Лекция 10 (лекции (2002)), страница 2

Иногда нарушается именная эквивалентность типов. В Си неявно пролезает структурная эквивалентность типов, если используем одинаковые структурные ТД в разных модулях:

m1.c struct S { int a; int b; }

void f(struct S x);

m2.c struct S1 { int x; int y; }

extern void f(struct S1 y);

…

struct S1 a;

f(a);

Но хороший программист не будет описывать ТД в файле.с, кроме как для локального использования. Иначе описывает в отдельном файле.

В С++ эта проблема решена за счёт кодирования имён. Страуструп предложил приём: для каждой внешней процедуры f вместо соответствующего имени, которое дал пользователь, на самом деле ей присваивается закодированное имя, которое кодирует и имена параметров и возвращаемый тип функции, возможно, не имеющее никакой лексической нагрузки, что-то вроде f@#_…, но гарантируется уникальность индификатора. И в данном примере ошибка будет найдена, не на стадии трансляции (так как она раздельная и независимая), а на этапе сборки программы.

Концепция типов ориентирована на надёжность и эффективность. Эффективность концепции в том, что поведение ТД определяется строго операциями (и, как следствие, контроль и оптимизация компилятором), но традиционные ЯП страдают с точки зрения гибкости.

Тут возникают две проблемы:

1)Множественность ролей с точки зрения ТД (Янус-проблема).

Тип характеризует содержательную роль объекта ЯП, но этих содержательных ролей может быть много, а мы вынуждены одну из них выделять как главную и использовать её как единственную роль. Традиционные ЯП не знают адекватных средств решения проблемы. Единственная возможность – использование объединений:

T1

.

union T .

.

TN

Но это тоже не адекватное средство как с точки зрения надёжности, так и с точки зрения удобства программирования.

Адекватное решение только в ООЯП.

2)Полиморфизм (Множественность форм).

Тесно связано с 1) – это множественность форм с точки зрения набора операций. Одной операции может соответствует, вообще говоря, множество форм. Например, операция сложения «+»: целое сложение, вещественное сложение, конкатенация двух строк, сложение двух векторов или двух матриц. Эта проблема разрешается с помощью статического перекрытия операций. Или метод Draw(); у объекта, но своя форма для каждого ТД (вспомним курс машинной графики). Есть: статически полиморфные операции (на этапе трансляции знаем множество ТД и для каждого ТД известно какую форму приобретает операция «+») статически полиморфные языки в некотором смысле средство решения этой проблемы, но в некоторых случаях не можем предвидеть, какого типа будет объект. Например, графическая библиотека использует зафиксированный на этапе трансляции набор объектов. Компилятор выберет нужный Draw();. Если мы хотим добавить в библиотеку новый объект, то мы должны добавить новый ТД, видимо, с помощью соответствующего объединения и изменить обращение к процедуре Draw(); во всей библиотеке, следовательно, серьёзные изменения в исходном коде и перетрансляция всей библиотеки. В традиционных ЯП только статический полиморфизм, основанный на понятии объединения и перекрытия имён во время трансляции. По настоящему решается в ООЯП, где есть динамическое связывание методов (виртуальный метод С++, все методы в Java и C#).

П.2. Логический модуль

ТД = множество операций + множество значений

С современной точки зрения ТД – это прежде всего множество операций. Множество операций – это набор процедур и функций (играет основополагающую роль), а множество значений – это структура данных или совокупность структур данных (например на основе базисных ТД или понятия наследования). Следовательно, для определения ТД, мы должны ввести нобор структур данных типа и множество операций, присвоив этому одно имя.

Новые ТД можно определять и на Паскале и на Си, но там нет конструкторов, подчёркивающих дуализм.

С этой точки зрения ЯП разделяются на:

Модульные языки: вводится понятие контейнера, объединяющего множество операций и множество значений. Модуль не является ТД. Модульные языки: Ада, Модула 2, Оберон.

Языки с классами: класс – это сущность, содержащая данные и обладающая набором операций. Класс как бы является универсальной обёрткой, в отличие от модуля, который является более общей конструкцией, и его основное предназначение - определять ТД. Но и может использоваться как модуль. В языки с классами понятие модуля пролезает, но оно уже несколько отлично: это понятие пакета и пространства имён. Языки с классами: C++, Java, C#.

Delphi похож на Модулу 2 (по модульной структуре), но и является языком с классами, в этом проявляется его двойственная природа (он был создан на основе Турбо Паскаля, но в него были добавлены и другие концепции).

Модульные ЯП.

Есть понятие unit. В Delphi:

u nit имя;

interface

[набор объявлений]

implementation

реализация

end имя.

Доступно другим модулям с помощью конструкции uses. Это набор объявлений типов, переменных и процедур. Все такие процедуры должны быть реализованы в implementation.. Каждый модуль представляет сервис – набор услуг, описанных в интерфейсе. А вспомогательные процедуры и ТД - описываются в реализации. Модуль может описывать 0 (набор констант), 1 или несколько ТД. Модуль более общее понятие, чем ТД, но, в частности, может служить для описания ТД.

Надо иметь сервис для доступа к этому модулю. У нас есть клиентские модули, которые используют сервис и сервисные модули, которые его предоставляют. Все клиентские модули используют конструкцию: uses список имён модулей. Это значит, что все имена, описанные в интерфейсной части становятся непосредственно видимыми в клиентском модуле. Два базовых понятия, связанных с понятием логического модуля: unit и пространство имён.

Модули структурируют пространство имён:

M1 M2 M3 …

Имена: описанные в интерфейсе и реализационные. Глобальное пространство имён состоит из имён описанных в интерфейсе. Но непосредственно видимыми (мы их можем употреблять без каких-то пояснений) являются имена модулей. В Delphi программи состоит из набора юнитов и хменанепосредственно видимы. Конструкция uses, .которую мы можем употреблять либо в начале интерфейсной части, либо в начале реализационной, делает все имена из соответствующего модуля непосредственно видимыми. Но имена могут конфликтовать. И помнить все имена из всех модулей практически невозможно. Поэтому говорим,,чоменавдмытолько потенциально. Для решения этой проблемы в ЯП было введено понятие уточнения (квалификации) имени – это конструкция, указывающая к какому модулю относится имя.

Qualifying в Delphi: имя_модуля.имя. Имена модулей должны быть разные. Для средних проектов (не более 100.000 строк) это не сильное ограничение. Как следствие, на Delphi супербольших проектов не пишут.

Есть клиентские и сервисные модули. Клиентские являются и сервисными, за исключением главной программы., которая является только клиентским модулем и её вид несколько иной:

program имя;

uses …;

объявления

begin

…

end имя.

В Модуле 2 сделано гибче. В Delphi одна физическая единица unit (один файл) разбивается на две логические части, а тут и интерфейс и реализация – это отдельные модули (файлы):

DEFINITION MODULE имя;

набор объявлений

END имя.

Для него может существовать модуль реализаций (должны быть реализованы все процедуры из модуля объявлений и тут могут быть вспомагательные ТД и процедуры):

IMPLEMENTATION MODULE имя;

реализация

END имя.

Есть три вещи: определение (или интерфейсная часть), реализация и использование (сокращённо – OPU (принцып РОPU: разделение OPU)). В традиционных ЯП эти три вещи предельно физически разделены:

stacks.MOD - реализация

stacks.DEF - определение

import - использование

Модула 2:

1) IMPORT список имён модулей

В Delphi надо было уточнать только конфликтующие имена. А в Модуле 2 все эти имена становятся потенциально видимыми и их надо уточнять.

IMPORT InOut;

…

InOut.Writeln - и так с любыми именами из модуля InOut.

Иначе компилятор скажет, что не знает имени Writeln.

Есть альтернативная форма:

1. FROM имя модуля IMPORT список имён

Эти имена становятся непосредственно видимыми:

FROM InOut IMPORT writeln, writestring;

…

writeln;

writestring(s);

При конфликте имён надо их квалифицировать.

Это разделение в Модуле 2 сделано для удобства программистов: мы пишём один раз, а читаем много. Все стандартные имена описаны по крайней мере в help, но имена из модулей сторонних поставщиков нигде не описаны. Когда у нас есть модуль описаний, намного удобнее читать, потому, что если описание перемешано с реализацией, нам приходится пролистывать огромные тексты процедур. Именно по этой причине Borland поставлял все версии Паскаля с утилитой типа grep, которая как раз и позволяла выбирать интересующие нас вещи. В Модуле 2 имя – либо стандартное (их мало так как описание языка всего 40 страниц), либо описано в этом модуле, либо опиисано в конструкции FROM.

Оберон: Запрещена конструкция FROM…

IMPORT список имён модулей

И все имена из других модулей надо уточнять: тяжело писать, но легко читать.

Все эти понятия модульности сформировались ещё в 70-е годы.

Разделение OPU – это хорошо и содержательно, так как программист не обращает внимания на реализацию и её детали, а на определение и то, что ему нужно от каждого конкретного сервиса. Но современные ЯП отходят от разделения O и P. OP и U разделены – это аксиома. Но O и P в современных ЯП слиты воедино.

Оберон (наследник Модулы):

MODULE имя;

IMPORT

…

объявления

begin

операторы

end имя.

Просто в Обероне все имена которые попадают в интерфейсную часть должны сопровождаться *.

П ример:

MODULE Stacks;

TYPE Stack *=

record

…

end;

procedure Push*(var S:Stack; X:INTEGER);

END Stacks.

Это неудобно: описание и тела процедур в одном месте, а нас могут интересовать всего лишь параметры. Но тот же подход в Java и C#, то есть там тоже слиты воедино O и P (В С++ могут быть разделены, а здесть требуется, что они должны быть объединены). А концепция, чтобы ничего не было потеряно с точки зрения удобства пользователя, здесь не пострадала, так как эти ЯП уже часть системы программирования.

Оберон: Тут есть простейшая утилита, автоматически генерирующая интерфейс (так называемый псевдомодуль), расписывающий все публичные имена , являющиеся частью системы программирования:

DEFINITION имя;

type stack = …;

procedure push(…);

…

END имя;

В Java есть утилита Javadoc, генерирующая интерфейсы класов (плюс вставляет ссылки на документации классов из других модулей, на классы которых ссылаюся параметры данных классов). В тексте программы возможны комментарии двух видов:

/* … */

/** … **/

Комментарии, последнего вида автоматически вставляются в текст документации.

В Паскале существовали интерфейсные файлы ….int.