Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

50 }

Обратите внимание на то, что в программе 11.3.1 FIFO-стуктура channel.l открывается для вывода данных, а в программе 11.3.2 та же FIFO-структура channel. 1 — для ввода данных. Слелует иметь в виду, что FIFO-структуры действуют как однонаправленные механизмы связи, поэтому не пытайтесь пересылать данные в обоих направлениях! Достоинство использования iostreams -классов в сочетании с FIFO-структурами состоит в том, что мы можем использовать iostreams -методы применительно к FIFO-структурам. Например, в строкеЗО мы используем метод is_open() класса basic_filebuf, который позволяет определить, открыта ли FIFO-структура. Если она не открыта, то программа 11.3.2 завершается. Детали реализации программы 11.3.2 приведены в разделе «Профиль программы 11.3.2».

Профиль программы 11.3.2

Имя программы

programll-3b.ee

Описание

Программа считывает объекты из FIFO-структуры с помощью объекта типа ifstream. Для пересылки данных через FIFO-структуру здесь используется итератор типа ostream_iterator и стандартный алгоритм transform.

Требуемые заголовки

><unistd.h>, <iomanip>, <algorithm>, <fstream.h>, <vector>, <iterator>, <strstream.h>, <stdlib.h>, <sys/wait.h>, <sys/types.h>, <sys/stat.h>, ^<fcntl .h>, <numeric>.

Инструкции по компиляции и компоновке программ

с++ -о programll-3b programll-3b.сс

; Среда для тестирования

SuSE Linux 7.1, GCC 2.95.2, Solaris 8, Sun Workshop 6.0.

Инструкции по выполнению

program11.3a & program11-3b

Примечания

Cначала запускается программа11.3.1. Программа11.3.2 содержит инструкцию Sleep, которая восполняет собой отсутствие реальной синхронизации.

Интерфейсные FIFO-классы

Упростить межпроцессное взаимодействие (IPC) можно не только с помощью iostreams-классов или классов istream_iterator и ostream_iterator, но и посредством инкапсуляции FIFO-механизма в FIFO-классе (листинг 11.23).

// Листинг 11.23. Объявление FIFO-класса

class fifo{

mutex Mutex;

//.. .

protected:

string Name; public:

fifo &operator<<(fifo &In, int X);

fifo &operator<<(fifo &In, char X);

fifo &operator>>(fifo &Out, float X);

//.. .

};

В этом случае мы можем легко создавать объекты класса fifo с помощью конструктора, а также передавать их как параметры и принимать в качестве значений, возвращаемых функциями. Мы можем использовать их в сочетании с классами стандартных контейнеров. Применение такой конструкции значительно сокращает объем кода, необходимого для функционирования FIFO-механизма. Более того, «классовый» подход создает условия для обеспечения типовой безопасности и вообще позволяет программисту работать на более высоком уровне.

Каркасные классы

Под каркасным понимается класс (или целал коллекция классов), который имеет заранее определенную структуру и представляет обобщенную модель поведения. Точно так же, как программы обеспечивают общие решения для конкретных задач, каркасные классы предоставляют конкретные решения для классов задач. Другими словами, каркас приложений содержит общую направленность выполнения кода для целого диапазона программ, которые решают задачи подобным образом. Поскольку каркас приложений представляет одно решение для семейства задач, то их можно назвать обощенными автономными мини-приложениями. .Каркасный класс служит своего рода проектом для мини-приложения. Он предлагает фунда м ентальную структуру (скелет), которую должно иметь приложение, не навязывал никаких деталей. Каркасный класс определяет отношения, распределяет обязанности, намечает порядок действий и протоколы между частями ПО в объектно-ориентированной архитектуре. Например, мы можем спроектировать класс языкового процессора, который должен содержать общую схему работы для целого диапазона приложений. Эта схема должна определить действия, которые необходимо выполнить для преобразования некоторого входного языка в за д анный выходной формат. Такой каркас состоит из нескольких об щ их частей ПО:

• компоненты проверки достоверности;

• компоненты выделения лексем;

• компоненты грамматического разбора;

• компоненты синтаксического анализа;

• компоненты лексического анализа.

Эти части ПО можно объединить, чтобы сформировать уже знакомую нам программную конструкцию (листинг11.24).

// Листинг 11.24. Объявление класса language_processor

// и определение метода process_input

class language_processor {

//...

protected:

virtual bool getString(void) = 0;

virtual bool validateString(void) = 0;

virtual bool parseString(void) = 0;

//...

public:

bool process_input(void);

};

bool language_processor::process_input(void) {

getString();

validateString();

parseString();

//.. .

compareTokens();

//.. .

}

Во-первых, класс language_processor является абстрактным и базовым, поскольку он содержит чисто виртуальные функции:

virtual bool getString(void) = 0;

virtual bool validateString(void) = 0;

virtual bool parseString(void) = 0;

Это означает, что класс language_processor не предназначен для непосредственного использования. Он служит в качестве проекта для производных классов. Особенно стоит остановиться на методе process_input (). Этот метод представляет собой план работы, которую предстои т обобщит ь классу language_processor. Во многих отношениях именно это и отличает каркасные классы от классов других типов. Каркасный класс описывает не только обобщенную структуру и характер отношений между компонентами, но содержит и заранее определенные последовательности выполняемых действий. Однако в таком своеобразном описании поведения не указываются детали его реализации. В данном случае модель поведения задается набором чисто виртуальных функций. Каркасный класс не определяет, как именно эти действия должны быть выполнены, — важно то, что они должны быть выполнены, причем в определенном порядке. А производный класс должен обеспечить реализацию всех чисто виртуальных функций. При этом ответственность за корректность выполняемых действий целиком возлагается на производный класс. Каркасные классы по определению — договорные классы. Для достижения успешного результата требуется надлежащее выполнение обеих частей договора. Каркасный класс намечает четкий план, а производный реализует этот план в виде конкретного определения чисто виртуальных функций. Последовательность действий, «намеченная» методом process_input (), соблюдается в таких приложениях.

• Компиляторы

• Интерпретаторы ко м анд

• Обработчики естественных языков

• Програ мм ы шифрования-дешифрирования

• Упаковка-распаковка

• Протоколы пересылки файлов

• Графические интерфейсы пользователей

• Контроллеры устройств

Корректная разработка каркасного класса language_processsor (при надлежащем его тестировании и отладке) позволяет ускорить разработку широкого диапазона приложений.

Понятие каркасного класса также полезно использовать при разработке приложений, к которым предъявляются требования параллелизма. Так, использование агент-ных каркасов и каркасов «классной доски» фиксирует базовую структуру параллелизма и схемы работы в этих структурах. Майкл Вулдридж в своей книге [51] предлагает следующий обобщенный цикл управления агентами.

Алгоритм: цикл управления агентами

В = ВО