Языки программирования. Лекция 5.

Атрибуты данных:

1). Имя

Неименованные данные:

• константы (например просто 1);

• Объекты из динамической памяти( Т * р= new T объект ,на который ссылается р не именованный );

Все яп, которые мы рассматриваем, характеризуются статическим связыванием имени с данными( Pascal, C++ и т.д. ).

Пример: виртуальные функции

рх->f()

в классе х f() – виртуальная функция , следовательно, связывание динамическое, но связывание с именем происходит статически.

Причина: Посредством введения имени мы вводим всякого рода атрибуты, то статическое связывание позволяет компилятору знать о соответствующих атрибутах в момент трансляции . Т.о. он может лучше контролировать поведение объекта . Если поведение объекта отклоняется, то компилятор может вставлять корректирующий код или выдавать сообщение об ошибке.

Пример яп с динамическим связыванием – Lisp.

2). Тип данных(тд)

тд=мн-во операций+мн-во значений

С точки зрения тд яп бывают:

• “бестиповые” яп ( скрипт-языки);

Замечание: На самом деле таких языков не бывает( в них типы данных есть, но объект в соответствии со значением , которое ему положено, может принадлежать различным типам, т. е. Тип данных связывается динамически.

• статически определенные типы (т.е. тип связывается с объектом статически);

• динамические типы (объектно-ориентированные языки);

Замечание: вводятся статические типы данных и для указателей/ссылок вводятся динамические тд . Указатели/ссылки могут указывать как на статические объекты, так и на динамические.

Пример: яп Си

Класс Т:

Т*х;

Породим от класса Т класс Y. Потом

х=new Y;

Статический тип у объекта, на который указывает х, тип Т, динамический тип не известен , т.к. указатель на Т может указывать на любой производный класс (и только).

Динамический тд относится только к указателям и ссылкам.

3). Адрес

Адресов не имеют:

-регистровые переменные;

-константы;

Пример:

1. Register int x; &x-нельзя!

2. ADD x,2

КОП

Адрес х

2

2-непосредственный операнд.

Мы спускаемся на уровень реализации.

4). Значение

Пример:

В Си# есть обычные константы( в смысле Си ) и readonly – константы, которые могут только считываться после динамического присваивания.

5).Время жизни(вж)

Понятие вж тесно связано с классом памяти, т.к. объекты различных типов реализуются различными классами памяти.

вж	Класс памяти
Вся программа	Статический класс памяти
Блок Пример: i и k похожи int i; int main() {int k; } i и k формально различные классы памяти i-в блоке,k-глобальная, но по вж они различаются очень мало, они перестают существовать: k-при выходе из main i-после завершения программы.	Квазистатическая память: -составной оператор; -тело функции/процедуры; Класс чаще всего реализуется системным стеком. Впервые понятие блока, вложенных областей появилось в Algol’е 60. Первые реализации допускали двоякое представление: -нет рекурсии : все объекты внутри блоков статические; -рекурсия: моделировался стек; отличие статических и квазистатических объектов: от обоих можно брать адрес, но привязка адреса у первого- статическая, до начала выполнения программы. У второго – динамическая, но как только привязка произошла, адрес менять нельзя!
По усмотрению программиста	Динамическая память Обязательно должны существовать функции типа: -new( Ада, Pascal, C++ и т.д.)- отводит объект в динамической памяти ; -delete;

Пример:

В Pascal смешивать статические, динамические и квазистатические объекты нельзя( указатель- только на динамическую память), это сделано из соображений надежности.

В надежных языках:

• запрещено брать адрес от статических и квазистатических объектов;

• указатели указывают только на динамическую память;

Но реализация во многом зависит от ОС(PalmОС- реализация языка Си, в котором статические переменные меняют адрес. Все переменные находятся в оп, но есть функция “закрепляющая” переменную в оп).

В современных я зыках других классов памяти и вж нет. Но ведутся переговоры об объектах, которые будут существовать между запусками программы- вечные, persistence( сохраняемые объекты).Но введение подобного класса, требует универсального способа реализации, который очень сложен.

6). Область действия(од)

ОД распространяется на те данные, которые имеют имя. В наших яп имя присваивается как статически, в объявлениях, так и динамически( бестиповые яп):

if(a= =b){v=o;}//JavaScript v –не объявлена ранее

Если a<>b, то v-не появиться.

В традиционных яп:

имя->объект(для этого служит объявление/определение)

од-от начала определения и до конца соответствующей области.

(блоки, классы и т.д.)

ЯП бывают (зависит от характера связывания од) с :

• статической од( од связывается с какой-то синтаксической конструкцией языка- блок, класс, пакет и т.д.);

• динамической од( все зависит от цепочки динамической вложенности блоков):

proc P;// псевдо-Pascal

i¹: integer;

proc P1;

i²: integer;

P2;

end P1;

proc P2;

i:=0; // в статической од i¹:=0;

end P2;

… // в динамической од(-> -вызов)

P1; //P(i¹)->P1(i²)->P2 i²:=0;

P2; // P(i¹)->P2() i¹:=0;

end P;

в статической од: i¹:=0;

в динамической од(-> -вызов):

P(среда ссылок: i¹)->P1(среда ссылок: i²)->P2(среда ссылок: пусто)

i²:=0;

P(среда ссылок: i¹)->P2(среда ссылок: пусто)

i¹:=0;

Среда ссылок каждой функции помещается в стек и затем просматривается.

Динамические области ссылок необходимы для гибкости программы, но выполняются эти программы дольше, чем программы со статическими од.

В традиционных яп- статические од. Но в Си++, Delphi, Java есть понятие динамических областей действия- поиск обработчика исключений.(Медицинская страховка дается поликлиникой, но в дороге мы вызываем ближайшую скорую помощь, а не врачей из поликлиники).

Основная часть курса

Часть 1: Традиционные яп

Глава 1: Простые ТД(птд)

(скалярный базис)

Классификация птд:

1). Арифметические(основные)

-целочисленные

-вещественные

->с плавающей точкой

->фиксированные(с фиксированной точкой)(точность измерений, с точки зрения реализации -это числа целые, с физической – вещественные ( термометр, операции с деньгами))

->decimal (В С# 128 битные числа с фиксированной точкой). Нужны для проведения вычислений над очень большими вещественными числами , но с фиксированной точностью. Облегчает перевод данных из внутреннего представления.

(есть в Си#). Он пришел из баз данных, которые ,в свою очередь, от языка Кобол. Остальные типы- производные.

Разделение оправдано из соображений реализации операций.

2). Логические

3). Символьные

4). Порядковые (диапазоны и перечисления)

5). Указатели и ссылки

В паскаль представлены все эти 5 тд.

6). Функциональные(процедурные)- в Turbo Pascal,Модула-2.

Целочисленные тд

Проблемы:

1.представление(количество бит, представление отрицательных чисел

2.универсальность(наиболее полная номенклатура, т.е. наиболее полное представление)

3.надежность(операции не должны приводить к ошибкам)

ЯП бывают:

-фиксирующими представление;

-не фиксирующие представление;

-ADA-фиксирует, но позволяет гибко управлять.

Представление отрицательных чисел не фиксировано в современных яп вообще. Т.к. существуют на рынке архитектуры с представлением, как в обратном коде, так и в дополнительном. Программа должна быть переносима, следовательно, программист не должен зависеть от реализации отрицательных чисел

С:

sizeof(int) в Cи не фиксировано представление.

Т.к. int-родной тип для процессора (размерность int- это размерность процессора)-> эффективность.

В C#,Delphi,Java представление фиксировано-> переносимость.

1. универсальность-> эффективность(желательно иметь наиболее полный набор целочисленных типов)

В Java ориентирован на много платформ и в нем гораздо меньше целочисленных типов данных, чем в Delphi и C#-,которые ориентированы на одну, выбор большой.

1. Причины возникновения ненадежности:

   • переполнение

   • неявное преобразование типов(из-за наличия без знаковых и знаковых чисел)

Пример:

Преобразование тд

char c; // ошибка в программе!

while((c=getchar())!=EOF)

{…}

Может зацикливаться. Проблема в преобразовании integer-> char.

-char<integer;

-integer-знаковый, а char-зависит от архитектуры => EOF=-1->255(если без знаковый)-> происходит сравнение с 1.

В Модула-2:

integer->longint- допускается

cardinal(integer без знака)->longint - допускается

integer->cardinal-преобразования нет.

J:integer

I:integer

J:=I; I:=J;- запрещено!

Нельзя смешивать знаковые и без знаковые числа: это может приводить к трудно обнаружимым ошибкам. Официально в Си++(для поддержания С) это не запрещено, если это запретить, то объем работы будет очень велик.

Решение, предложенное Страуструпом: Транслятор с front- транслирует код из Си с классами(Си++) в чистый Си. Потом компилятор компилирует объектный код. Но он был написан на Си++, и в нем было смешение.

Можно вообще отказаться от без знаковых чисел.

Зачем нужны без знаковые числа?

1. Экономия места (16 битная машина:32767 против 65535, если 32 то все ок);

2. Физический смысл- адресная арифметика;

Языкам высокого уровня адресная арифметика уже не нужна.

Оберон:

Byte (без знаковое)->short-> int-> integer-> longint (вложение строгое)

Нет cardinal, т.к. 32 битная архитектура.

Java:

Byte(без знаковое целое) short(знаковое 2-байтное) int(строго 32-байтное) long

C#:

Полная номенклатура

знаковый	б/з
sbyte	byte
short	ushort
int	uint
long	ulong

Неявные преобразования:

-В пределах столбца сверху вниз;

-По косой :

byte->short

ushort->int

uint->ulong

Обратные преобразования запрещены. Все остальное должно быть явным.

Синтаксис преобразования:

T-имя типа, l-переменная

(T) l- преобразования в Си, Си++

T (l)- в С++

Переполнение

В С, C++(из соображений эффективности) постулировано, что никакие переполнения к срыву не приводят, т. к. в большинстве архитектур при возникновении переполнения устанавливается флаг:

OF- б/з

CF- знаковые

И большинство архитектур не генерируют прерывание.

В Си# есть управляемые области кода и если происходит переполнение, то возникает исключительная ситуация, если область кода не управляемая, то никакого прерывания не возникает.

Тенденции в современных яп:

-зафиксировать все представления;

-минимизировать ненадежность( запрет неявных преобразований и введение программного контроля);

Наиболее гибкая система целочисленных типов в языке ADA.

6