Язык программирования Си - [33]

Если число переменных, совместно используемых функциями, велико, связи между последними через внешние переменные могут оказаться более удобными и эффективными, чем длинные списки аргументов. Но, как отмечалось в главе 1, к этому заявлению следует относиться критически, поскольку такая практика ухудшает структуру программы и приводит к слишком большому числу связей между функциями по данным.

Внешние переменные полезны, так как они имеют большую область действия и время жизни. Автоматические переменные существуют только внутри функции, они возникают в момент входа в функцию и исчезают при выходе из нее. Внешние переменные, напротив, существуют постоянно, так что их значения сохраняются и между обращениями к функциям. Таким образом, если двум функциям приходится пользоваться одними и теми же данными и ни одна из них не вызывает другую, то часто бывает удобно оформить эти общие данные в виде внешних переменных, а не передавать их в функцию и обратно через аргументы.

В связи с приведенными рассуждениями разберем пример. Поставим себе задачу написать программу-калькулятор, понимающую операторы +, -, * и /. Такой калькулятор легче будет написать, если ориентироваться на польскую, а не инфиксную запись выражений. (Обратная польская запись применяется в некоторых карманных калькуляторах и в таких языках, как Forth и Postscript.) В обратной польской записи каждый оператор следует за своими операндами. Выражение в инфиксной записи, скажем

(1 - 2) * (4 + 5)

в польской записи представляется как

1 2 - 4 5 + *

Скобки не нужны, неоднозначности в вычислениях не бывает, поскольку известно, сколько операндов требуется для каждого оператора.

Реализовать нашу программу весьма просто. Каждый операнд посылается в стек; если встречается оператор, то из стека берется соответствующее число операндов (в случае бинарных операторов два) и выполняется операция, после чего результат посылается в стек. В нашем примере числа 1 и 2 посылаются в стек, затем замещаются на их разность -1. Далее в стек посылаются числа 4 и 5, которые затем заменяются их суммой (9). Числа -1 и 9 заменяются в стеке их произведением (т. е. -9). Встретив символ новой строки, программа извлекает значение из стека и печатает его.

Таким образом, программа состоит из цикла, обрабатывающего на каждом своем шаге очередной встречаемый оператор или операнд:

while (следующий элемент не конец-файла)

 if (число)

  послать его в стек

 else if (оператор)

  взять из стека операнды

  выполнить операцию

  результат послать в стек

 else if (новая-строка)

  взять с вершины стека число и напечатать

 else

  ошибка

Операции "послать в стек" и "взять из стека" сами по себе тривиальны, однако по мере добавления к ним механизмов обнаружения и нейтрализации ошибок становятся достаточно длинными. Поэтому их лучше оформить в виде отдельных функций, чем повторять соответствующий код по всей программе. И конечно необходимо иметь отдельную функцию для получения очередного оператора или операнда.

Главный вопрос, который мы еще не рассмотрели, - это вопрос о том, где расположить стек и каким функциям разрешить к нему прямой доступ. Стек можно расположить в функции main и передавать сам стек и текущую позицию в нем в качестве аргументов функциям push ("послать в стек") и pop ("взять из стека"). Но функции main нет дела до переменных, относящихся к стеку, - ей нужны только операции по помещению чисел в стек и извлечению их оттуда. Поэтому мы решили стек и связанную с ним информацию хранить во внешних переменных, доступных для функций push и pop, но не доступных для main.

Переход от эскиза к программе достаточно легок. Если теперь программу представить как текст, расположенный в одном исходном файле, она будет иметь следующий вид:

#include /* могут быть в любом количестве */
#define /* могут быть в любом количестве */

объявления функций для main

main() {…}
внешние переменные для push и pop

void push (double f) {…}
double pop (void) {…}

int getop(char s[]) {…}

подпрограммы, вызываемые функцией getop

Позже мы обсудим, как текст этой программы можно разбить на два или большее число файлов.

Функция main - это цикл, содержащий большой переключатель switch, передающий управление на ту или иную ветвь в зависимости от типа оператора или операнда. Здесь представлен более типичный случай применения переключателя switch по сравнению с рассмотренным в параграфе 3.4.

#include ‹stdio.h›
#include ‹stdlib.h› /* для atof() */

#define MAXOP 100 /* макс. размер операнда или оператора */
#define NUMBER '0' /* признак числа */

int getop (char []);
void push (double);
double pop (void);

/* калькулятор с обратной польской записью */
main()
{
 int type;
 double op2;
 char s[MAXOP];

 while ((type = getop (s)) != EOF) {
  switch (type) {
  case NUMBER:
   push (atof(s));
   break;
  case '+':
   push(pop() + pop());
   break;
  case '*':
   push(pop() * pop());
   break;
  case '-':
   op2 = pop();
   push(pop() - op2);
   break;
  case '/':
   pop2 = pop();
   if (op2 != 0.0)
    push(pop() / op2);
   else
    printf("ошибка: деление на нуль\n");
   break;
  case '\n':
   printf("\t%.8g\n", pop());