Сист. прогр. Ч2 (1085771), страница 12
Текст из файла (страница 12)
г) объединения данных.
2. Распределение памяти и область действия имен :
а) способы распределения памяти,
б) блочная структура.
3. Гибкость доступа к данным :
а) указатели,
б) унарные операторы.
4. Функциональная модульность ;
а) функции ,
б) рекурсии.
5. Асинхронные операции :
а) управление по условию,
б) сигналы,
в) мультизадачный режим.
6. Расширяемость :
а) макрокоманды времени компиляции,
б) структуры данных,
в) подпрограммы.
7. Разное .
ТИПЫ И СТРУКТУРЫ ДАННЫХ
В большинстве языков программирования предусмотрена возможность непосредственной обработки лишь ограниченного набора типов данных. В ФОРТРАНе, например, целые числа (числа с фиксированной точкой) и вещественные числа (числа с плавающей точкой) являются основными типами данных; комплексные числа и логические переменные допустимы только в некоторых реализациях. Хотя в ФОРТРАНе и допустима обработка символьных данных, однако делается это очень неудобно и громоздко, поскольку такие данные приходится рассматривать как целые либо как вещественные числа.
Как было показано при рассмотрении ассемблеров и загрузчиков, обработка символьных и битовых данных является основой большинства операций системного программирования. Более того, используемые базы данных являются на самом деле гораздо более сложными конструкциями, чем простые массивы. В частности, каждый элемент такой базы может в свою очередь состоять из нескольких полей, содержащих, возможно, даже различные типы данных. Такие типы данных, как битовая строка, символьная строка, а также структуры данных, предусмотренные в языке С, отвечают требованиям системного программирования.
СИМВОЛЬНАЯ СТРОКА
В С имеется богатая библиотека функций для работы с символьными строками, в частности туда входят:
1. Функция определения длины строки. Параметром функции является символьная строка, результатом - длина этой строки.
2. Функция конкатенации
3. Функции выделения подстрок, используемая для включения и исключения строк.
Ясно, что, допуская строку переменной длины , мы можем проиграть в эффективности из-за дополнительной обработки, связанной с распределением памяти и преобразованием таких строк. Это одна из проблем, с которой часто встречается разработчик компилятора.
СТРОКА БИТОВ
Над целыми числами и строками битов, допускаются следующие логические операции:
1. Побитовое И ( AND).
2. . Побитовое ИЛИ ( OR).
3. Исключающее ИЛИ ( XOR).
3. Унарная логическая операция НЕ ( NOT).
СТРУКТУРЫ и ОБЪЕДИНЕНИЯ
Структуры позволяют объединять данные разных типов под одним именем. Объединения позволяют данным разных типов использовать одну и ту же область памяти
. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ И ОБЛАСТЬ ДЕЙСТВИЯ ИМЕН
Во многих случаях при решении задачи на машине встает проблема минимизации как размеров самой программы, так и области памяти, необходимой для данных. Для существенного сокращения размера области памяти, необходимой для размещения данных, имеются два пути:
1. Резервировать память, только когда это необходимо. Например, при работе ассемблера одни данные необходимы только при первом просмотре, а другие - только при втором.
2. Резервировать ровно столько памяти, сколько необходимо, во многих случаях размер массивов и таблиц заранее неизвестен (т. е. их размер зависит от входных данных), и было бы весьма полезно задерживать резервирование памяти под такие данные, если, конечно, это допускается компилятором.
Типы памяти и блочная структура представляют собой средства языка С, обеспечивающие такое управление памятью.
ТИПЫ ПАМЯТИ
С предоставляет в распоряжение программиста следующие типы памяти: статическую, автоматическую и глобальную.
Статическая память постоянна и выделяется во время компиляции. Статическое распределение памяти является единственно возможным во многих языках программирования, например в ФОРТРАНе.
Автоматическая память распределяется при входе в блок, чаще всего на уровне функции. Например, если в функции SUBR объявлена переменная А , то А будет выделена память при первом обращении к функции. Когда функция закончится, память, отведенная под переменную А, будет освобождена для возможного использования другими функциями. Поэтому вполне вероятно, что при разных обращениях к функции SUBR переменной А будут выделяться разные участки памяти. Память для переменной А распределяется автоматически во время выполнения программы.
Управляемая память дает возможность программисту управлять распределением памяти при выполнении программы. Он может резервировать блок памяти, когда это необходимо, и может освобождать его в процессе выполнения программы. При рассмотрении указателей будут даны примеры использования управляемой памяти.
ГИБКОСТЬ ДОСТУПА К ДАННЫМ
Гибкость как в доступе, так и в передаче данных является одной из существенных предпосылок эффективного системного программирования. Гибкость доступа подразумевает способность манипулировать с самоопределенными структурами данных, а также со сложными организациями, подобными списковым структурам. Гибкость в передаче определяется способностью изменять и устанавливать место, куда должны быть переданы данные, в зависимости от входных данных и результатов предыдущих вычислений. Тип данных, названный указателем, в соединении с динамической памятью обеспечивают достаточно гибкий доступ к данным.
УКАЗАТЕЛИ
Указатели средство идентификации переменных, функций и областей памяти. При объявлении указателя на функцию используется псевдоописание функции, в которое при необходимости можно подставить вызов нужной функции. При выделении блока памяти, программист может завести для него один указатель, а при выделении памяти для другого блока - другой указатель. Теперь эти два блока различаются своими указателями. Напомним, что память, явно выделяемая программистом для размещения переменных, называется управляемой памятью.
Унарные и арифметические операции.
В языке С используются следующие арифметические операторы: + (сложение),
-(вычитание), * (умножение), / (деление), %( остаток от целочисленного деления), а также операции ++ и --, которые соответственно добавляют 1 или вычитают 1 как из переменных, так и из указателей. Над указателями одного типа могут производится операции сложения, вычитания и сравнения.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДУЛЬНОСТЬ
Одним из наиболее важных аспектов проектирования системы является возможность автономного написания, реализации и отладки отдельных модулей такой системы.
Механизм загрузки, рассмотренный ранее, позволяет объединить в общую программу отдельные программные модули, называемые также подпрограммами или функциями. Хотя понятие подпрограммы носит довольно общий характер, во многих языках программирования, таких, например, как АЛГОЛ и КОБОЛ, оно не используется.
Функции
В С используются функции, которые всегда внешние. Функция может быть как самостоятельным программным модулем, который компилируется отдельно и связывается с другими программными модулями с помощью загрузчика, так и компилироваться совместно с другими функциями в составе файла.
РЕКУРСИЯ
Рекурсия, реализация которой упрощается благодаря применению автоматической памяти, является важным средством программирования, позволяющим решать широкий круг задач. Как будет показано при обсуждении вопросов проектирования компиляторов, многие программы мы должны писать как рекурсивные. Мы уже убедились в том, что при реализации макропроцессора рекурсия была удобным способом реализации макровызова, содержащегося внутри макроопределения.
Более того, многие алгоритмы гораздо удобнее описывать и программировать с использованием рекурсии. Например, стандартное математическое определение факториала выглядит следующим образом:
1, если n=0 или n=1,
п*(п—1)!, если n=^(0 или 1).
АСИНХРОННОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ
Большинство языков программирования основывается на последовательном и синхронном выполнении операции, т. е. в любой момент времени выполняется одна команда, операторы обрабатываются последовательно друг за другом, пока не встретится оператор GO TO, изменяющий эту естественную последовательность. Однако в системном программировании встречаются ситуации, которые вызывают необходимость выполнения непоследовательной или несинхронной операции, как, например:
1. Обработка внутренних и внешних прерываний, т. е. прекращение нормальной последовательности выполнения программы, вызванное возникновением некоторого условия, связанного с выполнением программы, или внешнего условия, как, например, окончания или обнаружения ошибки при операции ввода- вывода.
2. Прерывания, вызванные, например, неправильными результатами, обнаруженными функцией, о чем должно быть сообщено другой функции.
3. Мультипрограммный режим работы операционной системы, при котором одновременно выполняется более одной задачи.
УСЛОВИЯ
С представляет богатые возможности реализации в языке высокого уровня непоследовательного выполнения программы.
Механизм условий является как раз тем средством, которое позволяет программисту обрабатывать различные прерывания и специальные случаи и управлять ими.
СИГНАЛЫ
Сигналы представляют собой прерывания, вызванные либо программистом, либо операционной системой. Преимущество использования сигналов состоит в том, что управление передается подпрограмме обработки соответствующего прерывания.
МУЛЬТИЗАДАЧНЫЙ РЕЖИМ
В С предусмотрены мультизадачные средства, облегчающие программирование в мультипроцессорных системах.
РАСШИРЯЕМОСТЬ И МАКРОКОМАНДЫ ВРЕМЕНИ КОМПИЛЯЦИИ.
Такие средства языка С , как типы данных, структуры данных и т. д., языка дают возможность программисту создавать более мощные системы программирования, опираясь на базовые средства языка.
Во многих языках допускается описание некоторой последовательности операторов в виде определения и присвоения этому определению имени аналогично заданию макроопределений в языке ассемблера. Такие операторы программист может включать в свою программу простым употреблением имени определения, что особенно полезно при программировании тесно связанных программ, многие из которых используют одни и те же базы данных. В этом случае один программист может описать структуру данных с помощью соответствующих операторов описания и определить это описание как макроопределение. Его коллега, вместо того чтобы повторять ту же работу, пишет в своей программе макровызов этого определения, и во время трансляции программы компилятор заменит такой макровызов на соответствующую последовательность операторов.
Фактически это позволяет в языке С вводить новые типы операторов, и таким образом язык можно ориентировать и расширить для решения специального класса задач.
РАЗНОЕ
Препроцессор транслятора с языка С обеспечивает возможность выполнения трех основных операций: подстановки строк, включения файлов и условной трансляции. Препроцессор, являясь фактически нулевым проходом транслятора с языка С , обеспечивает возможность выполнения предписываемых ему действий до начала трансляции программы. Подстановка строк используется не только для символических констант, но и для подстановки произвольных строк языка С. Осуществляемая при помощи препроцессора условная компиляция позволяет порождать из одного исходного файла различные версии объектных программ в зависимости от указанных параметров компиляции. Кстати при помощи препроцессора можно использовать макросы в качестве подпрограмм.
С точки зрения использования при реализацци операционных систем являются следующие:
Возможность доступа к аппаратным средствам ( например, доступа по физическим адресам и доступа к отдельным битам внутри машинного слова).
Возможность размещения кода и данных по указанным физическим адресам.
Возможность динамического выделения и освобождения памяти.
Возможность инициализации переменных на этапе трансляции( в частности таблиц).
Параллелизм.
Как и многие другие современные языки, С имеет средства, предназначенные для специальных применений. Например, в Англии до перехода к десятичной системе в 1971 году в коммерческих применениях широко использовался описатель «стерлинг». Описатели «с плавающей точкой» и «комплексные переменные» удобны для инженерных применений.
РЕЗЮМЕ
Описанные в этой главе свойства языка С не исчерпывают всех средств, имеющихся в языке. Обсуждались только свойства, отличающие его от других распространенных языков. Представляется, что эти свойства будут играть все большую роль в будущих языках и системном программировании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
