Т. Пратт, М. Зелковиц - Языки программирования - разработка и реализация (4-е издание_ 2002) (1160801), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Более подробно зти концепции и способы их реализации описаны в следующей главе, где рассматривается передача параметров. Здесь же для наших целей достаточно отметить, что ни одно простое унифицированное правило вычисления выражений (или генерация кода для их вычисления) не является удовлетворительным. В конкретных реализациях обычно можно обнаружить некоторую комбинацию этих двух методов. В языке Б1БР, например, функции (операции) делятся на две категории в зависимости от того, получают они вычисленные или не вычисленные операнды. В языке ЯХОВО(.4 определяемые программистом операции (подпрограммы) всегда получают вычисленные операнды, в то время как элементарные операции, определенные в языке, получают не вычисленные операнды. Элементарные операции языка А1 001 получают вычисленные операнды, при этом условные операции моделируются встраиваемой последовательностью машинных команд, а подпрограммы, определяемые программистами, могут получать как вычисленные, так и не вычисленные операнды, Проблема 2, Побочные эффекты.
Использование в выражениях операций с побочными эффектами — основной предмет продолжающегося до сих пор спора в области принципов разработки языков программирования. Рассмотрим выражение: а х Гоп(х) + а Прежде чем выполнять умножение, следует извлечь из памяти г-значение переменной а и вычислить гоп(х).
Для сложения требуется значение а и результат операции умножения. Очевидно, что желательно извлечь значение а из памяти только один раз, а затем в процессе вычисления использовать его в двух местах. Более того, должно быть безразлично, когда именно вычисляется бю(х): до извлечения значения а из памяти или после. Однако если при вычислении бю вследствие побочного эффекта изменяется значение а, то точный порядок вычисления становится существенным. Например, если вначале а имело значение 1, а гоп(х) возвращает значение 3 и также изменяет значение з на 2, тогда для различных порядков вычисления получаются различные результаты.
1, Вьтисление в порядке слева направо дает результат; 1 х 3 ч 2 - 5. 2. Вычисление в порядке справа налево дает результат: 1 + 3 х 2 = ~. 3. з вычисляется только один раз; 1 х 3 ч 1 - 4, 4. Значение 1оп(х) вычисляется до вычисления а: 3 х 2 + 2 = 8. Все эти значения корректны с точки зрения синтаксиса языка, и выбор одного из них определяется порядком вычисления компонентов выражения. По вопросу об использовании побочных эффектов возникло две точки зрения. Согласно одной из них, побочных эффектное в выражениях допускать нельзя.
Для этого следует либо вообще исключить использование в выражениях функций, вызывающих побочные эффекты, либо просто считать неопределенным значение 8.2. Вычисление арифметических выражений 347 любого выражения, в котором побочные эффекты могут повлиять на его значение (например, значение выражения в предыдущем примере).
Другая точка зрения состоит в том, что побочные эффекты могут присутствовать. Тогда из определения языка должен быть совершенно ясен порядок вычисления компонентов выражения, чтобы программист мог правильно использовать побочные эффекты в своей программе. Однако в этом случае многие виды оптимизации становятся невозможными. В определениях многих языков этот вопрос, к сожалению, полностью игнорируется, в результате чего в разных реализациях язгяка даются различные интерпретации, противоречащие друг другу. Как правило, допускается возможность побочных эффектов для операторов.
Например, операция присваивания всегда производит побочный эффект — изменяет значение переменной или элемента структуры данных. Ясно также, что в последовательности операторов побочный эффект одного оператора может влиять на исходные данные другого. Проблема заключается в следующем: следует ли допускать этот вид взаимозависимости через побочные эффекты ниже уровня операторов в выражениях. Если не допускать, то необходимо определить порядок вычисления в выражениях только до уровня представления в виде дерева; с точки зрения программиста вычисление выражений происходит без всяких чтрюков», и у транслятора есть возможность оптимизации последовательности вычисления выражения.
Однако если оптимизация не является приоритетной задачей, то часто бывает целесообразно допустить побочнгяс эффекты и полностью определить порядок вычисления выражений. В этом случае у нас почти не остается оснований различать в языке операторы и выражения. На самом деле в некоторых языках, таких как Ы5Р и АР(., различие между выражениями и операторами полностью илн частично устранено. Это заметно упрощает работу программиста. В целом, не существует какого-либо одного преобладающего взгляда на побочные эффекты, у каждого подхода есть свои сторонники.
Проблема 3. Ошибки. Особый вид побочного эффекта встречается в случае неуспешного завершения операции и, соответственно, генерирования состояния ошибки. В отличие от обычных побочных эффектов, встречающихся, как правило, только в функциях, определенных программистом, состояние ошибки (переполнение, деление на ноль) может возникать при выполнении многих элементарных операций.
Несмотря на то что смысл и даже само появление подобной ошибки могут зависеть от порядка вычисления компонентов выражения, запрещать такие побочные эффекты нежелательно. В таких ситуациях программисту может понадобиться возможность точного управления порядком вычисления выражения, хотя требования оптимизации могут препятствовать этому. Разрешение этих трудностей по своей сути зависит от ситуации и может изменяться в зависимости от используемых языка и реализации. Проблема 4.
Вычисление булевых выражений по укороченной схеме. При написании программ для объединения выражений сравнении обычно используются логические (булевы) операции И (ЪЬ в языке С) и ИЛИ () ! в языке С), как, например, в следующих операторах языка С: 11 ня =- о> Н 1вгя с1> б ) иш1е Н1 <- 0В1 Ы 1Ч(П > С)) (") 348 Глава 8. Управление последовательностью действий В обоих этих выражениях вычисление второго операнда булевой операции может привести к возникновению ошибки (деление на ноль, выход индекса из диапазона его значений); первый операнд и добавлен именно для того, чтобы ошибка не произошла. В языке С, если левый операнд булева выражения в первом примере вычисляется равным значению истина и ложь — во втором, то второй операнд вообще никогда не вычисляется.
Логически это имеет смысл, поскольку ясно, что значение булева выражения а ) ~ Д будет истина, если с> принимает значение истиаа, и аналогично значение выражения а $$0 будет ложь, если значение а — ложь, К сожалению, проблема унифицированного вычисления присутствует и здесь. В большинстве языков оба операнда вычисляются еше до вычисления булевой операции. Многие ошибки программирования возникают из-за неоправданного расчета на то, что вычисленное значение левого операнда булевой операции может отменить вычисление правого операнда, если значение всего выражения может быть определено из значения только левого операнда.
Для разрешения ланной проблемы в языке А<>а, в дополнение к обычным булевым операциям зпд и ог, которые не вычисляются по укороченной схеме, введены две специальных булевых операции, зп(( г(>еп и ог е(зе, которые явнь>м образом осуществляют вычисление по укороченной схеме.
Например, на языке Ада выражение в условном операторе (Г (А = О> ог е>зе (0>А > С'> твеп .. нс может вызнать ошибки деления на ноль, поскольку если А = 0, то вычисление всего вырюкения прекращается и его значение принимается равным истина. 8.3. Управление последовательностью выполнения операторов В этом разделе будут рассмотрены основные механизмы, используемые лля управления последовательностью выполнения отдельных операторов. Структуры управления большой группой операторов, относящиеся к программам и подпрограммам, будут описаны в следующей главе. 8.3.1. Базовые операторы Результаты выш>лнения программы определяются се базовыми операторами, которые применяют операции к объектам данных. Примерами таких базовых операторов могут служить операторы присваивания, вызовы ш>дпрограмм и операторы ввода-вывода.
Как описывалось в предыдущем разделе, последовательность выполненияя операций внутри базового оператора может определяться используемыми выражениями. Однако в нашем случае каждый базовый оператор можно рассматривать как единое целое, представляющее отдельный шаг в вычислениях. Присва иванне значений объектам данных Изменение состояния вычислений путем присваивания значений объектам данных является основным механизмом, который влияет на состояние вычислений, опредсляемых программой. Существует несколько видов таких операторов. 8.3. Управление последовательностью выполнения операторов 349 Оператор присваивания.
Краткое обсуждение операторов присваивания можно найти в разделе 5.1.5. Основной задачей присваивания является присвоение 1 значению объекта данных (то есть области памяти, выделенной для объекта) г знач ения (то есть значения объекта данных) некоторого выражения. Присваивание является центральной операцией, определенной лля каждого элементарного типа данных. Синтаксис явного присваивания в разных языках сильно различается. А:- В Я=В МОЧЕ В ТО А Я~-В СВЕТО А В) РавсаО Ада С, ГОПТПАМ, РЕ/1, Рго)оп, )чП., ЗЫОВОС4 СОВОЕ АРЕ ЫБР Присваивает гзначение переменной В 1-значению переменной А, возвращает г-значение переменной А. Увеличивает (или уменьшает) значение переменной А на значение персменнойВ(А = А ~ ВилиА = А — В),возвращаетновоезначение. Увеличивает (или уменьшает) значение переменной А на 1 и возвращает новое значение (например, А = А ч 1, возвращает г-значение А).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
