оператора сдвига влево (<<), а ввод – с помощью оператора  сдвига вправо (>>).

     Потоки  для работы с файлами создаются  как объекты следующих классов:

• ofstream - для вывода (записи) данных в файл;
• ifstream - для ввода (чтения) данных из файла;
• fstream - для чтения и для записи данных (двунаправленный обмен).

     Чтобы использовать эти классы, в текст  программы необходимо включить дополнительный заголовочный файл <fstream>. После этого в программе можно определять конкретные файловые потоки, соответствующих типов (объекты классов ofstream, ifstream, fstream), например, таким образом:

• ofstream outFile; // Выходной файловый поток.
• ifstream inFile; // Входной файловый поток.
• fstream ioFile; // Файловый поток для ввода и вывода.

     Работа  с файлом обычно предполагает следующие  операции:

• создание потока (потокового объекта);
• открытие потока и связывание его с файлом;
• обмен с потоком (ввод/вывод);
• закрытие файла.

     Классы  файловых потоков содержат несколько  конструкторов, позволяющие варьировать  способы создания потоков. Конструкторы с параметрами создают объект соответствующего класса, открывают  файл с указанным именем и связывают  файл с объектом. Конструкторы без  параметров создают объект соответствующего класса, но не связывают его с  файлом.

     После того как файловый поток открыт, работа с ним чрезвычайно проста: с входным потоком можно обращаться так же, как с стандартным объектом cin, а с выходным потоком – так же, как со стандартным объектом cout. При чтении данных из входного файла иногда требуется контролировать, был ли достигнут конец файла после очередной операции ввода. Это позволяет делать метод eof(), возвращающий нулевое значение, если конец файла еще не достигнут, и ненулевое значение – если уже достигнут. Когда программа покидает область видимости потокового объекта, он уничтожается. При этом перестает существовать связь между потоковым объектом и физическим файлом, а физический файл закрывается. Если алгоритм требует более раннего закрытия файла можно воспользоваться методом close().

     Создание  файлового потока (объекта соответствующего класса) связывает имя потока с  выделяемым для него буфером и  инициализирует переменные состояния  потока. Так как перечисленные  классы файловых потоков наследуют  свойства класса ios, то и переменные состояния каждого файлового потока наследуются из этого базового класса. Так как файловые классы являются производными от классов ostream (класс ofstream), istream (класс ifstream), stream (класс fstream), то они поддерживают описанный в предыдущих шагах форматированный и бесформатный обмен с файлами. Однако прежде чем выполнить обмен, необходимо открыть соответствующий файл и связать его с файловым потоком.

     Открытие  файла в самом общем смысле означает процедуру, информирующую  систему о тех действиях, которые  предполагается выполнять с файлом. Существуют функции стандартной  библиотеки языка С для открытия файлов fopen(), open(). Но работая с файловыми потоками библиотеки ввода-вывода языка С++, удобнее пользоваться компонентными функциями соответствующих классов.

     Создав  файловый поток, можно "присоединить" его к конкретному файлу с  помощью компонентной функции open(). Функция open() унаследована каждым из файловых классов ofstream, ifsream, fstream от класса fstreambase. С ее помощью можно не только открыть файл, но и связать его с уже определенным потоком. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Класс string.

     С++ не поддерживает встроенный строковый  тип. Однако он предоставляет два  способа обработки строк. Во-первых, для представления строк можно  использовать традиционный символьный массив с завершающим нулем. Во-вторых, можно использовать объекты класса string. Класс string обеспечивают альтернативу для строк с завершающим нулем.

     В действительности класс string представляет собой специализацию более общего шаблонного класса basic_ string. Существуют две специализации типа basic_ string: тип string, который поддерживает 8-битовые символьные строки, и тип wstring, который поддерживает строки, образованные двухбайтовыми символами. Чаще всего в обычном программировании используются строковые объекты типа string. Для использования строковых классов С++ необходимо включить в программу заголовок < string >.

     Стандартные классы не сразу были добавлены в  определение языка С++. При том, сто С++ уже содержит поддержку  строк в виде массивов с завершающим  нулем. Но строки с завершающим нулем  нельзя обрабатывать стандартными С++-операторами, и их нельзя использовать в обычных  С++-выражениях. Это лишает «изящества»  даже самые элементарные операции со строками. И именно неспособность  обрабатывать строки с завершающим  нулем привела к разработке стандартного строкового класса. Создавая класс  в С++, мы определяем новый тип  данных, который можно полностью  интегрировать в С++-среду. Это, конечно  же, означает, что для нового класса можно перегружать операторы. Следовательно, вводя в язык стандартный строковый  класс, мы создаем возможность для  обработки строк так же, как  и данных любого другого типа, а  именно посредством операторов.

     Важной  причиной создания класса string является безопасность. Руками неопытного пользователя или неосторожного программиста очень легко обеспечить выход за границы массива, который содержит строку с завершающим нулем.

     Итак  существуют три причины для включения  в С++ стандартного класса string:

• Непротиворечивость данных (строка теперь определяется самостоятельным типом данных);
• Удобство (программист может использовать стандартные операторы С++);
• Безопасность (границы массивов не будут нарушаться)

     Использование нового класса string дает доступ к безопасному и полностью интегрированному способу обработки строк. Класс string представляет собой еще один контейнерный класс, определенный в С++. Он поддерживает алгоритмы и строки имеют дополнительные возможности. Класс string очень большой, он содержит множество конструкторов и функций-членов. Кроме того, многие функции-члены имеют несколько перегруженных форм.