Можно использовать также цикл, который на самом деле не является бесконечным, потому что он закончится после исчерпания ресурса.
7. Выведите шестнадцатеричные значения от 0 до 400; выведите шестнадцатеричные значения от –200 до 200.
8. Выведите числовой код каждого символа на вашей клавиатуре.
9. Не используя ни стандартные заголовки (такие как <limits>), ни документацию, вычислите количество битов в типе int и определите, имеет ли знак тип char в вашей реализации языка С++.
10. Проанализируйте пример битового поля из раздела 25.5.5. Напишите пример, в котором инициализируется структура PPN, затем выводится на печать значение каждого ее поля, затем изменяется значение каждого поля (с помощью присваивания) и результат выводится на печать. Повторите это упражнение, сохранив информацию из структуры PPN в 32-битовом целом числе без знака, и примените операторы манипулирования битами (см. раздел 25.5.4) для доступа к каждому биту в этом слове.
11. Повторите предыдущее упражнение, сохраняя биты к объекте класса bitset<32>.
12. Напишите понятную программу для примера из раздела 25.5.6.
13. Используйте алгоритм TEA (см. раздел 25.5.6) для передачи данных между двумя компьютерами. Использовать электронную почту настоятельно не рекомендуется.
14. Реализуйте простой вектор, в котором могут храниться не более N элементов, память для которых выделена из пула. Протестируйте его при N==1000 и целочисленных элементах.
15. Измерьте время (см. раздел 26.6.1), которое будет затрачено на размещение 10 тысяч объектов случайного размера в диапазоне байтов [1000:0], с помощью оператора new; затем измерьте время, которое будет затрачено на удаление этих элементов с помощью оператора delete. Сделайте это дважды: один раз освобождая память в обратном порядке, второй раз — случайным образом. Затем выполните эквивалентное задание для 10 тысяч объектов размером 500 байт, выделяя и освобождая память в пуле. Потом разместите в диапазоне байтов [1000:0] 10 тысяч объектов случайного размера, выделяя память в стеке и освобождая ее в обратном порядке. Сравните результаты измерений. Выполните каждое измерение не менее трех раз, чтобы убедиться в согласованности результатов.
16. Сформулируйте двадцать правил, регламентирующих стиль программирования (не копируя правила из раздела 25.6). Примените их к программе, состоящей более чем из 300 строк, которую вы недавно написали. Напишите короткий (на одной-двух страницах) комментарий о применении этих правил. Нашли ли вы ошибки в программе? Стал ли код яснее? Может быть, он стал менее понятным? Теперь модифицируйте набор правил, основываясь на своем опыте.
17. В разделах 25.4.3-25.4.4 мы описали класс Array_ref, обеспечивающий более простой и безопасный доступ к элементам массива. В частности, мы заявили, что теперь наследование обрабатывается корректно. Испытайте разные способы получить указатель Rectangle* на элемент массива vector<Circle*>, используя класс Array_ref<Shape*>, не прибегая к приведению типов и другим операциям с непредсказуемым поведением. Это должно оказаться невозможным.
Послесловие
Итак, программирование встроенных систем сводится, по существу, к “набивке битов”? Не совсем, особенно если вы преднамеренно стремитесь минимизировать заполнение битов как источник потенциальных ошибок. Однако иногда биты и байты системы приходится “набивать”; вопрос только в том, где и как. В большинстве систем низкоуровневый код может и должен быть локализован. Многие из наиболее интересных систем, с которыми нам пришлось работать, были встроенными, а самые интересные и сложные задачи программирования возникают именно в этой предметной области.
Глава 26
Тестирование
“Я только проверил корректность кода, но не
тестировал его”.
Дональд Кнут (Donald Knuth)
В настоящей главе обсуждаются вопросы тестирования и проверки корректности работы программ. Это очень обширные темы, поэтому мы можем осветить их лишь поверхностно. Наша цель — описать некоторые практичные идеи и методы тестирования модулей, таких как функции и классы. Мы обсудим использование интерфейсов и выбор тестов для проверки программ. Основной акцент будет сделан на проектировании и разработке систем, упрощающих тестирование и его применение на ранних этапах разработки. Рассматриваются также методы доказательства корректности программ и устранения проблем, связанных с производительностью.
26.1. Чего мы хотим
Проведем простой эксперимент. Напишите программу для бинарного поиска и выполните ее. Не ждите, пока дочитаете эту главу или раздел до конца. Важно, чтобы вы выполнили это задание немедленно! Бинарный поиск — это поиск в упорядоченной последовательности, который начинается с середины.
• Если средний элемент равен искомому, мы заканчиваем поиск.
• Если средний элемент меньше искомого, проводим бинарный поиск в правой части.
• Если средний элемент больше искомого, проводим бинарный поиск в левой части.
• Результат поиска является индикатором его успеха и позволяет модифицировать искомый элемент. Для этого в качестве такого индикатора используется индекс, указатель или итератор.
Используйте в качестве критерия сравнения (сортировки) оператор “меньше” (<). Можете выбрать любую структуру данных, любые способы вызова функций и способ возвращения результата, но обязательно напишите эту программу самостоятельно. Это редкий случай, когда использование функции, написанной кем-то другим, является контрпродуктивным, даже если эта функция написана хорошо. В частности, не используйте алгоритмы из стандартной библиотеки (binary_search или equal_range, которые в любой другой ситуации были бы наилучшим выбором. Можете затратить на разработку этой программы сколько угодно времени.
Итак, вы написали функцию для бинарного поиска. Если нет, то вернитесь к предыдущему абзацу. Почему вы уверены, что ваша функция поиска корректна? Изложите свои аргументы, обосновывающие корректность программы.
Вы уверены в своих аргументах? Нет ли слабых мест в вашей аргументации? Это была тривиальная программа, реализующая очень простой и хорошо известный алгоритм. Исходный текст вашего компилятора занимает около 200 Кбайт памяти, исходный текст вашей операционной системы — от 10 до 50 Мбайт, а код, обеспечивающий безопасность полета самолета, на котором вы отправитесь отдыхать во время ваших следующих каникул или на конференцию, составляет от 500 Кбайт до 2 Мбайт. Это вас утешает? Как применить методы, которые вы использовали для проверки функции бинарного поиска, к реальному программному обеспечению, имеющему гораздо большие размеры.
Любопытно, что, несмотря на всю сложность, большую часть времени большая часть программного обеспечения работает правильно. К этому числу критически важных требований программы мы не относим игровые программы на персональных компьютерах. Следует подчеркнуть, что программное обеспечение с особыми требованиями к безопасности практически всегда работает корректно. Мы не будем упоминать в этой связи программное обеспечение бортовых компьютеров авиалайнеров или автомобилей из-за того, что за последнее десятилетие были зарегистрированы сбои в их работе. Рассказы о банковском программном обеспечении, вышедшем