DiVM / OOP / 12_116608_1_51491

var

N: Integer;

A: array[1..N] of Integer; // Ошибка! begin

Write('Введите количество элементов: '); ReadLn(N);

...

end.

На этапе написания программы невозможно предугадать, какие именно объемы данных захочет обрабатывать пользователь. Тем не менее, Вам придется ответить на два важных вопроса:

На какое количество элементов объявить массив?

Что делать, если пользователю все-таки понадобится большее количество элементов?

Вы можете поступить следующим образом. В качестве верхней границы массива установить максимально возможное (с вашей точки зрения) количество элементов, а реально использовать только часть массива. Если пользователю потребуется большее количество элементов, чем зарезервировано Вами, то ему можно попросту вежливо отказать. Например:

const

MaxNumberOfElements = 100; var

N: Integer;

A: array[1.. MaxNumberOfElements] of Integer; begin

Write('Введите количество элементов (не более ', MaxNumberOfElements, '): '); ReadLn(N);

if N > MaxNumberOfElements then begin

Write('Извините, программа не может работать ');

Writeln('с количеством элементов больше , ' MaxNumberOfElements, '.'); end

else begin

... // Инициализируем массив необходимыми значениями и обрабатываем его end;

end.

Такое решение проблемы является неоптимальным. Если пользователю необходимо всего 10 элементов, программа работает без проблем, но всегда использует объем памяти, необходимый для хранения 100 элементов. Память, отведенная под остальные 90 элементов, не будет использоваться ни Вашей программой, ни другими программами (по принципу «сам не гам и другому не дам»). А теперь представьте, что все программы поступают таким же образом. Эффективность использования оперативной памяти резко снижается.

Динамические массивы позволяют решить рассмотренную проблему наилучшим образом. Размер динамического массива можно изменять во время работы программы.

Динамический массив объявляется без указания границ:

var

DynArray: array of Integer;

Переменная DynArray представляет собой ссылку на размещаемые в динамической памяти элементы массива. Изначально память под массив не резервируется, количество элементов в массиве равно нулю, а значение переменной DynArray равно nil.

Работа с динамическими массивами напоминает работу с длинными строками. В частности, создание динамического массива (выделение памяти для его элементов) осуществляется той же процедурой, которой устанавливается длина строк — SetLength.

SetLength(DynArray, 50); // Выделить память для 50 элементов

Изменение размера динамического массива производится этой же процедурой:

111

SetLength(DynArray, 100); // Теперь размер массива 100 элементов

При изменении размера массива значения всех его элементов сохраняются. При этом последовательность действий такова: выделяется новый блок памяти, значения элементов из старого блока копируются в новый, старый блок памяти освобождается.

При уменьшении размера динамического массива лишние элементы теряютяся.

При увеличении размера динамического массива добавленные элементы не инициализируются никаким значением и в общем случае их значения случайны. Однако если динамический массив состоит из элементов, тип которых предполагает автоматическую инициализацию пустым значением (string, Variant, динамический массив, др.), то добавленная память инициализируется нулями.

Определение количества элементов производится с помощью функции Length:

Элементы динамического массива всегда индексируются от нуля. Доступ к ним ничем не отличается от доступа к элементам обычных статических массивов:

К динамическим массивам, как и к обычным массивам, применимы функции Low и High, возвращающие минимальный и максимальный индексы массива соответственно. Для динамических массивов функция Low всегда возвращает 0.

Освобождение памяти, выделенной для элементов динамического массива, осуществляется установкой длины в значение 0 или присваиванием переменной-массиву значения nil (оба варианта эквивалентны):

SetLength(DynArray, 0); // Эквивалентно: DynArray := nil;

Однако Вам вовсе необязательно по окончании использования динамического массива освобождать выделенную память, поскольку она освобождается автоматически при выходе из области действия переменной-массива (удобно, не правда ли!). Данная возможность обеспечивается уже известным Вам механизмом подсчета количества ссылок.

Также, как и при работе со строками, при присваивании одного динамического массива другому, копия уже существующего массива не создается.

var

A, B: array of Integer; begin

SetLength(A, 100); // Выделить память для 100 элементов

end.

В приведенном примере, в переменную B заносится адрес динамической области памяти, в которой хранятся элементы массива A (другими словами, ссылочной переменной B присваивается значение ссылочной переменной A).

Как и в случае со строками, память освобождается, когда количество ссылок становится равным нулю.

112

var

A, B: array of Integer; begin

SetLength(A, 100); // Выделить память для 100 элементов

end;

Для работы с динамическими массивами вы можете использовать знакомую по строкам функцию Copy. Она возвращает часть массива в виде нового динамического массива.

Не смотря на сильное сходство динамических массивов со строками, у них имеется одно существенное отличие: отсутствие механизма копирования при записи (copy-on-write).

2.18. Нуль-терминированные строки

Кроме стандартных строк ShortString и AnsiString, в языке Delphi поддерживаются нультерминированные строки языка C, используемые процедурами и функциями Windows. Нультерминированная строка представляет собой индексированный от нуля массив ASCIIсимволов, заканчивающийся нулевым символом #0. Для поддержки нуль-терминированных строк в языке Delphi введены три указательных типа данных:

type

PAnsiChar = ^AnsiChar; PWideChar = ^WideChar; PChar = PAnsiChar;

Типы PAnsiChar и PWideChar являются фундаментальными и на самом деле используются редко. PChar — это обобщенный тип данных, в основном именно он используется для описания нуль-терминированных строк.

Ниже приведены примеры объявления нуль-терминированных строк в виде типизированных констант и переменных:

const

S1: PChar = 'Object Pascal'; // #0 дописывается автоматически S2: array[0..12] of Char = 'Delphi/Kylix'; // #0 дописывается автоматически

var

S3: PChar;

Переменные типа PChar являются указателями, а не настоящими строками. Поэтому, если переменной типа PChar присвоить значение другой переменной такого же типа, то в результате получится два указателя на одну и ту же строку, а не две копии исходной строки. Например, в результате оператора

S3 := S1;

переменная S3 получит адрес уже существующей строки 'Object Pascal'.

Для удобной работы с нуль-терминированными строками в языке Delphi предусмотрена директива $EXTENDEDSYNTAX. Если она включена (ON), то появляются следующие дополнительные возможности:

массив символов, в котором нижний индекс равен 0, совместим с типом PChar;

строковые константы совместимы с типом PChar.

указатели типа PChar могут участвовать в операциях сложения и вычитания с целыми числами; допустимо также вычитание (но не сложение!) указателей.

Врежиме расширенного синтаксиса допустимы, например, следующие операторы:

113

В языке Delphi существует богатый набор процедур и функций для работы с нультерминированными строками (см. справочник по среде Delphi).

2.19. Переменные с непостоянным типом значений

2.19.1. Тип данных Variant

В среде Delphi определен стандартный тип данных Variant, с помощью которого объявляются переменные с непостоянным типом значений. Такие переменные могут принимать значения разных типов данных в зависимости от типа выражения, в котором используются. Следующий пример хорошо демонстрирует мощь переменных с непостоянным типом значений:

program Console;

{$APPTYPE CONSOLE}

uses SysUtils;

var

V1, V2, V3, V4: Variant;

Writeln('Press Enter to exit...'); Readln;

end.

2.19.2. Значения переменных с типом Variant

Переменные с непостоянным типом содержат целые, вещественные, строковые, булевские значения, дату и время, массивы и др. Кроме того, переменные с типом Variant принимают два специальных значения: Unassigned и Null.

Значение Unassigned показывает, что переменная является нетронутой, т.е. переменной еще не присвоено значение. Оно автоматически устанавливается в качестве начального значения любой переменной с типом Variant.

Значение Null показывает, что переменная имеет неопределенное значение. Если в выражении участвует переменная со значением Null, то результат всего выражения тоже равен Null.

Переменная с типом Variant занимает в памяти 16 байт. В них хранятся текущее значение переменной (или адрес значения в динамической памяти) и тип этого значения.

Тип значения выясняется с помощью функции

VarType(const V: Variant): Integer;

Возвращаемый результат формируется из констант, перечисленных в таблице 2.10. Например, следующий условный оператор проверяет, содержит ли переменная строку (массив строк):

if VarType(V) and varTypeMask = varString then ...

114

115

Таблица 2.10. Коды и флаги варьируемых переменных

Функция

VarAsType(const V: Variant; VarType: Integer): Variant;

позволяет вам преобразовать значение варьируемой переменной к нужному типу, например:

V1 := '100';

V2 := VarAsType(V1, varInteger);

Пока это все, что нужно знать о типе Variant, но мы к нему еще вернемся при обсуждении технологии COM Automation.

2.20. Delphi + ассемблер

В процессе разработки программы вы можете неожиданно обнаружить, что описанных выше средств языка Delphi для решения некоторых насущных проблем явно недостаточно. Например, организация критичных по времени вычислений требует использования ассемблера. Кроме того, часто возникает необходимость включить в программу на языке Delphi откомпилированные ранее процедуры и функции, написанные на ассемблере. Разработчики языка учли эти проблемы и дали программисту необходимые средства их решения.

2.20.1. Встроенный ассемблер

Пользователю предоставляется возможность делать вставки на встроенном ассемблере в исходный текст на языке Delphi.

К встроенному ассемблеру можно обратиться с помощью зарезервированного слова asm, за которым следуют команды ассемблера и слово end:

asm

<оператор ассемблера>

...

<оператор ассемблера> end;

На одной строке можно поместить несколько операторов ассемблера, разделенных двоеточием. Если каждый оператор размещен на отдельной строке, двоеточие не ставится.

В языке Delphi имеется возможность не только делать ассемблерные вставки, но писать процедуры и функции полностью на ассемблере. В этом случае тело подпрограммы ограничивается словами asm и end (а не begin и end), между которыми помещаются

116

инструкции ассемблера. Перед словом asm могут располагаться объявления локальных констант, типов, и переменных. Например, вот как могут быть реализованы функции вычисления минимального и максимального значения из двух целых чисел:

Обращение к этим функциям имеет привычный вид:

Writeln(Min(10, 20));

Writeln(Max(10, 20));

2.20.2. Подключение внешних подпрограмм

Программисту предоставляется возможность подключать к программе или модулю отдельно скомпилированные процедуры и функции, написанные на языке ассемблера или C. Для этого используется директива компилятора $LINK и зарезервированное слово external. Директива {$LINK <имя файла>} указывает подключаемый объектный модуль, а external сообщает компилятору, что подпрограмма внешняя.

Предположим, что на ассемблере написаны и скомпилированы функции Min и Max, их объектный код находится в файле MINMAX.OBJ. Подключение функций Min и Max к программе на языке Delphi будет выглядеть так:

function Min(X, Y: Integer): Integer; external; function Max(X, Y: Integer): Integer; external; {$LINK MINMAX.OBJ}

В модулях внешние подпрограммы подключаются в разделе implementation.

2.21. Итоги

Все, что вы изучили, называется языком Delphi. Мы надеемся, что вам понравились стройность и выразительная сила языка. Но это всего лишь основа. Теперь пора подняться на следующую ступень и изучить технику объектно-ориентированного программирования, без которого немыслимо стать профессиональным программистом. Именно этим вопросом в рамках применения объектов в среде Delphi мы и займемся в следующей главе.

Глава 3. Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Объекты — это крупнейшее достижение в современной технологии программирования. Они позволили строить программу не из чудовищных по сложности процедур и функций, а из кирпичиков-объектов, заранее наделенных нужными свойствами. Самое приятное в объктах то, что их внутренняя сложность скрыта от программиста, который просто пользуется готовым строительным материалом.

Сейчас преимущества использования объектов очевидны для всех. Однако так было не всегда. Сначала старая гвардия не поняла и не приняла объекты, поэтому они почти 20 лет потихоньку развивались в различных языках, первым из которых была Simula 67.

117

Постепенно объектно-ориентированный подход нашел себе место и в более мощных языках, таких как C++, Delphi и множестве других языков. Блестящим примером реализации объектов была библиотека Turbo Vision, предназначенная для построения пользовательского интерфейса программ в операционной системе MS-DOS.

Полную победу объекты одержали с приходом эпохи многофункциональных графических пользовательских интерфейсов. Теперь без объектов в программировании просто не обойтись. Чтобы вы не рылись в других книгах, собирая информацию по крохам, мы не поленились и объединили в этой главе все, что нужно знать об объектах. Для новичка важнейшее здесь: инкапсуляция, наследование, полиморфизм, остальное можно просто просмотреть и возвращаться к материалу по мере накопления опыта. Профессионалу полезно прочитать внимательно все от начала до конца. Поэтому давайте засучим рукава и приступим к делу.

3.1. Краеугольные камни ООП

3.1.1. Формула объекта

Авторы надеются, что читатель помнит кое-что из главы 2 и такие понятия как тип данных, процедура, функция, запись для него не в новинку. Это прекрасно. Так вот, в конце 60-х годов кому-то пришло в голову объединить эти понятия, и то, что получилось, назвать объектом. Рассмотрение данных в неразрывной связи с методами их обработки позволило вывести формулу объекта:

Объект = Данные + Операции

На основании этой формулы была разработана методология объектно-ориентированного программирования (ООП).

3.1.2. Природа объекта

Об объектах можно думать как о полезных существах, которые "живут" в вашей программе и коллективно решают некоторую прикладную задачу. Вы, как Демиург, лепите этих существ, распределяете между ними обязанности и устанавливаете правила их взаимодействия.

В общем случае каждый объект "помнит" необходимую информацию, "умеет" выполнять некоторый набор действий и характеризуется набором свойств. То, что объект "помнит", хранится в его полях. То, что объект "умеет делать", реализуется в виде его внутренних процедур и функций, называемых методами. Свойства объектов аналогичны свойствам, которые мы наблюдаем у обычных предметов. Значения свойств можно устанавливать и читать. Программно свойства реализуются через поля и методы.

Например, объект "кнопка" имеет свойство "цвет". Значение цвета кнопка запоминает в одном из своих полей. При изменении значения свойства "цвет" вызывается метод, который перерисовывает кнопку.

Кстати, этот пример позволяет сделать важный вывод: свойства имеют первостепенное значение для программиста, использующего объект. Чтобы понять суть и назначение объекта вы обязательно должны знать его свойства, иногда — методы, очень редко — поля (объект и сам знает, что с ними делать).

3.1.3. Объекты и компоненты

Когда прикладные программы были консольно-ориентированными, а пользовательский интерфейс был простым, объекты казались пределом развития программирования, поскольку были идеальным средством разбиения сложных задач на простые подзадачи. Однако с появлением графических систем программирование пользовательского интерфейса резко усложнилось. Программист в какой-то мере стал дизайнером, а визуальная компоновка и увязка элементов пользовательского интерфейса (кнопок, меток, строк редактора) начали

118

отнимать основную часть времени. И тогда программистам пришла в голову идея визуализировать объекты, объединив программную часть объекта с его видимым представлением на экране дисплея в одно целое. То, что получилось в результате, было названо компонентом.

Компоненты в среде Delphi — это особые объекты, которые являются строительными кирпичиками визуальной среды разработки и приспособлены к визуальной установке свойств. Чтобы превратить объект в компонент, первый разрабатывается по определенным правилам, а затем помещается в палитру компонентов. Конструируя приложение, вы берете компоненты из Палитры Компонентов, располагаете на форме и устанавливаете их свойства в окне Инспектора Объектов. Внешне все выглядит просто, но чтобы достичь такой простоты, потребовалось создать механизмы, обеспечивающие функционирование объектовкомпонентов уже на этапе проектирования приложения! Все это было придумано и блестяще реализовано в среде Delphi. Таким образом, компонентный подход значительно упростил создание приложений с графическим пользовательским интерфейсом и дал толчок развитию новой индустрии компонентов.

В данной главе мы рассмотрим лишь вопросы создания и использования объектов. Чуть позже мы научим вас превращать объекты в компоненты (см. главу 13).

3.1.4. Классы объектов

Каждый объект всегда принадлежит некоторому классу объектов. Класс объектов — это обобщенное (абстрактное) описание множества однотипных объектов. Объекты являются конкретными представителями своего класса, их принято называть экземплярами класса. Например, класс СОБАКИ — понятие абстрактное, а экземпляр этого класса МОЙ ПЕС БОБИК — понятие конкретное.

3.1.5. Три кита ООП

Весь мир ООП держится на трех китах: инкапсуляции, наследовании и полиморфизме. Для начала о них надо иметь только самое общее представление.

Объединение данных и операций в одну сущность — объект — тесно связано с понятием инкапсуляции, которое означает сокрытие внутреннего устройства. Инкапсуляция делает объекты похожими на маленькие программные модули, в которых скрыты внутренние данные и у которых имеется интерфейс использования в виде подпрограмм. Переход от понятий «структура данных» и «алгоритм» к понятию «объект» значительно повысил ясность и надежность программ.

Второй кит ООП — наследование. Этот простой принцип означает, что если вы хотите создать новый класс объектов, который расширяет возможности уже существующего класса, то нет необходимости в переписывании заново всех полей, методов и свойств. Вы объявляете, что новый класс является потомком (или дочерним классом) имеющегося класса объектов, называемого предком (или родительским классом), и добавляете к нему новые поля, методы и свойства. Процесс порождения новых классов на основе других классов называется наследованием. Новые классы объектов имеют как унаследованные признаки, так и, возможно, новые. Например, класс СОБАКИ унаследовал многие свойства своих предков

— ВОЛКОВ.

Третий кит — это полиморфизм. Он означает, что в производных классах вы можете изменять работу уже существующих в базовом классе методов. При этом весь программный код, управляющий объектами родительского класса, пригоден для управления объектами дочернего класса без всякой модификации. Например, вы можете породить новый класс кнопок с рельефной надписью, переопределив метод рисования кнопки. Новую кнопку можно "подсунуть" вместо стандартной в какую-нибудь подпрограмму, вызывающую рисование кнопки. При этом подпрограмма "думает", что работает со стандартной кнопкой,

119

но на самом деле кнопка принадлежит производному классу кнопок и отображается в новом стиле. Пока достаточно самого поверхностного понимания всех приведенных выше понятий, ниже мы рассмотрим их подробнее и покажем, как они реализованы в среде Delphi.

3.2. Классы

Для поддержки ООП в язык Delphi введены объектные типы данных, с помощью которых одновременно описываются данные и операции над ними. Объектные типы данных называют классами, а их экземпляры — объектами.

Классы объектов определяются в секции type глобального блока. Описание класса начинается с ключевого слова class и заканчивается ключевым словом end. По форме объявления классы похожи на обычные записи, но помимо полей данных могут содержать объявления пользовательских процедур и функций. Такие процедуры и функции обобщенно называют методами, они предназначены для выполнения над объектами различных операций. Приведем пример объявления класса, который предназначен для чтения текстового файла в формате "delimited text" (файл в таком формате представляет собой последовательность строк; каждая строка состоит из значений, которые отделены друг от друга символом-разделителем):

type

TDelimitedReader = class // Поля

FileVar: TextFile; Items: array of string; Delimiter: Char;

// Методы

procedure PutItem(Index: Integer; const Item: string); procedure SetActive(const AActive: Boolean);

function ParseLine(const Line: string): Integer; function NextLine: Boolean;

function GetEndOfFile: Boolean; end;

Класс содержит поля (FileVar, Items, Delimiter) и методы (PutItem, SetActive, ParseLine, NextLine, GetEndOfFile). Заголовки методов, (всегда) следующие за списком полей, играют роль упреждающих (forward) описаний. Программный код методов пишется отдельно от определения класса и будет приведен позже.

Класс обычно описывает сущность, моделируемую в программе. Например, класс TDelimitedReader представляет собой "читатель" текстового файла с разбором считываемых строк на элементы (подстроки), которые отделены друг от друга некоторым символом, называемым разделителем.

Класс содержит несколько полей:

FileVar — файловая переменная, необходимая для доступа к файлу;

Delimiter — символ, который служит разделителем элементов;

Items — массив элементов, полученных разбором последней считанной строки; Класс также содержит ряд методов (процедур и функций):

PutItem — помещает элемент в массив Items по индексу Index; если индекс превышает верхнюю границу массива, то размер массива автоматически увеличивается;

SetActive — открывает или закрывает файл, из которого производится чтение строк;

ParseLine — осуществляет разбор строки: выделяет элементы из строки и помещает их в массив Items; возвращает количество выделенных элементов;

120