мпсу / Практические занятия pdf / Практика модуль 1 МПСУ

который был включен в Macintosh Programmer′s Workshop (MPW), среду разработки для компьютеров Macintosh фирмы Apple. Для MPW создана библиотека классов, называемая МасАрр, являющаяся основой для создания прикладных приложений, отвечающих требованиям к интерфейсу пользователя Macintosh.

Язык программирования C++ был разработан Бьерном Страуструпом, сотрудником AT&T Bell Laboratories. Непосредственным предшественником C++ является С with Classes, созданный тем же автором в 1980 году. Язык С with Classes, в свою очередь, был создан под сильным влиянием С и Simula. C++ - это в значительной степени надстройка над С. В определенном смысле можно назвать C++ улучшенным С, тем С, который обеспечивает контроль типов, перегрузку функций и ряд других удобств. Но главное в том, что C++ добавляет к С объектную ориентированность.

Известны несколько версий C++. В версии 1.0 реализованы основные механизмы объектно- ориентированного программирования, такие как одиночное наследование и полиморфизм, проверка типов и перегрузка функций. В созданной в 1989 году версии 2.0 нашли отражение многие дополнительные свойства (например, множественное наследование), возникшие на базе широкого опыта применения языка многочисленным сообществом пользователей. В версии 3.0 (1990) появились шаблоны (параметризованные классы) и обработка исключений. Комитет ANSI по C++ (X3J16) недавно одобрил предложения по введению пространств имен (что соответствует нашему обозначению категорий классов) и проверки типов во время исполнения.

Первые компиляторы C++ строились на основе препроцессора для языка С, названного cfront. Поскольку этот транслятор создавал промежуточный код на С, он позволил очень быстро перенести C++ практически на все UNIX-системы. Сейчас почти на всех платформах созданы (в том числе коммерческие) "настоящие" компиляторы C++.

Страуструп пишет: "C++ создавался с целью избавить автора и его друзей от необходимости программировать на ассемблере, С или других современных языках такого уровня. Главной задачей было придумать язык, на котором удобно писать хорошие программы и с которым программисту приятно работать. C++ никогда не проектировался на бумаге. Его проектирование, документирование и реализация выполнялись одновременно". C++ исправил многие недостатки С и ввел описания классов, контроль типов, перегрузку функций, управление памятью, постоянные типы, ссылки, встраиваемые функции, производные классы и виртуальные функции.

Существуют буквально десятки диалектов языка Lisp, включая MacLisp, Standard Lisp, SpiceLisp, S-1 Lisp, ZetaLisp, Nil, InterLisp и Scheme. В начале 80-х годов под воздействием идей объектно-ориентированного программирования возникла серия новых диалектов Lisp, многие из которых были ориентированы на представление знаний. Успех в стандартизации Common Lisp стимулировал попытки стандартизировать объектно-ориентированные диалекты в 1986 году.

Идея стандартизации была поддержана летней конференцией ACM по Lisp и функциональному программированию 1986 года, в результате чего была создана специальная рабочая группа при комитете X3J13 ANSI (комитет по стандартизации Common Lisp). Поскольку новый диалект должен был стать надстройкой над Common Lisp, он получил название Common Lisp Object System (Объектная система Common Lisp) или, сокращенно, - CLOS. Возглавил комитет Дэниел Бобров (Daniel Bobrow), а его членами стали Соня Кин (Sonya Keene), Линда де Мичил (Linda DeMichiel), Патрик Дассад (Patrick Dussud), Ричард Габриель (Richard Gabriel), Джеймс Кемпф (James Kempf), Грегор Кисазлес (Gregor Kicazles) и Дэвид Мун (David Moon).

Серьезное влияние на проект CLOS оказали языки NewFlavors и CommonLoops. После двухлетней работы, в 1988 году была опубликована полная спецификация CLOS.

Министерство обороны США, возможно, самый крупный в мире пользователь компьютеров. В середине 70-х годов программные разработки этого департамента достигли критической точки: проекты выходили из временных и бюджетных рамок, а заданных характеристик достичь не удавалось. Стало очевидно, что дальше ситуация только ухудшится, стоимость разработки программных систем взлетит еще выше, а потребность в программах будет расти экспоненциально. Для решения всех этих проблем, отягощенных вдобавок наличием сотен языков программирования, министерство обороны профинансировало проект создания единого общего языка высокого уровня. В некотором смысле Ada является одним из первых языков

31

программирования, выпущенных промышленным способом. Исходные требования были сформулированы в 1975 году (Steelman) и реализованы в 1978 году. Был объявлен международный конкурс, на который откликнулось 17 участников. Это число затем было сокращено до четырех, затем до двух, и наконец до одного; при этом в проектировании и испытаниях участвовали сотни ученых по всему миру.

Автор Eiffel Бертран Мейер (Bertrand Meyer) создавал не только язык объектно- ориентированного программирование, но и инструмент проектирования программ.

Несмотря на сильное влияние Simula, Eiffel - вполне самостоятельный объектно- ориентированный язык со своей собственной средой разработки.

Eiffel поддерживает динамическое связывание и статическую типизацию, тем самым обеспечивая гибкость интерфейсов классов в сочетании с безопасным использованием типов. В Eiffel есть несколько важных черт, поддерживающих более жесткий стиль программирования, в том числе параметризованные классы, утверждения и исключения. Мейер считает, что обобщенные классы хорошо дополняют наследование, учитывая горизонтальный уровень общности; новые классы на одном уровне иерархии можно создавать, используя тип в качестве параметра, а не плодя практически одинаковые подклассы.

Неотъемлемой частью языка являются пред- и постусловия, то есть утверждения, которые должны выполняться при входе в метод и выходе из него. Нарушение утверждения вызывает исключительную ситуацию. Ее можно перехватить, обработать и попробовать вызвать тот же метод еще раз.

Eiffel поощряет хорошее программирование, добротную спецификацию классов, сильную типизацию и повторное использование, как через наследование, так и через параметризацию. Формальная трактовка исключительных ситуаций позволяет жестко специфицировать интерфейсы классов при реализации.

Eiffel предоставляет законченную среду разработки программ, включая специальный редактор с выделением синтаксиса, генератор документации, библиотеки классов и броузер. Кроме того, поддерживаются средства управления кодом и сборкой программ.

Рождению языка Java предшествовала довольно интересная история. В 1990 году разработчик ПО компании Sun Microsystems Патрик Нотон (Patrick Naughton) понял, что ему надоело поддерживать сотни различных интерфейсов программ, используемых в компании, и сообщил исполнительному директору Sun Microsystems и своему другу Скотту МакНили (Scott McNealy) о своем намерении перейти работать в компанию NeXT. МакНили, в свою очередь, попросил Нотона составить список причин своего недовольства и выдвинуть такое решение проблем, как если бы он был Богом и мог исполнить все, что угодно.

Нотон, хотя и не рассчитывал на то, что кто-то обратит внимание на его письмо, все же изложил свои претензии, беспощадно раскритиковав недостатки Sun Microsystems, в частности, разрабатываемую в тот момент архитектуру ПО NeWS. К удивлению Нотона, его письмо возымело успех: оно было разослано всем ведущим инженерам Sun Microsystems, которые не замедлили откликнуться и высказать горячую поддержку своему коллеге и одобрение его взглядов на ситуацию в Sun Microsystems. Обращение вызвало одобрение и у высшего руководства компании, а именно, у Билла Джоя (Bill Joy), основателя Sun Microsystems, и Джеймса Гослинга (James Gosling), начальника Нотона.

В тот день, когда Нотон должен был уйти из компании, было принято решение о создании команды ведущих разработчиков с тем, чтобы они делали что угодно, но создали нечто необыкновенное.

Команда из шести человек, с кодовым названием Green, ушла в самовольное изгнание, погрузившись в исследования бытовых устройств, таких как Nintendo Game Boys, устройств дистанционного управления. Команда Green пыталась найти средство, с помощью которого можно было бы установить взаимодействие между этими устройствами. Вскоре стало ясно, что такие электроприборы, как видеомагнитофоны, проигрыватели лазерных дисков, стереосистемы - все они были реализованы на разных процессорах. Это означало, что если производитель захочет добавить телевизору или видеомагнитофону дополнительные функции или характеристики, он будет зажат в рамках средств, зашитых в аппаратное обеспечение. Эта проблема, в сочетании с ограниченностью памяти микросхем этих устройств, выдвинула новый подход к программированию ПО, который должен был стать ведущим на рынке бытовой электроники.

Команда приступила к разработке нового объектно-ориентированного языка программирования, который был назван Oak (дуб), в честь дерева, росшего под окном Гослинга.

Вскоре компания Sun Microsystems преобразовала команду Green в компанию First Person. Новая компания обладала интереснейшей концепцией, но не могла найти ей подходящего применения. После ряда неудач неожиданно ситуация для компании резко изменилась: был анонсирован Mosaic - так родился World Wide Web, с которого началось бурное развитие Internet.

32

Нотон предложил использовать Oak в создании Internet- приложений. Так Oak стал самостоятельным продуктом, вскоре был написан Oak-компилятор и Oak-браузер "WebRunner". В 1995 году компания Sun Microsystems приняла решение объявить о новом продукте, переименовав его в Java (единственное разумное объяснение названию - любовь программистов к кофе). Когда Java оказалась в руках Internet, стало необходимым запускать Java-аплеты - небольшие программы, загружаемые через Internet. WebRunner был переименован в HotJava и компания Netscape встала на поддержку Java-продуктов.

Что такое "хорошая" программа?

Если отвлечься от конкретного содержания той или иной задачи, то основные этапы ее решения с помощью компьютера, преобразующего исходные данные в выходные, приведены в таблице ниже.

Эта схема достаточно условна. В ней скрыты довольно важные моменты, связанные с использованием готовых к употреблению библиотечных программ, с устранением синтаксических и алгоритмических ошибок в тексте исходной программы. В некоторых системах программирования (к ним, в частности, относится и QBasic) этапы 4 и 5 совмещены.

Каждому из этапов присущи свои особенности. Формулировка задачи должна исключать какую-либо неопределенность в задании исходных данных и устанавливать область их допустимых значений. Состав исходной информации должен быть достаточен для решения поставленной задачи. Так, например, нельзя построить треугольник, зная только два его параметра. Задание трех его углов тоже не позволяет найти однозначное решение. Алгоритм, как правило, должен приводить к решению задачи за конечное чис-

ло шагов или предусматривать прекращение бесконечных циклов при выполнении определенных условий. Программа на алгоритмическом языке .должна иметь четко выраженную структуру и быть понятной не только ее автору. В случае необходимости она должна допускать участие человека в процессе принятия решений. Машинная программа должна располагать удобным интерфейсом и предоставлять в распоряжение пользователя интуитивно понятные средства ввода, управления вычислительным процессом, визуализации промежуточных и окончательных результатов. Это — далеко не полный перечень требований, выработанных многолетней практикой. Но остановимся чуть подробнее на деталях, связанных с организацией исходной программы на алгоритмическом языке.

Во-первых, программа должна выполнять свое главное функциональное назначение — правильно решать поставленную задачу при любом допустимом наборе исходных данных. Без этого любая программа теряет свой смысл.

Во-вторых, программа должна быть, по возможности, эффективной и не тратить на решение задачи лишнее время и ресурсы компьютера. Это особенно важно, когда предполагается многократное использование программы или ее включение в состав более сложного программного комплекса. Конечно, эффективность программы в первую очередь зависит от выбранного алгоритма. Но и реализация последнего может внести свою лепту. Профамма может быть идеальной с точки зрения использования конструкций алгоритмического языка, но далеко не

33

самой эффективной из-за неудачного алгоритма. Представим себе, что потребовалось сложить натуральные числа от kl до R2. Такая процедура реализуется простым циклом, например, на Паскале:

s:=0;

for j:=k1 to k2 do s:=s+j;

Однако сумму членов арифметической прогрессии можно найти вспомнив или элементарно получив нужную формулу. Выпишем друг под другом ее элементы в прямом и обратном порядках:

kl kl+1 kl+2 ........ kl+(k2-kl) kl+(k2-kl) k2-l k2-2 ........ kl

Сумма каждой пары равна (kl+k2), и таких пар (k2—kl+1). Поэтому искомая сумма может быть найдена по формуле

s:=(kl+k2)*(k2-kl+l)/2;

И для ее нахождения потребуется всего пять операций, независимо от числа слагаемых. Из этого примера можно сделать довольно тривиальный вывод -знание техники программирования является необходимым, но не всегда достаточным фактором для эффективного решения задачи.

В-третьих, программа не должна быть очень замысловатой по своей реализации и не должна допускать модификацию или расширение возможностей другими программистами. Поэтому такие моменты, как простота и наличие полноценного комментария способствуют продлению жизненного цикла программы. Очень вредит простоте программы неумеренное использование оператора безусловного перехода. Приводимый ниже пример программы-

спагетти на языке Бейсик предназначен для поиска максимального среди значений трех переменных — max (a,b,c).

10 INPUT А,В,С

20 IF А>В THEN GOTO 80

30 IF B>C THEN GOTO 60

40 PRINT "Наибольшее число = "; С

50 GOTO 100

60 PRINT "Наибольшее число = "; В

70 GOTO 100

80 IF A<C THEN GOTO 40

90 PRINT "Наибольшее число = "; A

100 END

Представляете, как разрастется подобный монстр, если количество переменных, среди которых ищется максимум, достигнет 10. Насколько изящнее выглядит следующая программа:

10 INPUT А,В,С

20 МАХ=А

30 IF MAX<B THEN MAX=B

40 IF MAX<C THEN MAX=C

50 PRINT "Наибольшее число = ";МАХ

Эта программа значительно короче, и в ней нет ни одного оператора перехода. Кроме того, она допускает простое обобщение на поиск максимума среди элементов массива:

МАХ=А(1) FOR K=2 TO N

IF MAX<A(K) THEN MAX=A(K) NEXT К

Красивую программу можно сравнить со скульптурой, гениальный творец которой отсек от камня все лишнее.

34