Н. Вирт - Программирование на языке Модула-2 (1160777), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Modula: a language for modular multiprogramming. Software - Practice and Experiment»,7,335 (1977).3. J.G.Mitchel, W.Maybury, R.Sweet. Mesa Language Manual. Xerox PARC, CSL-78-1 (1978.Часть 11. ВВЕДЕНИЕХотя данное руководство и предполагает знакомство читателя с основными понятиямиинформатики, однако, по-видимому, все же уместно начать с объяснения некоторых понятий итерминологии. Мы осознаем, что (за редким исключением) программы пишутся (более точно проектируются) с целью их интерпретации вычислительной машиной. Машина в этом случаевыполняет некий процесс, т.е. последовательность действий в соответствии со спецификацией,заданной программой. Этот процесс также называется вычислением. Программа сама по себе - этоне что иное, как текст. Поскольку она, как правило, определяет достаточно сложный процесс идолжна делать это с максимальной точностью и учетом всех деталей, смысл этого текста долженбыть определен очень строго.
Такая строгость требует наличия некоторого Формализма, длякоторого теперь используется термин язык. Мы принимаем это название, хотя на языке обычноговорят, и он гораздо менее четко определен. Наша цель здесь - изучить Формализм, или язык,называемый Модула-2 (далее - просто Модула).Программа обычно определяет процесс, который заставляет интерпретатор, т.е.
ЭВМ, считыватьданные (так называемый ввод) из некоторых источников и варьировать свои последующиедействия в зависимости от вводимых данных. Имеется в виду, что программой определяется неединственный процесс, а целый класс вычислений (обычно неограниченный). Мы должны8гарантировать, что во всех случаях эти процессы будут действовать в соответствии с заданнымиописаниями (или, следовало бы сказать, нашими ожиданиями). Мы могли бы проверить, чтоописание действительно удовлетворяется в случае единственного процесса вычислений, но вобщем случае это невозможно, поскольку класс всех допустимых процессов слишком велик.Добросовестный программист обеспечивает правильность своей программы путем ее тщательнойразработки и анализа.
Именно тщательная разработка - сущность профессиональногопрограммирования.Задача проектирования программы еще больше осложняется тем, что программа должна не толькополностью описывать класс вычислений, а часто также должна интерпретироваться (выполняться)различными интерпретаторами (вычислительными машинами). Раньше это требовало ручногоперевода исходного вида программы в различные машинные коды, причем приходилосьпринимать во внимание разнообразные характеристики и ограничения этих кодов. С созданиемязыков высокого уровня, имеющих Формальныеопределения,ипостроениемавтоматических трансляторов, преобразующих программы в коды различных машин, трудностикоренным образом уменьшились, хотя и не исчезли.
В принципе Формальный язык следовало быопределять абстрактным образом, возможно аксиоматически, не делая никаких ссылок нареальную машину или на конкретный механизм интерпретации. Если бы это было достигнуто, топрограммисту нужно было понимать только сам Формальный язык. Однако такая общность частослишком сильно ограничивает действия программиста и требует дополнительных затрат,поэтому во многих случаях он все же должен знать основные характеристики своей машины илимашин. Тем не менее квалифицированный программист будет стремиться как можно меньшеобращаться к специфическим характеристикам машины, а опираться исключительно на стандартФормального языка, чтобы сохранить универсальность и мобильность программы. Язык Модулапомогает решать эту задачу: машинные зависимости заключаются в особыеобъекты,используемые только в так называемом низкоуровневом программировании.Из сказанного выше становится ясно, что процесс трансляции расположен между написаниемпрограммы и ее интерпретацией.
Процесс этот называется компиляцией и состоит в переводеисходного текста в кодированное машинное представление. Качество компиляции можетоказывать решающее влияние на эффективность последующей интерпретации программы. Мыподчеркиваем тот Факт, что может быть много компиляторов с одного языка (даже для однойЭВМ): одни более, другие менее эффективные. Важно понимать, что эффективность характеристика реализации, а не языка, и, следовательно, необходимо разделить понятия "язык" и"реализация".Подведем итог:Программа - Фрагмент текста.Она задает процесс вычислений.Процесс осуществляется некоторым интерпретатором, обычновычислительной машиной, интерпретирующей (выполняющей)программу.Смысл программы задается Формализмом, называемым языкомПрограмма задает некоторый класс вычислений, причем исходные данные играют роль параметракаждого конкретного процесса.Перед выполнением текст программы транслируется компилятором в машинный код.
Этотпроцесс называется компиляцией.Разработка программы включает в себя обеспечение того, чтобы все члены упомянутого классавычислений функционировали в соответствии с определением. Это осуществляется тщательной9аналитической верификациейвариантов.программыИизбирательным тестированием характерныхВ программах по возможности следует воздерживаться от использования особенностейконкретных интерпретаторов (вычислительных машин).
Только в этом случае можно бытьуверенным, что смысл программы будет понят по описанию языка.Компилятор - программа, переводящая исходный вид программы в коды конкретной машины.Перед выполнением программа должна быть откомпилирована. Программирование в широкомсмысле слова подразумевает не только составление программы, но также и конкретнуюподготовку текста, его компиляцию, исправление ошибок, так называемую отладку ипланирование тестов. Современный программист использует для этих целей много различныхсредств, включая редакторы, компиляторы и отладчики.
Он также должен быть знаком спрограммным окружением этих компонент. Мы не будем касаться всех этих аспектов, асосредоточим внимание на языке Модула.2. ПЕРВЫЙ ПРИМЕРПроследим этапы разработки простой программы и поясним на ее примере некоторыефундаментальные понятия программирования и основные средства языка Модула. Рассмотримследующую задачу: даны два натуральных числа х и у; надо вычислить их наибольший общийделитель (нод).Приведем необходимые для решения этой задачи математические сведения.1. Если х равен у, то х (или у) - искомый результат.2. нод двух чисел не изменится, если большее из них заменить их разностью, т.е.
вычесть избольшего числа меньшее.Если выразить это в математических терминах, то получим следующие правила:1. нод(х,х) - х2. Если х > у, то нод(х,у) - нод(х-у,у)Основной рецепт, так называемый алгоритм получения нод, таков: изменять числа х и у согласноправилу 2 так, чтобы их разность уменьшалась. Повторять это до тех пор, пока числа не станутравными. Правило 2 гарантирует, что при этих изменениях нод(х,у) все время остается одним итем же, а правило 1 гарантирует, что в конце концов мы найдем результат.2. Первый примерТеперь мы должны записать эти рекомендации в терминах Модулы. Первая попытка приводит кследующему наброску (первая версия).
Заметим, что символ # означает "не равно".WHILE х # у DO"применить правило 2, уменьшив разность"ENDТекст в кавычках представляет собой предложение естественного языка. Вторая версия уточняетпервую, заменяя естественный язык Формальными терминами.WHILE х # у DOIF x > у THEN10х : = x - y ELSEу := у - хENDENDЭтот Фрагмент текста - еще не готовая программа, но он уже демонстрирует одну существеннуючерту языка структурногопрограммирования - иерархическую структуру. Вся первая версия -это один оператор, и онсодержит другой подчиненный "оператор" (текст в кавычках). Во второй версии этот внутренний"оператор" детализирован, и появились новые подчиненные операторы, заменяющие значение хзначением х - у. Такая иерархия операторов отражает структуру, лежащую в основе алгоритма.Она явно видна, благодаря структуре языка, разрешающего вложение компонент программы другв друга.
Поэтому важно знать структуру, т. е. синтаксис языка до самых мельчайших деталей. Втексте мы отразили вложение или подчинение сдвигами строк. Хотя это и не требуется нормамиязыка, но существенно помогает пониманию программы.Отражение внутренней структуры алгоритма в структуре текста программы - ключевая идеяструктурного программирования.
По существу, невозможно понять смысл программы, еслиисчезнет ее структура, как это бывает, когда компилятор выдает машинный код. Мы должныиметь в виду следующее - программа бесполезна, если человек не может в ней разобраться иудостовериться в ее правильности.Теперь приступим к получению из написанного выше Фрагмента законченной программы.Понятно, что нужно задать действия, присваивающие начальные значения переменным х и у, идействие, делающее видимым результат. Казалось бы, для этой цели нам потребуется знаниемашинных средств связи с пользователем. Но поскольку мы не хотим обращаться к спецификеконкретных машин, особенно в таком важном и часто встречающемся случае, как генерациявыходной информации, введем абстракции средств связи, предполагая, что они будут в наличии(реализованы некоторым подходящим образом) на всех ЭВМ, на которых возможнопрограммирование на Модуле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
