Пример 4. Работа с массивами

Пусть требуется написать программу для ввода массива x из 100 вещественных чисел и вычисления суммы всех элементов этого массива:

Сделаем естественное предположение, что длина нашей программы не будет превышать 199 ячеек, и поместим массив x, начиная с 200-ой ячейки памяти. Вещественную переменную S с начальным значением 0.0 и целую переменную n с начальным значением 100 поместим в конце текста программы (после команды СТОП), и будем вводить в память вместе с командами при нажатии кнопки ПУСК. Заметим, что так в программе сэкономили ячейку, в которой должна была бы хра-ниться команда обнуления переменной S. Таким образом, в качестве счётчика цикла будет удобнее использовать не целую переменную i, изменяющуюся от 1 до 100, как в приведённой выше формуле, а переменную n с начальным значением 100, которая будет изменяться от 100 до 1. Другими словами, мы реализуем цикл, который на Турбо-Паскале можно было бы записать в виде

const S:real=0.0; n:integer=100; i:integer=1;

. . .

repeat S := S + x[i]; i := i + 1; n := n - 1 until n = 0

Ниже приведён текст этой программы.

№	Команда				Комментарий
001	ВВВ	200	100	000		Read(x); массив xв ячейках 200÷299
2	СЛВ	008	200	008		S := S+x[1]
3	СЛЦ	002	002	011		Модификация команды в ячейке 2
4	ВЧЦ	010	010	009		n := n-1
5	ПБ	000	002	000		if n>0 then goto 002
6	ВЫВ	008	001	000		Write(S)
7	СТОП	000	000	000		Стоп
8	00	000	000	000		Вешественная переменная S = 0.0
9	00	000	000	001		Целая константа 1
010	00	000	000	100		Переменная n с начальным значением 100
1	00	000	001	000		Константа переадресации

Рассматриваемая программа выделяется новым приёмом программирования, она является самомодифицирующейся программой. Обратим внимание на третью строку программы. Содержащаяся в ней команда изменяет исходный код программы (меняет команду в ячейке с адресом 002) для организации цикла перебора элементов массива². При первом выполнении этой команды она адресуется к первому элементу массива, затем ко второму и т.д. Для перехода от одного элемента массива к следующему модифицируемая команда рассматривается как целое число, к которому прибавляется специально подобранная константа переадресации. Согласно одному из принципов Фон Неймана, числа и команды в учебной машине неотличимы друг от друга, а, значит, изменяя числовое представление команды, мы можем изменять и её суть.

У такого метода программирования есть один существенный недостаток: модификация кода программы внутри её самой повышает сложность программирования, может привести к путанице и вызвать появление ошибок. Заметим также, что такую программу нельзя повторно выполнить, просто передав управление на её первую команду³, так как нужно будет предварительно восстановить исходный вид всех модифицированных команд. Кроме того, самомодифицирующуюся программу трудно понимать и вносить в неё изменения. Только представьте себе, что Вам необходимо составить алгоритм для машины Тьюринга, в которой можно изменять команды в клетках таблицы (например, заменить команду движения головки по ленте влево на движение вправо). Настоящий кошмар для современного программиста!

В нашей учебной машине, однако, самомодифицирующаяся программа – это единственный способ обработки достаточно больших массивов. В других архитектурах ЭВМ, с которыми Вы познакомитесь в свое время, есть и иные, более эффективные способы работы с массивами, поэтому метод программирования с модификацией команд в современных компьютерах, как уже говорилось, обычно не используется.