Лекция 10

По настоящему переменный набор параметров поддерживают только C/C++ и С#.

Пример:

printf(const char *,…);

В этих языках есть специальные макросы для работы с переменным числом параметров:

va_list

va_end

va_start

Общая идея: все параметры, которые загружаются в переменную list совместимы с целочисленными ТД или с указателями, а интерпретация остаётся на совести программиста, например, в printf(); параметры выбираются из стека в зависимости от информации, которая находится в процедуре в строке.

Это решение сразу стало критиковаться в связи с ненадёжностью, так как в этом случае ни компилятор, ни кто-то ещё не в состоянии произвести ни динамический, ни статический контроль. Зачем такая конструкция была введена (В С++ понятно из-за концепции совместимости)? Её наличием легко была решена проблема, связанная с вводом-выводом.

Даже в языках, не поддерживающих переменный список параметров, есть процедуры, которые реально поддерживают переменный список. Например, стандартный Паскаль: write(…); - это как бы псевдопроцедура (процедура, которую нельзя написать на самом языке), про которую компилятор знает достаточно много, отсюда у неё и получается переменный список параметров. Здесь же два подхода: вопрос удобства программирования (вывод разнородной информации) или языковая концептуальная целостность, упрощения языка и повышения надёжности. Такой подход принят в семействе языков, опирающихся на язык Паскаль: Модула 2, Оберон и так далее – нет процедур с переменным числом параметров. Надо вывести конструкцию вида: строка-int-строка. Оберон:

IMPORT InOut;

Это стандартный библиотечный модуль, содержащий все процедуры ввода-вывода.

InOut.WriteString(“count = “);

InOut.WriteInt(cnt);

InOut.WriteCh(‘.’);

InOut.WriteLn;

А на Си: printf(“count = %d.\n”, cnt); и если мы забудем указать переменную cnt, то формально ошибки не будет, но будет напечатано какое-то число из стека (оно будет проинтерпретировано как целое число, загружающая программа загружает параметры в стек и их выгружает и, формально, никакого слома программы не произойдёт), чего при описанной выше системе ввода-вывода в принципе не может быть (мы либо просто забываем cnt, либо никаких ошибок быть не может). Но с другой стороны здесь язык становится несколько проще, и программировать становится удобней.

В С++ у нас есть класс CString, и его метод S.Format(“…”,…); реализует sprintf();. Многие программисты продолжают придерживаться этого подхода, следовательно, остаётся ненадёжность.

Один из подходов – статически параметризуемые ТД. Мы уже говорили о статическом перекрытии операций. Это некоторые процедуры с одинаковыми именами, но разным типом и числом (ограниченным, т.е. псевдобесконечного списка параметров написать нельзя) параметров. В Аде таким образом реализована процедура PUT( ,…).

В С++ богатый набора встроенных операций, которые можно переопределять (в том числе и стандартные знаки операций).

Надёжная библиотека ввода-вывода:

iostream.h

(“<<”, “>>” операции сдвига вправо, влево)

<< e - вывод объекта в канал

ch >> obj - операция ввода из канала

Есть ТД iostream (поток ввода-вывода). Каждая операция возвращает:

iostream& operator << (iostream& int, T x);

iostream& operator >> (iostream& int, T x);

И для каждого ТД, для которого хотим определить ввод-вывод, переопределяем эти операции (как правило, на базе введённых в iostream ТД). А возвращаемое значение – это ссылка на первый аргумент. Выполняется слево-направо. Получается мощная и красивая схема:

cout << “count = “ << cnt << ‘.’ <<endl;

Надёжно и читабельно. Также существуют объекты специального типа, которые служат модификаторами ввода-вывода, они позволяют управлять форматом, например, endl, модификаторы, позволяющие изменять ширину поля и т.д.. Вся мощь библиотеки stdio.h сохранена и никаких проблем с надёжностью нет. Но это достигнуто за счёт переопределения стандартных знаков операций, и это наглядно. Но язык усложняется, за счёт введения достаточно нетривиальных вещей.

Альтернативный подход: концепция динамической идентификации типов в C#. Наблюдение за процедурами с переменным числом параметров показывает, что есть некий список параметров, который мы можем проинициализировать. А макросы va_start, va_end позволяют нам итерировать по этому списку. Проблема Си/С++ в том, что мы не знаем, что же на самом деле подставляется в эти параметры и из-за этого соответствующая ненадёжность.

Если у нас язык таков, что Object – базовый ТД, из которого происходят элементы всех классов (все объекты), к нему можно свести любой тип, с помощью механизма обёрток (boxing). В Delphi - это TObject, в Java – Object, а в C# - object. К тому же в этих ЯП поддерживается динамическая идентификация типа (проверка является ли этот объект объектом данного типа, иначе генерируется исключение).

ТД ParamArray – представляет переменный список параметров в качестве массива, каждый из элементов которого - объект, типа Object, который на самом деле есть ссылка на объект класса или обёртка (псевдообъект) структуры или простого значения. У обрабатывающей процедуры последний параметр ParamArray и она работает с ним как с массивом, и вывод осуществляется в зависимости от того, что за элементы в нём. Тут нет никакого статического контроля, но есть динамический. Но кто упрятывает параметры в обёртки. Если мы делаем это сами, то это можно реализовать на любом ЯП самим описав ТД ParamArray и т.д.. Это неудобно и мы теряем все преимущества переменного списка параметров. Очевидно, что это должен делать не программист. В C# это встроенный ТД (ParamArray).

Общее правило - компилятор ищет точное соответствие:

void f(T1 x);

void f(T1 x, T2 x);

void f(T1 x, ParamArray objc);

T1 a, T2 b, T1 c, T3 d

f(a);

f(a, b);

f(a, d);

Пусть T1, T2 и T3 никак не связаны (С наследованием чуть сложнее). Следовательно, точное соответствие не было найдено и он выбирает третий вариант функции, автоматически формируя массив из одного элемента.

f(c, a, b, d);

В данном случае формируется массив из трёх элементов. Таким образом построена библиотека ввода-вывода (Паскаль: WriteLn(форматная строка, ParamArray);), с контролем типов объектов.

В Java более простые правила. Ввод-вывод строк: у каждого объекта (он происходит от ТД Object) есть метод toString, который и применяется по необходимости (компилятор смотрит на контекст):

String s;

int i;

s+i;

Где ”+” – операция конкатенации для строк. i завертывается в оболочку класса Int (который происходит от ТД Object), вызывается метод toString и к строке s добавляется символьное представление i. Следовательно, получаем одну процедуру вывода: вывод строки, а её аргумент – это совокупность объектов, для которых вызывается метод toString. Для нового класса переопределяем метод toString. Похоже на прошлый подход.

ParamArray и прочее в C# появилось, чтобы программисты с С++ легче переходили на С#, а во-вторых в некоторых случаях (например, когда мы пишем процедуры обработчики событий) у нас приходит переменный список параметров и априори мы не можем предсказать какой он будет. Но оно надёжно за счёт динамической идентификации типов. В С++ это тоже есть, но там нет того, что каждый объект происходит от общего и поэтому там ограниченные возможности подобного рода решений.

Глава 5

Определение новых ТД

П.1. Концепция уникальности ТД (Основные проблемы)

Более точная формулировка понятий, строгая и сильная типизация. Их постоянно мешают и непонятно, то ли Си со строгой, то ли с сильной типизацией. Мы определим концепцию уникальности типов, и язык имеет тем боле сильную или строгую типизацию, чем он ближе к этой концепции. Лучше всех удовлетворяет язык Ада. 4 пункта:

1)Каждый объект данных имеет ТД, и этот тип единственен и статически определим.

Типы данных это как бы классы эквивалентности, на которые разбиваются все объекты. То есть не может быть ни константы, ни переменной без ТД. Говоря «статически определим» имеем в виду, что, глядя на текст программы, мы всегда можем определить к какому ТД он принадлежит (Паскаль: по виду константы определяли её тип), иначе – сообщение об ошибке. В Аде у нас есть уточнитель типа данных (например, когда константа принадлежит к нескольким перечислимым ТД): T’e и компилятор всегда знает всё о ТД. Такая концепция во всех традиционных ЯП, и именно из-за этого они с одной стороны являются достаточно эффективными (компилятор может оптимизировать). Но недостатком такого подхода является то, что все ТД разбиваются на непересекающиеся классы, и теряется гибкость.

2)Типы эквивалентны тогда и только тогда, когда их имена совпадают.

Это именная эквивалентность типов, все традиционные современные ЯП поддерживают её (с небольшими отклонениями). Существует ещё и структурная эквивалентность (в первых ЯП, когда типизации уделяли мало внимания речь шла именно о ней – PL|I): ТД совпадают, если их структуры совпадают. От структурной эквивалентности отказались (так как при нём тип – это набор значений), сейчас главное в типе – набор операций (даже на основе одной и той же структуры). Так же, если мы рассмотрим сложные ЯП, структурная эквивалентность двух рекурсивных типов может быть алгоритмически неразрешима. Но иногда отступают от именной эквивалентности: в большинстве старых ЯП есть синонимия типов, например, в Паскале:

Type T = integer;

Типы T и integer теперь синонимы. Данные одного типа могут появляться везде, где появляются данные другого типа и наоборот. В Си и C++ то же (typedef). Здесь типы эквивалентны, если имена совпадают, либо они синонимичны. Это было введено из соображений лучшей документируемости. С точки зрения надёжности, такая конструкция даёт мало. Например, пусть у нас есть три типа данный, синонима integer: Length, Width, Square. Но мы можем к площади прибавить ширину или длине присвоить отрицательное значение.

В Аде (производные типы, введём с помощью специальной концепции нового ТД, который наследует всё множество значений и всё множество операций, эти величины):

type Length is new Integer;

Width is new Integer;

Square is new Integer;

Это совершенно разные типы и их нельзя смешивать.

3)Каждый ТД имеет свой набор операций с фиксированным набором параметров.

Имеется в виду, что фиксированы их число и типы. Переменный список параметров – отклонение от этой концепции.

4)Неэквивалентные ТД несовместимы по операциям.

Тип данных int имеет один набор операций (+, -, *). В Аде у типов Length, Width и Square одни и те же операции, но так как они не эквивалентны из-за разных имён, то их смешивать нельзя. Но мы можем переопределить операцию *:

Length*Width=Square

И как следствие, получить более надёжную программу. Если грамотно определить систему типов, то многие ошибки будут найдены ещё на стадии компиляции.

ЯП, полностью поддерживающий 1)-4) – надёжный. Эта концепция по языку Ада, а другие ЯП ослабляют свойства этой типизации и менее надёжны. В Аде нет синонимии типов, но мы можем переопределять операции, также полностью запрещено неявное (вставляемое компилятором) приведение типов (нарушение 4)):

v:=e

Типы v и e должны совпадать. А компилятор может вставлять или не вставлять контроль. Но между подтипами неявное преобразование возможно, но оно может сопровождаться контролем:

A: Tarr(1..10);

B: Tarr(2..11);

A := B;

Присвоение корректно, так как совпадают динамические атрибуты A’Length и B’Length. Если компилятор не может определить их длины (А и В – формальные параметры) он там вставляет проверку на динамический атрибут «длина». В других ЯП неявные преобразования, которые ухудшают надёжность.