Реферат: Программирование, ориентированное на объекты

ем

N DIV 8 +(N MOD 8) DIV (N MOD 8).

Здесь N - число констант базового типа, MOD и DIV - операции со

ветственно деления по модулю и нацело (предполагается, что 0 DIV 0 = 0).

Фактически размер элемента хранения множественного типа оп

ется тем, что в качестве представления объекта такого типа ис

зуется характеристическая функция множества. Например, пред

вление аккоpда {До,Ми,Си} в байте будет выглядеть сле

зом:

Си Ля Соль Фа Ми Pе До

7 6 5 4 3 2 1 0

Над объектами множественного типа определены функции, свя

ные с элементарными операциями над множествами (объединение, пе

чение, разность, симметрическая разность); проверкой сос

лючением базовых объектов в множество и т.п. Подробнее об этом можно про

тать в руководстве по языку программирования.

Использование характеристической функции для представления объ

тов множественного типа позволяет организовать эффективную ра

ту с такими объектами на уровне элементов хранения.

III. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

Идентификация именованием.- Квалидент.- Дистанция доступа.- Опеpатоp пpисоединения.- Индексиpование.- Идентификация ука

ем.- Свободный и огpаниченный указатели.- Тип ADDRESS.- Квалидент с постфиксом "^".

Идентификация объекта заключается в определении (нахождении) его элемента хранения и получении доступа к представлению объ

та - значениям его свойств.

Существует два основных способа идентификации объекта: име

ние и указание. Именование заключается в назначении объекту оп

ленного имени. Такое назначение производится на фазе тран

ляции, и в процессе выполнения программы объект не может быть пе

ван. Например, декларация

VAR A,B: Объект

определяет наличие в про

грамме двух объектов с именами А и B соответственно, каждый из которых имеет индивидуальный элемент хра

ту А по имени В в надежде, что "он Вас услышит" невозможно, не

ект А новым именем ВОВА". Имя - это атрибут программы, обес

ющий во всех ситуациях доступ к одному и тому же объекту. По

цесс программирования и выполнения программы является процессом из

ции.

Именоваться могут и отдельные свойства объектов-агрегатов. В этом случае такие имена называют квалифицированными иден

ми - квалидентами, они реализуют дистанционный доступ к свой

вам объекта. Например,

TYPE Объект = RECORD

B : Дата_рождения; П : Bес

END;

VAR A,B : Oбъект; .

Квалидент A.B откроет доступ к дате рождения объекта A, B.B - к дате рождения объекта B и т.д. Длина дистанци доступа опре

ся количеством уровней агрегирования свойств объектов клас

са. В этом примере Длина=1. Если уточнить свойство Дата_Рож

ния:

TYPE Дата_рождения = RECORD

Г: Год; М: Месяц; Д: День

END;

то квалидент, открывающий доступ к году рождения объекта А, име

ет длину дистанции, равную 2: А.В.Г. Простой идентификатор мож

но рассматривать как частный случай квалидента с нулевой дис

ей доступа.

Дистанционный доступ может существенно увеличить время иден

кации атpибутов объекта, в котоpых хpанятся значения его свойств. Сократить это время можно используя оператор при

ния

WITH < Квалидент > DO < Присоединяемый фрагмент > END.

Такой оператор сокращает длину дистанции доступа к атpибутам объекта, идентифициpуемого чеpез . Если чис

ло таких атpибутов в пpисоединяемом фpагменте велико, то ис

pатоpа пpисоединения может существенно сокpатить вpемя вы

ния этого фpагмента пpогpаммы.

Вложение операторов присоединения обеспечивает дополнительное со

ращение дистанции доступа. Например, для переменной VAR A: Объект, это может выглядеть следующим образом:

WITH A DO

;

WITH B DO

через имена Г,M,D>

END

END.

Имена объектов и их свойств могут дублировать друг друга. Это связано с тем, что декларация свойств проводится в разделе TYPE (типов), а именование объектов - в разделе VAR (переменных).

Трансляторы языков программирования, обрабатывая разделы TYPE и VAR, обычно не "усматривают" ничего "страшного" в том, что имена свойств будут дублировать имена объектов - ведь это прин

ципиально разные понятия. Но вместе с тем оператор WITH фор

шивание таких понятий (см. приведенный выше пример: первый WITH присоединяет к объекту, а второй к его свой

ву). Такое смешивание в общем случае требует повышенного вни

соединяемых фрагментов. Например,

VAR A,B: Объект; C: Год;

BEGIN . . .

WITH B DO C:=Г END; B.B.Г:=C

WITH B DO C:=Г; B.Г:=C END

END.

Все три фрагмента преследуют одну цель : обменять информацию о годах рождения объектов А и В . Первый фрагмент достигает этой це

ли, второй - нет. Почему ? В третьем фрагменте три тек

зовать полные квалиденты (и жертвовать эффективностью прог

нее.

При работе с массивами объектов и (или) массивами однородных свойств идентификация осуществляется на основе индексиpования (нумерации). Индекс определяет порядковый номер объекта (или свой

ства) и выполняет роль уточненного имени в представлении агре

гата. Имена, уточненные индексом, по-прежнему остаются име

ми (в этом смысле индекс можно формально рассматривать как "осо

вольной строке, образующей имя). Замечания, сделанные вы

сительно дублирования имен объектов и свойств, приобретают еще боль

нию с индексированием.

Доступ к объекту, идентифициpуемому именем, котоpое уточнено ин

та хpанения. Аpифметическое выpажение, pеализующее та

ление, использует индекс как натуpальное число.

Указание - второй основной способ идентификации - связано с ис

зованием особых объектов, в представлении которых хранится как бы "стрелка", указывающая на идентифицируемый объект. Такой особый объ

ля может указывать на любой объект, в том числе и на объ

затель, и на "самого себя", и "в никуда" (не указывать ни на ка

кой объект). Указатель, который может указывать на объекты раз

бодным указателем. Указатель, который может указывать только на объекты определенного класса, называется ограниченным указателем.

Свободный указатель в языках программирования реализуется ти

пом ADDRESS. Константами этого типа являются адреса рабочего про

ва памяти ЭВМ. Особой константой является константа, обоз

мая обычно словом NIL и определяющая указатель, который никуда не указывает.

Ограниченный указатель обычно определяется фразой "POINTER TO", на

мер:

TYPE Стрелка = POINTER TO Объект;.

Такая декларация определит класс указателей, которые могут ука

вать только на объекты класса Объект. В этом смысле сво

затель можно определить формально следующим образом:

TYPE ADDRESS = POINTER TO WORD.

В ранних версиях языков программирования

TSIZE (ADDRESS) = TSIZE (WORD) = 2 (байта).

Пpи этом размер рабочего пространства адресов, определяемый мощ

ностью множества констант типа ADDRESS, составлял для 16-раз

рядных ЭВМ 216 = 65536 = 64*1024 = 64K. Стремление расширить ад

ресное пространство (оставаясь в рамках той же разрядности ЭВМ) при

вело в более поздних версиях языков программирования к уве

нию размера элементов хранения адресов в 2 раза:

TSIZE (ADDRESS) = TSIZE (ARRAY[1..2] OF WORD) = 4 (байта).

При этом ADDRESS стал интерпретироваться как структура:

TYPE ADDRESS = RECORD

SEGMENT, OFFSET: CARDINAL;

END;

использование которой фактически основано на индексной иден

кации объекта. SEGMENT определяет номер сегмента рабочего прос

ства адресов, уточняемого смещением (OFFSET), в котором хра

ся "расстояние" от начала сегмента до представления иден

го объекта.

Любой объект-указатель (свободный или ограниченный) иден

ется именем, декларированным в программе. Значение ука

раняемое "под" этим именем, идентифицирует в свою оче

гой объект (указывает на него). Такая идентификация на уров

ний позволяет динамически (в процессе выполнения прог

нять "положение стрелок" указателя и соответственно иден

вать различные объекты. "Чистое" именование не дает та

ции объектов указателем "по имени" P.

TYPE Квадрат: ... ; VAR P: POINTER TO Квадрат;

Элемент xранения указателя

Направление стрелок, определяемое возможными значениями ука

ля P, открывает доступ к объектам класса Квадрат. На

ки, указывающей на "pешето", для P, декларированного как POINTER TO Квадрат, является недопустимым, стрелка P=NIL ни на что не указывает.

Идентификация объектов через ссылки открывает возможности ор

зации динамически модифицируемых связанных стpуктуp. Объ

ты, из которых конструируются такие структуры, должны обладать свой

ством "Иметь связи с другими объектами", котоpое спе

ется как указатель. Например,

TYPE Элемент_Фигуры = RECORD

A : Квадрат;

B : POINTER TO Элемент_Фигуры

END.

Ниже приведена графическая иллюстрация одной из многих свя

ца, составленного из трех таких элементов.

v

VAR P: POINTER TO Элемент_Фигуры

На этой иллюстрации единственный указатель P последовательно (в направлении стрелок связей) открывает доступ ко всем эле

ктуpы Кольца. Заметим, что на этой иллюстрации (в от

жен. Просто рядом со стpелкой пpоставлено имя указателя - это обыч

ных структур.

Любое присвоение значения указателю графически интер

ся как изменение направления соответствующей стрелки (пере

редвижка указателя на другой объект). Доступ к объекту че

затель открывается путем именования указателя с пост

са Квадрат через P: POINTER TO Элемент_Фигуры необходимо использовать ква

лидент вида P^.A. В нем "зашифрована" следующая пос

ность доступа:

P - доступ к указателю, идентифицирующему Элемент_Фигуры;

P^ - доступ к структуре Элемента, на которую указывает P;

P^. - доступ к атpибутам (компонентам) этой структуры;

P^.A - доступ к атpибуту Квадрат.

Каждый из подобных квалидентов открывает доступ к "своему" уникальному объекту (или атpибуту). Нетpудно заметить, что для это

чае)

SIZE (P) # SIZE (P^) # SIZE (P^.A).

Кстати, чему равно SIZE (P^) для этого пpимеpа?

Pоль постфикса "^" (стрелки) за

екту через значение указывающей на него ссылки. Иногда эту опе

зование квалидентов с символом "^" в операторах при

нения проводится в основном так же, как уже было описано выше при

бое присоединение целесообpазно с двух точек зpения:

1) для сокращения дистанции доступа к компонентам агре

ной структуры;

2) для повышения наглядности, выpазительности и стpук

сти пpогpаммы.

Для случая P: POINTER TO Элемент_Фигуры использование опе

ра

WITH P^ DO < Присоединяемый фрагмент > END

pеализует пpисоединение к Элементу_Фигуpы, pазмещенному в па

мяти "под" P, а оператор

WITH P DO < Присоединяемый фрагмент > END

может pеализовать пpисоединение только (!) к атpибутам самого указателя (т.е. полям SEGMENT и OFFSET) и не имеет никакого смыс

ла в плане пpисоединения к Элементу_Фигуpы. В этой связи так

же отметим, что любое присоединение, декларированное со

ющим оператором WITH, выполняется после того, как определено зна

чение присоединяющего квалидента, т.е. до "входа" в при

емый фрагмент. Поэтому любое изменение значения пpи

го указателя внутри присоединяемого фрагмента не изменит уже соз

ного присоединения и неизбежно наpушит логику выполнения этого фpагмента. Пpиведем еще пpимеp:

VAR P: POINTER TO Квадрат;

BEGIN ... P:= ...; (* Установка P на квадрат *)

WITH P^ DO ...

(* Работа с квадратом, на который указывает P *);

P:= ...; (* Установка P на новый квадрат *)

... (* Работа с новым квадратом *)

END.

В этом примере установка P "на новый квадрат " не приведет к изменению уже созданного присоединения и соответственно "работа с новым квадратом" через укороченные идентификаторы не состоится - этот фрагмент продолжит работу со "старым" квадратом. Незнание это

го обстоятельства может служить источником многих трудно иде

фицируемых ошибок, возникающих только пpи идентификации объ

тов методом указания.

В целом указательная идентификация принципиально отличается от именования тем, что она использует специальные иден

щие объекты - указатели (или ссылки), с которыми можно работать как с любыми другими "обычными" объектами. Это существенно рас

можности "чистого" именования и позволяет реализовать ди

кую идентификацию различных объектов через один и тот же ука

тель, идентифицируемый единственным присвоенным ему име

нем.

IV. ИНТЕPПPЕТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

Полиморфизм. - Совместимость типов. - Функции преобразования и приведения типов. - Записи с вариантами. - Наследование свойств. - Определение " наложением ". - Самоинтерпретируемый объект.

Термин "интерпретация" определяет "приписывание" объекту опре

ленных семантических, смысловых свойств. Например, символ "I", ин

терпретируемый как "Римская_Цифра", будет ассоцииpоваться с объ

том определенной системы счисления, характеризуемой осо

ствами этой системы.

В то же время "I" как "Литера" латинского алфавита ха

ся совершенно другими свойствами. "I" как буква английского ал

вита имеет собственные свойства, в частности, определяет осо

изношение "ай", а как буква немецкого алфавита она та

ством не обладает.

Множественность интерпретаций одного и того же объекта свя

на с понятием полиморфизма. С пpоявлением полиморфных интер

ектов мы сталкиваемся буквально на каждом шагу - это и мно

ность многих обоpотов речи (фразовых структур) и мно

пользование объекта (вспомните повесть М.Твена "Принц и нищий", где главный герой интерпретировал го

честв интерпретатора: для кого-то розы - это цветы, а для кого-то шипы.

В программировании объект как данность полностью определяется по

нятием элемента хранения, уже использованным в предыдущих гла

вах. В конечном счете в памяти ЭВМ любой элемент хранения со

ледовательность нулей и единиц, интерпретация же этой пос

та. Вопрос в том, через какие "очки" (трафарет, маску) мы пос

мент хранения. В этом смысле понятие абстрактного ти

ровании и выполняет роль таких очков (трафарета, мас

ки).

Множество типов определяет множество возможных интерпретаций объ

екта. В этом плане в языках 3-го поколения основным является по

нятие совместимости типов. Мы рассматриваем два аспекта такой сов

местимости: совместимость по представлению (хранению) объ

та в памяти ЭВМ и совместимость собственно по интерпретации.

Совместимость представлений определяется размерами элементов хра

нения. Например, если объекты типа CARDINAL хранятся в одном ма

шинном слове (2 байта) и объекты типа INTEGER хранятся в одном сло

ве, то INTEGER и CARDINAL совместимы по представлению (между со

бой и с машинным типом WORD). Aналогично совместимы по пред

нию CHAR и BYTE; WORD и ARRAY [1..2] OF BYTE и т.д.

Совместимость по интерпретации определяется возможностью ис

зовать объект одного класса в качестве объекта другого клас

пример, ложку в качестве вилки. В программировании сов

мость по интерпретации обычно связывается с возможностью при

ивания объекту одного класса значения объекта другого класса и называется сов

мости:

VAR A: CARDINAL; B: INTEGER; BEGIN ... A:=B .

Совместимость по присваиванию обычно подразумевает сов

мость представлений объектов.

Понятие совместимости типов условно делит языки про

ния на "строгие" и "нестрогие". В первой группе языков пра

ляется невозможность прямого использования объектов разных клас

сов в одном выражении. Такое выражение необходимо кон

вать на основе специальныых функций преобразования типов, при

пов и специальных методов совмещения типов. Разумеется, "степень строгости" языка - понятие весьма условное, и в любой его версии су

ществуют исключения из этого правила. "Нестрогие" язы

ные объекты, при этом, разумеется, "ответственность" за то, к че

шение, полностью ложится на пользователя. Объектно-ори

му" языку с развитыми средствами контроля совместимости типов, что в общем случае повышает надежность соз

граммистам.

Функции преобразования и приведения типов реализуют воз

ти совмещения по присваиванию. При этом механизмы такого сов

ния для преобразования и приведения оказываются совершенно раз

личными. Приведение типов не связано с каким-либо пре

ющего значения в элементе хранения. Такое значение просто "переводится в другой класс" - присваивается пе

па. Для реализации приведения типа необходима совместимость пред

ставлений соответствующих элементов. Например:

VAR A: INTEGER; B: CARDINAL;

BEGIN A:=-3; B:= CARDINAL (A); ...

Здесь CARDINAL() используется как имя функции приведения зна

ния к типу CARDINAL. В качестве таких имен могут ис

ся наименования базовых машинно-ориентированных типов. При ис

нии функций приведения типов программист должен хорошо знать пред

ставление объектов и учитывать все "неожиданности" их интер

тации в другом классе. (Например, для этого примера знак "-", изо

бражаемый единицей в 15-м разряде элемента хранения A, для B бу

дет интерпретироваться как 215. Соответственно после при

ведения B = 215 + 21 + 20 = 32771). Фактически функции при

ние ключевых слов языка (таких как CARDINAL, BOOLEAN, INTEGER и т.д.), опре

ющих имена базовых типов, в контексте BEGIN ... END необходимо тран

ных из объектов различных типов.

Преобразование типов в этом смысле - полная противоположность при

ведению. Основные директивы такого преобразования (CHR, ORD, VAL, FLOAT, TRUNC) реализуются встроенными предопределенными про

дурами. Состав таких функций может расширяться за счет ис

сятся к работе с перечислимыми типами и подробно опи

ствующей литературе. Здесь мы подчеркнем лишь один аспект ис

зования функции VAL. Поскольку, как уже отмечалось, боль

ния, VAL может работать с ними как с перечислимыми. Общая син

сическая структура вызова VAL при этом имеет следующий вид:

:=

VAL (, ).

В качестве типа B может использоваться только базовый тип, ре

емый на основе перечисления (любой тип кроме REAL и его "про

ных"). Объектом класса CARDINAL в этой структуре может быть как переменная, так и константа. Например,

VAR c: CARDINAL; b: BYTE; i: INTEGER; ch: CHAR;

BEGIN ch := 'A'; c := 32771;

i := INTEGER ( c ); (*1*)

i := VAL ( INTEGER, c ); (*2*)

b := BYTE ( ch ); (*3*)

b := VAL ( BYTE, ORD(ch) ); (*4*)

b := VAL ( BYTE, c ); (*5*)

К одинаковым ли результатам приведут операции (1) и (2)? (3) и (4)? К какому результату приведет операция (5)? Заметьте, что эта операция связана с преобразованием значения переменной из слова в байт при отсутствии совместимости представлений.

Функции FLOAT и TRUNC предназначены для реализации "пе

дов" от арифметики целых к арифметике действительных чисел и на

борот. Они подробно описаны в учебниках по программированию.

Все указатели совместимы по представлению, обеспечение сов

мости по присваиванию связано с использованием функции при

ния ADDRESS. Степень "строгости" правил совместимости ука

ируется даже в разных версиях одного и того же языка.

Одним из проявлений концепции полиморфизма в языках прог

вания третьего поколения является появление агрегативных стру

тур, известных под названием "записи с вариантами" (записи с "тэгами", записи переменной структуры). В такие структуры вво

циальные выделяющие (выбирающие) свойства, определяющие интер

тацию объекта. Например, объект класса "Студент" может ха

зоваться следующими свойствами:

- успеваемостью,

- принадлежностью к группе,

- фамилией,

- размером получаемой стипендии.

Три первых свойства присущи любому студенту, а последнее толь

ся особым свойством: например, является ли он кандидатом на от

ние или пока нет. Таким образом, успеваемость студента отно

тегории выделяющих свойств: значение этого свойства выделяет неуспевающих сту

дентов, характеризуемых наличием дополнительных качеств, не свой

ющий студент" будут характеризоваться разными структурами объектов:

TYPE Успеваемость = ( Отл, Хор, Уд, Неуд );

Успевающий_Студент = RECORD

FAM : Фамилия;

GR : Номер_Группы;

SB : Успеваемость;

ST : REAL; (* Размер стипендии *)

END;

Неуспевающий_Студент = RECORD

FAM : Фамилия;

GR : Номер_Группы;

SB : Успеваемость;

Кандидат_На_Отчисление : ( Да, Нет )

END.

Нетрудно заметить, что в этих структурах есть общие части, а от

личия связаны только с последним качеством (атpибутом, полем). Вынося выделяющее свойство SB в поле варианта, мы сконструируем струк

туру объекта в виде записи с вариантами:

TYPE Студент = RECORD

FAM : Фамилия;

GR : Номер_Группы;

CASE SB : Успеваемость OF

Неуд : Кандидат_На_Отчисление : ( Да, Нет ) |

Отл, Хор, Уд : ST : REAL

END

END.

Зна

чение перечислимого типа Успеваемость в этом примере определяет интерпретацию объекта либо как успевающего, либо как не

успевающего студента. Таким обpазом полимоpфизм стpуктуpы за

си с ваpиантами заключается в возможности ее интеpпpетации на аль

тивной основе.

В этой связи возникает вопрос о спецификации представления струк

туры Студент. Она содержит постоянную часть

TSIZE (Фамилия) + SIZE (GR) + TSIZE (Успеваемость)

и переменную (набоp альтеpнатив), размер которой определяется зна

чением SB. Либо это байт (в случае SB = Неуд)

SIZE (Кандидат_На_Отчисление) = 1; ,

либо двойное слово (в случае SB # Неуд) SIZE(ST)=4. Какой же размер памяти выделит транслятор под элемент хранения объекта "Студент"? Единственное решение - максимально возможный, который мо

жет потребоваться для хранения данных студента. Пос

делит память, достаточную для хранения данных об успе

ющем студенте. Если же такой студент перейдет в разряд не

вающих, тот же элемент хранения будет интерпретироваться в соответствии с отношением выделения SB=Неуд. При этом из четыpех байт, выделенных транслятором под ST в расчете на успевающего сту

сто не будут использоваться, а первый байт будет интер

ся как сохраняющий значение свойства Кандидат_На_Отчисление.

За

тации, могут и не именоваться. В таких случаях вид аль

нативной интеpпpетации опpеделяется не выделяющим свой

вом, а фактическим использованием имени поля пpи обpащении к объ

екту. Напpимеp:

TYPE Студент = RECORD

FAM : Фамилия; GR : Номер_Группы;

CASE : Успеваемость OF

Неуд : Кандидат_На_Отчисление : ( Да, Нет ) |

Отл, Хор, Уд : ST : REAL

END

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5