В.Ш. Кауфман - Языки программирования - концепции и принципы (1990) (1160787), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Таким образом, отсутствие средств, поддерживающих нужные абстракции (в

частности, в процессе пошаговой детализации), вполне может помешать и

наиболее творческим моментам в программировании, помешать увидеть изящное,

надежное, понятное и эффективное решение.

Надежность. Внимательнее сравним программы на Аде и Алголе 60 с точки

зрения надежности предоставляемой услуги. Чтобы воспользоваться операцией

"маневр", на Аде можно написать, например,

маневр (север, восток) ;

а на Алголе-60 -

маневр (1, 2) ;

Ясно, что первое - нагляднее, понятнее (а, значит, и надежнее). Но

высокий уровень надежности гарантируется не только наглядностью, но и

контролем при трансляции. На Аде нельзя написать

маневр (1, 2)

так как транслятор обнаружит несоответствие типов аргументов и параметров!

На Алголе-60 можно написать

маневр (25, 30) ;

и получить 4. А чтобы получить тот же уровень контроля, который

автоматически обеспечивает Ада-компилятор, нужно добавить в программу явные

проверки диапазона целых значений и обращение к соответствующим

диагностическим процедурам. И все это будет работать динамически, а в Аде -

статически. Так что надежность при программировании на Алголе-60 может быть

обеспечена усилиями только самого программиста и только за счет снижения

эффективности целевой программы.

Можно постараться добиться большей наглядности, введя переменные

"север", "восток", "юг" и "запад" (постоянных в Алголе-60 нет). Им придется

присвоить значения (1, 2, 3, 4) - также во время работы объектной программы,

но зато окажется возможным писать столь же понятно, как и на Аде:

маневр (север, восток) ;

Однако в отличие от имен-значений перечисляемого типа в Аде, которые по

определению - константы, эти переменные не защищены от случайных

присваиваний. Не говоря уже о защите от применения к ним других операций (в

Аде к значениям определенного перечисляемого типа применимы, конечно, только

операции, параметры которых соответственно специфицированы).

Итак, мы выделили технологическую потребность определять небольшие

множества имен и работать с ними на таком уровне абстракции, когда

указываются лишь связи этих имен между собой и с другими программными

объектами. Эта потребность и удовлетворяется в Аде перечисляемыми типами

данных. Важно, что удовлетворяется она комплексно, в соответствии с

важнейшими общими принципами (такими, как принцип цельности) и

специфическими требованиями к ЯП (надежность, понятность и эффективность

программ). Показано также, что перечисляемые типы не могут быть полностью

заменены аппаратом классических ЯП.

4.6.2. Дискретные типы

Перечисляемые типы - частный случай так называемых ДИСКРЕТНЫХ типов.

Дискретным называется тип, класс значений которого образует ДИСКРЕТНЫЙ

ДИАПАЗОН, т.е. конечное линейно упорядоченное множество. Это значит, что в

базовый набор операций для дискретных типов входит, во-первых, операция

сравнения "меньше", обозначаемая обычно через "<"; во-вторых, функции

"первый" и "последний", вырабатывающие в качестве результатов соответственно

минимальный и максимальный элементы диапазона и, в-третьих, функции

"предыдущий" и "последующий" с очевидным смыслом. Эти операции для всех

дискретных типов предопределены в языке Ада.

Кроме перечисляемых, дискретными в Аде являются еще и ЦЕЛЫЕ типы. Класс

значений любого целого типа считается конечным. Для предопределенного типа

INTEGER он фиксируется реализацией языка (т.е. различные компиляторы могут

обеспечивать различный диапазон предопределенных целых; этот диапазон должен

быть указан в документации на компилятор; кроме того, его границы

доставляются (АТРИБУТНЫМИ) функциями "первый" и "последний"). Для

определяемых целых типов границы диапазона значений явно указываются в

объявлении целого типа (см. объявление типа узел).

Для типа INTEGER предопределены также унарные операции "+", "-", "abs"

и бинарные "+", "-", "*", "/", "**" (возведение в степень) и др.

Любые дискретные типы можно использовать для индексации и управления

циклами. Мы уже встречались и с тем, и с другим в пакете управление_сетями.

В "морской" задаче мы не воспользовались предопределенными базовыми

операциями для типа "курс". Но в соответствии с его объявлением

север < восток < юг < запад

причем

последующий (север) = восток;

предыдущий (восток) = север ;

курс'первый = север ;

курс'последний = запад ;

Так что функцию "налево" можно было реализовать и так:

function налево (старый: курс) return курс is

begin

case старый of

when север => return запад ;

when others => return предыдущий (старый) ;

end case ;

end налево ;

Обратите внимание, функция "предыдущий" не применима к первому элементу

диапазона (как и функция "последующий" - к последнему элементу).

Вариант when others в выбирающем операторе работает тогда, когда

значение выбирающего выражения (в нашем случае - значение параметра

"старый") не соответствует никакому другому варианту. Выбирающее выражение

должно быть дискретного типа (вот еще одно применение дискретных типов,

кроме индексации и управления циклами) и каждое допустимое значение должно

соответствовать одному и только одному варианту. Такое жесткое правило было

бы очень обременительным без оборота when others. С его помощью можно

использовать выбирающий оператор и тогда, когда границы диапазона изменяются

при выполнении программы, т.е. являются динамическими. Конечно, при этом

изменяется не тип выбирающего выражение, а лишь его подтип - динамические

границы не могут выходить за рамки статических границ, определяемых типом

выражения.

Вообще, если D - некоторый дискретный тип, то справедливы следующие

соотношения. Пусть X и Y - некоторые значения типа D. Тогда

последующий (предыдущий (X)) = X, если X /= D'первый;

предыдущий (последующий (X)) = X, если X /= D'последний;

предыдущий (X) < X, если X /= D'первый.

Для дискретных типов предопределены также операции "<=", ">", ">=", "="

и "/=".

Вот еще несколько примеров дискретных типов. Предопределены дискретные

типы BOOLEAN, CHARACTER. При этом считается, что тип BOOLEAN введен

объявлением вида

type BOOLEAN is (true, false) ;

так что true < false.

Для типа CHARACTER в определении языка явно перечислены 128 значений-

символов, соответствующих стандартному коду ASCII, среди которых первые 32 -

управляющие телеграфные символы, вторые 32 - это пробел, за которым следуют

!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?, третьи 32 - это коммерческое at (@), за

которым идут прописные латинские буквы, затем [\]^_; наконец, последние 32 -

знак ударения '; затем строчные латинские буквы, затем {|}, затем тильда ~ и

символ вычеркивания.

Для типов BOOLEAN, CHARACTER и INTEGER предопределены обычные операции

для дискретных типов. (Мы привели не все такие операции). Кроме того, для

типа BOOLEAN предопределены обычные логические операции and, or, xor и not с

обычным смыслом (xor - исключительное "или").

Вот несколько примеров определяемых дискретных типов.

type день_недели is (пн, вт, ср, чт, пт, сб, вс) ;

type месяц is (январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль,

август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь) ;

type год is new INTEGER range 0..2099 ;

type этаж is new INTEGER range 1..100 ;

4.6.3. Ограничения и подтипы

Проанализируем еще одну технологическую потребность - потребность

ограничивать множество значений объектов по сравнению с полным классом

значений соответствующего типа. Рассмотрим фрагмент программы, меняющей знак

каждого из десяти элементов вектора A:

for j in 1..10 loop

A(j) := -A(j) ;

end loop ;

Перед нами фрагмент, который будет правильно работать только при

условии, что вектор A состоит ровно из десяти элементов. Иначе либо

некоторые элементы останутся со старыми знаками, либо индекс выйдет за

границу массива. К тому же такой фрагмент способен работать только с

вектором A и не применим к вектору B. Другими словами, это очень конкретный

фрагмент, приспособленный для работы только в специфическом контексте, плохо

защищенный от некорректного использования.

Вопрос. В чем это проявляется?

Допустим, что потребность менять знак у элементов вектора возникает

достаточно часто. Вместо того, чтобы каждый раз писать аналогичные

фрагменты, хотелось бы воспользоваться принципом обозначения повторяющегося

и ввести подходящую подпрограмму, надежную и пригодную для работы с любыми

векторами. Другими словами, мы хотим обозначить нечто общее, характерное для

многих конкретных действий, т.е. ввести операционную абстракцию.

От чего хотелось бы отвлечься? По-видимому, и от конкретного имени

вектора, и от конкретной его длины. Возможно, от конкретного порядка

обработки компонент или от конкретной размерности массива. Можно ли это

сделать и целесообразно ли, зависит от многих причин. Но прежде всего - от

возможностей применяемого ЯП. Точнее, от возможностей встроенного в него

аппарата развития (аппарата абстракции-конкретизации).

Здесь уместно сформулировать весьма общий принцип проектирования (в

частности, языкотворчества и программирования). Будем называть его принципом

реальности абстракций.

4.7.3.1. Принцип реальности абстракций

Назовем реальной такую абстракцию, которая пригодна для конкретизации в

используемой программной среде. Тогда принцип реальности абстракций можно

сформулировать так:

в программировании непосредственно применимы лишь реальные абстракции.

Иначе говоря, создавая абстракцию, не забудь о конкретизации. Следует

создавать возможность абстрагироваться только от таких характеристик,

которые применяемый (создаваемый) аппарат конкретизации позволяет указывать

в качестве параметров настройки.

В нашем примере попытаемся построить ряд все более мощных абстракций,

следуя за особенностями средств развития в Аде. Скажем сразу - Ада позволяет

явно построить первую из намеченных четырех абстракций (мы ведь собрались

отвлечься от имени, от длины, от порядка и от размерности); со второй

придется потрудиться (здесь-то и понадобятся ограничения и подтипы); третья

потребует задачного типа и может быть построена лишь частично, а четвертая

вообще не по силам базисному аппарату развития Ады (т.е. для Ады - это

нереальная абстракция).

Абстракция от имени. Достаточно ввести функцию с параметром и

результатом нужного типа.

Что значит "нужного типа"? Пока мы абстрагируемся только от имени

вектора, сохраняя все остальные его конкретные характеристики. Поэтому нужен

тип, класс значений которого - десятиэлементные векторы. Объявим его:

type вектор is array (1..10) of INTEGER ;

Теперь нетрудно объявить нужную функцию.

function "-" (X : вектор) return вектор is

Z: вектор ;

begin

for j in (1..10) loop

Z(j) := - X(j) ;

end loop ;

return Z ;

end "-" ;

Обратите внимание: такая функция перекрывает предопределенную операцию

"-". Становится вполне допустимым оператор присваивания вида

А := -А ;

где А - объект типа "вектор", а знак "-" в данном случае идентифицирует не

предопределенную операцию над числами, а определенную нами операцию над

векторами.

Замечание (о запрете на новые знаки операций). В Аде новые знаки

операций вводить нельзя. Это сделано для того, чтобы синтаксический анализ

текста программы не зависел от ее смысла (в частности, от результатов

контекстного анализа). Скажем, знак "[" нельзя применять для обозначения

новой операции, а знак "-" - можно.

Именно для того, чтобы продемонстрировать перекрытие знака "-", мы

ввели функцию, а не процедуру, хотя в данном случае последнее было бы

эффективнее. Действительно, ведь наш исходный фрагмент программы создает

массив-результат непосредственно в массиве-аргументе. А функция "-" создает

новый массив, сохраняя аргумент неизменным. Так что более точной и

Характеристики

Список файлов книги