М. Бен-Ари - Языки программирования. Практический сравнительный анализ (2000) (1160781), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Объявление пакета
Пакет состоит из двух частей: спецификации и тела. Тело инкапсулирует вычислительные ресурсы, а спецификация определяет интерфейс для этих ресурсов. Пакет из следующего примера предназначается для представления компонента системы управления воздушным движением, который хранит описание всех самолетов в контролируемом воздушном пространстве. Спецификация пакета объявляет тип и две подпрограммы интерфейса:
package Airplane_Package is
type Airplane_Data is
record
ID:String(1 ..80);
Speed: Integer range 0.. 1000;
Altitude: Integer range 0..100;
end record;
procedure New_Airplane(Data: in Airplane_Data; I: out Integer);
procedure Get_Airplane(l: in Integer; Data: out Airplane_Data);
end Airplane_Package;
Спецификация пакета содержит не тела, а только объявления процедур, заканчивающиеся точкой с запятой и вводимые зарезервированным словом is. Объявление служит только в качестве спецификации вычислительного ресурса, который предоставляет пакет.
В теле пакета должны быть обеспечены все ресурсы, которые были заявлены. В частности, для каждого объявления подпрограммы должно существовать тело подпрограммы с точно тем же самым объявлением:
package body Airplane_Package is
Airplanes: array(1..1000) of Airplane_Data;
Current_Airplanes: Integer range O..Airplanes'Last;
function Find_Empty_Entry return Integer is
begin
…
end Find_Empty_Entry;
procedure New_Airplane(Data: in Airplane_Data; I: out Integer) is
Index: Integer := Find_Empty_Entry;
begin
Airplanes(lndex) := Data;
I := Index;
end New_Airplane;
procedure Get_Airplane(l: in Integer; Data: out Airplane_Data) is
begin
Data := Airplanes(l);
end Get_Airplane;
end Airplane_Package;
Чего мы добились? Структура, применяемая для хранения данных о самолетах (здесь это массив фиксированного размера), инкапсулирована в тело пакета. Правило языка Ada состоит в том, что изменение в теле пакета не требует изменений ни спецификации пакета, ни любого другого компонента программы, использующего пакет. Более того, не нужно даже их перекомпилировать. Например, если впоследствии вы должны заменить массив связанным списком, не нужно изменять никаких других компонентов системы при условии, что интерфейс, описанный в спецификации пакета, не изменился:
package body Airplane_Package is
type Node;
type Ptr is access Node;
type Node is
record
Info: Airplane_Data;
Next: Ptr;
end record;
Head: Ptr; . -- Начало связанного списка
procedure New_Airplane(Data: in Airplane_Data; I: out Integer) is
begin
… -- Новая реализация
end New_Airplane;
procedure Get_Airplane(l: in Integer; Data: out Airplane_Data) is
begin
… -- Новая реализация
end Get_Airplane;
end Airplane_Package;
Инкапсуляция делается не только для удобства, но и для надежности. Пользователям пакета не разрешен непосредственный доступ к данным или внутренним подпрограммам (таким, как Find_Empty_Entry) тела пакета. Таким образом, никакой другой программист из группы не может случайно (или преднамеренно) изменить структуру данных способом, который не был предусмотрен. Ошибка в реализации пакета обязательно локализована внутри кода тела пакета и не является результатом некоторого кода, написанного членом группы, не ответственным за пакет.
Спецификация и тело пакета — это разные модули, и их можно компилировать раздельно. Однако в терминах объявлений они рассматриваются как одна область действия, например, тип Airplain_Data известен внутри тела пакета. Это означает, конечно, что спецификация должна компилироваться перед телом. В отличие от языка С, здесь нет никакого понятия «файла», и объявления в языке Ada существуют только внутри такой единицы, как подпрограмма или пакет. Несколько компилируемых модулей могут находиться в одном файле, хотя обычно удобнее хранить каждый модуль в отдельном файле.
Соглашение для написания программ на языке С, предложенное в предыдущем разделе, пытается имитировать инкапсуляцию, которая предоставляется пакетами в языке Ada. Включаемые файлы, содержащие внешние объявления, соответствуют спецификациям пакета и с помощью записи static для всех глобальных переменных и подпрограмм в файле достигается эффект тела пакета. Конечно, это всего лишь «бюрократический» прием, и его легко обой-ти, но это хороший способ структурирования программ в языке С.
Использование пакета
Программа на языке Ada (или другой пакет) может получить доступ к вычис- лительным ресурсам пакета, задав контекст (context clause) перед первой строкой программы:
with Airplane_Package;
procedure Air_Traffic_Control is
A: Airplane_Package.Airplane_Data;
Index: Integer;
begin
while... loop
A :=...; -- Создать запись
Airplane_Package. New_Airplane(A, Index):
-- Сохранить в структуре данных
end loop;
end Air_Traffic_Control;
With-конструкция сообщает компилятору, что эта программа должна компилироваться в среде, которая включает все объявления пакета Airplain_Package. Синтаксис для именования компонентов пакета аналогичен синтаксису для выбора компонентов записи. Поскольку каждый пакет должен иметь уникальное имя, компоненты в разных пакетах могут иметь одинаковые имена, и никакого конфликта не возникнет. Это означает, что управление пространством имен, т. е. набором имен, в программном проекте упрощено, и необходимо осуществлять контроль только на уровне имен пакетов. Сравните это с языком С, где идентификатор, который экспортируется из файла, видим во всех других файлах, потому недостаточно только обеспечить различие имен файлов.
With-конструкция добавляет составные имена к пространству имен компиляции; также можно включить use-конструкцию, чтобы открыть пространство имен и разрешить прямое именование компонентов, встречающихся в спецификации:
with Airplane_Package;
use Airplane_Package;
procedure Air_Traffic_Control is
A: Airplane_Data; -- Непосредственно видима
Index: Integer; begin
New_Airplane(A, Index): -- Непосредственно видима
end Air-Traffic-Control;
Одна трудность, связанная с use-конструкциями, состоит в том, что вы можете столкнуться с неоднозначностью, если use-конструкции для двух пакетов открывают одно и то же имя или если существует локальное объявление с тем же самым именем, что и в пакете. Правила языка определяют, каким в случае неоднозначности должен быть ответ компилятора.
Важнее, однако, то, что модуль, в котором with- и use-конструкции связаны с множеством пакетов, может стать практически нечитаемым. Такое имя, как Put_Element, могло бы исходить почти из любого пакета, в то время как местоположение Airplane_Package.Put_Element вполне очевидно. Ситуация аналогична программе, написанной на языке С, в которой много включаемых файлов: у вас просто нет удобного способа отыскивать объявления, и единственное решение — использовать внешний программный инструмент или соглашения о наименованиях.
Программистам, пишущим на языке Ada, следует использовать преимущества самодокументирования модулей за счет with, a use-конструкции применять только в небольших сегментах программы, где все вполне очевидно, а полная запись была бы чересчур утомительна. К счастью, можно поместить use-конструкции внутри локальной процедуры:
procedure Check_for_Collision is
use Airplane_Package;
A1: Airplane-Data;
begin
Get_Airplane(1, A1);
end Check_for_Collision;
В большинстве языков программирования импортирующий модуль автоматически получает все общие (public) ресурсы импортированного модуля. В некоторых языках, подобных языку Modula, импортирующему модулю разрешается точно определять, какие ресурсы ему требуются. Этот метод позволяет избежать перегрузки пространства имен, вызванной включающим характером use-конструкции в языке Ada.
Порядок компиляции
with-конструкции определяют естественный порядок компиляции: спецификация пакета должна компилироваться перед телом и перед любым модулем, который связан с ней через with. Однако упорядочение является частичным, т. е. порядок компиляции тела пакета и единиц, которые используют пакет, может быть любым. Вы можете исправить ошибку в теле пакета или в использующей его единице, перекомпилировав только то, что изменилось, но изменение спецификации пакета требует перекомпиляции как тела, так и всех использующих его единиц. В очень большом проекте следует избегать изменений спецификации пакетов, потому что они могут вызвать лавину перекомпиляций: Р1 используется в Р2, который используется в РЗ, и т. д.
Тот факт, что компиляция одной единицы требует результатов компиляции других единиц, означает, что в языке Ada компилятор должен содержать библиотеку для хранения результатов компиляции. Библиотека может быть просто каталогом, содержащим порожденные файлы, или сложной базой данных. При использовании любого метода библиотечный администратор является центральным компонентом реализации языка Ada, а не просто необязательным программным инструментом. Библиотечный администратор языка Ada проводит в жизнь правило, согласно которому при изменении спецификации пакета необходимо перекомпилировать тело и использующие его единицы. Таким образом, компилятор языка Ada уже включает инструмент сборки программы (make) с перекомпиляцией измененных модулей, который в других средах программирования является необязательной утилитой, а не частью языковых средств.
13.4. Абстрактные типы данных в языке Ada
Airplane_Package — это абстрактный объект данных. Он является абстрактным, потому что пользователь пакета не знает, реализована ли база данных самолетов как массив, список или как дерево. Доступ к базе данных осуществляется только через объявленные в спецификации пакета интерфейсные процедуры, которые позволяют пользователю абстрактно создавать и отыскивать значение типа Airplane_Data, не зная, в каком виде оно хранится.
Пакет является объектом данных, потому что он действительно содержит данные: массив и любые другие переменные, объявленные в теле пакета. Правильно рассматривать Airplane_Package как особую* переменную: для нее должна быть выделена память и есть некоторые операции, которые могут изменить ее значение. Это объект не первого класса", потому что он не имеет всех преимуществ обычных переменных: нельзя делать присваивание пакету или передавать пакет как параметр.
Предположим теперь, что мы нуждаемся в двух таких базах данных: одна для смоделированного пульта управления воздушным движением и одна для администратора сценария моделирования, который вводит и инициализирует новые самолеты. Можно было бы написать два пакета с незначительно отличающимися именами или написать родовой пакет и дважды его конкретизировать, но это очень ограниченные решения. Что мы действительно хотели бы сделать, так это объявить столько таких объектов, сколько нам нужно, так же как мы объявляем целые числа. Другими словами, мы хотим иметь возможность конструировать абстрактный тип данных (Abstract Data Type — ADT), который является точно таким же, как и абстрактный объект данных, за исключением того что он не содержит никаких «переменных». Вместо этого, подобно другим типам, ADT определяет набор значений и набор операций на этих значениях, а фактическое объявление переменных этого типа может быть сделано в других компонентах программы.
ADT в языке Ada — это пакет, который содержит только объявления констант, типов и подпрограмм. Спецификация пакета включает объявление типа так, что другие единицы могут объявлять один или несколько объектов типа Airplains (самолеты):
package Airplane_Package is
type Airplane_Data is ... end record;
type Airplanes is
record
Database: array( 1.. 1000) of Airplane_Data;
Current_Airplanes: Integer O..Database'Last;
end record;
procedure New_Airplane(
A: in out Airplanes; Data: in Airplane_Data: I: out Integer);
procedure Get_Airplane(
A: in out Airplanes; I: in Integer; Data: out Airplane_Data);
end Airplane_Package;
Тело пакета такое же, как и раньше, за исключением того что в нем нет никаких глобальных переменных:
package body Airplane_Package is
function Find_Empty_Entry... ;
procedure New_Airplane...;
procedure Get_Airplane...;
end Airplane_Package;
Программа, которая использует пакет, может теперь объявить одну или несколько переменных типа, поставляемого пакетом. Фактически тип является обычным типом и может использоваться в последующих определениях типов и как тип параметра:
with Airplane_Package;
procedure Air_Traffic_Control is
Airplane: Airplane_Package.Airplanes;
-- Переменная ADT
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
