
- •Глава 1
- •1.2. Процедурные языки
- •1.3. Языки, ориентированные на данные
- •1.4. Объектно-ориентированные языки
- •1.5. Непроцедурные языки
- •1.6. Стандартизация
- •1.7. Архитектура компьютера
- •1.8. Вычислимость
- •1.9. Упражнения
- •Глава 2
- •2.2. Семантика
- •2.3. Данные
- •2.4. Оператор присваивания
- •2.5. Контроль соответствия типов
- •2.7. Подпрограммы
- •2.8. Модули
- •2.9. Упражнения
- •Глава 3
- •3.1. Редактор
- •3.2. Компилятор
- •3.3. Библиотекарь
- •3.4. Компоновщик
- •3.5. Загрузчик
- •3.6. Отладчик
- •3.7. Профилировщик
- •3.8. Средства тестирования
- •3.9. Средства конфигурирования
- •3.10. Интерпретаторы
- •3.11. Упражнения
- •Глава 4
- •4.1. Целочисленные типы
- •I: Integer; -- Целое со знаком в языке Ada
- •4.2. Типы перечисления
- •4.3. Символьный тип
- •4.4. Булев тип
- •4.5. Подтипы
- •4.6. Производные типы
- •4.7. Выражения
- •4.8. Операторы присваивания
- •4.9. Упражнения
- •Глава 5
- •5.1. Записи
- •5.2. Массивы
- •5.3. Массивы и контроль соответствия типов
- •Подтипы массивов в языке Ada
- •5.5. Строковый тип
- •5.6. Многомерные массивы
- •5.7. Реализация массивов
- •5.8. Спецификация представления
- •5.9. Упражнения
- •Глава 6
- •6.1. Операторы switch и case
- •6.2. Условные операторы
- •6.3. Операторы цикла
- •6.4. Цикл for
- •6.5. «Часовые»
- •6.6. Инварианты
- •6.7. Операторы goto
- •6.8. Упражнения
- •Глава 7
- •7.1. Подпрограммы: процедуры и функции
- •7.2. Параметры
- •7.3. Передача параметров подпрограмме
- •7.4. Блочная структура
- •7.5. Рекурсия
- •7.6. Стековая архитектура
- •7.7. Еще о стековой архитектуре
- •7.8. Реализация на процессоре Intel 8086
- •7.9. Упражнения
- •Глава 8
- •8.1 . Указательные типы
- •8.2. Структуры данных
- •8.3. Распределение памяти
- •8.4. Алгоритмы распределения динамической памяти
- •8.5. Упражнения
- •Глава 9
- •9.1. Представление вещественных чисел
- •9.2. Языковая поддержка вещественных чисел
- •9.3. Три смертных греха
- •Вещественные типы в языке Ada
- •9.5. Упражнения
- •Глава 10
- •10.1. Преобразование типов
- •10.2. Перегрузка
- •10.3. Родовые (настраиваемые) сегменты
- •10.4. Вариантные записи
- •10.5. Динамическая диспетчеризация
- •10.6. Упражнения
- •Глава 11
- •11.1. Требования обработки исключительных ситуаций
- •11.2. Исключения в pl/I
- •11.3. Исключения в Ada
- •11.5. Обработка ошибок в языке Eiffei
- •11.6. Упражнения
- •Глава 12
- •12.1. Что такое параллелизм?
- •12.2. Общая память
- •12.3. Проблема взаимных исключений
- •12.4. Мониторы и защищенные переменные
- •12.5. Передача сообщений
- •12.6. Язык параллельного программирования оссаm
- •12.7. Рандеву в языке Ada
- •12.9. Упражнения
- •Глава 13
- •13.1. Раздельная компиляция
- •13.2. Почему необходимы модули?
- •13.3. Пакеты в языке Ada
- •13.4. Абстрактные типы данных в языке Ada
- •13.6. Упражнения
- •Глава 14
- •14.1. Объектно-ориентированное проектирование
- •В каждом объекте должно скрываться одно важное проектное решение.
- •14.3. Наследование
- •14.5. Объектно-ориентированное программирование на языке Ada 95
- •Динамический полиморфизм в языке Ada 95 имеет место, когда фактический параметр относится к cw-типу, а формальный параметр относится к конкретному типу.
- •14.6. Упражнения
- •Глава 15
- •1. Структурированные классы.
- •15.1. Структурированные классы
- •5.2. Доступ к приватным компонентам
- •15.3. Данные класса
- •15.4. Язык программирования Eiffel
- •Если свойство унаследовано от класса предка более чем одним путем, оно используется совместно; в противном случае свойства реплицируются.
- •15.5. Проектные соображения
- •15.6. Методы динамического полиморфизма
- •15.7. Упражнения
- •5Непроцедурные
- •Глава 16
- •16.1. Почему именно функциональное программирование?
- •16.2. Функции
- •16.3. Составные типы
- •16.4. Функции более высокого порядка
- •16.5. Ленивые и жадные вычисления
- •16.6. Исключения
- •16.7. Среда
- •16.8. Упражнения
- •Глава 17
- •17.2. Унификация
- •17.4. Более сложные понятия логического программирования
- •17.5. Упражнения
- •Глава 18
- •18.1. Модель Java
- •18.2. Язык Java
- •18.3. Семантика ссылки
- •18.4. Полиморфные структуры данных
- •18.5. Инкапсуляция
- •18.6. Параллелизм
- •18.7. Библиотеки Java
- •8.8. Упражнения
5.9. Упражнения
1. Упаковывает ваш компилятор поля записи или выравнивает их на границы слова?
2. Поддерживает ли ваш компьютер команду блочного копирования, и использует ли ее ваш компилятор для операций присваивания над массивами и записями?
3. Pascal содержит конструкцию with, которая открывает область видимости имен так, что имена полей записи можно использовать непосредственно:
type Rec =
record
Paskal |
Field2: Integer;
end;
R: Rec;
with R do Field 1 := Field2; (* Правильно, непосредственная видимость *)
Каковы преимущества и недостатки этой конструкции? Изучите в Ada конструкцию renames и покажите, как можно получить некоторые аналогичные функциональные возможности. Сравните две конструкции.
4. Объясните сообщение об ошибке, которое вы получаете в языке С при попытке присвоить один массив другому:
C |
inta1[10],a2[10]:
а1 =а2;
5. Напишите процедуры sort на языках Ada и С и сравните их. Убедитесь, что вы используете атрибуты в процедуре Ada так, что процедура будет обрабатывать массивы с произвольными индексами.
6. Как оптимизирует ваш компилятор операции индексации массива?
7. В языке Icon имеются ассоциативные массивы, называемые таблицами, в которых строка может использоваться как индекс массива:
count["begin"] = 8;
Реализуйте ассоциативные массивы на языках Ada или С.
8. Являются следующие два типа одним и тем же?
Ada |
type Array_Type_1 is array(1 ..100) of Float;
type Array_Type_2 is array(1 ..100) of Float;
Языки Ada и C++ используют эквивалентность имен: каждое объявление типа объявляет новый тип, так что будут объявлены два типа. При структурной эквивалентности (используемой в языке Algol 68) объявления типа, которые выглядят одинаково, определяют один и тот же тип. Каковы преимущества и недостатки этих двух подходов?
9. В Ada может быть определен массив анонимного типа. Допустимо ли присваивание в следующем примере? Почему?
Ada |
А1 :=А2;
Глава 6
Управляющие структуры
Управляющие операторы предназначены для изменения порядка выполнения команд программы. Есть два класса хорошо структурированных управляющих операторов: операторы выбора (if и case), которые выбирают одну из двух или нескольких возможных альтернативных последовательностей выполнения, и операторы цикла (for и while), которые многократно выполняют последовательность операторов.
6.1. Операторы switch и case
Оператор выбора используется для выбора одного из нескольких возможных путей, по которому должно выполняться вычисление (рис. 6.1). Обобщенный оператор выбора называется switch-оператором в языке С и case-onepaтором в других языках.
Switch-оператор состоит из выражения (expression) и оператора (statement) для каждого возможного значения (value) выражения:
switch (expression) {
C |
statement_1;
break;
case value_2:
statement_2;
break;
….
}
Выражение вычисляется, и его результат используется для выбора оператора, который будет выполнен; на рис. 6. 1 выбранный оператор представляет путь. Отсюда следует, что для каждого возможного значения выражения должна существовать в точности одна case-альтернатива. Для целочисленного выражения это невозможно, так как нереально написать свой оператор для каждого 32-разрядного целочисленного значения. В языке Pascal case-оператор используется только для типов, которые имеют небольшое число значений, тогда как языки С и Ada допускают альтернативу по умолчанию (default), что позволяет использовать case-оператор даже для таких типов, как Character, которые имеют сотни значений:
C |
default_statement;
break;
,
Если вычисленного значения выражения не оказывается в списке, то выполняется оператор, заданный по умолчанию (default_statement). В языке С, если альтернатива default отсутствует, по умолчанию подразумевается пустой оператор. Эту возможность использовать не следует, потому что читатель программы не может узнать, подразумевался ли пустой default-оператор, или программист просто забыл задать необходимые операторы.
Во многих случаях операторы для двух или нескольких альтернатив идентичны. В языке С нет специальных средств для этого случая (см. ниже); а в Ada есть обширный набор синтаксических конструкций Для группировки альтернатив:
С: Character;
case С is
Ada |
when '0'.. '9' => statement_2;
when '+' | '-' |' *' | '/' =>statement_3;
when others => statement_4;
end case;
В Ada альтернативы представляются зарезервированным ключевым словом when, а альтернатива по умолчанию называется others. Case-альтернативаможет содержать диапазон значений value_1 .. value_2 или набор значений, разделенных знаком «|».
Оператор break в языке С
В языке С нужно явно завершать каждую case-альтернативу оператором break, иначе после него вычисление «провалится» на следующую case-альтернативу. Можно воспользоваться такими «провалами» и построить конструкцию, напоминающую многоальтернативную конструкцию языка Ada:
char с;
switch (с) {
case 'A': case'B': ... case'Z':
statement_1 ;
C |
case'O': ... case '9':
statement_2;
break;
case '+'; case '-': case '*': case '/':
statement_3 :
break;
default:
statement_4;
break;
Поскольку каждое значение должно быть явно написано, switch-оператор в языке С далеко не так удобен, как case-оператор в Ada.
В обычном программировании «провалы» использовать не стоит:
switch (е) {
casevalue_1:
C |
case value_2:
statement_2; /* автоматический провал на statement_2. */
break;
}
Согласно рис. 6.1 switch -оператор должен использоваться для выбора одного из нескольких возможных путей. «Провал» вносит путаницу, потому что при достижении конца пути управление как бы возвращается обратно к началу дерева выбора. Кроме того, с точки зрения семантики не должна иметь никакого значения последовательность, в которой записаны варианты выбора (хотя в смысле эффективности порядок может быть важен). При сопровождении программы нужно иметь возможность свободно изменять существующие варианты выбора или вставлять новые варианты, не опасаясь внести ошибку. Такую программу, к тому же, трудно тестировать и отлаживать: если ошибка прослежена до оператора statement_2, трудно узнать, был оператор достигнут непосредственным выбором или в результате провала. Чем пользоваться «провалом», лучше общую часть (common_code) оформить как процедуру:
switch (e) {
case value_1 :
C |
common_code();
break;
case value_2:
common_code();
break;
}
Реализация
Самым простым способом является компиляция case-оператора как последовательности проверок:
compute R1 ,ехрг Вычислить выражение
jump_eq R1,#value_1,L1
jump_eq R1,#value_2 ,L2
… Другие значения
default_statement Команды, выполняемые по
умолчанию
jump End_Case
L1: statement_1 Команды для statement_1
jump End_Case
L2: statement_2 Команды для statement_2
jump End_Case
… Команды для других операторов
End_Case:
С точки зрения эффективности очевидно, что чем ближе к верхней части оператора располагается альтернатива, тем более эффективен ее выбор; вы можете переупорядочить альтернативы, чтобы извлечь пользу из этого факта (при условии, что вы не используете «провалы»!).
Некоторые case-операторы можно оптимизировать, используя таблицы переходов. Если набор значений выражения образует короткую непрерывную последовательность, то можно использовать следующий код (подразумевается, что выражение может принимать значения от 0 до 3):
compute R1,expr
mult R1,#len_of_addr expr* длина_адреса
add R1 ,&table + адрес_начала_таблицы
jump (R1) Перейти по адресу в регистре R1
table: Таблица переходов
addr(L1)
addr(L2)
addr(L3)
addr(L4)
L1: statement_1
jump End_Case
L2: statement_2
jump End_Case
L3: statement_3
jump End_Case
L4: statement_4
End_Case:
Значение выражения используется как индекс для таблицы адресов операторов, а команда jump осуществляет переход по адресу, содержащемуся в регистре. Затраты на реализацию варианта с таблицей переходов фиксированы и невелики для всех альтернатив.
Значение выражения обязательно должно лежать внутри ожидаемого диапазона (здесь от 0 до 3), иначе будет вычислен недопустимый адрес, и произойдет переход в такое место памяти, где может даже не быть выполнимой команды! В языке Ada выражение часто может быть проверено во время компиляции:
Ada |
S: Status;
case S is ... -- Имеется в точности четыре значения
В других случаях будет необходима динамическая проверка, чтобы гарантировать, что значение лежит внутри диапазона. Таблицы переходов совместимы даже с альтернативой по умолчанию при условии, что явно заданные варианты выбора расположены непрерывно друг за другом. Компилятор просто вставляет динамическую проверку допустимости использования таблицы переходов; при отрицательном результате проверки вычисляется альтернатива по умолчанию.
Выбор реализации обычно оставляется компилятору, и нет никакой возможности узнать, какая именно реализация используется, без изучения машинного кода. Из документации оптимизирующего компилятора вы, возможно, и узнаете, при каких условиях будет компилироваться таблица переходов. Но даже если вы учтете их при программировании, ваша программа не перестанет быть переносимой, потому что сам case-оператор — переносимый; однако разные компиляторы могут реализовывать его по-разному, поэтому увеличение эффективности не является переносимым.