Т. Пратт, М. Зелковиц - Языки программирования - разработка и реализация (4-е издание_ 2002) (1160801), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Напригиер, алгоритм перемножения двух чисел, представленных двоичным кодом, отличается от алгоритма перемножения десятичных чисел. Поэтому обычно в спецификации присутствует некоторое неформальное описание действия операции, Точная спецификация действия операции является частью реализации этой операции вместе с определением способа представления аргументов в памяти компьютера. Иногда бывает непросто представить точную спецификацию операции в виде математической функции. СуШествуют четыре основных фактора, затрудняюших определение многих операций в языках программирования. 1.
Невозможность определить действие операции для некоторых аргу,иентов. Операция, определенная на некоторой области, может фактически быть не определенной для некоторых элементов этой области (например, операция извлечения квадратного корня не определена для отрицательных целых чисел).
Иногда чрезвычайно трудно точно указать область, для которой не определена данная операции. В качестве примера можно привести множества чисел, которые вызывают переполнение или исчезновение значащих разрядов в арифметических операциях. 2. Неявные аргументы. Обычно при обращении к операции в программе ей передается некоторый набор явных аргументов, Однако в операции могут быть задействованы неявные аргументы — например, глобальные переменные или ссылки на другие нелокальные идентификаторы.
Таким образом, полное выявление всех данных, которые влияют на результат операции, значительно усложняется наличием таких неявных аргументов. 3. Побочные эффекты (неявные результаты). Операция может не только выдавать явный результат (например, сумму чисел как результат операции сложения), но и модифицировать каким-то ооразом значения, хранящиеся в других объектах данных, как определяемых программистом, так и определяемых системой.
Такие неявные результаты называются побочными эффектами. Функция может не только возвращать некоторое значение, но и изменять значения переданных ей параметров, Побочные эффекты являются основной частью многих операций, в частности таких, которые модифицируют структуры данных. Наличие побочных эффектов затрудняет точное определение области значения операции. 4. Самоизменение (зависимость от предыстории).
Операция может изменять свою внутреннюю структуру — как локальные данные, которые сохраняются в промежутках между выполнением операции, так и свой собственный код. В таком случае для некоторого набора входных данных (аргументов) результат действия операции будет зависеть не только от этих аргументов, 5.1. Свойства типов и объектов 191 но и от всей предыстории обращений к этой операции в течение работы программы и от переданных ей ранее аргументов. Такая операция называется зависимойот првдыопории.
Самый очевидный пример подобной операции— это генератор случайных чисел, который определен в качестве операции во многих языках. Обычно аргументом этой операции является некоторая константа, но результаты повторного выполнения операции различны. Действие операции заключается в том, что помимо генерации явного результата она также изменяет внутреннее начальное число (называемое также затравкой), которое влияет на результат последующего выполнения операции.
Самоизменение посредством модификации локальных данных встречается достаточно часто; изменение собственного кола операции встречается реже, но все же возможно в таких языках, как А!ЯР. Подтипы. При описании нового типа данных часто возникает желание указать на его сходство с некоторым другим типом. Например, в язь1ке С определены типы 10Ц 5ПОГ1, 1Оод И СПаг, которые являются разновидностями целочисленного типа, Данные этих типов ведут себя сходным образом, и некоторые операции, в частности + и х, было бы логично определить аналогичным образом для всех этих типов. Если некоторый тип данных является частью более крупного класса, то он называется подтипом этого класса, а сам класс называется супертипом для исходного типа данных.
Например, в языке Рааса! можно создать подкласс целых чисел следующим образом: туре 5вг111отедег - 1..20; Этот подкласс состоит из целых чисел от 1 до 20 включительно. Предполагается, что все операции, определенные для супертипа, допустимы также и для подтипа. Каким образом можно формализовать эту ситуацию? В языках Рааса! и Ас!а поддиапазоны имеющихся в языке типов явным образом определены как части языка.
Как можно расширить эти определения для других типов данных, которые не являются элементарными для языка? В главе 7 мы обсудим важную в этом отношении концепцию наследования, которая является обобщением указанного свойства подтипов. Можно сказать, что тип сПаг в С наследует операции, определенные для целого типа 1п1. Реализация элементарных типов данных Реализация элементарных типов данных складывается из способа представления объектов этого типа и их значений в памяти компьютера и набора алгоритмов и процедур, которые определяют операции с данными этого типа в терминах манипуляций, допускаемых избранным способом представления данных.
Способ представления Способ представления элементарных типов данных сильно зависит от аппаратной части компьютера, на котором будет выполняться программа. Например, для целочисленных и вещественных величин почти всегда используется двоичное представлениее (соответственно целочисленное или с плавающей точкой), которое обеспечивается аппаратной частью компьютера. Причина такого выбора достаточно очевидна; при использовании того способа представления, который обеспечивает- 192 Глава 5.
Элементарные типы данных ся аппаратной частью компьютера, элементарные операции для этого типа данных можно реализовать при помощи операций, определенных с помощью аппаратной части; если же использовать какой-то иной способ представления лаииых, те же операции прилется моделировать при помощи программ и они булут горазло менее эффективными.
Атрибуты элементарных типов данных определяются аналогичным образом. 1. Для повышения эффективности во многих языках атрибуты данных определяются компилятором. Атрибуты данных не сохраняются непосредственно в представлениях ланных во время выполнения программы. Такой метод характерен для языка С, в котором основными задачами являются эффективность использования памяти и скорость выполнения программы, 2. С другой стороны, атрибуты объекта данных могут в процессе выполнения программы содержаться в дескрипторе как часть самого объекта. Такой метод характерен лля языков, в которых главной целью является гибкость, а ие зффекгивность выполнения — например, в 1.1БР и Рго!од. Поскольку в большинстве случаев в аппаратной части компьютера непосредственно не прелусмотре н а возможность хра не н и я дескриптора, то сам и дескрипторы и операции нал объектами, которые снабжены дескрипторами, должны быть программно-моделируемыми.
Способ представления объекта данных обычно не зависит от его местоположения в памяти. Он обычно описывается в терминах необходимого размера блока памяти (тоесть количество необходимых слов, байтов или битов) и компоновки атрибутов и значений данных в пределах этого блока. Обычно адрес первого слова или байта в таком блоке памяти и представляет местоположение этого объекта данных, Реализация операций. Любая операция, опрелеленная для объекта данных заданного типа, может быть реализована олним из трех основных способов. 1, Непосредственно в аппаратиой части компьютера.
Например, если целые числа хранятся в памяти с использованием аппаратного представления, тогда сложение и вычитание целых чисел реализовано посрелством арифметических операций, встроенных в аппаратную часть компьютера. 2. Как процедура или подпрограмма-хруикция. Например, операция извлечения квадратного корня, как правило, не представлена непосрелственно в аппаратной части компьютера.
Она может быть реализована как полпрограмма, вычисляющая квадратный корень некоторой величины, перелаваемой ей в качестве параметра. 3. Как встраиваемая последовательность кодов, Встраиваемая последовательность кодов также является программно-моделируемой реализацией операции. Но в отличие от предыдущего варианта использования подпрограммы, в ланном случае код этой подпрограммы копируется в выполняемую программу в том месте, тле в противном случае пришлось бы вызывать подпрограмму.
Например, функция, вычисляющая абсолютное значение (модуль) числа и определенная следующим образом: аьмх) - ы х<0 гьеэ -х еже х обычно реализуется как встраиваемая последовательность кодов: бд, Свойства типов и объектов 193 + извлекается иа памяти значение х; + если х > 0, то следующий оператор опускается; + выполняется присваиванис х = -х; + новое значение х сохраняется в памяти. Каждая из этих строк реализована при помощи соответствующей операции, встроенной в аппаратную часть компьютера, 5.1.3. Объявления При написании программы программист определяет имя и тип каждого объекта данных, ко~орый встречается в программе.
Также должны быть определены время жизни каждого объекта данных, то есть часть программы, в которой;пот объект используется, и те операции, которые применяются к;этому обьекту. Обьявление — это оператор програлямы, назначение которого яэаключается в том, чтобы сообщить транслятору информацшо об именах н типах объектов данных, используемых в программе. Размещение объявлений в программе (например, внутри подпрограммы или определении класса) задает время жизни объектов. Например, в языке С объявление Наат А, В: в начале подпроэ рам мы указывает, что во время выполнения этой подпрограммы потребуются два объекта данных типа Г) а а Ь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
