Программирование на C++

Цель занятия: научиться выбирать способ сообщения об ошибке, генерировать и перехватывать стандартные исключения и не оставлять объект в частично изменённом состоянии.

Необходимые темы и конструкции C++:

• проверка предусловий и возврат признака ошибки
• throw, try, catch
• стандартные исключения std::invalid_argument, std::domain_error, std::out_of_range
• перехват исключения по константной ссылке
• распространение исключения по цепочке вызовов

Структура проекта

Разместите решение в следующих файлах:

• main.cpp
• safe_tasks.h
• safe_tasks.cpp

Общие требования

• Соблюдайте указанные сигнатуры функций: ввод и вывод организуйте в main.
• Проверьте каждую функцию не менее чем на трёх наборах данных, включая граничный случай.
• Не используйте средства, которые не перечислены в разделе необходимых тем, если условие прямо их не разрешает.

Основные задания

1. Результат через признак ошибки

   Вычислить квадратный корень числа без исключений. Функция возвращает признак успеха, а результат записывает через ссылку.

   Требуемая сигнатура:

   bool try_sqrt(double value, double& result);

   Требования:

   • При отрицательном аргументе не изменяйте result.
   • Сравните удобство вызова с вариантом, возвращающим специальное числовое значение.

   Входные данные / вызов	Результат
   result=10; try_sqrt(-4, result)	false; result=10

2. Безопасный доступ к массиву

   Вернуть элемент статического массива по индексу. При пустом указателе сгенерировать std::invalid_argument, при неверном индексе — std::out_of_range.

   Требуемая сигнатура:

   int element_at(const int* data, int size, int index);

   Требования:

   • В вызывающем коде предусмотрите отдельные обработчики обоих типов исключений.

   Входные данные / вызов	Результат
   element_at([4,7,9], 3, 3)	std::out_of_range

3. Цепочка вычислений

   Реализовать функции деления и вычисления \(\sqrt{a/b}\). Первая функция генерирует исключение при нулевом знаменателе, вторая — при отрицательном частном. Перехватывать исключения следует только на границе программы.

   Требуемая сигнатура:

   double safe_divide(double numerator, double denominator);
   double ratio_sqrt(double numerator, double denominator);

   Требования:

   • Не помещайте try/catch внутрь вычислительных функций без необходимости.

   Входные данные / вызов	Результат
   ratio_sqrt(8, 2)	2
   ratio_sqrt(1, 0)	std::invalid_argument

4. Геометрия и пользовательские исключения

   Написать программу для вычисления площади треугольника по формуле Герона.

   1. Создать функцию double triangle_area(double a, double b, double c).
   2. Внутри функции проверить два условия:
      • Все стороны должны быть строго больше нуля.
      • Должно выполняться неравенство треугольника (сумма любых двух сторон больше третьей).
   3. Если условия нарушены, сгенерировать пользовательское исключение (структуру),

       struct triangle_error {
          double a, b, c;
          const char* message;
      };        

      которое содержит:
      • Значения сторон a, b, c.
      • Текстовое сообщение (const char*) с причиной ошибки.
      • Чтобы передавать не только текст, но и контекст ошибки, используем throw следующим образом:

        throw triangle_error{3.0, 4.9, -5.0, "Отрицательная сторона"};

   4. В main организовать цикл while, чтобы пользователь мог вводить данные до тех пор, пока не введет корректные значения (обработать исключения в catch).
5. Рациональные дроби (Комплексное задание)

   Создать структуру Fraction (Дробь), содержащую числитель (num) и знаменатель (den).

   1. Написать функцию сложения двух дробей: \( \frac{a}{b}+\frac{c}{d}=\frac{ad+cb}{bd} \)
   2. Написать функцию, которая принимает массив дробей и их размер, и находит сумму всех дробей в массиве.
   3. Обработка исключений:
      • При создании/передаче дроби, если знаменатель равен 0, выбрасывать исключение.
      • При работе с массивом, если передан размер <= 0, выбрасывать исключение.
   4. Продемонстрировать работу: создать массив из 3-х дробей (одну из них сделать "некорректной" со знаменателем 0). Перехватить ошибку, вывести её, и показать, что программа не "падает", а корректно завершает работу.

   Домашнее задание

   1. Квадратное уравнение с исключениями

      Переписать решение квадратного уравнения так, чтобы вырожденное уравнение и отсутствие действительных корней сообщались разными стандартными исключениями.

      Требуемая сигнатура:

      std::pair<double, double> quadratic_roots(double a, double b, double c);

      Требования:

      • Один действительный корень вернуть дважды.
      • Перехват и печать сообщения выполняются в main.

   2. Изменение массива без частичного результата

      Прибавить к каждому элементу массива заданное число, но только если все результаты остаются в диапазоне [minimum, maximum]. Иначе сгенерировать исключение и оставить массив без изменений.

      Требуемая сигнатура:

      void shift_checked(int* data, int size, int delta, int minimum, int maximum);

      Требования:

      • Сначала полностью проверьте возможность операции, затем изменяйте элементы.

      Входные данные / вызов	Результат
      [2,4,7], delta=3, range=[0,9]	std::out_of_range; массив [2,4,7]

   3. Проверка матричных индексов

      Реализовать чтение и изменение элемента статической матрицы с проверкой номера строки и столбца.

      Требуемая сигнатура:

      constexpr int COLS = 4;
      int get(const int matrix[][COLS], int rows, int row, int column);
      void set(int matrix[][COLS], int rows, int row, int column, int value);

      Требования:

      • При неверной координате сгенерируйте std::out_of_range с понятным сообщением.