Т. Пратт, М. Зелковиц - Языки программирования - разработка и реализация (4-е издание_ 2002) (1160801), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Взгляните еше раз на рис. 7.1, где представлены две модели реализации аб- страктных типов данных. Какая модель соответствует 5тайеайс, а какая— Сч-ч-? Как они реализованы? Почему в 5тайга1к необходимо иметь различные методы для классов и эк- земпляров классов? Возможно ли отказаться от одного из этих механизмов и по-прежнему эффективно писать программы на 8щайгаПг? Рассмотрим следующие обьекты; прямоугольник, круг, квадрат, треуголь- ник, многоугольник, прямая, точка, объект, четырехугольник, сфера, трапе- ция, параллелограмм, шестиугольник, пятиугольник, пирамида, конус. Раз- работайте для них иерархию классов и определите соответствующие наборы функций, использующие наследование для вычисления объема, периметра и площади поверхности этих объектов (где это возможно).
Глава 8. Управление последовательностью действий Операции и данные в языках программирования объединяются в программы и совокупности программ при помощи управляющих структур. До сих пор нас интересовали данные и операции сами по себе. Теперь же мы рассмотрим их объединение в законченные„пригодные для выполнения программы. Это объединение имеет два аспекта: во-первых, управление последовательностью выполнения операций, как базовых, так и определенных пользователем, которое мы называем управлением последовательноппью действий и рассматриваем в этой главе, а во-вторых, управление передачей данных между подпрограммами в пределах одной программы, которое мы называем управлением данными и будем рассматривать в следующих двух главах. Такое раздельное рассмотрение удобно ввиду достаточной сложности обеих тем; кроме того, оно поможет понять различия этих двух аспектов языков программирования, которые нередко путают друг с другом.
8.1. Явное и неявное управление последовательностью действий Структуры управления последовательностью действий удобно разбить на четыре группы. 1. Выражения формируют основные строительные блоки для операторов и определяют, каким образом программа управляет данными и изменяет их. Такие свойства языка, как правила приоритета и скобки, устанавливают способы вычисления выражений. 2. Операторы или группы операторов, такис как условные опеоаторы и операторы цикла, определяют, каким образом управление передается от одной части проттгаиыът ттрутой. 3. Декларатьвиое программирование — это модель выполнения, независимая от операторов, но тем не менее приводящая к выполнению программы.
Примером такой модели может служить модель логического программирования языка Рго1ой. 4. 11одпрогроммы, такие как вызовы подпрограмм и сопрограммы, формируют способ передачи управления от одной части программы другой. Они подробно обсуждаются в главе 9. 8.2. Вычисление арифметических выражений 333 Это разделение не может быть вполне точным. Например, в таких языках, как 115Р и АР(.
есть только выражения, но нет операторов, однако и в них используются некие разновидности обычного механизма управления последовательностью выполнения операторов. Структуры управления последовательностью действий могут быть явными и неявными, Неявными структурами (нли структурами управления по умолчанию) называются такие, которые, по определению данного языка, действук>т во всех случаях, если только программист не изменяет их с помощью какой-либо явной структуры.
Например, в большинстве языков по умолчания> используется естественная последовательность выполнения операторов в программе — в том порядке, как они в ней заданы, если только она не изменена явным заданием оператора управления последовательностьк> действий. Лля выражений без скобок обычно также определена иерархия приоритетов выполнения операций, Явными структурами управления последовательностью действий называются такнс необязательные языковые структуры, которые программист может использовать для изменения неявной последовательности операций, определенной в языке (например, использование скобок внутри выражений или операторов дого и меток). 8.2.
Управление последовательностью действий при вычислении арифметических выражений Рассмотрим формулу для вычисления корней квадратного уравнения: -Вг,/8' — 4 ~ С гоо/ = 2хА Эта на внд простая формула в действительности требует по меньшей мере 15 отдельных операций для ее вычисления (если извлечение квадратного корня считать элементарной операцией и учитывать различные операции получения ссылок на данные). Чтобы запрограммировать эту формулу на стандартном языке ассемблера или машинном языке, потребуется не менее 15 команд, а может быть, и значительно больше. 1<роме того, программисту придется следить за каждым из промежуточных результа~ов и обеспечить для них место в памяти, ему также придется позаботиться об оптимизации, ответив, в частности, на следующие вопросы: можно ли объединить ссылки на два значения А и два значения 6, в каком порядке производить операции, чтобы минимизировать объем временной памяти и наилучшим способом использовать возможности аппаратуры? В то же время на языке высокого уровня, например на ЕО>кТ>кАХ, формулу для вычисления одного из корней квадратного уравнения можно записать, используя всего одно выражение, практически совпадая>шее с его математической записью; ВООТ-/-В'5ОКТ/В*"2-4"Я*С»//2*А> Эта запись проста и естественна, а вопросами оптимизации и распределения временной памяти занимается языковый процессор, а не программист.
Следует отметить, что возможность использования выражений в языках высокого уровня 334 Глава В. Управление последовательностью действий является одним из их главных преимуществ перед языком ассемблера и машинным языком. Хотя выражения — это мо>иный инструмент для представления последовательности операций, они, тем не менее, порождая>т некоторые новые проблемы. Запись длинных последовательностей команд на машинном языке может оказаться утомительным делом, но зато программист представляет себе точный порядок выполнения команд. А что можно сказать о выражениях? Возьмем выражение для квадратного корня на языке г ОБУТКАХ. Корректно ли оно? Откуда мы знаем, что вычитание в этом выражении действительно выполняется после вычисления произведения 4+ >""С, а не наоборот? Механизмы, управлякяцие последовательностью действий, которые определяют порядок операций в выражении, на самом деле являются достаточно сложными и тонкими.
8.2.1. Древовидное представление До сих пор мы рассматривали выражения как одну неделимую единицу и игнорировали синтаксис и семантику, необходимые для вычисления конкретного выражения. При рассмотрении операций внутри выражения аргументы этих операций будем называть операндами. Основным механизмом управления последовательностью действий в выражении является функциональная композиция: задается операция и ее операнды, причем операнды могут быть как константами или объектами данных, так и другими операциями, чьи операнды, в свою очередь, могут быть константами, объектами данных или операциями и т.
д. — подобных уровней может быть сколько угодно. Функциональная композиция придает выражению характерную структуру дерева, в котором корневой узел соответствует главной операции, узлы, расположенные между корнем и листьями, представляют собой промежуточные операции, а листья являются ссылками на данные (или константы). Например, выражение для вычисления корня квадратного уравнения может быть представлено в виде дерева, изображенного на рис. 8.1 (для обозначения унарного минуса используется символ подчеркивания « «). Древовидное представление делает понятнее управляющую структуру выражения.
Из такой структуры сразу видно, что результаты ссылок на данные или результаты операций на нижних уровнях дерева служат операндами для операций на более высоких уровнях, и, значит, онн должны вычисляться в первую очередь. Но все же древовидное представление определяет порядок выполнения операций не полностью. Так, из рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
