C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов — страница 20 из 119

ops, мы получаем лямбда-объект, принимающий в качестве параметров два операнда — l и r:

    try {
      const auto & op (ops.at(*it));
      const double result {op(l, r)};
      val_stack.push(result);
    }

11. Мы окружили математическую часть приложения блоком try, поэтому можем отловить потенциально возникающие исключения. Вызов функции at для контейнера map сгенерирует исключение out_of_range, если пользователь даст команду выполнить математическую операцию, о которой мы не знаем. В таком случае мы повторно сгенерируем другое исключение, сообщающее о том, что полученный аргумент некорректен (invalid argument), и содержащее строку, которая оказалась неизвестной для нас:

    catch (const out_of_range &) {
      throw invalid_argument(*it);
    }

12. На этом все. Когда цикл прекратит свою работу, у нас в стеке будет итоговый результат. Так что мы просто вернем его. (В тот момент можно проверить, равен ли размер стека единице. Если нет, значит, некоторые операции были пропущены.)

    }
  }
  return val_stack.top();
}

13. Теперь можно воспользоваться нашим анализатором ОПН. Для этого обернем стандартный поток ввода данных с помощью пары итераторов std::istream_iterator и передадим его функции-анализатору ОПН. Наконец, выведем результат на экран:

int main()
{
  try {
    cout << evaluate_rpn(istream_iterator{cin}, {})
<< '\n';
  }

14. Опять же эту строку мы обернули в блок try, поскольку существует вероятность, что пользовательские данные содержат операции, которые у нас не реализованы. В таких ситуациях нужно перехватывать генерируемое исключение и выводить на экран сообщение об ошибке:

  catch (const invalid_argument &e) {
    cout << "Invalid operator: " << e.what() << '\n';
  }
}

15. После компиляции программы можно с ней поэкспериментировать. Входные данные "3 1 2 + * 2 /" представляют собой выражение (3 * (1 + 2) ) / 2, которое приложение преобразует к корректному результату:

$ echo "3 1 2 + * 2 /" | ./rpn_calculator
4.5

Как это работает

Весь пример строится на помещении операндов в стек до тех пор, пока мы не найдем во входных данных операцию. В этой ситуации мы выталкиваем два последних операнда из стека, применяем к ним операцию и помещаем результат обратно в стек. Чтобы понять весь код примера, важно разобраться, как мы различаем операнды и операторы, работаем со стеком, а также выбираем и применяем правильную математическую операцию.

Работа со стеком

Мы помещаем элементы в стек с помощью функции push класса std::stack:

val_stack.push(val);

Выталкивание элемента из стека выглядит чуть сложнее, поскольку нам пришлось реализовывать для этого лямбда-выражение, которое принимает ссылку на объект val_stack. Взглянем на код, только теперь добавим к нему комментарии:

  auto pop_stack ([&](){
    auto r (val_stack.top()); // Получаем копию верхнего значения
    val_stack.pop();          // Удаляем верхнее значение
    return r;                 // Возвращаем копию
  }
);

Это лямбда-выражение необходимо для получения верхнего значения стека удаления из самого адаптера всего за один шаг. Интерфейс класса std::stack не позволяет делать это с помощью одного простого вызова. Однако определить лямбда-выражение нетрудно, так что теперь можно получать значения следующим образом:

double top_value {pop_stack()};

Различаем в пользовательском вводе операнды и операторы 

В основном цикле функции evaluate_rpn мы получаем текущий токен строки из итератора и затем смотрим, является ли он операндом. Если строка может быть преобразована в переменную типа double, то данное число тоже операнд. Все остальные токены, которые нельзя легко преобразовать в число (например, "+"), мы считаем операторами.

Скелет кода для выполнения именно этой задачи выглядит следующим образом:

stringstream ss {*it};
if (double val; ss >> val) {
  // Это число!
} else {
  // Это что-то другое. Это операция!
}

Оператор потока >> говорит нам, является ли рассматриваемый объект числом. Сначала мы оборачиваем строку в std::stringstream. Затем используем способность объекта класса stringstream преобразовать объект типа std::string в переменную типа double, что включает в себя разбор. Если он не работает, то мы узнаем об этом, поскольку не получится преобразовать в число некий объект, который числом не является.

Выбираем и применяем нужную математическую операцию

Разобравшись, что текущий токен, полученный от пользователя, не является числом, мы предполагаем, что это операция наподобие + или *. Затем обращаемся к ассоциативному массиву ops с целью найти требуемую операцию и получить функцию, принимающую два операнда и возвращающую сумму, произведение или другой подходящий результат.

Сам тип такого массива выглядит относительно сложно:

map ops { ... };

Он соотносит строки и значения типа double (*)(double, double). Что означает вторая часть данного выражения? Это описание типа читается как «указатель на функцию, которая принимает два числа типа double и возвращает одно». Представьте, будто часть (*) представляет собой имя функции, как, например, double sum(double, double), что гораздо проще прочитать. Идея заключается в следующем: наше лямбда-выражение [](double, double) { return /* какое-то число типа double */ } можно преобразовать в указатель на функцию, фактически соответствующий описанию этого указателя. Лямбда-выражения, которые не захватывают переменных из внешнего контекста, могут быть преобразованы в указатели на функции.

Таким образом, это удобный способ запросить у ассоциативного массива корректную операцию:

const auto & op (ops.at(*it));
const double result {op(l, r)};

Ассоциативный массив неявно решает еще одну задачу. Если мы выполняем вызов ops.at("foo"), то в данном случае "foo" является корректным значением ключа, но мы не сохранили операцию с таким именем. В подобных случаях массив сгенерирует исключение, которое мы отлавливаем в нашем примере. При его перехвате мы генерируем другое исключение, чтобы представить более подробное сообщение об ошибке. Пользователь будет лучше понимать, что означает полученное исключение, сообщающее о некорректном аргументе (invalid argument), в отличие от исключения, гласящего о выходе за пределы контейнера. Обратите внимание: пользователь функции evaluate_rpn может быть незнаком с ее реализацией и поэтому не знает о том, что мы применяем ассоциативный массив.

Дополнительная информация

Поскольку функция evaluate_rpn принимает итераторы, ей можно легко передавать разные входные данные, не только стандартный поток ввода. Это позволяет довольно просто протестировать ее, а также адаптировать к различным источникам данных, получаемых от пользователя.

Передача в эту функцию итераторов строкового потока или вектора строк, например, выглядит следующим образом. При этом код функции evaluate_rpn остается без изменений: