Опубликован: 10.10.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 6020 / 456 | Оценка: 4.26 / 3.88 | Длительность: 31:30:00
Лекция 13:

Проектирование библиотек

< Лекция 12 || Лекция 13: 1234567891011
Аннотация: Эта лекция содержит описание различных приемов, оказавшихся полезными при создании библиотек для языка С++. В частности, в ней рассматриваются конкретные типы, абстрактные типы, узловые классы, управляющие классы и интерфейсные классы. Помимо этого обсуждаются понятия обширного интерфейса и структуры области приложения, использование динамической информации о типах и методы управления памятью. Внимание акцентируется на том, какими свойствами должны обладать библиотечные классы, а не на специфике языковых средств, которые используются для реализации таких классов и не на определенных полезных функциях, которые должна предоставлять библиотека.
Ключевые слова: Bell Laboratories, множества, компромисс, интерфейс, управляющие, класс, статический тип, Дополнение, устойчивость, контейнерный класс, vector, DATE, complex, список, поле, объект, Data, тип данных, ADT, abstract data type, программа, индексация, удаление элемента, операции, индексация массива, цикла, пользователь, тип объекта, функция, тело функции, встроенные типы, связь, плата, public, set, прямой, доступ, файл, массив, производные, генератор, итератор, значение, иерархия классов, представление, узловой, конструктор, вариант использования, Размещение, имя файла, очередь, алгоритм, параметр, поиск, указатель, ссылка, виртуальный базовый класс, объектно-ориентированные базы данных, контейнер, пересечение множеств, пересечение, объединение, альтернатива, входной, поток, дерево, расходы, базовый класс, управляющий класс, множественное наследование, адаптация, оптимизация, транслятор, индекс, реализация представления, память, интерфейс объекта, string, контроль, перегрузка операций, шаблон, опыт, блокировка, ресурс, управление памятью, стратегия размещения, operator, связанный список

13.1 Введение

Проект библиотеки - это проект языка,

(фольклор фирмы Bell Laboratories)

... и наоборот.

А. Кениг

Разработка библиотеки общего назначения - это гораздо более трудная задача, чем создание обычной программы. Программа - это решение конкретной задачи для конкретной области приложения, тогда как библиотека должна предоставлять возможность решение для множества задач, связанных с многими областями приложения. В обычной программе позволительны сильные допущения об ее окружении, тогда как хорошую библиотеку можно успешно использовать в разнообразных окружениях, создаваемых множеством различных программ. Чем более общей и полезной окажется библиотека, тем в большем числе окружений она будет проверяться, и тем жестче будут требования к ее корректности, гибкости, эффективности, расширяемости, переносимости, непротиворечивости, простоте, полноте, легкости использования и т.д. Все же библиотека не может дать вам все, поэтому нужен определенный компромисс. Библиотеку можно рассматривать как специальный, интересный вариант того, что в предыдущей лекции мы называли компонентом. Каждый совет по проектированию и сопровождению компонентов становится предельно важным для библиотек, и, наоборот, многие методы построения библиотек находят применение при проектировании различных компонентов.

Было бы слишком самонадеянно указывать как следует конструировать библиотеки. В прошлом оказались успешными несколько различных методов, а сам предмет остается полем активных дискуссий и экспериментов. Здесь только обсуждаются некоторые важные аспекты этой задачи и предлагаются некоторые приемы, оказавшиеся полезными при создании библиотек. Не следует забывать, что библиотеки предназначены для совершенно разных областей программирования, поэтому не приходится рассчитывать, что какой-то один метод окажется наиболее приемлемым для всех библиотек. Действительно, нет никаких причин полагать, что методы, оказавшиеся полезными при реализации средств параллельного программирования для ядра многопроцессорной операционной системы, окажутся наиболее приемлемыми при создании библиотеки, предназначенной для решения научных задач, или библиотеки, представляющей графический интерфейс.

Понятие класса С++ может использоваться самыми разными способами, поэтому разнообразие стилей программирования может привести к беспорядку. Хорошая библиотека для сведения такого беспорядка к минимуму обеспечивает согласованный стиль программирования, или, по крайней мере, несколько таких стилей. Этот подход делает библиотеку более "предсказуемой", а значит позволяет легче и быстрее изучить ее и правильно использовать. Далее описываются пять "архетипичных" классов, и обсуждаются присущие им сильные и слабые стороны: конкретные типы ( \S 13.2), абстрактные типы ( \S 13.3), узловые классы ( \S 13.4), интерфейсные классы ( \S 13.8), управляющие классы ( \S 13.9). Все эти виды классов относятся к области понятий, а не являются конструкциями языка. Каждое понятие воплощается с помощью основной конструкции - класса. В идеале надо иметь минимальный набор простых и ортогональных видов классов, исходя из которого можно построить любой полезный и разумно-определенный класс. Идеал нами не достигнут и, возможно, недостижим вообще. Важно понять, что любой из перечисленных видов классов играет свою роль при проектировании библиотеки и, если рассчитывать на общее применение, никакой из них не является по своей сути лучше других.

В этой лекции вводится понятие обширного интерфейса ( \S 13.6), чтобы выделить некоторый общий случай всех этих видов классов. С помощью него определяется понятие каркаса области приложения ( \S 13.7).

Здесь рассматриваются прежде всего классы, относящиеся строго к одному из перечисленных видов, хотя, конечно, используются классы и гибридного вида. Но использование класса гибридного вида должно быть результатом осознанного решения, возникшего при оценке плюсов и минусов различных видов, а не результатом пагубного стремления уклониться от выбора вида класса (слишком часто "отложим пока выбор" означает просто нежелание думать). Неискушенным разработчикам библиотеки лучше всего держаться подальше от классов гибридного вида. Им можно посоветовать следовать стилю программирования той из существующих библиотек, которая обладает возможностями, необходимыми для проектируемой библиотеки. Отважиться на создание библиотеки общего назначения может только искушенный программист, и каждый создатель библиотеки впоследствии будет "осужден" на долгие годы использования, документирования и сопровождения своего собственного создания.

В языке С++ используются статические типы. Однако, иногда возникает необходимость в дополнение к возможностям, непосредственно предоставляемым виртуальными функциями, получать динамическую информацию о типах. Как это сделать, описано в \S 13.5. Наконец, перед всякой нетривиальной библиотекой встает задача управления памятью. Приемы ее решения рассматриваются в \S 13.10. Естественно, в этой лекции невозможно рассмотреть все методы, оказавшиеся полезными при создании библиотеки. Поэтому можно отослать к другим местам книги, где рассмотрены следующие вопросы: работа с ошибками и устойчивость к ошибкам ( \S 9.8), использование функциональных объектов и обратных вызовов ( \S 10.4.2 и \S 9.4.3) , использование шаблонов типа для построения классов ( \S 8.4).

Многие темы этой лекции связаны с классами, являющимися контейнерами, (например, массивы и списки). Конечно, такие контейнерные классы являются шаблонами типа (как было сказано в \S 1.и 4.3 \S 8). Но здесь для упрощения изложения в примерах используются классы, содержащие указатели на объекты типа класс. Чтобы получить настоящую программу, надо использовать шаблоны типа, как показано в "лекции 8" .

< Лекция 12 || Лекция 13: 1234567891011
Дарья Федотова
Дарья Федотова
Сергей Березовский
Сергей Березовский

В рамках проф. переподготовки по программе "Программирование"

Есть курсы, которые я уже прошел. Но войдя в курс я вижу, что они не зачтены (Язык Ассемблера и архитектура ЭВМ, Программирование на С++ для профессионалов). Это как?

Александр Кунгуров
Александр Кунгуров
Россия, Москва, МЭСИ, 2007
Михаил Трифонов
Михаил Трифонов
Россия, Ленинград, ЛГМИ Ленинградский Гидрометеорологический Институт, 1986