跳入C++：计算未知数

上次，我写了一篇 C++程序 到 数数单词 在文本文件中。这一次，编写一些代码来计算对象的运动，以此作为创建类、使用函数指针和处理一些新容器的借口。感谢我的同事Ale Contenti和Andy Rich提供了灵感和原创的Simple Physics计算器应用程序，James McNellis提供了草稿和代码片段，Stephan Lavavej提供了额外的反馈。

要求

这一次，我需要开发一个类来提供有关对象运动的信息。要求包括：

• 有五个方程变量： 距离 , 时间 , 加快 , 初速度 ，和 最终速度 .
• 使用 运动学方程 当其他三个变量已知时，计算两个未知方程变量。
• 提供一种将变量清除或重置回未设置状态的方法。
• 避免使用除零、负平方根或不完全存在两个未知值和三个已知值的计算。

例如，如果该类给定距离（250米）、时间（7.3秒）和加速度（3.2米/秒的平方），则应计算未知值初始速度（22.5666米/秒）和最终速度（45.9266米/秒）。重置类使其准备好接受一组新的已知值。如果在计算未知量时出现问题，则操作将失败并显示错误消息。对于本练习，代码在控制台应用程序中使用，但它应该足够通用，可以用来驱动这样的UI：

作为额外的要求，代码应该是可移植的。对于那些迫不及待的人，抓住 代码 挖进去[ 更新日期：2/25/2013 ：代码也位于GitHub上 https://github.com/ebattalio/calculate-unknowns ]

第一版：一般问题

我的第一次尝试解决了用三个已知值求解两个未知数的一般问题。最终的解决方案仍然需要使用运动学方程，但是一般的解决方案对我来说更简单（我不需要担心 微妙之处 属于 物理学 和方程），并可用作 起点 适用于其他领域或变量较多的类似应用。数学并不难，但我是来C++的。真正的方程式将在稍后混合(谢谢！）在打开visualstudio之前，我想知道什么代码可以处理已知值和未知值的组合。我脑海中浮现的第一件事是“如果语句”；使用一堆级联if语句来挑选已知值并计算未知值。每个if语句将检查未知值的特定组合，每个组合一个。有多少种组合？

我涂鸦了一张图表，发现只有10个未知的组合是重要的。对角线上的组合（带圆圈）使用同一变量两次，因此可以忽略。右上三角形中的组合与左下三角形中的组合重复，因此它们也可以忽略。剩下的是左下角的三角形，十种不同的未知组合。if语句不太多，但我更喜欢使用两个未知数的组合作为键值（例如，“ae”或“bd”）以及switch语句来执行正确的计算。切换语句仍然很酷，对吧？它们易于遵循，效率高，并且可以轻松扩展。解决了这个问题，我想到了如何存储方程值。公式值是一个数字，但可能为空（未设置且未知），因此单个变量不起作用。我需要两个，一个跟踪值，一个跟踪值的存在。在我的第一个版本中，我是新手，使用了简单的成员变量（每个变量一对）和定制的助手函数（get、set和has value）。这种实现并不理想，但它很简单，易于测试，并且易于发展。我已经从公式1.h中抄了几个部分。第一个示例显示如何声明变量以跟踪方程值，第二个示例显示如何计算键代码。我还复制了一个get函数。

双重的 _a、 u b，u c，u d，u e；

布尔 _aúhasval、úbúhasval、úcúhasval、údúhasval、úeúhasval；

未签名 未知密钥（） 常数

{

返回 !hasA（）+（！hasB（）<<1）+（！hasC（）<<2）+（！hasD（）<<3）+（！相（<<4）；

}

双重的 格塔（） 常数

{

如果 （哈萨（）） 返回 _一个； 扔 公式1例外 ( “缺少一个” );

}

当没有值时，代码抛出一个异常来告诉调用者“嘿，这个变量没有值”。这比重写函数将值作为输出参数传递并在值存在时返回true好吗？在这两种情况下，调用方仍有责任跟踪变量的状态。如果调用者失败，代码将失败，结果将相同。草药萨特抓住了 何时以及如何使用异常 :

区分错误和非错误。失败是一个错误，当且仅当它违反了函数满足其被调用方的先决条件、建立自己的后置条件或重新建立它分担维护责任的不变量的能力时。其他一切都不是错误。

我会把这当作最佳实践。

第二个版本：使用有序映射和函数指针

第一个版本在调用计算时使用switch语句来解决这两个未知数。默认情况下，处理未识别的未知组合，如果没有糟糕的编码，就永远不会发生这种情况。考虑到这一点，switch语句真正做的就是将一个键（一组未知项）映射到一个值（一个代码块或函数）。在代码的第二个版本中，我用存储整数键和函数指针值的映射替换了开关：

类型定义 标准： 地图 < 未签名 内景 ，标准： 功能 < 无效 ()>> 公式2 ;

公式2 _公式；

它在构造函数中使用一个静态函数进行初始化，该函数返回一个填充的formulas对象，这是一个我以后将再次使用的“巧妙技巧”。在某些情况下，也可能是这样 更快 . 为此，初始化函数需要绑定到右边 这 指针。在代码中，它是从调用者传递的：

FormulaV2（）：_公式（创建u函数u映射）( 这 ))

{

}

静止的 公式2 创建函数映射( 公式2 * p )

{

公式2 公式；

公式[3]=std:：bind(& 公式2 ●计算u ab， p );

公式[5]=std:：bind(& 公式2 ●计算交流， p );

// ..

公式[24]=std:：bind(& 公式2 ●计算数据， p );

返回 公式；

}

原始版本使用了 无序地图 ，但在与Stephan交谈之后，最佳实践是默认使用有序映射，仅当需要非常特殊的特性时才使用无序映射。堆栈溢出时， 格曼尼克 主要地 同意 但这说明 无序地图 当需要纯查找速度时。我在这个版本中没有使用lambdas，但是我可以使用。它会使代码更容易扩展，因为处理映射和计算的所有代码都将位于一个位置，而不是作为离散类方法分散在一起。它还将消除使用std：：bind的需要。我可能应该使用lambdas，但是通过避免使用它们，代码更易于调试和维护。对于那些寻找lambda指导的人，请考虑 兰姆达斯，到处都是兰姆达斯 ( 第九频道，赫伯·萨特，2010年 ), C++中的lambda表达式 （MSDN） , C++中的lambda表达式与函子 （被接受的回答，疯狂的埃迪，斯塔克弗利）， 匿名函数 （维基百科） 而对于硬模风扇，C++标准。还有一个显著的变化。异常类已修改为从 std:：运行时错误 . 以前的异常类定义缺少用户定义的析构函数。詹姆斯·麦克内利斯在《纽约时报》 异常规范如何影响虚拟析构函数重写 ？“堆栈溢出。

第三个版本：处理方程变量的更好方法

在第三个版本中( 公式3 )，表达式变量在容器中管理，而不是在单个成员变量中管理，并使用一组辅助函数（使用枚举器标记）和一对实用函数进行操作，以访问正确的项：

枚举 结构 标签 : 未签名 { 一 , b , c , d , e , 计数 };

类型定义 标准： 数组 < 双重的 , 静态浇铸 < 未签名 >( 标签 :: 计数 )> 值u序列 ;

类型定义 标准： 位组 < 静态浇铸 < 未签名 >( 标签 :: 计数 )> 存在u序列 ;

静止的 未签名 作为基础( 标签 常数 t型 ) { 返回 静态浇铸 < 未签名 >( t型 ); }

静止的 未签名 作为u位( 标签 常数 t型 ) { 返回 1<<作为基础( t型 ); }

作为基础 采用标记名（如 标签：：a )并返回其基础值（如0）。返回值用作 值u序列 数组。 作为u位 返回相应位设置为无符号整数的值，便于处理 存在u序列 .通过这种方式处理公式变量，代码更易于阅读，更易于扩展，并且要测试的函数更少。采用代码和修改代码一样简单 标签 定义计算函数。

最终版本：物理混合

配方V4b 是我代码的最终版本。上一版本的设计是通过自定义来处理对象运动计算的：

• 公式变量名在 标签 枚举。
• 用物理方程计算未知数。
• 由于某些等式可能导致试图除以零或取负平方根，因此可能会引发更多异常。

在我要追查的所有错误中，最阴险的是其中一个等式中使用的常量的小数点放错了位置。我没有写“0.5”，而是写了“.05”，结果就不一样了。结果指出了问题所在，但我的眼睛和大脑在大约15分钟的时间里没有看到错误，还有一大堆战略性的输出语句。编译器警告是一种相对的乐趣。此版本和以前的版本是 附属的 . [ 更新日期：2/25/2013 : 代码也打开了 github ] . 我还附上 配方V4a 代码由一个简单的物理计算器XAML/C++应用程序编写，由ALE CalpTeNC和Andy Rich编写。它使用lambda并以与我的实现不同的方式管理等式变量。在编写自己的应用程序之前，我浏览了一下这个实现，这是欺骗，但实际上并不是因为我使用了这个应用程序来获得灵感，并从我自己的新手角度来编写它。代码包括一个调用每个版本的示例。

吃点爆米花！

• 使用位来跟踪未知值：“这通常是有问题的，因为它设置了一个限制–不管您选择的整数中有多少位。当空间是在溢价，你不能击败位，但否则避免不必要的位旋转是一个好主意… L
• 有关未知值的详细信息：“ 增强。可选 如果我没有避开外部库，Boost.Optional看起来是个不错的解决方案。作为奖励，不要再胡闹了。
• 重新讨论位旋转：“但是，有一个折衷：boost:：optional不能从位字段的压缩表示中获益，它可能会将等式对象的大小增加N字节，其中N是变量的数量。如果N<=64，我认为位域解决方案更可取，特别是因为无论如何，在编译时实现时必须知道变量的数量，因此可以很容易地使用模板来为N>64使用效率较低、更通用的代码。”
• 使用术语“hash”来描述表示两个未知项的值（由 获取未知密钥 )：“这里使用“哈希”一词可能会让人困惑。”“hash”是一个表示力量的词，通常表示碰撞是可能的。“如果我是Humpty Dumpty，我可以说（用相当轻蔑的语气）“hash”这个词的意思正是我选择它的意思——既不多也不少”，但我不是。我修正了密码。
• 担心是否会有例外的投掷约定：“幸运的是，有足够的约定，特别是在这一领域，不管你做什么，你都可能遵守某种约定。”我怀疑这在生命中是真实的，就像C++代码一样。
• 为if语句的礼仪而烦恼：“[if]不是一个函数。我强烈建议在后面加个空格。不坏的人应该感到不好。我修好了。
• 命名布尔函数：“返回bool但命名方式不使其返回值明显的函数是错误的。在这种情况下，不清楚真假是什么意思 计算 . 我把它改成了一个void函数，并依赖异常来传递计算失败。调用者必须跟踪设置了多少变量。
• 我几乎不好意思把这个包括在内。我在提出一个例外时错误地使用了“抛出新的”一词：“危险！危险！错了！”扔掉新的“C++是假的”。

每一次都是一次学习经历。

当你学习C++时，你做了哪些小项目？你对以后的文章有什么建议吗？这个代码可以改进吗？你想写一篇“跳进C++”的文章吗？在通常的地方让我们知道- 脸谱网 , 推特 , ebattali@microsoft.com 或下面的评论。 计算未知.zip