М. Бен-Ари - Языки программирования. Практический сравнительный анализ (2000) (1160781), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

B1: Bool_Array:=(0..15=>True, 16..31 => False);

B2: Bool_Array := (0..15 => False, 16..31 => True);

B1 :=B1 orB2;

Однако само объявление булевых массивов не гарантирует, что они представ­ляются как битовые строки; фактически, булево значение обычно представ­ляется как целое число. Добавление управляющей команды

pragma Pack(Bool_Array);

требует, чтобы компилятор упаковывал значения массива как можно плот­нее. Поскольку для булева значения необходим только один бит, 32 элемента массива могут храниться в 32-разрядном слове. Хотя таким способом и обес­печиваются требуемые функциональные возможности, однако гибкости, свойственной языку С, достичь не удастся, в частности, из-за невозможно­сти использовать в булевых вычислениях такие восьмеричные или шестнад-цатеричные константы, как OxfOOf OffO. Язык Ada обеспечивает запись для таких констант, но они являются целочисленными значениями, а не булевы­ми массивами, и поэтому не могут использоваться в поразрядных вычисле­ниях.

Эти проблемы решены в языке Ada 95: в нем для поразрядных вычислений могут использоваться модульные типы (см. раздел 4.1):

type Unsigned_Byte is mod 256;

UI,U2: Unsigned_Byte;

U1 :=U1 andU2;

Поля внутри слов

Аппаратные регистры обычно состоят из нескольких полей. Традиционно до­ступ к таким полям осуществляется с помощью сдвига и маскирования; опе­ратор

field = (i » 4) & 0x7;

извлекает трехбитовое поле, находящееся в четырех битах от правого края слова i. Такой стиль программирования опасен, потому что очень просто сде­лать ошибку в числе сдвигов и в маске. Кроме того, при малейшем измене­нии размещения полей может потребоваться значительное изменение про­граммы.

- Изящное решение этой проблемы впервые было сделано в языке Pascal: использовать обычные записи, но упаковывать несколько полей в одно сло­во. Обычный доступ к полю Rec.Field автоматически переводится компиля­тором в правильные сдвиг и маску.

В языке Pascal размещение полей в слове явно не задается; в других языках такое размещение можно описать явно. Язык С допускает спецификаторы разрядов в поле структуры (при условии, что поля имеют целочисленный тип):

typedef struct {

int : 3; /* Заполнитель */

int f1 :1;

int f2 :2;

int : 3; /* Заполнитель */

int f3 :2;

int : 4; /* Заполнитель */

int f4 :1;

}reg;

и это позволяет программисту использовать обычную форму предложений присваивания (хотя поля и являются частью слова), а компилятору реализо­вать эти присваивания с помощью сдвигов и масок:

reg r;

[с] int i;

i = r.f2;

r.f3 = i;

Язык Ada неуклонно следует принципу: объявления типа должны быть абстрактными. В связи с этим спецификации представления (representation speci­fications) используют свою нотацию и пишутся отдельно от объявления типа. К следующим ниже объявлениям типа:

type Heat is (Off, Low, Medium, High);

type Reg is

record

F1: Boolean;

F2: Heat;

F3: Heat;

F4: Boolean;

end record;

может быть добавлена такая спецификация:

for Reg use

record

F1 at 0 range 3..3;

F2 at Orange 4..5;

F3at 1 range 1..2;

F4at 1 range 7..7;

end record;

Конструкция at определяет байт внутри записи, a range определяет отво­димый полю диапазон разрядов, причем мы знаем, что достаточно одного бита для значения Boolean и двух битов для значения Heat. Обратите внима­ние, что заполнители не нужны, потому что определены точные позиции полей.

Если разрядные спецификаторы в языке С и спецификаторы представле­ния в Ada правильно запрограммированы, то обеспечена безошибочность всех последующих обращений.

Порядок байтов в числах

Как правило, адреса памяти растут начиная с нуля. К сожалению, архитекту­ры компьютеров отличаются способом хранения в памяти многобайтовых значений. Предположим, что можно независимо адресовать каждый байт и что каждое слово состоит из четырех байтов. В каком виде будет храниться це­лое число 0x04030201: начиная со старшего конца (big endian), т. е. так, что старший байт имеет меньший адрес, или начиная с младшего конца (little endi­an), т. е. так, что младший байт имеет меньший адрес? На рис. 5.6 показано размещение байтов для двух вариантов.

В компиляторах такие архитектурные особенности компьютеров, ес­тественно, учтены и полностью прозрачны (невидимы) для программиста, если он описывает свои данные на должном уровне абстракции.

Однако при использовании спецификаций представления разница меж­ду двумя соглашениями может сделать программу непереносимой. В языке Ada 95 порядок битов слова может быть задан программистом, так что для переноса программы, использующей спецификации представления, доста­точно заменить всего лишь спецификации.

Производные типы и спецификации представления в языке Ada

Производный тип в языке Ada (раздел 4.6) определен как новый тип, чьи зна­чения и

операции такие же, как у родительского типа. Производный тип мо­жет иметь представление, отличающееся от родительского типа. Например, если определен обычный тип Unpacked_Register:

type Unpacked_Register is

record

…

end record;

можно получить новый тип и задать спецификацию представления, связан­ную с производным типом:

type Packed_Register is new Unpacked_Register;

for Packed_Register use

record

…

end record;

Преобразование типов (которое допустимо между любыми типами, получен­ными друг из друга) вызывает изменение представления, а именно упаковку и распаковку полей слов в обычные переменные:

U: Unpacked_Register;

Р: Packed_Register;

U := Unpacked_Register(P);

Р := Packed_Register(U);

Это средство может сделать программы более надежными, потому что, коль скоро написаны правильные спецификации представления, остальная часть программы становится полностью абстрактной.

5.9. Упражнения

1. Упаковывает ваш компилятор поля записи или выравнивает их на грани­цы слова?

2. Поддерживает ли ваш компьютер команду блочного копирования, и ис­пользует ли ее ваш компилятор для операций присваивания над массивами и записями?

3. Pascal содержит конструкцию with, которая открывает область види­мости имен так, что имена полей записи можно использовать непосред­ственно:

type Rec =

record

Field 1: Integer;

Field2: Integer;

end;

R: Rec;

with R do Field 1 := Field2; (* Правильно, непосредственная видимость *)

Каковы преимущества и недостатки этой конструкции? Изучите в Ada конструкцию renames и покажите, как можно получить некоторые аналогичные функциональные возможности. Сравните две конструк­ции.

4. Объясните сообщение об ошибке, которое вы получаете в языке С при попытке присвоить один массив другому:

inta1[10],a2[10]:

а1 =а2;

5. Напишите процедуры sort на языках Ada и С и сравните их. Убедитесь, что вы используете атрибуты в процедуре Ada так, что процедура будет обрабатывать массивы с произвольными индексами.

6. Как оптимизирует ваш компилятор операции индексации массива?

7. В языке Icon имеются ассоциативные массивы, называемые таблицами, в которых строка может использоваться как индекс массива:

count["begin"] = 8;

Реализуйте ассоциативные массивы на языках Ada или С.

8. Являются следующие два типа одним и тем же?

type Array_Type_1 is array(1 ..100) of Float;

type Array_Type_2 is array(1 ..100) of Float;

Языки Ada и C++ используют эквивалентность имен: каждое объявление типа объявляет новый тип, так что будут объявлены два типа. При струк­турной эквивалентности (используемой в языке Algol 68) объявления типа, которые выглядят одинаково, определяют один и тот же тип. Каковы преимущества и недостатки этих двух подходов?

9. В Ada может быть определен массив анонимного типа. Допустимо ли присваивание в следующем примере? Почему?

А1, А2: аггау( 1.. 10) of Integer;

А1 :=А2;

Глава 6

Управляющие структуры

Управляющие операторы предназначены для изменения порядка выполне­ния команд программы. Есть два класса хорошо структурированных управля­ющих операторов: операторы выбора (if и case), которые выбирают одну из двух или нескольких возможных альтернативных последовательностей вы­полнения, и операторы цикла (for и while), которые многократно выполняют последовательность операторов.

6.1. Операторы switch и case

Оператор выбора используется для выбора одного из нескольких возможных путей, по которому должно выполняться вычисление (рис. 6.1). Обобщен­ный оператор выбора называется switch-оператором в языке С и case-onepaтором в других языках.

Switch-оператор состоит из выражения (expression) и оператора (statement) для каждого возможного значения (value) выражения:

switch (expression) {

case value_1:

statement_1;

break;

case value_2:

statement_2;

break;

….

}

Выражение вычисляется, и его результат используется для выбора оператора, который будет выполнен; на рис. 6. 1 выбранный оператор представляет путь. Отсюда следует, что для каждого возможного значения выражения должна су­ществовать в точности одна case-альтернатива. Для целочисленного выраже­ния это невозможно, так как нереально написать свой оператор для каждого 32-разрядного целочисленного значения. В языке Pascal case-оператор ис­пользуется только для типов, которые имеют небольшое число значений, тог­да как языки С и Ada допускают альтернативу по умолчанию (default), что по­зволяет использовать case-оператор даже для таких типов, как Character, ко­торые имеют сотни значений:

default:

default_statement;

break;

,

Если вычисленного значения выражения не оказывается в списке, то выпол­няется оператор, заданный по умолчанию (default_statement). В языке С, ес­ли альтернатива default отсутствует, по умолчанию подразумевается пустой оператор. Эту возможность использовать не следует, потому что читатель про­граммы не может узнать, подразумевался ли пустой default-оператор, или программист просто забыл задать необходимые операторы.

Во многих случаях операторы для двух или нескольких альтернатив иден­тичны. В языке С нет специальных средств для этого случая (см. ниже); а в Ada есть обширный набор синтаксических конструкций Для группировки альтер­натив:

С: Character;

case С is

Характеристики

Список файлов книги