תרגול מס' 10

10תרגול מס' עבודה עם קבציםתבניותחריגות

2מבוא לתכנות מערכות - 234122

עבודה עם קבצים

המחלקותofstream-ו ifstream


++Cקלט/פלט עם קבצים ב-

-כמו בC-גם ב C הטיפול בקבצים דומה לטיפול בערוצי הקלט/פלט ++הסטנדרטיים

-בC עבודה עם קבצים מתבצעת בעזרת מחלקות המוגדרות בקובץ ++fstream

המחלקהofstream משמשת לכתיבה לקובץ המחלקהifstream משמשת לקריאה מקובץ שם הקובץ לפתיחהלשתי המחלקות יש בנאי המקבל את כאשר העצם נהרסהמוודא שהקובץ נסגר לשתי המחלקות יש הורסכמו עבור ערוצים >> ו-<< מתבצעות על ידי שימוש ב-קריאה והדפסה

רגילים כמתודות של שאר הפעולות הדרושות על ערוצי הפלט מבוצעות

המחלקות מחזירה חיווי האם הגענו לסוף הקובץeofלמשל המתודה –


קלט/פלט עם קבצים - דוגמה#include <fstream>using std::ifstream;using std::ofstream;using std::cerr;using std::endl;

void copyFile(const char* fromName, const char* toName) {ifstream from(fromName);if (!from) {

cerr << "cannot open file " << fromName << endl;return;

}ofstream to(toName);if (!to) {

cerr << "cannot open file " << toName << endl;return;

}while (!from.eof()) {

char c;from >> c;to << c;

}}

למה לא צריך לסגור את הקובץ?

boolהמרה ל-


תבניות

תבניות של פונקציותתבניות של מחלקות


תכנות גנרי

נניח שברצוננו לכתוב פונקציה למציאת המקסימום במערך של עצמים - לכל טיפוסנצטרך לרשום מחדש פונקציה כמעט זהה

של פונקציות המוצאות מקסימום במערךהתבנית הכללית קל לנו לראות את(string ו-intמשתנה )בדוגמאות שלנו שם הטיפוס רק –

שיתאים לכל טיפוסקוד גנרי ברצוננו לכתוב? מה היו החסרונות בשיטה זו?Cכיצד עשינו זאת ב-–

int max(const int* array, int size) {

int result = array[0];for (int i = 1; i < size;

++i) {if (result <

array[i]) {result =

array[i];}

}return result;

}

string max(const string* array, int size) {

string result = array[0];for (int i = 1; i < size; ++i) {

if (result < array[i]) {result =

array[i];}

}return result;

}


תבניות קוד התלוי בפרמטרים של זמן הקומפילציהתבניות של קוד ניתן לכתוב - כדי להגדיר תבנית לפונקציה משתמשים במילה השמורהtemplate לפני הגדרת

על הפרמטרים של התבנית:> < הפונקציה ומכריזים בתוך

הקומפיילר ישתמש בתבנית כדי ליצור קוד במקרה הצורךתהליך יצירת מופע של הקוד המוגדר על ידי התבנית מתבצע בזמן הקומפילציה –

instantiationוקרוי

בקבצי תבניות יש להגדיר תמידhכך שיהיו זמינות לקומפיילר

template<class T>T max(const T* array, int size) {

T result = array[0];for (int i = 1; i < size;

++i) {if (result <

array[i]) {result =

array[i];}

}return result;

}

ניתן להשתמש במילה במקום typenameהשמורה

classב- מייצג שם Tבתוך קוד התבנית

של טיפוס וניתן להשתמש בו כמו בשם של טיפוס רגיל: Tלהכריז על משתנים מסוג

ולבצע עליהם פעולות


תבניות - שימוש

כדי להשתמש בפונקציה המוגדרת על ידי תבנית ניתן לקרוא לה לפישמה ובתוספת הפרמטרים הדרושים לתבנית:

ניתן לקרוא לפונקציה ללא ציון הפרמטרים לתבנית - במקרה זההקומפיילר יסיק אותם בעצמו

במקרה זה הפונקציה משתתפת בשלב פתרון ההעמסה יחד עם פונקציות –נוספות

int array[] = {4, -1 ,2};

string array2[] = {"Hello", "cruel", "world"};

cout << max<int>(array, 3) << endl;

cout << max<string>(array2, 3) << endl;

int array[] = {4, -1 ,2};

string array2[] = {"Hello", "cruel", "world"};

cout << max(array, 3) << endl;

cout << max(array2, 3) << endl;

array הוא int ולכן תיקרא *max<int>

array2 הוא string ולכן תיקרא *max<string>


תבניות והעמסת פונקציות

:בפתרון העמסה אשר מעורבות בו תבניותמאשר שימוש מתאימה בדיוק לפרמטרים הקומפיילר יעדיף פונקציה אשר –

בתבנית )על ידי הסקת טיפוסים(

הקומפיילר יעדיף שימוש בתבנית על שימוש בהמרות–

כדי להתאים לתבניתלא יבצע המרות אוטומטיות הקומפיילר –

ניתן להכריח שימוש בפונקצית תבנית על ידי ציון הפרמטרים לתבנית במפורש–


תבניות - העמסת פונקציות

:דוגמאות

template<class T>

T max (T a , T b , T c ) {

if (a > b && a > c) return a ;

if (b > c) return b ;

return c;

}

// ...

int j = max(1,3,3); //

char c= max (’w’,’w’,’w’); //

String s1 = max (s1,s2,s3); //

int j = max (1,’a’,’a’); //

int j = max<int> (1,’a’,’a’); //

int max(int a , int b , int c ) {

if (a > b && a > c) return a ;

if (b > c) return b ;

return c;

}

// ...

int j = max (1,3,3); //

char c = max ('w','w','w');//

String s1 = max (s1,s2,s3); //

int j = max (1,'a','a'); //


תבניות - יצירת מופעים

כאשר הקומפיילר משתמש בתבנית הוא מנסה ליצור פונקציה אשרהפרמטרים לתבנית מוחלפים בה

האם תהליך זה יכול להיכשל?–

בכדי שהשימוש בתבנית יצליח על הארגומנטים המועברים לתבנית לעמודבדרישות הלא מפורשות על הטיפוס המופיעות בקוד

?max ב-Tאילו דרישות יש על הטיפוס –

template<class T>T max(const T* array, int size) {

T result = array[0];for (int i = 1; i < size;

++i) {if (result <

array[i]) {result =

array[i];}

}return result;

}Stack array[] = {Stack(50), Stack(60), Stack(70);cout << max(array, 3) << endl;


מחלקות גנריות

ניתן להגדיר תבנית עבור מחלקה ובכך לממש מחלקות גנריות בדומהCל-והקומפיילר יוודא את לא נצטרך לשלוח מצביעים לפונקציות Cבניגוד ל-–

<template <class T בעצמונכונות הטיפוסיםclass Array {

T* data;int size;

public:Array(int size);Array(const Array& a);~Array();Array& operator=(const Array&

a);int size() const;T& operator[](int index);const T& operator[](int index)

const;};

בתוך ההכרזה על המחלקה במקום Arrayניתן לרשום

Array<T>


מחלקות גנריות

בניגוד לפונקציות, עבור מחלקות חייבים לרשום במפורש אתהקומפיילר לא יכול להסיק אותם בעצמוהארגומנטים לתבנית -

טיפוס חדשכל שימוש בתבנית עם ארגומנטים אחרים יוצר

void f(Array<string>& words) {

Array<int> numbers(100);

for(int i = 0; i < numbers.size(); ++i) {

numbers[i] = i;

}

words = numbers; // error, type mismatch

}


++Cמחסנית גנרית ב-template <class T>class Stack {

T* data;int size;int nextIndex;

public:Stack(int size = 100);Stack(const Stack& s);~Stack();Stack& operator=(const Stack&);void push(const T& t);void pop();T& top();const T& top() const;int getSize() const;

};

:נשפר את המחסנית שלנו כך שתהיה גנרית


++Cמחסנית גנרית ב-template <class T>Stack<T>::Stack(int size) :

data(new T[size]), size(size), nextIndex(0) {} template <class T>Stack<T>::Stack(const Stack<T>& s) :

data(new T[s.size]), size(s.size), nextIndex(s.nextIndex) {for (int i = 0; i < nextIndex; ++i) {

data[i] = s.data[i];}

} template <class T>Stack<T>::~Stack() {

delete[] data;}


++Cמחסנית גנרית ב-template <class T>

Stack<T>& Stack<T>::operator=(const Stack<T>& s) {

if (this == &s) {

return *this;

}

delete[] data;

data = new T[s.size];

size = s.size;

nextIndex = s.nextIndex;

for (int i = 0; i < nextIndex; ++i) {

data[i] = s.data[i];

}

return *this;

}


++Cמחסנית גנרית ב-template <class T>void Stack<T>::push(const T& t) {

if (nextIndex >= size) {error("Stack full");

}data[nextIndex++] = t;

} template <class T>void Stack<T>::pop() {

if (nextIndex <= 0) {error("Stack empty");

}nextIndex--;

}


++Cמחסנית גנרית ב-template <class T>T& Stack<T>::top() {


}return data[nextIndex - 1];

} template <class T>const T& Stack<T>::top() const {


}return data[nextIndex - 1];

}

template <class T>int Stack<T>::getSize() const {

return size;}


שימוש במחסנית הגנריתint main() {

Stack<int> s;

Stack<string> s2;

s.push(20);

s2.push("Hello");

Stack<int> s3(s);

s = s2; // error

cout << s.top() << s2.top() << endl;

return 0;

}

למה מתקבלת שגיאה?


תבניות - פרמטרים

ניתן להגדיר תבניות המקבלותיותר מפרמטר אחד

Pair<char, double> p('a', 15.0);

cout << "(" << p.first << "," << p.second << ")";

template<class T, class S>

struct Pair {

T first;

S second;

Pair(const T& t, const S& s)

: t(t), s(s) {}

};

List<Pair<string, int> > phonebook;

phonebook.add(Pair<string, int>("Dani",8343434));

phonebook.add(Pair<string, int>("Rami",8252525));


תבניות - פרמטרים

ניתן להגדיר תבניות גם עבור פרמטרים מטיפוסint:למשל ,template<class T, int N>class Vector {

int data[N];public:

Vector();Vector& operator+=(const

Vector& v);//...

}; void f(Vector<int, 3>& v) {

Vector<int, 5> v5;Vector<int, 3> v3;v3 += v; // o.k.v5 += v; // error

}

,Vector<intהמספר הוא חלק מהטיפוס, לכן < הם טיפוסים שוניםVector<int, 5< ו-3

נסיון לחבר וקטורים ממימדים לא יתקמפלשונים

N נקבע בזמן הקומפילציה, לכן אנו מגדירים למעשה מערך בגודל קבוע

כשדה במחלקה


תבניות - שגיאות קומפילציהכאשר הקומפיילר עובר על תבנית הוא יכול למצוא בה רק שגיאות בסיסיות של תבנית יתגלו שגיאות התלויות בארגומנט יוצר מופע כאשר הקומפיילר

הספציפיהשגיאה המתקבלת מהקומפיילר תהיה מורכבת ממספר שורות ותכלול את רשימת –

התבניות והארגומנטים שלהן

ורק אחרי שהוא מומלץ לכתוב תחילה קוד רגיל בגלל השגיאות המסובכותעובד להמיר אותו לתבנית

void f() {Stack<Pair<int, int> >

ranges(10);}..\main.cpp: In constructor `Stack<T>::Stack(int) [with T = Pair<int, int>]':

..\main.cpp:241: instantiated from here

..\main.cpp:108: error: no matching function for call to `Pair<int, int>::Pair()'

..\main.cpp:233: note: candidates are: Pair<int, int>::Pair(const Pair<int, int>&)

..\main.cpp:237: note: Pair<T, S>::Pair(T, S) [with T = int, S = int]

הרווח הזה הוא חובה


תבניות - סיכום

ניתן להגדיר תבנית לפונקציה-ניתן להגדיר מחלקות גנריות בעזרת שימוש בtemplate-בניגוד לCכל בדיקות הטיפוסים נעשות בזמן קומפילציה כדי שהשימוש בתבנית יתקמפל על הארגומנטים המועברים לתבנית

להיות בעלי כל התכונות הדרושות לפי התבניתניתן להגדיר תבניות שהפרמטרים שלהן הם מספריםניתן להגדיר תבניות עם מספר פרמטרים מומלץ לכתוב תחילה קוד ללא תבניות ולהמירו אח"כ כדי למנוע

התמודדות עם פלט מסובך מהקומפיילר


חריגות

-שימוש בtry, catch-ו throwהקצאה על ידי אתחול


חריגות

מנגנון החריגות עובד בעזרת שלושת המילים השמורותthrow, try:-ו catch–throwמקבלת כפרמטר את העצם אותו יש לזרוק כחריגה :

–tryמציינת תחילה של בלוק אשר ייתכן ותיזרק ממנו חריגה שנרצה לתפוס :

–catchמציינת סוג חריגה לתפוס ואת הקוד המתאים לטיפול בחריגה :

כאשר נזרקת חריגה הקוד הרגילומתחילה יציאהמפסיק להתבצע

מכל פונקציה בתכנית עד אשרהחריגה מטופלת

בכלללא מטופלת אם חריגההתכנית תסתיים( main)נזרקת מ-

void f(int n) {if (n < 0) {

throw -1;}

} int main(int argc, char **argv) {

try {f(-7);

} catch (int e) {cerr << "Error: "

<< e << endl;}

}


חריגות

:כאשר חריגה נזרקת מתבצעים הדברים הבאיםקוראים להורסים של המשתנים המקומיים tryלא בתוך בלוק כל עוד אנחנו –

ויוצאים מהפונקציה

לסוג החריגה הקיים מתאים catchקיים בודקים האם tryאם אנחנו בבלוק –

אם לא, קוראים להורסים וממשיכים לצאת•

ולאחריו הפונקציה ממשיכה catchמתבצע הקוד בבלוק ה-אם כן, • האחרוןcatchמהשורה שאחרי בלוק ה-

עבור טיפוסים שוניםcatchייתכנו מספר בלוקים של •

התרת המחסניתתהליך היציאה מפונקציות עד לתפיסת שגיאה נקרא(stack unwinding)בין זריקת החריגה ועד לתפיסתה הקוד היחיד שמתבצע הוא של הורסים של –

המשתנים המקומיים המשוחררים


חריגות השימוש בחריגות מונע כתיבה מיותרת של קוד עבור

טיפול בשגיאות בכל פונקציה בדרךמי שיודע למצוא את השגיאה זורק חריגה–

רק מי שיודע לטפל בשגיאה מתייחס אליה–

-בשימוש בקודי שגיאה כמו בC הטיפול במקרי למרבית הקודהשגיאה נהפך

-בC אבל נהוג לזרוק כל עצם שהוא ++ ניתן לזרוקכדי לציין שגיאות מחלקות שנוצרו במיוחד רק

ספציפיות

void f(int n) {if (n < 0) {

throw -1;

}}

void g(int n) {f(-n);

}

void h(int n) {g(2*n);

}

int main() {try {

h(7);} catch (int e)

{cerr <<

"Error: " << e;}

}

main

h g f

call call call

return return return

throw


חריגות

:נוסיף חריגות למחסנית הגנרית שלנוtemplate<typename T>class Stack {

T * data;int size;int nextIndex;

public:

Stack(int size = 100);Stack(const Stack&

stack);~Stack();Stack& operator=(const

Stack& s);void push(const T& t);void pop();T& top();const T& top() const;int getSize() const;

class Full {};class Empty {};

};

template<typename T>void Stack::push(const T& t) {

if (nextIndex >= size) {throw Full();

}data[nextIndex++] = t;

} template<typename T>void Stack::pop() {

if (nextIndex <= 0) {throw Empty();

}nextIndex--;

}

ניתן להגדיר מחלקות בתוך מחלקות


חריגות - שימוש במחסנית

במספר משפטי ניתן להשתמשcatch עבור tryיחיד

-כדי לתפוס כל ...ניתן להשתמש ב חריגה

במקרה זה לא ניתן לגשת לחריגה –שנתפסה

אם כמה מקרים מתאימים לתפיסתהחריגה ייבחר הראשון שמופיע

אחרוןלכן ... תמיד מופיע –

-ניתן לזרוק חריגה מחדש מcatch ללא פרמטרים throwעל ידי

void f(Stack<int>& s) {try {

s.pop();for (int i = 0; i

< 10; ++i) {

s.push(i);}

} catch (Stack<int>::Empty& e) {

cerr << "No numbers";

} catch (Stack<int>::Full& e) {

cerr << "Not enough room";

} catch (...) {cerr << "Oops";throw;

}}


חריגות

חריגות יכולות להיותיותר מורכבות

למשל ניתן לשלוח בהןמידע מדויק על

השגיאה

class String::BadIndex {public:

int index;BadIndex(int index) : index(index) {}

};

void String::verify_index(int index) const {if (index >= size() || index < 0) {

throw BadIndex(index);}return;

}

const char& String::operator[](int index) const {

verify_index(index);return data[index];

}

char& String::operator[](int index) {verify_index(index);return data[index];

}

בשביל להגדיר מחלקה מקוננת כך יש להכריז

Stringעליה בתוך

void f(String& s) {try {

cout << s[50];} catch

(String::BadIndex& e) {cerr << "Bad

Index: "<<

e.index;}

}


חריגות

חריגות מבנאיניתן לזרוק:

לזרוק חריגות מהורסמסוכן:יכולה להיות רק חריגה אחת בו זמנית–

בזמן זריקת חריגה הורסים ממשיכים להתבצע–

אם נזרקת חריגה נוספת התכנית תתרסק–

כאשר הקצאת זיכרון על ידיnew נכשלתstd::bad_allocנזרקת חריגה מסוג

Rational::Rational(int n, int d) :

num(num), denom(denom) {

if (denom == 0) {throw

DivideByZero();}

}

int main() {try {

while (true) {

new int[1000000];

}} catch

(std::bad_alloc& e) {cerr << "Out

of memory";}return 0;|

}


קוד בטוח לחריגות

לחריגות יש חיסרון חשוב - כל קריאה בקוד שלנו עלולה לגרום לזריקתחריגה )בצורה ישירה או עקיפה( ולכן הקוד צריך להיות מוכן לזריקת

חריגה בכל שלב לדוגמה, מה הבעיה באופרטור ההשמה שלString?שלנו char* String::allocate_and_copy(const char* str, int

size) {return strcpy(new char[size+1], str);

}

String& String::operator=(const String& str) {if (this == &str) {

return *this;}delete[] data;data = allocate_and_copy(str.data, str.size());length = str.length;return *this;

}


קוד בטוח לחריגות

כאשר מבצעים קוד של שחרור והקצאות - קודם מבצעים את החלקהבעייתי ואח"כ את שחרור המידע הישן:

?עדיין קיימת בעיה - מה קורה אם יש שתי הקצאות בבת אחת

char* String::allocate_and_copy(const char* str, int size) {

return strcpy(new char[size+1], str);}

String& String::operator=(const String& str) {

char* temp = allocate_and_copy(str.data, str.size()); delete[] data;

data = temp;

length = str.length;

return *this;

}

למה לא צריך בדיקת השמה עצמית?


הקצאת משאבים על ידי אתחולResource Acquisition is Initialization

לעטוף את כל כדי להתמודד עם הסכנות הלא צפויות של חריגות נהוגהקצאות המשאבים במחלקות

בשיטה זו ההורס של המחלקה אחראי לנקות–

, בפרט בזמן התרת המחסניתאוטומטיתהורסים נקראים –

התעסקות מייגעת בהקצאות השימוש בשיטה זו חוסך למתכנת} ()void badושחרורים

char* str1 = new char[N+1];

try {char* str2 =

new char[N+1];// ... code ...

} catch (bad_alloc& e) {

delete[] str1;}

}

void good() {string str1;string str2;// ...

code ...}


חריגות -שימוש נכון

משתמש בחריגות כבערכי חזרההמנעו מכתיבת קוד אשרהמנעו משימוש בחריגות לשם שליטה בקוד

המנעו מלהכריח את המשתמשים בקוד שלכם מלעשות זאת–

void bad(Stack<int>& s) {while(true) {

try {cout <<

s.top() << endl;s.pop();

} catch (Stack<int>::Empty& e) {

break;}

}}

void good(Stack<int>& s) {while(s.getSize()

> 0) {cout <<

s.top() << endl;s.pop();

}}


חריגות - סיכום

-טיפול בשגיאות מתבצע בC בעזרת ++throw, try-ו catchאפשר לזרוק כל דבר אבל נהוג לזרוק רק עצמים ממחלקות ייעודיותהשתמשו בחריגות כדי לאפשר לבנאי להיכשל שגיאות מהספריה הסטנדרטית, כמו כשלון שלnew מטופלות על ידי

חריגותכדי לשמור על קוד בטוח לחריגות עטפו הקצאות משאבים במחלקותהמנעו מכתיבת קוד אשר משתמש בחריגות כבערכי חזרה

Documents

תרגול מס' 10