برنامه‌نویسی

وب‌سایت CodinGame.com یک ابزار آنلاین تمرین برنامه‌نویسی و حل مسئله بر اساس حل معماهای مختلف برنامه‌نویسی است. در این وب‌سایت معماهای مختلف برنامه‌نویسی در قالب طراحی عامل هوشمند و در سطوح مختلف وجود دارد که به کاربر کمک می‌کند با شروع از سطوح آسان استفاده از انواع ابزارهای برنامه‌نویسی برای حل مسئله را تمرین کند.

دیگر ویژگی مهم این وب‌سایت پشتیبانی آن از اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی مرسوم است که کاربر را در انتخاب ابزار حل آزاد می‌گذارد. پس از حل مسئله نیز امتیازی به کاربر اعطا می‌شود که مجموع این امتیازات میزان تجربه‌ی کاربر در این حوزه را نشان می‌دهد.

بر اساس توضیحات فوق این سایت مناسب برای کاربرانی است که به تازگی یادگیری یک زبان برنامه‌نویسی را شروع کرده‌اند و قصد تمرین به صورت گام به گام را دارند. از سوی دیگر، معماهای سخت‌تر این وب‌سایت مناسب برای کسانی هستند که روی چالش‌های الگوریتمی و حل مسئله به صورت حرفه‌ای‌تر فعالیت دارند. بنابراین وب‌سایت برای شرکت‌کنندگان در مسابقات برنامه‌نویسی همچون ACM-ICPC و المپیاد کامپیوتر دانش‌آموزی نیز مناسب است.

منظور از ظرف یا نگهدارنده (Container) ساختمان داده‌ای‌ست که دسته‌ای از اطلاعات را در خود نگه می‌دارد. آنچه که این ساختمان‌ها را از هم متمایز می‌کند، نوع تخصیص حافظه، نوع دسترسی و کارایی درج و حذف عنصر در آنها است که به برخی از آنها کاربری‌های ویژه می‌دهد.

در ادامه با انواع این نوع ساختمان داده‌ها در زبان برنامه‌نویسی ++C نسخه‌ی C++11 آشنا می‌شویم. با توجه به گسترده بودن این بحث، جزئیات بیشتر هر کلاس را در «پیوندها برای مطالعه‌ی بیشتر» بخوانید.

فایل سرآیند (هدر فایل) algorithm از جمله فایل‌های سرآیند تعاریف کتابخانه‌ قالب استاندارد (STL) زبان برنامه‌نویسی ++C‌ است که به طور عمده شامل توابعی برای کار با مجموعه‌ای از داده‌ها (آرایه‌ها و لیست‌ها) است. با استفاده از این توابع به راحتی می‌توان با تنها یک خط کد عملیات جستجو، مرتب‌سازی، شمارش و بررسی یک خاصیت در تمامی داده‌های یک بازه‌ی مشخص را انجام داد.

در استفاده از این توابع باید به این نکته توجه داشت که هر کدام از آنها فرآیندهایی داخلی دارند که اگرچه از مرتبه‌ی زمانی بهینه است، اما لزوما قابل چشم‌پوشی نیست. به عبارت دیگر، دلیل استفاده از این توابع، حذف مرتبه‌ی زمانی برخی الگوریتم‌های مورد نیاز در برنامه نیست؛ بلکه تنها کدنویسی آنها را ساده می‌کند. در ادامه تعریف و عملکرد برخی از این توابع آمده است.

اجتناب از بررسی تساوی در اعداد اعشاری

اعداد اعشاری در محاسبات ریاضی - مانند عمل تقسیم یا محاسبه‌ی توابع مثلثاتی و غیره - ممکن است حاوی مقدار بسیار ناچیزی خطا باشند که عموما ناشی از عملیات گرد کردن و قطع کردن نتایج مراحل میانی محاسبات هستند. در چنین حالتی به کار بردن عملگر تساوی لزوما به نتیجه‌ی درست ختم نمی‌شود. به عنوان مثال:

توابع دوست کلاس‌ها از‌ جمله موارد بحث برانگیز برنامه‌نویسی شی‌ءگرا به زبان ++C هستند. چرا که یکی از اصول اساسی شیءگرایی، یعنی پنهان‌سازی اطلاعات، را نقض می‌کنند. با این وجود به خاطر کاربردهای متعددی که دارند از حضورشان نمی‌توان چشم‌پوشی کرد.

به زبان ساده، توابع دوست یک کلاس توابعی هستند که عضو کلاس نیستند، اما به تمامی داده‌ها و توابع خصوصی و محافظت شده‌ی آن دسترسی دارند.

یک مثال ساده

همانطور که می‌دانید، شیوه‌ی معرفی اشیاء کلاس‌های تعریف شده در ++C همانند متغیرهای عادی هستند. به عنوان مثال اگر کلاسی به نام myclass تعریف کرده باشیم، عبارت زیر یک شیء از این کلاس به نام a تعریف می‌کند:

زبان برنامه‌نویسی C از دو نوع متغیر پشتیبانی می‌کند: متغیرهای معمولی و اشاره‌گرها (متغیرهای حاوی آدرس حافظه). زبان ++C نوع سومی را به این مجموعه اضافه کرده است: متغیرهای مرجع (Reference).

متغیرهای مرجع از روی دو نوع دیگر ساخته می‌شود و به نوعی می‌توان گفت نام مستعار برای متغیر اصلی به حساب می‌آید. برای تعریف متغیر مرجع از عملگر & استفاده می‌کنیم:

زبان برنامه‌نویسی ++C از کلاس‌های حافظه‌ی‌ (Storage Classes) مختلفی برای تعریف متغیرها پشتیبانی می‌کند.

کلاس حافظه‌ی اتوماتیک (auto)

این کلاس اصلی‌ترین کلاس حافظه‌ی زبان ++C محسوب می‌شود. متغیرهایی که توسط این کلاس تعریف می‌شوند، با خروج از محدوده‌ی تعریف به طور خودکار از بین می‌روند. بنابراین تمامی متغیرهای عادی از این نوع کلاس هستند. یعنی شما برای مشخص کردن کلاس حافظه اتوماتیک نیاز به انجام کار خاصی ندارید. اما برای تاکید بر اتوماتیک بودن کلاس حافظه، می‌توانید از کلمه‌ی کلیدی auto استفاده کنید. به عنوان نمونه، دو عبارت زیر هم ارز هستند:

آرایه‌های دو بعدی کاربردهای بسیاری از جمله جداول و ماتریس‌ها دارند. اهمیت تعریف آرایه‌های پویای دو بعدی کمتر از آرایه‌های یک بعدی نیست. آرایه‌های پویای دو بعدی یک ویژگی جالب در مقایسه با آرایه‌ی ایستا دارند. شما با تعریف پویای آرایه‌های دو بعدی می‌توانید جداول غیرمستطیلی تشکیل دهید. در واقع وقتی آرایه‌های دو بعدی را به صورت پویا ایجاد می‌کنید، این اختیار را دارید که تعداد ستون‌های هر ردیف را متفاوت انتخاب کنید.

به قطعه کد زیر توجه کنید:

یکی از مهمترین مباحث کاربردی هر زبان برنامه‌نویسی، اشاره‌گر و مفهوم آن است که کاربرد گسترده‌ای در شاخه‌ی ساختمان داده‌ها نیز دارد. در این فرصت با مفهوم اشاره‌گر و همینطور روش تعریف آن در زبان ++C آشنا می‌شوید. باید توجه داشته باشید که سوای روش تعریف اشاره‌گر در این زبان، کلیت مفهوم آن در بین تمام زبان‌ها مشترک است.

پیش از شروع بحث دو مطلب مهم را یادآوری می‌کنم:

1- تک تک بایت‌های حافظه برای خود آدرسی دارند که یک عدد صحیح و مثبت است. این آدرس دقیقا مانند کد پستی عمل می‌کند. یعنی کاملا منحصربفرد بوده و می‌توان از آن برای ارجاع به بایت استفاده کرد.

2- هر متغیری پس از تعریف، متناسب با نوع خود چند بایت از حافطه را اشغال می‌کند. این بایت‌ها همگی متوالی بوده و در حافظه پشت سر هم قرار دارند.

یکی از امکانات جالب و مفید زبان ++C قالب‌ها (Templates) هستند که انعطاف زیادی به کدنویسی می‌دهند.

فرض کنید در یک برنامه نیاز به تعویض مقادیر دو متغیر هست. یعنی مثلا می‌خواهیم مقادیر a و b را با هم عوض کنیم. اگر a و b از نوع صحیح باشند، تابع جابجایی می‌تواند به این صورت باشد:

زبان ++C همانند اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر، ساختاری به نام آرایه دارد که امکان تعریف مجموعه‌ای از متغیرهای هم‌نوع (اصطلاحا مجموعه عناصر همگن) را فراهم می‌کند. چنین ساختاری به صورت زیر تعریف می‌شود:

یکی از ابزارهای پر استفاده و مهم هر زبان برنامه‌نویسی حلقه‌های تکرار هستند. وجود چنین ابزاری به برنامه‌نویس این امکان را می‌دهد که ساختارهای نیازمند به تکرار مجموعه دستورات (مانند جستجو، گزارش‌گیری، محاسبات، دریافت اطلاعات از کاربر یا فایل) را پیاده‌سازی کند.

هر زبانی عموما شامل چندین نوع حلقه‌ی تکرار است که هر کدام به نحوی به برنامه‌نویس در نوشتن کدهای مختصر و با مفهوم کمک می‌کنند. در این فرصت با انواع حلقه‌های تکرار در زبان برنامه‌نویسی ++C آشنا می‌شویم.

حلقه‌ی تکرار while

این نوع حلقه ساده‌ترین نوع حلقه‌ی تکرار در این زبان برنامه‌نویسی است. فرم کلی حلقه‌ی while به این صورت است: