Языки программирования.

Лекция 10.

26.10.04

Строки

Строка - некоторая последовательность символов. Строки в силу своей специфики нельзя сводить только к массивам символов.

В STL введены шаблоны(хранятся в динамической памяти)

-Vector

-String

Массив значений по сути Vector, но не является специализацией стандартного контейнера

Vector.

Строку от обычного вектора отличает:

-изменчивость.

Самая частая операция со строками - операция конкатенации. Так же часто производится поиск, присваивание, обрезание начала строки. Поэтому реализация строк как массивов оказывается неэффективна.

Строки настолько часто употребляются, что создатели многих языков вынесли их в базис языка.

В Java и в Cи# строки встроены в сам язык:

5 + str- либо преобразование строки в число, либо преобразование целого в строку (конкатенация).

Любой тип- производный от базисного типа Object (ТObject - в Дельфи ), который имеет встроенный метод ToString для перевода в строковый тип, что облегчает перевод в строку. Если компилятор чувствует необходимость в переводе в строку, он вызывает ToString, который можно переопределить.

Для типов данных классов метод ToString возвращает тип этого объекта.

В C++ они вынесены в стандартную библиотеку STL. Преобразования зависят не от компилятора, а от программиста (возможность перекрытия стандартных знаков и т.д.).

Подобные преобразования строкового типа данных интегрированы в Java, потому что реализовать их средствами языка нельзя.

Пример:

ASP, PHP, JSP, ASP.NET - технологии динамической генерации веб-страниц.

Скрипты, написанные на ASP и переписанные на ASP.NET стали работать хуже. В частности, из-за неэффективной работы со строками.

В C# и Java есть специальный класс, оптимизированный под построение строки, - StringBuilder. И есть специальная операция Format, позволяющая эффективно её форматировать.

Глава 3 "Процедурные абстракции"

Абстракции - подпрограммы. К ним относятся - процедуры и функции.

Подпрограмма- есть последовательность однотипных вычислений. Мы можем дать это последовательности имя и вызывать её из программы.

Основное назначение функции - вычисление одного значения. return E - оператор явного возврата.

Целью процедуры является побочный эффект - изменение параметров среды.

Главный оператор - оператор присваивания. И этот оператор имеет побочный эффект - он меняет значение левого операнда.

С этой точки зрения такие языки называют императивными или процедурными.

С современной точки зрения процедура - чёрный ящик, имеющий один вход и один выход. Не важно, какая структура этого ящика. Не важно, с какой точки процедуры выход( при использовании: выход один).

С современной точки зрения (1967 год - Э. Дейкстра) оператор goto - вреден. Структурное программирование - программирование в терминах структур (структура - вещь с одним входом и одним выходом - циклы, условные операторы и т.д.).

Процедуры в современных ЯП - это также структура с одним входом и одним выходом.

Подпрограммы.

Альтернативная вещь – сопрограммы (были популярны в несовременных языках).

1) Подпрограмма

Подпрограмма всегда подчинённая. Главная программа в какой-то точке вызывает подпрограмму. Р начинается с первого оператора, а передает управление, куда скажет главная.

главная программа: подпрограмма :

c all p Р

…

c all p

2). Сопрограмма(сп)

Для сопрограммы понятие главной программы отсутствует.

Есть сопрограмма 1 и сопрограмма 2.

СП 2 вызывает СП1 с первого оператора, потом возврат в СП2. После выполнения нескольких операторов в СП2 управление снова передаётся в СП1, но начиная со следующего оператора за последним выполненным.

Р 1 Р2

.

. .

Вместо оператора вызова используется оператор возобновления - resume

Походит на взаимодействие параллельных потоков.

Есть в Модула-2.

Почему в современных ЯП не используется понятие СП?

1. В некоторых случаях нужна именно подчинённость.

Внешне СП похожи на параллельные процессы, в каждое время может выполняться только одна СП. Вместо СП в современных яп мы используем реальное понятие потока (вместо низкоуровнего понятия)- на базе JVM или на родном понятии потоков, понятие потоков встроено в любую из современных ОС, но программы становятся менее переносимыми, С#- на базе потоков .NET.

Параметризации подпрограмм.

Рассмотрим вопрос параметризации процедур. У каждой процедуры мы указываем набор параметров.

Формальные параметры – переменные языка, но особого рода.

Фактические параметры - выражения или переменные (частные случаи выражения).

Фактические параметры <=> (связывание) формальные параметры.

Связывание всегда динамическое, т.к. процедура имеет смысл, как динамические абстракции.

Понятие абстракции:

• определение

• вызов- конкретизация соответствующей абстракции(происходит связывание фактических и формальных параметров).

Есть 3 семантики (эффекта, а не способа) связывания:

1. Входные параметры (параметры, от которых требуется только значение); мы используем только значение фактических параметров, они не меняются.

2. Выходные параметры –параметры не обязаны иметь начальное значение, но могут быть изменены.

3. Изменяемые параметры - требуется и исходное значение и возможность его изменения.

В Аде:

1-in

2-out

3-inout

procedure P (X: in T; Y: out Z; w: inout TT)

Входным параметром может быть произвольное выражение.

Для выходных - это только переменная, которая занимает фиксированное место в памяти.

Для изменяемых параметров - переменная, которая может не занимать фиксированное место в памяти, но она обязана иметь своё значение.

В большинстве ЯП вместо указания семантики передачи параметра указывается способ (механизм) передачи параметра.

Способы передачи параметров:

1. По значению

2. По результатам

3. По значению/результатам

4. По ссылке/адресу

5. По имени.

1-й, 2-й, 3-й способ:

Любой формальный параметр (ФП) есть некоторая локальная переменная. Место для локальных переменных отводится в стеке. Там же отводится место и для ФП.

1-й способ - значение фактического параметра копируется перед call в ФП. Все изменения ФП связаны с изменением локальной переменной не сказываются на фактическом пар-ре. Фактический параметр- любое выражение, которое вычислится при копировании в переменную. Главное- совпадение типов.

2-й способ - перед возвратом значение ФП копируется в фактический параметр.

3-й способ - перед CALL копируем фактический параметр, а перед return копируем всё обратно.

Эти способы передачи параметров один в один соответствуют 3 семантикам связывания.

Во всех современных ЯП используется только 1-й вариант из этих 3-х.

2 и 3 включают в себя копирование при больших размерах параметра- накладно. 1 используется в основном для простых типов данных.

Ещё в современных ЯП используется 4-й тип - по ссылке.

4-й способ-Передача по ссылке - фактически, это передача адреса по значению(в Си вызывается операция взятия адреса)  изменение фактического параметра этот способ может реализовать все 3 семантики: in, out, inout.

Если мы хотим передавать параметр по ссылке (т.к. он велик, и мы не хотим его копировать), но не хотим, чтобы его меняли, то для этого, например, в Си++ введён механизм константных ссылок.(Нет в Паскале, Модула-2, Оберон)( Си++ отличается от Си введением ссылочного тд):

const T& a;// T- как правило, структурный тд

const int& a;// обычно не используется

способ- по ссылке, семантика- входная  cсоответствующую ссылку мы не можем менять можем передавать не только адрес, но и ссылку на константные объекты(формально адреса в Си++ не имеет).

LHS - то, что может находиться в левой стороне оператора присваивания.

1). В Аде-83 компилятор выбирает сам способ передачи параметров, программист указывает только семантику.

2). С- только по значению.

3). С++-1,4 способы.(входной параметр либо по значению, либо константной ссылкой, выходной параметр - по ссылке)

4). Паскаль, Модула-2, Оберон- 1,4 способы(семантику указать не можем)

5). Java - есть простые типы данных и референциалные.

Все простые типы данных - по значению, а референциальные (ссылки) - по ссылке

(в общем все по значению, в том числе и ссылка)

void f (int a){}// по значению

class X {...}

void f (X a)// ссылка

Передача по ссылке объекта простого типа.

Любому тд соответствует встроенный в базис языка тип, например:

int -> Integer

Java.lang - специальный пакет, содержащий все объявления классов стандартной библиотеки, интегрированных с языком. По умолчанию имена из этого пакета импортируются в файл. (string, Object, все классы-обертки и т.д.) Если класс-обертка появляется в качестве ФМ функции, то соответствующим фактическим параметром может быть выражение соответствующего типа:

void f (Integer a)

то, используя упаковку-распаковку:

int x;

f(x) ~ f (new Integer (x))

new Integer (x)- новый объект передача по ссылке любые изменения со ссылкой отражаются на х и при выходе происходит выделение объекта х.

В C# аналогично с Java, но мы должны перед именем параметра указать ref:

void f(ref int a);// а по ссылке Int32 + boxing и unboxing

f(ref x)- для структур ref необходим

класс Х:

void f(ref X a)- ссылку передаем по ссылке(можем менять как ссылку, так и объект), ref относится к ссылочным тд

В языке Java мы должны создать класс

Ref X {X a;}- здесь мы ссылку менять уже можем и передаем по ссылке., сами моделируем.

В языке С# выходной параметр по ссылке(отражение семантики):

ref out int a; от а не требуется входное значение.

void f(ref int a); - 3-й тип параметров (изменяемые параметры)

От объекта а требуется статус определенности, его можно изменять!

X a = null; - нормально проинициализировали значение.

X a; - несуществующее значение - при попытке передачи параметра по ссылке будет ошибка.

Т.о. входной параметр – по значению, выходной параметр по ссылке с модификатором out и ref необходимо указывать и при вызове соответствующей функции. Изменяемый параметр- передаем по ссылке  требуется начальное значение.

6). В языке Дельфи есть передача параметров по значению и по ссылке( комбинация Паскаля и объектно-ссылочного языка). Значениями объектов являются ссылки, поэтому все комбинации соответствующих средств у нас обеспечены.

Во всех современных ЯП специально специфицируется способ передачи параметров и способ указать семантику средств.

7). В Ада 83 специфицируется только семантика, а компилятор сам определяет способ передачи.

Передача простого значения (например 1 адресуемая ячейка, которая часто используется) по ссылке (2 разыменования указателя ) менее эффективна, чем по значению(2 копирования в конце и начале)

Ада 95:

In простые типы- по значению, непростые - по ссылке.

Inout- все параметры по ссылке

Out- все параметры по ссылке

Из-за требований переносимости: