■ Рекурсивные или итеративные вычисления, требующие просмотра многочисленных вариантов. К этой категории относятся поисковые алгоритмы, алгоритмы анализа данных, а также игры, основанные на механизме искусственного интеллекта. Поиск наиболее оптимального хода в шахматной игре может потребовать перебора многих тысяч различных допустимых вариантов шахматных ходов с использованием анализа различной глубины. Выполнение подобных операций может осуществляться в течение очень длительных промежутков времени.
■ Загрузка или сохранение больших объемов данных. Загрузка нескольких сотен порций информации из XML-файла или базы данных может занимать довольно большое время.
■ Сетевые операции. Почти все операции, выполняемые в сети, подвержены риску задержек и других проблем связи.
Операции подобного рода рекомендуется выполнять в асинхронном по отношению к потоку выполнения пользовательского интерфейса режиме. При реализации любой асинхронной операции конечный автомат, с помощью которого поток выполнения пользовательского интерфейса может связываться с фоновым потоком и получать информацию о ходе его выполнения, играет очень большую роль. Поток пользовательского интерфейса должен иметь возможность периодического опроса
состояния выполнения фоновой операции и одновременно предоставлять пользователю возможность в любой момент прекратить выполнение этой операции. В свою очередь, фоновый поток должен иметь возможность информировать поток пользовательского интерфейса о ходе своего выполнения, а также получать от него уведомления о необходимости прекратить свое выполнение в необходимых случаях. Модель выполнения потока под управлением конечного автомата обеспечивает прекрасные возможности для удовлетворения этих требований.
Ниже приводится пример, иллюстрирующий использование конечного автомата для управления фоновыми вычислениями, выполнение которых может занимать много времени. Целью этих вычислений является нахождение ближайшего простого числа (prime), превышающего заданное целое число. Соответствующий код может выполняться либо в синхронном режиме в целях отладки, либо в асинхронном режиме, позволяющем избежать блокирования пользовательского интерфейса на время проведения вычислений. На рис. 5.3 представлена схема простого конечного автомата, при помощи которого фоновый поток выполнения может предоставлять информацию о своем состоянии. Кроме того, этот конечный автомат позволяет потоку пользовательского интерфейса возможность направлять фоновому потоку запросы, требующие прекратить выполнение.
Рис. 5.3. Конечный автомат, предназначенный для управления выполнением фонового алгоритма нахождения простых чисел
Стиль программирования: использование операторов goto и полных путей доступа в пространствах имен
Следует дать некоторые пояснения относительно двух аспектов стиля программирования, принятого во всех примерах кодов, приводимых в данной книге.
Использование операторов goto
Вопрос о том, следует ли считать использование операторов goto в программах допустимым или же его необходимо рассматривать как признак плохого стиля программирования, является в определенной мере дискуссионным. Применимость операторов goto выступает предметом споров постольку, поскольку осуществляемая с их помощью передача управления противоречит принципам, лежащим в основе использования операторов условного перехода (if/then) и операторов циклов.
Лично я принадлежу к лагерю тех, кто считает использование операторов goto в программах вполне допустимым при условии выполнения следующих требований:
1) Им соответствует передача управления только в прямом направлении.
2) Они способствуют повышению удобочитаемости интересующих нас участков кода. Применение операторов goto может считаться непозволительным лишь в том случае, если это затрудняет понимание логики передачи управления в выполняющейся программе. Примером неудачного использования операторов goto может служить передача управления в различных направлениях, поскольку результатом этого является создание сложной системы замысловатых переходов внутри функций и трудности в отслеживании их логики; несомненно, любой из нас возражал бы против подобного использования этого оператора.
Использование полных путей доступа в пространствах имен
Возможны два способа указания типов переменных в программах:
1) В теле программы можно указывать полный путь доступа. Например, оператор System.Threading.Thread newThread; объявляет переменную newThread типа System.Threading.Thread. Достоинством таких подробных объявлений является простота их применения.
2) В начале файла с текстом программы можно задавать использование определенного пространства имен, применяя для этого ключевое слово using языка C# или ключевое слово Imports языка Visual Basic .NET. Например, если в начале файла с программой на языке C# содержится оператор using SystemThreading;, то переменная System.Threading.Thread может быть объявлена просто как Thread newThread; без указания ее полного имени.
С функциональной точки зрения оба способа являются эквивалентными. Разработчикам, знакомым с использованием пространств имен, последний способ может предоставлять дополнительные удобства в работе. Разработчикам же, которые только осваивают это понятие, легче будет использовать первый из этих способов, поскольку он точно описывает логическую принадлежность каждого класса или типа. Учитывая тот факт, что не все читатели данной книги могут быть одинаково хорошо знакомы с пространствами имен .NET, я решил везде использовать более подробный синтаксис.
На заметку! Прежде чем вы сможете использовать те или иные классы и типы в своей программе, вы должны указать, к каким сборкам (assembly), они относятся. Очень важно, чтобы вы понимали, что ключевые слова using и Imports являются всего лишь удобным синтаксическим средством и не отменяют необходимости включения ссылки на сборку. Чтобы компилятору стали известны типы, содержащиеся в сборке, вы должны явно включить соответствующую ссылку в свою программу. В Visual Studio .NET список сборок можно просмотреть с помощью элемента управления TreeView в окне проводника решений Solution Explorer. Как правило, предварительно сконфигурированные часто используемые ссылки автоматически включаются во вновь создаваемые проекты.
Листинг 5.4. Код программы нахождения простых чисел, предназначенный для выполнения фоновым потоком
using System;
public class FindNextPrimeNumber {
//Определить возможные состояния
public enum ProcessingState {
notYetStarted,
waitingToStartAsync,
lookingForPrime,
foundPrime,
requestAbort,
aborted
}
int m_startTickCount;
int m_endTickCount;
long m_startPoint;
long m NextHighestPrime;
ProcessingState m_processingState;
//---------------------------
//Простейший конечный автомат
//---------------------------
public void setProcessingState(ProcessingState nextState) {
//-----------------------------------------------------
// Простейший защитный код, гарантирующий невозможность
// перехода в другое состояние в случае успешного
// завершения задачи или успешной отмены ее выполнения
//-----------------------------------------------------
if ((m_processingState == ProcessingState.aborted) || (m_processingState == ProcessingState.foundPrime)) {
return;
}
//Разрешить изменение состояния
lock(this) {
m_processingState = nextState;
}
}
public ProcessingState getProcessingState() {
ProcessingState currentState; //Безопасное выполнение потока
lock(this) {
currentState = m_processingState;
}
return currentState;
}
public int getTickCountDelta() {
if (getProcessingState() == ProcessingState.lookingForPrime) {
throw new Exception("Продолжается поиск простого числа! Окончательное время еще не вычислено");
}
return m_endTickCount - m_startTickCount;
}
//-------------------------
// Возвращает простое число
//-------------------------
public long getPrime() {
if (getProcessingState() != ProcessingState.foundPrime) {
throw new Exception("простое число еще не найдено!");
}
return m_NextHighestPrime;
}
//Конструктор класса
public FindNextPrimeNumber(long startPoint) {
setProcessingState(ProcessingState.notYetStarted);
m_startPoint = startPoint;
}
//------------------------------------------------------------
// Создает новый рабочий поток, который будет вызывать функцию
