Лекция 8 (Лекции (2009) (Саша Федорова))

11

Лекция 8.

Операторы перехода

Должно обсудить break, continue и return, которые также являются операторами передачи управления. Все они – заменители оператора goto.

В M-2, Java- goto отсутствует в принципе.

Замечание. В некоторых языках программирования goto – основной оператор.В современны языках goto если и присутствует, то играет крайне ограниченную роль и является локальным(то есть может использоваться только в блоке, кроче: областью действия метки является некий блок, ограниченный записью активации текущей процедуры или функции.)

В С/С++ есть операторы setjmp longjmp(низкоуровненвые) – используются для обработки ошибок, если ее трудно обработат локальным образом. В современныхязыках прграммирования для таких дел предусмотрен механизм исключений. (Еще один набор операторов – throw и raise – мы рассмотрим чуть позже. )

Остались нам специфические операторы, связанные с реализацией такого критического момента, как распараллеливание.

C# -lock(obj) (objблок) означает, что поток управления, входящий в этот блок, в любой момент времени только один. Все остальные потоки блокируются до той поры, когда поток, захвативший этот блок, не выйдет из захваченного блока.

С другой стороны, существует другая семантика оператора lock.

Ада

Accept

Select

Данные функции позволяют параллельное выполнение процессов.

Замечание.Какие-то спецоператоры для распараллеливания будут в других курсах.

Мы рассмотрели базис традиционных процедурных языков, и увидели, что все они недалеко ушли друг от друга. И набор типов данных, и набор операций очень похожи. Отличия только в «деталях»: языки программирования различны с точки зрения средств развития и некоторых абстракций. Что есть минимальное средство развития?

В Фортране, например, одно из средств развития – понятия подпрограммы. Средствами данного языка вполне можно реализовать вычисление интеграла и добавить его в средства развития.На самом нулевом уровне в Фортране есть модульности(каждая функция – в отдельном модуле). Сердито и неудобно, но есть. Заметим, что яззыка паскаль, по уровню более высокий, чем Фортран, не обладает этими средствами. Именно поэтому в него первм делом стали добавлять модульность и межмодульные связи. Также с языковой точки зрения были добавлены средства на обработку массивов.

var a: T;

b absolute a; //означает, что b и a начинаюются с одного адреса.

• Очевидно, можно адресовать элементы массива любой длины

• И можно писать вообще что угодно!

Но зато отсутствует надежный контроль.

В С, C++, Java, C# - средства развития лучше, они намного лучше «защищены», чем Фортран или Паскаль. В них развиты средства создания новых абстракций.

Глава 5. Подпрограммы

Пункт 5.1 Потоки управления: подпрограммы и сопрограммы

Рассмотрим следующие потоки:

• Потоки управления

• Потоки данных

В современных языках программирования подпрограммы удовлетвоярют правилам структурного программирования, то ест являются блоками(конструкциями с одним входом и с одним выходом)

Но в PL1 это правило не выполнялось и все эффективно путалось 

ENTRY имя (.........)

ENTRY – точка входа. У процедуры могло быть несколько точек входа.

Подпрограмма могла иметь параметры-метки:

SUBROUTINE FOO(…*, *, *)

RETURN номер *-ки

.//число меток тут 3, значит номер мог быть 1, 2, 3.

Вызов:

CALL FOO(10; 20; 30); //невозможно понять, куда мы прыгнули. И понять, как работает программа тоже невозможно.

Для ранних языков программирования характерно богатство управляемых конструкций. В современных – напротив, только ветвления и циклы, в лучшем случае – управлляемые циклы.

Почему «подпрограмма?» Управление входит в подпрограмму только через имя блока. И возвращается туда, где была вызвана подпрограмма, и ни в какую другую точку вернуться не может.

Исключение – аварийная ситуация, когда априорный порядок выполнения нарушается.

CALLER – тот, кто вызывает,

CALLEE – вызываемая подпрограмма.

Естесттвенным образом, образуются вложенные области выполнения.

На первый взгляд, необходимо реализовать операцию выполнениявызова и возврата. Однако такой подход в общем случае не универсален.

Сначала было SUBROUTINE.

В начале 60-х годов появилась COROUTINE – сопрограмма.

Рассмотрим различные виды подпрограмм.

Легко заметить неравноправность между процедурой и основной программой: возвращаемся мы всегда в точку вызова, а процедура вызывается всегда «с самого начала».

Равенство возникнет тогда, когда вызываться подпрограмма будет с того места, откуда она первый раз вернулась.. Управление подобно игре в мяч:передал – стой на месте. Вот так:

При работе с Cobol было замечено, что компилятор осуществляет некоторую определенную последовательность действий : однопроходные трансляторы. Любой компилятор на Cobol можно представить как совокупность независимых взаимодействующих подпрограмм, передающих друг другу управление. Это бло похоже на взаимодействие отдельных программ.

В Модула-2 появился аналог COROUTINE, называемый ADDRESS –аналог void * в Си.

Напомним, что к void * можно неявно привести любой указательный тип. Наоборот – явно:

Void * T *//неявно

T * void *//только явно

Программисты Модула-2, что странно, часто использовали тип данных ADDRESS.

Любой объект данных принадлежит некоторому единственному типу данных Т. Все типы данных распадаются на непересекающиеся класссы эквивалентности, раззличающиеся по множеству операций и структуре. Классификация языков на строгие и нестрогие определяется по тому, каковы его ограничения на типизацию.

Moдула-2: 2 оператора, посвященных распараллеливанию процессов

1. NEWPROCESS – организация квазипараллельных процессоров. В современых языках программирования сегмент данных общий, но потоки управления могут быть различные.

NEWPROCESS(P, C, N);

NEWPROCESS(P: PROC, VAR C:ADDRESS, N: INTEGER)

P-процесс, процедура

C-аддрес процесса или процедуры

N-длина области, отводдящейся под работу данному процессу.

1. PROCEDURE TRANSFORM(VAR C1, C2: ADDRESS)

Оператор осуществляет передачу управления от С1 к С2.

Подпрограмма P вызов P  формальные параметры размещаются в стеке или некотрой глобальной области данных, доступной для процедуры(в отличие от случая со стеком, тут невозможна рекурсия).

Если мы не будем сохранять значения в стеке, то рекурсия возможна.

Для работы параллельных процессов необходима запись активации.

Содержит:

• Адрес возврата

• Значения формальных параметров

• Значения локальных переменных

Где она находится? Это дело самого программиста.

Что такое N в параметре оператора NEWPROCESS? Оцениваем сттек, размеры локальных параметров и т. д.

Получаем противоречие: язык Модула-2 высокого уровня, а объяснить, чо такое N можно только на уровне ассемблера, что ввообще характерно для общего уровня реализации сопрограмм.

Понятие спрограммы, как мы видим, достаточно мощное, однако в современные языки программирования не вошло. Почему?

Сопрограммы – это разновидность квазистатических процессов, а в этом случае лучше использовать потоки.

Пример: Java – понятие JVM(java Virtual Mashine), а в ней – понятие потока. В .Net есть понятие потока Thread – из WinApi, а в самой .NET – NativeThread. Но это – квазистатичные потоки. Понятие сопрограммы заменилось на квазистатический поток. Они реализованы точно так же, как и сопрограммы, но на уровн компилятора, а не на уровне библиотеки.

Каждая сопрограмма всегда похожа на процедуру: по потоку мы всегда указываем, какую процедуру будет использовать наш поток.

Уже в C# 2.0 появилось несколько довольно любопытных понятий:

Набор FOREACH для пробега по коллекции. А коллекция это любой интерфейс, представляющий IEnumerable – интерфейс, состощий из двух методов:

GetEnumerator();

Current(); //ссылка на текущий элемент

bool MoveNext(); //удалось или нет перейти на следующий элемент.

Reset();

Замечание

В начале для просмотра первого элемента можно сделат MoveNext.

Если писать свои классы, то надо будет дополнительно сделать свой Enumerator. Проще всего, конечно, сделать «наследование»(ctrl+c, ctrl+v). Но если наследование кода проще, чем наследование классов, это не очень хорошо.

Развитие C# шло в интерактивном направлении: появились yield-операторы. yield-операторы могут встречаться в двух видах:

• yield return obj;

• yield break;

Метод getEnumerator возвращает информацию о текущей итерации. Представим, что процесс итерации записан отдельно и наша программа по очереди выдает каждый элемент коллекции.

Идея: запрограммировать сопрограмму, которая по очереди выдает каждый элемент коллекции. Написать такой цкил – очень просто.

В C# своя коллекция – чаще всего она основана на коллекции из .NET.

class MyCollection: IEnumerable{

public IEnumerator GetEnumerator(){

сопрограмма

yield break; //означает, что соответствующая сопрограмма закончилась

}

..................................

};

Система C# по IEnumeratorn генерирует встроенный объект. Просходит вызов. MoveNext – пока есть трансфер управления на следующий элемент внутри сопрограммы до следующего yield break

Практически мы этот цикл разбиваем на куски.

Представление итератора как некоторого отдельного процесса очень удобно и логично – это взялось из функционального программирования, где существуют бесконечные структуры данных (lazy computation).

Замечание.Понятие итератора и сопрограммы очень похожи. Итератор выдает ссылки на элемент колекции тогда, когд понадобится. Почему в C# итератор вдруг реализован именно таким образом? Дело в том, что туда отдельно начали добавлять элементы функционального программирования.

В C# 2.0 пвявились анонимные делегаты, а в C# 3.0 – лямбда-функции. С точки зрения современных языков программирования сопрограммы оказались глубоко зарыты в потоках и в итераторах. Явно остались лишь те подпрограммы, у которых есть 1 вход и 1 выход.

Пункт 5.2 Поток данных в подпрограммах(передача данных)

Передача данных в подпрограммах может осуществлляться

• через глобальные данные

• через параметры

Механизм глобальных переменных вреден тем, что в нем не работает защита абстракции, сддедовательно, возникает побочный эффект. Побочный эффект можно определеить двояко.

1. Как действие процедуры или функции, в результате которого она меняет значение внешних переменных

2. Как модификация процедурой или функций тех данных, которые являются глобальными относительно других данных

Желательно, чтобы побочный эффект при написании процедуры происходил относительно ее параметров, а не относительно глобальных переменных.

Ведь если мы допустим такое, может выясниться, что несколько процедур используют одну и ту же глобальную переменную, меняя при этом свое значение, а это часто приводи к неразберихе.

Отсюда в современных языках возобладало мнение, что данные лучше передавать только через параметры.

В объектно-ориентированном подходе проблема глобальных переменных исчезла, и он был очень поззитивно вооспринят

Пусть, к примеру, в нашем классе была функция-член void f() {……i……..}

Тогда если i – член класса, виден только он и боьше никто.

Сосредоточимся на передаче данных через параметры.