Выражения и операторы

3.1.2 Функция ввода

Получение входных данных - часто самая запутанная часть программы. Причина кроется в том, что программа должна взаимодействовать с пользователем, то есть "мириться" с его прихотями, учитывать принятые соглашения и предусматривать кажущиеся редкими ошибки. Попытки заставить человека вести себя более удобным для машины образом, как правило, рассматриваются как неприемлемые, что справедливо. Задача ввода для функции низкого уровня состоит в последовательном считывании символов и составлении из них лексемы, с которой работают уже функции более высокого уровня. В этом примере низкоуровневый ввод делает функция get_token(). К счастью, написание низкоуровневой функции ввода достаточно редкая задача. В хороших системах есть стандартные функции для таких операций.

Правила ввода для калькулятора были специально выбраны несколько громоздкими для потоковых функций ввода. Незначительные изменения в определениях лексем превратили бы get_token() в обманчиво простую функцию.

Первая сложность состоит в том, что символ конца строки '\n' важен для калькулятора, но потоковые функции ввода воспринимают его как символ обобщенного пробела. Иначе говоря, для этих функций '\n' имеет значение только как символ, завершающий лексему. Поэтому приходится анализировать все обобщенные пробелы (пробел, табуляция и т.п.). Это делается в операторе do, который эквивалентен оператору while, за исключением того, что тело оператора do всегда выполняется хотя бы один раз:

char ch;

    do {    // пропускает пробелы за исключением '\n'
if(!cin.get(ch)) return curr_tok = END;
    } while (ch!='\n' && isspace(ch));

Функция cin.get(ch) читает один символ из стандартного входного потока в ch. Значение условия if(!cin.get(ch)) - ложь, если из потока cin нельзя получить ни одного символа. Тогда возвращается лексема END, чтобы закончить работу калькулятора. Операция ! (NOT) нужна потому, что в случае успешного считывания get() возвращает ненулевое значение.

Функция-подстановка isspace() из <ctype.h> проверяет, не является ли ее параметр обобщенным пробелом. Она возвращает ненулевое значение, если является, и нуль в противном случае. Проверка реализуется как обращение к таблице, поэтому для скорости лучше вызывать isspace(), чем проверять самому. То же можно сказать о функциях isalpha(), isdigit() и isalnum(), которые используются в get_token().

После пропуска обобщенных пробелов следующий считанный символ определяет, какой будет начинающаяся с него лексема. Прежде, чем привести всю функцию, рассмотрим некоторые случаи отдельно. Лексемы '\n' и ';', завершающие выражение, обрабатываются следующим образом:

switch (ch) {
 case ';':
 case '\n':
   cin >> ws;    // пропуск обобщенного пробела
   return curr_tok=PRINT;

Необязательно снова пропускать пробел, но, сделав это, мы избежим повторных вызовов функции get_token(). Переменная ws, описанная в файле <stream.h>, используется только как приемник ненужных пробелов. Ошибка во входных данных, а также конец ввода не будут обнаружены до следующего вызова функции get_token(). Обратите внимание, как несколько меток выбора помечают одну последовательность операторов, заданную для этих вариантов. Для обоих символов ('\n' и ';') возвращается лексема PRINT, и она же помещается в curr_tok.

Числа обрабатываются следующим образом:

case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
 case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
 case '.':
 cin.putback(ch);
 cin >> number_value;
 return curr_tok=NUMBER;

Размещать метки вариантов горизонтально, а не вертикально,- не самый лучший способ, поскольку такой текст труднее читать; но писать строку для каждой цифры утомительно. Поскольку оператор >> может читать константу с плавающей точкой типа double, программа тривиальна: прежде всего начальный символ (цифра или точка) возвращается назад в cin, а затем константу можно считать в number_value. Имя, т.е. лексема NAME, определяется как буква, за которой может идти несколько букв или цифр:

if (isalpha(ch)) {
 char* p = name_string;
 *p++ = ch;
 while (cin.get(ch) && isalnum(ch)) *p++ = ch;
 cin.putback(ch);
 *p = 0;
 return curr_tok=NAME;
 }

Этот фрагмент программы заносит в name_string строку, оканчивающуюся нулевым символом. Функции isalpha() и isalnum() определены в <ctype.h>. Результат isalnum(c) ненулевой, если c - буква или цифра, и нулевой в противном случае.

Приведем, наконец, функцию ввода полностью:

token_value get_token()
 {
char ch;

do {    // пропускает обобщенные пробелы за исключением '\n'
    if(!cin.get(ch)) return curr_tok = END;
} while (ch!='\n' && isspace(ch));

switch (ch) {
case ';':
case '\n':
     cin >> ws;    // пропуск обобщенного пробела
     return curr_tok=PRINT;
case '*':
case '/':
case '+':
case '-':
case '(':
case ')':
case '=':
     return curr_tok=token_value(ch);
case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
case '.':
     cin.putback(ch);
     cin >> number_value;
     return curr_tok=NUMBER;
  default: // NAME, NAME= или ошибка
     if (isalpha(ch)) {
char* p = name_string;
*p++ = ch;
while (cin.get(ch) && isalnum(ch)) *p++ = ch;
cin.putback(ch);
*p = 0;
return curr_tok=NAME;
     }
     error("недопустимая лексема");
     return curr_tok=PRINT;
}
}

Преобразование операции в значение лексемы для нее тривиально, поскольку в перечислении token_value лексема операции была определена как целое (код символа операции).

3.1.3 Таблица имен

Есть функция поиска в таблице имен:

name* look(char* p, int ins =0);

Второй ее параметр показывает, была ли символьная строка, обозначающая имя, ранее занесена в таблицу. Инициализатор =0 задает стандартное значение параметра, которое используется, если функция look() вызывается только с одним параметром. Это удобно, так как можно писать look("sqrt2"), что означает look("sqrt2",0), т.е. поиск, а не занесение в таблицу. Чтобы было так же удобно задавать операцию занесения в таблицу, определяется вторая функция:

inline name* insert(const char* s) { return look(s,1); }

Как ранее упоминалось, записи в этой таблице имеют такой тип:

struct name {
char* string;
name* next;
double value;
};

Член next используется для связи записей в таблице. Собственно таблица - это просто массив указателей на объекты типа name:

int const TBLSZ = 23;
name* table[TBLSZ];

Поскольку по умолчанию все статические объекты инициализируются нулем, такое тривиальное описание таблицы table обеспечивает также и нужную инициализацию.

Для поиска имени в таблице функция look() использует простой хэш-код (записи, в которых имена имеют одинаковый хэш-код, связываются вместе):

int ii = 0;// хэш-код
const char* pp = p;
while (*pp) ii = ii<<1 ^ *pp++;
if (ii < 0) ii = -ii;
ii %= TBLSZ;

Иными словами, с помощью операции ^ ("исключающее ИЛИ") все символы входной строки p поочередно добавляются к ii. Разряд в результате x^y равен 1 тогда и только тогда, когда эти разряды в операндах x и y различны. До выполнения операции ^ значение ii сдвигается на один разряд влево, чтобы использовался не только один байт ii. Эти действия можно записать таким образом:

ii <<= 1;
ii ^= *pp++;

Для хорошего хэш-кода лучше использовать операцию ^, чем +. Операция сдвига важна для получения приемлемого хэш-кода в обоих случаях.

Операторы

if (ii < 0) ii = -ii;
ii %= TBLSZ;

гарантируют, что значение ii будет из диапазона 0...TBLSZ-1. Напомним, что % - это операция взятия остатка. Ниже полностью приведена функция look:

#include <string.h>

  name* look(const char* p, int ins =0)
  {
 int ii = 0;// хэш-код
 const char* pp = p;
 while (*pp) ii = ii<<1 ^ *pp++;
 if (ii < 0) ii = -ii;
 ii %= TBLSZ;

 for (name* n=table[ii]; n; n=n->next)    // поиск
     if (strcmp(p,n->string) == 0) return n;

 if (ins == 0) error("имя не найдено");

 name* nn = new name;  // занесение
 nn->string = new char[strlen(p)+1];
 strcpy(nn->string,p);
 nn->value = 1;
 nn->next = table[ii];
 table[ii] = nn;
 return nn;
  }

После вычисления хэш-кода ii идет простой поиск имени по членам next. Имена сравниваются с помощью стандартной функции сравнения строк strcmp(). Если имя найдено, то возвращается указатель на содержащую его запись, а в противном случае заводится новая запись с этим именем.

Добавление нового имени означает создание нового объекта name в свободной памяти с помощью операции new, его инициализацию и включение в список имен. Последнее выполняется как занесение нового имени в начало списка, поскольку это можно сделать даже без проверки того, есть ли список вообще. Символьная строка имени также размещается в свободной памяти. Функция strlen() указывает, сколько памяти нужно для строки, операция new отводит нужную память, а функция strcpy() копирует в нее строку. Все строковые функции описаны в <string.h>:

extern int strlen(const char*);
 extern int strcmp(const char*, const char*);
 extern char* strcpy(char*, const char*);