Повышение надежности обращения к общим данным

Определять глобальную переменную намного удобнее, чем передавать ссылку на генератор случайных чисел в каждый метод и функцию в качестве аргумента. Достаточно описать внешнюю глобальную переменную (включив соответствующий файл заголовков с помощью оператора #include), и генератор становится доступен. Не нужно менять интерфейс, если вдруг понадобится обратиться к генератору. Не следует передавать один и тот же объект в разные функции.

Тем не менее, использование глобальных переменных может привести к ошибкам. В нашем случае с генератором при его использовании нужно твердо помнить, что глобальная переменная уже определена. Простая забывчивость может привести к тому, что будет определен второй объект – генератор случайных чисел, например с именем randomGen. Поскольку с точки зрения правил языка никаких ошибок допущено не было, компиляция пройдет нормально. Однако результат работы программы будет не тот, которого мы ожидаем. (Исходя из определения класса, ответьте, почему).

При составлении программ самым лучшим решением будет то, которое не позволит ошибиться, т.е. неправильная программа не будет компилироваться. Не всегда это возможно, но в данном случае, как и во многих других, соответствующие средства имеются в языке Си++.

Изменим описание класса RandomGenerator:

class RandomGenerator{public: static void Init(unsigned long start); static unsigned long GetNumber(void);private: static unsigned long previousNumber;};

Определения методов Init и GetNumber не изменятся. Единственное, что надо будет добавить в файл RandomGenerator.cpp, это определение переменной previousNumber:

//// файл RandomGenerator.cpp//#include "RandomGenerator.h"#include <time.h>unsigned long RandomGenerator::previousNumber;...

Методы и атрибуты класса, описанные static, существуют независимо от объектов этого класса. Вызов статического метода имеет вид имя_класса::имя_метода, например RandomGenerator::Init(x). У статического метода не существует указателя this, таким образом, он имеет доступ либо к статическим атрибутам класса, либо к атрибутам передаваемых ему в качестве аргументов объектов. Например:

class A{public: static void Method(const A& a);private: static int a1; int a2;};voidA::Method(const A& a){ int x = a1; int y = a2; int z = a.a2;} // обращение к статическому атрибуту // ошибка, a2 не определен // правильно

Статический атрибут класса во многом подобен глобальной переменной, но доступ к нему контролируется классом. Один статический атрибут класса создается в начале программы для всех объектов данного класса (даже если ни одного объекта создано не было). Можно считать, что статический атрибут – это атрибут класса, а не объекта.

Теперь программа, использующая генератор случайных чисел, будет выглядеть так:

// файл main.cpp#include "RandomGenerator.h"main(){ RandomGenerator::Init(1000);}voidfun1(void){unsigned long x=RandomGenerator::GetNumber();... } // файл class.cpp#include "RandomGenerator.h"Class1::Class1(){...}voidfun2(){unsigned long x=RandomGenerator::GetNumber();... }

Такое построение программы и удобно, и надежно. В отличие от глобальной переменной, второй раз определить генератор невозможно – мы и первый-то раз определили его лишь фактом включения класса RandomGenerator в программу, а два раза определить один и тот же класс компилятор нам не позволит.

Разумеется, существуют и другие способы сделать так, чтобы существовал только один объект какого-либо класса.

Кратко суммируем результаты этого параграфа:

Автоматические переменные заново создаются каждый раз, когда управление передается в соответствующую функцию или блок.

Статические и глобальные переменные создаются один раз, в самом начале выполнения программы.

К глобальным переменным можно обращаться из всей программы.

К статическим переменным, определенным вне функций, можно обращаться из всех функций данного файла.

Хотя использовать глобальные переменные иногда удобно, делать это следует с большой осторожностью, поскольку легко допустить ошибку (нет контроля доступа к ним, можно переопределить глобальную переменную).

Статические атрибуты класса существуют в единственном экземпляре и создаются в самом начале выполнения программы. Статические атрибуты применяют тогда, когда нужно иметь одну переменную, к которой могут обращаться все объекты данного класса. Доступ к статическим атрибутам контролируется теми же правилами, что и к обычным атрибутам.

1. Статические методы класса используются для функций, по сути являющихся глобальными, но логически относящихся к какому-либо классу.

Область видимости имен

Между именами переменных, функций, типов и т.п. при использовании одного и того же имени в разных частях программы могут возникать конфликты. Для того чтобы эти конфликты можно было разрешать, в языке существует такое понятие как область видимости имени.

Минимальной областью видимости имен является блок. Имена, определяемые в блоке, должны быть различны. При попытке объявить две переменные с одним и тем же именем произойдет ошибка. Имена, определенные в блоке, видимы (доступны) в этом блоке после описания и во всех вложенных блоках. Аргументы функции, описанные в ее заголовке, рассматриваются как определенные в теле этой функции.

Имена, объявленные в классе, видимы внутри этого класса, т.е. во всех его методах. Для того чтобы обратиться к атрибуту класса, нужно использовать операции ".", "->" или "::".

Для имен, объявленных вне блоков, областью видимости является весь текст файла, следующий за объявлением.

Объявление может перекрывать такое же имя, объявленное во внешней области.

int x = 7;class A{public: void foo(int y); int x;};int main(){ A a; a.foo(x); // используется глобальная переменная x // и передается значение 7 cout << x; return 1;}voidA::foo(int y){ x = y + 1; { double x = 3.14; cout << x; } cout << x;} // x – атрибут объекта типа A // новая переменная x перекрывает // атрибут класса x

В результате выполнения приведенной программы будет напечатано 3.14, 8 и 7.

Несмотря на то, что имя во внутренней области видимости перекрывает имя, объявленное во внешней области, перекрываемая переменная продолжает существовать. В некоторых случаях к ней можно обратиться, явно указав область видимости с помощью квалификатора "::". Обозначение::имя говорит о том, что имя относится к глобальной области видимости. (Попробуйте поставить:: перед переменной x в приведенном примере.) Два двоеточия часто употребляют перед именами стандартных функций библиотеки языка Си++, чтобы, во-первых, подчеркнуть, что это глобальные имена, и, во-вторых, избежать возможных конфликтов с именами методов класса, в котором они употребляются.

Если перед квалификатором поставить имя класса, то поиск имени будет производиться в указанном классе. Например, обозначение A::x показало бы, что речь идет об атрибуте класса A. Аналогично можно обращаться к атрибутам структур и объединений. Поскольку определения классов и структур могут быть вложенными, у имени может быть несколько квалификаторов:

class Example{public: enum Color { RED, WHITE, BLUE }; struct Structure { static int Flag; int x; }; int y; void Method();};

Следующие обращения допустимы извне класса:

Example::BLUEExample::Structure::Flag

При реализации метода Method обращения к тем же именам могут быть проще:

voidExample::Method(){ Color x = BLUE; y = Structure::flag;}

При попытке обратиться извне класса к атрибуту набора BLUE компилятор выдаст ошибку, поскольку имя BLUE определено только в контексте класса.

Отметим одну особенность типа enum. Его атрибуты как бы экспортируются во внешнюю область имен. Несмотря на наличие фигурных скобок, к атрибутам перечисленного типа Color не обязательно (хотя и не воспрещается) обращаться Color::BLUE.

16.3 Оператор определения контекста namespace

Несмотря на столь развитую систему областей видимости имен, иногда и ее недостаточно. В больших программах возможность возникновения конфликтов на глобальном уровне достаточно реальна. Имена всех классов верхнего уровня должны быть различны. Хорошо, если вся программа разрабатывается одним человеком. А если группой? Особенно при использовании готовых библиотек классов. Чтобы избежать конфликтов, обычно договариваются о системе имен классов. Договариваться о стиле имен всегда полезно, однако проблема остается, особенно в случае разработки классов, которыми будут пользоваться другие.

Одно из сравнительно поздних добавлений к языку Си++ – контексты, определяемые с помощью оператора namespace. Они позволяют заключить группу объявлений классов, переменных и функций в отдельный контекст со своим именем. Предположим, мы разработали набор классов для вычисления различных математических функций. Все эти классы, константы и функции можно заключить в контекст math для того, чтобы, разрабатывая программу, использующую наши классы, другой программист не должен был бы выбирать имена, обязательно отличные от тех, что мы использовали.

namespace math{ double const pi = 3.1415; double sqrt(double x); class Complex { public:... };};

Теперь к константе pi следует обращаться math::pi.

Контекст может содержать как объявления, так и определения переменных, функций и классов. Если функция или метод определяется вне контекста, ее имя должно быть полностью квалифицировано

double math::sqrt(double x){...}

Контексты могут быть вложенными, соответственно, имя должно быть квалифицировано несколько раз:

namespace first{ int i; namespace second // первый контекст // второй контекст { int i; int whati() { return first::i; } // возвращается значение первого i int anotherwhat { return i; } // возвращается значение второго i }first::second::whati(); // вызов функции

Если в каком-либо участке программы интенсивно используется определенный контекст, и все имена уникальны по отношению к нему, можно сократить полные имена, объявив контекст текущим с помощью оператора using.

double x = pi;using namespace math; // ошибка, надо использовать math::pidouble y = pi; // использовать контекст math // теперь правильно

 

Лекция 17 Обработка ошибок

Виды ошибок

Существенной частью любой программы является обработка ошибок. Прежде чем перейти к описанию средств языка Си++, предназначенных для обработки ошибок, остановимся немного на том,какие, собственно, ошибки мы будем рассматривать.

Ошибки компиляции пропустим:пока все они не исправлены, программа не готова, и запустить ее нельзя. Здесь мы будем рассматривать только ошибки, происходящие во время выполнения программы.

Первый вид ошибок, который всегда приходит в голову – это ошибки программирования. Сюда относятся ошибки в алгоритме, в логике программы и чисто программистские ошибки. Ряд возможных ошибок мы называли ранее (например, при работе с указателями), но гораздо больше вы узнаете на собственном горьком опыте.

Теоретически возможно написать программу без таких ошибок. Во многом язык Си++ помогает предотвратить ошибки во время выполнения программы,осуществляя строгий контроль на стадии компиляции. Вообще, чем строже контроль на стадии компиляции, тем меньше ошибок остается при выполнении программы.

Перечислим некоторые средства языка, которые помогут избежать ошибок:

1. Контроль типов. Случаи использования недопустимых операций и смешения несовместимых типов будут обнаружены компилятором.

2. Обязательное объявление имен до их использования. Невозможно вызвать функцию с неверным числом аргументов. При изменении определения переменной или функции легко обнаружить все места, где она используется.

3. Ограничение видимости имен, контексты имен. Уменьшается возможность конфликтов имен, неправильного переопределения имен.

Самым важным средством уменьшения вероятности ошибок является объектно-ориентированный подход к программированию,который поддерживает язык Си++. Наряду с преимуществами объектного программирования, о которых мы говорили ранее, построение программы из классов позволяет отлаживать классы по отдельности и строить программы из надежных составных "кирпичиков", используя одни и те же классы многократно.

Несмотря на все эти положительные качества языка, остается "простор" для написания ошибочных программ. По мере рассмотрения свойств языка, мы стараемся давать рекомендации, какие возможности использовать, чтобы уменьшить вероятность ошибки.

Лучше исходить из того, что идеальных программ не существует, это помогает разрабатывать более надежные программы. Самое главное – обеспечить контроль данных, а для этого необходимо проверять в программе все, что может содержать ошибку. Если в программе предполагается какое-то условие, желательно проверить его, хотя бы в начальной версии программы, до того, как можно будет на опыте убедиться, что это условие действительно выполняется. Важно также проверять указатели, передаваемые в качестве аргументов, на равенство нулю; проверять, не выходят ли индексы за границы массива и т.п.

Ну и решающими качествами, позволяющими уменьшить количество ошибок, являются внимательность, аккуратность и опыт.

Второй вид ошибок – "предусмотренные", запланированные ошибки. Если разрабатывается программа диалога с пользователем, такая программа обязана адекватно реагировать и обрабатывать неправильные нажатия клавиш. Программа чтения текста должна учитывать возможные синтаксические ошибки. Программа передачи данных по телефонной линии должна обрабатывать помехи и возможные сбои при передаче. Такие ошибки – это, вообще говоря, не ошибки с точки зрения программы, а плановые ситуации, которые она обрабатывает.

Третий вид ошибок тоже в какой-то мере предусмотрен. Это исключительные ситуации, которые могут иметь место, даже если в программе нет ошибок. Например, нехватка памяти для создания нового объекта. Или сбой диска при извлечении информации из базы данных.

Именно обработка двух последних видов ошибок и рассматривается в последующих разделах. Граница между ними довольно условна. Например, для большинства программ сбой диска – исключительная ситуация, но для операционной системы сбой диска должен быть предусмотрен и должен обрабатываться. Скорее два типа можно разграничить по тому, какая реакция программы должна быть предусмотрена. Если после плановых ошибок программа должна продолжать работать, то после исключительных ситуаций надо лишь сохранить уже вычисленные данные и завершить программу.