2017年9月アーカイブ

第7章練習問題1~3

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 前回、デバッグしたつもりのソースコードを使って練習問題を解くことにする。回答例http://www.stroustrup.com/Programming/Solutions/Ch7/e7-1.cppの方が、練習問題1~3を一度に解いていたので、これにならうことにする。練習問題1~3は、下記の通り。

1.電卓プログラムの変数名でアンダースコアを使用できるようにする。
2.代入演算子=を追加し、letを使って変数を宣言した後に、その値を変更できるようにする。これがなぜ便利なのか、そしてどのような場合に問題の原因になるかについて話し合う。
3.実際に値を変更できない名前付き定数を追加する。

 練習問題1は簡単だ。 Token_stream::get()で、2文字目以降をアルファベットか数字か、となっている部分に'_'を追加すればいい。
 練習問題2は、変数名が初めてletされたときは登録し、それ以外のときは値をセットする。declaration()を少し手を加えた。
 練習問題3は、少し複雑である。問題文にヒントがあって、それを引用する。

定数と変数を区別するメンバーをVariableに追加し、それをset_value関数でチェックする必要がある。単にpiとeを定数として定義するのではなく、ユーザーが定数を定義できるようにしたい場合は、ユーザーがそれを表現するためのconst pi = 3.14;のような表記を追加する必要がある。

 定数ならtrueとなるメンバーを追加し、定数と変数とは別の関数を呼び出すように変えてみた。

#include "..\..\std_lib_facilities.h"

const char let = 'L';
const char quit = 'Q';
const char print = ';';
const char number = '8';
const char name = 'a';
const char CONSTANT = 'c'; /*練習問題3*/

const string prompt = "> ";
const string result = "= ";

class Token {
public:
    char kind;
    double value;
    string name;

    Token() :kind(0) { }
    Token(char ch) :kind{ ch } { }
    Token(char ch, double val) :kind{ ch }, value{ val } { }
    Token(char ch, string n) :kind{ ch }, name{ n } { }
};

class Token_stream {
public:
    Token_stream() :full{ 0 }, buffer{ 0 } { }

    Token get();
    void unget(Token t) { buffer = t; full = true; };
    void ignore(char c);

private:
    bool full;
    Token buffer;
};

 

Token Token_stream::get()
{
    if (full) { full = false; return buffer; }
    char ch;
    cin >> ch;
    switch (ch) {
    case '(':
    case ')':
    case '+':
    case '-':
    case '*':
    case '/':
    case '%':
    case ';':
    case '=':
        return Token(ch);
    case '.':
    case '0':
    case '1':
    case '2':
    case '3':
    case '4':
    case '5':
    case '6':
    case '7':
    case '8':
    case '9':
    {    cin.unget();
    double val;
    cin >> val;
    return Token(number, val);
    }
    default:
        if (isalpha(ch)) {
            string s;
            s += ch;
            while (cin.get(ch) && (isalpha(ch) || isdigit(ch)) || ch=='_') s += ch; /*練習問題1*/
            cin.unget();
            if (s == "let") return Token(let);
            if (s == "quit") return Token(quit);
            if (s == "const") return Token(CONSTANT); /*練習問題3*/
            return Token(name, s);
        }
        error("Bad token");
    }
}


void Token_stream::ignore(char c)
{
    if (full && c == buffer.kind) {
        full = false;
        return;
    }
    full = false;

    char ch;
    while (cin >> ch)
        if (ch == c) return;
}

class Variable {
public:
    string name;
    double value;
    bool constant; /*練習問題3*/
    Variable(string n, double v, bool f) :name{ n }, value{ v }, constant{ f } { }
};

vector<Variable> names;

double get_value(string s)
{
    for (int i = 0; i<names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) return names[i].value;
    error("get: undefined name ", s);
}

void set_value(string s, double d)
{
    for (int i = 0; i <= names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) {
            if (names[i].constant) error("定数には代入できません");  /*練習問題3*/
            names[i].value = d;
            return;
        }
    error("set: undefined name ", s);
}

bool is_declared(string s)
{
    for (int i = 0; i<names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) return true;
    return false;
}

Token_stream ts;

double expression();

double primary()
{
    Token t = ts.get();
    switch (t.kind) {
    case '(':
    {    double d = expression();
    t = ts.get();
    if (t.kind != ')') error("'(' expected");
    return d;
    }
    case '-':
        return -primary();
    case '+':
        return primary();
    case number:
        return t.value;
    case name:
        return get_value(t.name);
    default:
        error("primary expected");
    }
}

double term()
{
    double left = primary();
    while (true) {
        Token t = ts.get();
        switch (t.kind) {
        case '*':
            left *= primary();
            break;
        case '/':
        {    double d = primary();
        if (d == 0) error("divide by zero");
        left /= d;
        break;
        }
        case '%':
        {    double d = primary();
        if (d == 0) error("divide by zero");
        left = fmod(left, d);
        break;
        }
        default:
            ts.unget(t);
            return left;
        }
    }
}

double expression()
{
    double left = term();
    while (true) {
        Token t = ts.get();
        switch (t.kind) {
        case '+':
            left += term();
            break;
        case '-':
            left -= term();
            break;
        default:
            ts.unget(t);
            return left;
        }
    }
}

double declaration()
{
    Token t = ts.get();
    if (t.kind != name) error("name expected in declaration");
    string name = t.name;
    bool not_declared = !is_declared(name); /*練習問題2*/
    Token t2 = ts.get();
    if (t2.kind != '=') error("= missing in declaration of ", name);
    double d = expression();
    if (not_declared) names.push_back(Variable(name, d, false)); /*練習問題2*/
    else set_value(name, d); /*練習問題2*/
    return d;
}

double const_set() /*練習問題3*/
{
    Token t = ts.get();
    if (t.kind != name) error("name expected in declaration");
    string name = t.name;
    if (is_declared(name)) error("定数が既に宣言されています");
    Token t2 = ts.get();
    if (t2.kind != '=') error("= missing in declaration of ", name);
    double d = expression();
    names.push_back(Variable(name, d, true));
    return d;
}

double statement()
{
    Token t = ts.get();
    switch (t.kind) {
    case let:
        return declaration();
    case CONSTANT:  /*練習問題3*/
        return const_set();
    default:
        ts.unget(t);
        return expression();
    }
}

void clean_up_mess()
{
    ts.ignore(print);
}

 

void calculate()
{
    while (true) try {
        cout << prompt;
        Token t = ts.get();
        while (t.kind == print) t = ts.get();
        if (t.kind == quit) return;
        ts.unget(t);
        cout << result << statement() << endl;
    }
    catch (runtime_error& e) {
        cerr << e.what() << endl;
        clean_up_mess();
    }
}

int main()

try {
    calculate();
    return 0;
}
catch (exception& e) {
    cerr << "exception: " << e.what() << endl;
    char c;
    while (cin >> c&& c != ';');
    return 1;
}
catch (...) {
    cerr << "exception\n";
    char c;
    while (cin >> c && c != ';');
    return 2;
}

 第7章は、第6章の内容の手直しが主であり、C++に関する新しい項目は出てこない。ただ、問題は、結局、第7章で完成した電卓プログラムの全ソースコードは、この章では開示されていないということである。練習問題は、電卓プログラムの改造なので、まず改造前の電卓プログラムを完成しなけれればならない。
 http://www.stroustrup.com/Programming/calculator08buggy.cppのファイルのバグを修正するというドリルがあったので、ます、このドリルをやって、一旦電卓プログラムを完成させることにした。
 定数宣言を前に持ってきたことと、剰余計算が完全に抜けていたのを追加したこと以外は、構造は全く変えずに、バグを修正した(つもり)の回答例が、以下の通り。
 定数宣言でも、変数名でもnameを使っていて、わかりにくい。定数はlabelとするとか、他の名前にした方がいいように思うのだが、原型を尊重した。あと、本では、cin.putback(char ch)を使っているのに、cin.unget()を使っていて、これも不整合だが、これもドリルを尊重した。

#include "..\..\std_lib_facilities.h"

const char let = 'L';
const char quit = 'Q';
const char print = ';';
const char number = '8';
const char name = 'a';

const string prompt = "> ";
const string result = "= ";

class Token {
public:
    char kind;
    double value;
    string name;

    Token() :kind(0) { }
    Token(char ch) :kind{ch} { }
    Token(char ch, double val) :kind{ch}, value{val} { }
    Token(char ch, string n) :kind{ch}, name{n} { }
};

class Token_stream {
public:
    Token_stream() :full{0}, buffer{0} { }

    Token get();
    void unget(Token t) { buffer = t; full = true; };
    void ignore(char c);

private:
    bool full;
    Token buffer;
};

 

Token Token_stream::get()
{
    if (full) { full = false; return buffer; }
    char ch;
    cin >> ch;
    switch (ch) {
    case '(':
    case ')':
    case '+':
    case '-':
    case '*':
    case '/':
    case '%':
    case ';':
    case '=':
        return Token(ch);
    case '.':
    case '0':
    case '1':
    case '2':
    case '3':
    case '4':
    case '5':
    case '6':
    case '7':
    case '8':
    case '9':
    {    cin.unget();
    double val;
    cin >> val;
    return Token(number, val);
    }
    default:
        if (isalpha(ch)) {
            string s;
            s += ch;
            while (cin.get(ch) && (isalpha(ch) || isdigit(ch))) s += ch;
            cin.unget();
            if (s == "let") return Token(let);
            if (s == "quit") return Token(quit);
            return Token(name, s);
        }
        error("Bad token");
    }
}


void Token_stream::ignore(char c)
{
    if (full && c == buffer.kind) {
        full = false;
        return;
    }
    full = false;

    char ch;
    while (cin >> ch)
        if (ch == c) return;
}

class Variable {
public:
    string name;
    double value;
    Variable(string n, double v) :name{n}, value{v} { }
};

vector<Variable> names;

double get_value(string s)
{
    for (int i = 0; i<names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) return names[i].value;
    error("get: undefined name ", s);
}

void set_value(string s, double d)
{
    for (int i = 0; i <= names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) {
            names[i].value = d;
            return;
        }
    error("set: undefined name ", s);
}

bool is_declared(string s)
{
    for (int i = 0; i<names.size(); ++i)
        if (names[i].name == s) return true;
    return false;
}

Token_stream ts;

double expression();

double primary()
{
    Token t = ts.get();
    switch (t.kind) {
    case '(':
    {    double d = expression();
        t = ts.get();
        if (t.kind != ')') error("'(' expected");
        return d;
    }
    case '-':
        return -primary();
    case '+':
        return primary();
    case number:
        return t.value;
    case name:
        return get_value(t.name);
    default:
        error("primary expected");
    }
}

double term()
{
    double left = primary();
    while (true) {
        Token t = ts.get();
        switch (t.kind) {
        case '*':
            left *= primary();
            break;
        case '/':
        {    double d = primary();
            if (d == 0) error("divide by zero");
            left /= d;
            break;
        }
        case '%':
        {    double d = primary();
            if (d == 0) error("divide by zero");
            left = fmod(left,d);
        break;
        }
        default:
            ts.unget(t);
            return left;
        }
    }
}

double expression()
{
    double left = term();
    while (true) {
        Token t = ts.get();
        switch (t.kind) {
        case '+':
            left += term();
            break;
        case '-':
            left -= term();
            break;
        default:
            ts.unget(t);
            return left;
        }
    }
}

double declaration()
{
    Token t = ts.get();
    if (t.kind != name) error("name expected in declaration");
    string name = t.name;
    if (is_declared(name)) error(name, " declared twice");
    Token t2 = ts.get();
    if (t2.kind != '=') error("= missing in declaration of ", name);
    double d = expression();
    names.push_back(Variable(name, d));
    return d;
}

double statement()
{
    Token t = ts.get();
    switch (t.kind) {
    case let:
        return declaration();
    default:
        ts.unget(t);
        return expression();
    }
}

void clean_up_mess()
{
    ts.ignore(print);
}

 

void calculate()
{
    while (true) try {
        cout << prompt;
        Token t = ts.get();
        while (t.kind == print) t = ts.get();
        if (t.kind == quit) return;
        ts.unget(t);
        cout << result << statement() << endl;
    }
    catch (runtime_error& e) {
        cerr << e.what() << endl;
        clean_up_mess();
    }
}

int main()

try {
    calculate();
    return 0;
}
catch (exception& e) {
    cerr << "exception: " << e.what() << endl;
    char c;
    while (cin >> c&& c != ';');
    return 1;
}
catch (...) {
    cerr << "exception\n";
    char c;
    while (cin >> c && c != ';');
    return 2;
}

第6章 練習問題4

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 第6章と第7章は、簡易電卓を作ってみるという内容である。最初に紹介した書評で酷評されている部分である。その部分を少し引用する。

この本では、まずBNF記法で数式の文法を定義したあと、教科書的な再帰下降構文解析による数式のパーサーを書いて計算を行っている。SICPでも冒頭でここまで無茶な課題はなかったはずだ。
もちろん、面白い課題であり、全プログラマーがプログラミング学習の比較的早い段階で一度は練習のために実装してみるべき課題ではあるが、いかにもタイミングが早すぎる。

 BNF記法そのものがわかりにくい記法であり、この評はその通りだと思う。ただ、私は、大学の授業でBNF記法を(演習付きで)勉強し、PL/Iという今では古語に近いプログラミング言語で数式のパーサーを書いた経験があるので、面白く読むことができた。特に、C++のクラス定義のありがたさが、よくわかる題材であった。

 練習問題4を引用する。

 Joe 17、Barbara 22のように、最初に名前とスコアの組み合わせを入力させるプログラムを作成する。文字列と値を保持するName_valueクラスを定義する。vector<Name_value>を使用し、名前をスコアvectorに追加する。名前がそれぞれ一意であることを確認し、重複する名前が入力された場合はエラーメッセージを出して終了する。名前とスコアの組は1行に1つづつ出力する。

 私の回答は、下記の通り。

#include "../../std_lib_facilities.h"

int main()

try {
    class Name_value {
    public:
        string name;
        int score;
    };

    vector<Name_value> list;

    while (true) {
        Name_value input;

        cout << "人名とスコアを入力してください。データの終わりはNoName 0です\n";
        cin >> input.name >> input.score;

        if (!cin) {
            cerr << "入力に間違いがありました\n";
            return 1;
        }

        if ((input.name == "NoName") && (input.score == 0)) {
            if (list.size() == 0)
                cout << "データが入力されていません\n";
            else
                cout << "各人のスコアは:\n";

            for (int i = 0; i < list.size(); ++i) {
                cout << list[i].name << ":" << list[i].score << "\n";
            }
            return 0;
        }

        for (int i = 0; i < list.size(); ++i) {
            if (list[i].name == input.name) {
                cout << "人名が重複しています\n";
                return 1;
            }
        }
        list.push_back(input);
    }
}
catch(runtime_error& e) {
    cerr << "runtime error: " << e.what() << "\n";
    return 1;
}

 

 前の章でエラーを勉強したので、今回からtry、catchの組み合わせでコーディングすることにした。
 回答例http://www.stroustrup.com/Programming/Solutions/Ch6/e6-4.cppと比べると、回答例の方がはるかにシンプルである。このあたりは、練習問題で、どこまでエラー処理をするかというところで異なる。
 私は、エラーメッセージをcerrへ吐き出して、return 1で終わるというコードを書いているが、includeしている定義でerror関数を呼べばいいので、ここは簡略化されるので、次回からは、そうしよう。

第5章 練習問題11

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 第5章は、エラーである。C言語では、エラー処理は非常に煩雑なコードになりがちである。C++言語のcatch、throwという仕組みは、エラー処理をうまく記述できそうだ。
 練習問題11を引用する。

 フォボナッチ数列の先頭から指定された数の値を出力するプログラムを作成する。フィボナッチ数列とは、1 1 2 3 5 8 13 21 34で始まる数列のことだ。この数列の次の値は、前の2つの値の合計である。また、int型に収まるフィボナッチ数列の最大値も割り出す。

 フィボナッチ数列を求めるプログラムは簡単である。この章はエラーの章なので、「int型に収まるフィボナッチ数列の最大値を割り出す」というところで、エラー処理を使うのだと思った。つまり、int型の足し算でオーバーフローを検出できれば、その前までに求めたフィボナッチ数列がint型に収まるフィボナッチ数列の最大値になる。でも、int型の足し算でオーバーフローの検出というのは、どうすればいいのかわからなかった。
 回答例http://www.stroustrup.com/Programming/Solutions/Ch5/e5-10.cppを見ると変なコードになっている。while (n<m)というループで、それを抜けたときのnがint型に収まるフィボナッチ数列の最大値なのだ。エッ?
 int型の最大値を超えると、値はマイナスになる(少なくともC言語の処理系では、そうだ)。その時を捕まえるというやり方のようだ。なら素直にwhile (m>0)と書いた方がいいのでは、と思って、そう修正したら、ちゃんと動いた。この解法のどこがエラー処理の章の解法なのだろう???
 この回答例にあるcatch以下の記述も、本の内容と異なっている。このあたりは、きっちりと合わせて欲しかった。

 

 

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