Редактирование: Языки программирования, 28 лекция (от 14 декабря)

Материал из eSyr's wiki.

Внимание: Вы не представились системе. Ваш IP-адрес будет записан в историю изменений этой страницы.

Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.

''С++'' 
''Ада'' 
''С#'' c 2004 
''Java'' c 2005

Все современные языки, использующиеся в промышленности, поддерживают идею статической параметризации.
Продолжаем рассматривать идею родовых модулей в ''Аде''.

'''п.1. Родовые модули языки ''Ада''	'''

''Ада-83'' – принцип РОРИ пронизывает весь этот язык. Получился очень мощный и одновременно эффективный механизм. Порождение нового пакета порождало новый экземпляр данного типа.

package Stack – два параметра – тип элемента размер стека:

<pre>
generic
	type T is private;
size: integer;
package Stack is
	Push
	Pop
end Stack;
</pre>

Можно ли так запрограммировать процедуры, чтобы они эффективно работали для любого размера стека? Конечно, да!

Конкретизация:

<pre>
package IStack is new Stack(integer, 128);
</pre>

Тривиальная реализация – простая макроподстановка integer и 128. Плюс – крайняя простота. Минус – очень сильное разбухание кода – сколько объявлений, столько и различных процедур. ''Ада-83'' требовала отдельной компиляции спецификации и реализации.
 
Теперь представим себе другую ситуацию, например пусть у нас есть родовая процедура сортировки:

<pre>
generic
	type ElType is private;
	type Index is range <>;
	type Arr is array (Index) of ElType;
	with function <(x, y : T) return Boolean (<>);
procedure G_SORT(A: in out Arr; L,R : Index);
</pre>

Как написать спецификацию той же шаблонной функции на ''С++'', считая, что уже имеется Vector <T>? Вот так:

<pre>
template <class T, class Index>
void Sort(Vector <T>&V, Index L,R);
</pre>

В процедуре Sort обязательно встретится нечто вроде:

Только во время конкретизации происходит процесс выведения типа и компилятор узнает, есть ли вообще у v операция индексирования или нет. До этого производится только синтаксическая проверка.

В ''Аде'' большое разнообразие типов формальных параметров родового модуля.
Формальные параметры родовых модулей:

параметр-переменная	<=> любое константное выражение 
type T is private 	<=> любой тип с операцией присваивания 
type T is range		<=> любой дискретный тип с упорядоченностью и функциями «следующий» и «предыдущий» 
type T is delta 		<=> любое плавающее выражение 
< > 				<=> при конкретизации процедуры мы можем не указывать этот вариант (параметр по умолчанию).

Пусть у нас есть:

<pre>
procedure StrSort is new G_SORT(String, Integer, TARR);
</pre>

C помощью < > компилятор находит функцию < для строк и подставляет как параметр по умолчанию.
Родовые сегменты – абсолютно необходимая в ''Аде'' конструкция, потому что там нет передачи процедур и функций по параметру. Как по-другому реализовать функцию, скажем, вычисляющую интеграл? Мы должны передавать вещественный тип-параметр и саму подынтегральную функцию. Допустим, мы вводим новый вид чисел, например комплексный, то есть запись. Мы должны описать тип чисел как приватный и передавать как сравнение, так и всю арифметику. Хотя много всего, но зато будет одна процедура и для вещественных, и для комплексных чисел, и для кватернионов.
Компилятор должен видеть не только спецификацию данной абстракции, но и тело. Гибкость повышается, но тело родовой абстракции должно быть доступно в любой момент конкретизации. За в этой жизни надо платить! Либо мы повышаем гибкость, либо производительность. В ''Аде-83'' механизм родовых модулей – единственный, который поддерживал ОО. Как вы думаете, что самое главное, что появилось в ''Аде-95''? Правильно, класс – тегированная запись:

<pre>
type T is tagged
</pre>

Какова была основная цель введения дженериков в ''C#'' и ''Java''? Для коллекций. Если мы почитаем определение языка ''C#'', то первый шаблон, который мы найдём, это реализация стека:

<pre>
Elem Stack {}
</pre>

Раньше же мы видели Object []body;
Дальше приведение типа, и если мы пропускаем проверку, получим ошибку времени выполнения. В основном коллекции являются не гетерогенными, и, используя шаблоны, можно сильно увеличить производительность. Самый мощный механизм – шаблоны в ''С++''. Почему же они более мощны и гораздо более сложны, чем в других языках?

Шаблоны в ''С++'': 
1) Функции 
2) Классы 
 
а) Параметр-класс <=> Любой тип 
б) Параметр-переменная 	 <=> Константное выражение

<pre>
template <class T, int size> class Stack {...}
</pre>

T – тип данных, size может быть везде, где фигурирует целая константа. Конкретизация происходит явным образом.
Stack <int, 256> может появляться везде, где может появляться имя типа.
После Stack <int, 256>, увидев Stack <int, 2*128>, компилятор ничего не сгенерирует, т.к. уже один раз сгенерировал.
А вот Stack <int, 64> порождает новый класс, хотя в общем-то Push и Pop в этом случае делают одно и то же, что и в случае Stack <int, 256>. Но компилятор мужественно породит новый кусок кода…

Stack <int, 64> S;
Вот здесь начинается генерация кода. Но в ''С++'' у нас раздельная трансляция. 
Шаблоны – очень мощная вещь, но неграмотное их использование неопытным программистом ведет к разбуханию кода…
Если одинаковые шаблоны сгенерированы в разных модулях, некоторые компиляторы борются с этим, используя PCH, хотя это делает трансляцию зависимой.

Для функций то же самое, но конкретизация не обязательна. Рассмотрим:

<pre>
template <class T> void Sort (Vector <T>&V);
</pre>

Sort порождает бесконечное семейство конкретных реализаций.

Представим, что у нас в программе есть:

<pre>
Vector <string> X;
Sort(X);
</pre>

В Sort должен явно встречаться код:

Компилятор опять же ничего проверить не может. Эта проверка происходит только в момент конкретизации. В ''Аде-95'' и ''С++'' ситуация одинаковая и не такая, как в ''Аде-83''. В момент конкретизации компилятору надо дать полную информацию обо всём шаблоне, и ни о каком принципе РОРИ речи идти не может.
Этим ''С++'' не ограничивается. Пока что было очень похоже на ''Аду-95''. Какой недостаток?

В первых версиях шаблонов в ''С++'' было невозможно:

<pre>
template <class T>
T f() {…}
</pre>

В новых версиях можно:

Но это не всё. В ''С++'' есть механизм частичной специализации.

'''п.2. Шаблоны в ''С++'''''

<pre>
Vector <const char *>a;
Sort(a);
</pre>

Будет подставлена функция < для указателей, и ошибки в программе не будет, но работать она будет неправильно.

<pre>
template <class T> bool less (T& x, T& y) {
 return x<y;
}
</pre>

Это описание шаблонной функции. Хорошая функция сортировки должна работать через шаблонную функцию сравнения. Но проблема со * остаётся. Что делать? А вот что.

Пишем:

<pre>
template <> bool less <const char *> (const char *p1, const char *p2) {
 return strcmp(p1,p2);
}

template <> class Vector <void *>;
</pre>

Подставь вместе T		void * и сгенерируй код. (?)

Для векторов возможны такие реализации:

1) template <class T> class Vector {…} 
2) template <> class Vector <T*>;

<pre>
Vector <long > V;
Vector <int> V1;
</pre>

Оба по первой реализации и разные.

<pre>
Vector <const char *> v2;
Vector <int *>v3;
</pre>

Оба по второй и одинаковые.

Будет также эффективно, как и встроенный в язык вектор.
Механизм частичной специализации очень эффективен.
Физики очень не любили использовать язык ''С''. Компиляторы с ''ФОРТРАНА'' были, как ни странно, эффективнее компиляторов с ''С''. ''С''-шные функции требуют слишком много проверок, пример: memcpy (проверяет перекрытие областей памяти и много-много чего прочего).
С появлением шаблонов ситуация изменилась. Многие математические библиотеки, такие как Boost, Loki – это именно библиотеки шаблонов – очень производительны. Читай у Александреску про его библиотеку шаблонов Loki. У STL много недостатков, но написана она исключительно производительно в смысле эффективности.

Вспомним:

<pre>
Find(It first, It last, …)
</pre>

Для каждого конкретного типа можно написать частичную специализацию Find
*I == X (?)

Можно передавать третьим параметром compare, и вызывать но это неэффективно, так как это срывает работу конвейера. Выход – функтор. Перекрываем операцию ( ):

<pre>
сlass Finder {
 public:
 bool operator ()(T&x, …) {
 …
 }
}
</pre>

'''п.3. ''C#'', ''Java'' – обобщенные классы'''

У них очень простой синтаксис и похожая идея:

<pre>
class Stack <T> {…}
interface IComparable <T> {…}
</pre>

Параметризовать можно как классы, так и интерфейсы и методы:

<pre>
public void add <T> (T x) {…}
</pre>

Слово class просто синтаксически не нужно. Компилятор производит первичный синтаксический анализ и перевод в MIL/Байт-код. Конкретизация же происходит при выполнении кода. Код генерируется оптимальным образом.

В ''Java'' в качестве параметризованных типов только классы.
Вместо Stack <int> S надо Stack <Integer> S

В ''C#'' на такое пойтить не могли. Там же есть структуры!
Если аргумент – класс или интерфейс, код разный. Для ссылок одинаковый.

В ''Java'':
if (Stack<Integer>.getClass==Stack<String>.getClass()) даст true

В ''C#'':

<pre>
сlass Dictionary <K, V> {
}
</pre>

K – тип ключа,
V – тип значения.

Явно при реализации должно быть нечто вроде:

<pre>
public void Add( K Key, V Value) {
 …
 if (K<K1) …
 …
}
</pre>

На это будет выдана ошибка. Потому что функции < может не быть.

Надо:

<pre>
if ((IComparable)K<K1)
</pre>

Вместо этого можно:

<pre>
class Dictionary <K, V> where K:Icomparable
</pre>

Можно теперь ошибки не бояться.
Возвращаемся к старой доброй ''Аде-83''.

«Я когда-то за счет изменения нескольких функций выиграл в производительности 30%. Это, извините меня, о-го-го!»

Кстати, по поводу ''С++''. В ''С++'', в отличие от ''Ады'', есть механизм подстановки параметров по умолчанию.
new
delete

В итоге концепция шаблонов пронизывает все современные языки.
Наиболее мощная концепция в ''С++'', но за счёт сложности можно писать очень неэффективные программы.
В ''Java'' и ''C#'' достигнут между производительностью и гибкостью.
На этом закончим лекцию и вместе с ней весь курс.

'''Схема проведения экзамена по Языкам Программирования:'''

1) Экзамен письменный, длится одну пару

2) Можно пользоваться печатными материалами, если это не типографская продукция

3) Всего восемь задач, максимум за каждую - 6 баллов

4) when баллы>=36 => 5, when 24<=баллы<36 => 4, when 12<=M<25 => 3, default => 2

'''Задачи досрочного экзамена (19 декабря):'''

'''1-ый вариант.'''

1) В каких из перечисленных ниже языков программирования при обработке
исключительных ситуаций используется семантика завершения? Объяснить, что она означает.

''Ада'', ''Модула-2'', ''Оберон'', ''Оберон-2'', ''С'', ''С++'', Java, ''C#''

2) Объяснить, что означает оператор foreach языка ''C#''. Какие условия накладываются
на класс-коллекцию, чтобы он мог использоваться в данном операторе?

3) Объяснить все смыслы ключевого слова final в языке ''Java''.

4) Перечислите способы передачи параметров в языках программирования. Какие из них
реализованы в языках ''Ада-95'' и ''Оберон''?

5) Что будет выдано в стандартный канал вывода при вызове функции F()?

<pre>
class X {
public:
	void g() { cout << 1 << ' '; }
	virtual void f() { g(); }
};

class Y: public X {
public:
	void g() { cout << 2 << ' ';}
	void f() { g(); }
};

class Z: public Y {
public:
	void g() { cout << 3 << ' '; }
	void f() { g(); }
};

X x; Y y; Z z; 
X *px = &x; Y *py = &y; Z *pz = &z;

void out() {
	px->f(); px->g(); py->f(); py-> g(); 
 cout << '\n';
}

void F() {

out(); px = py;
 out(); py = pz; 
 out();
}
</pre>

6) В каких из перечисленных ниже языков программирования нет перечислимого типа?

''Ада'', ''Паскаль'', ''Модула-2'', ''Оберон'', ''Оберон-2'', ''С'', ''С++'', ''C#''

7) Написать спецификацию родового (generic) класса в языке ''Java'', который будет
реализовывать очередь. Тела методов писать не нужно.

8) В каких из перечисленных ниже языков есть возможность раздельной трансляции
вложенных модулей? Привести пример на одном из таких языков.

''Ада'', ''Паскаль'', ''Модула-2'', ''Оберон'', ''Оберон-2'', ''С'', ''С++'', ''Java'', ''C#''

Пожалуйста, обратите внимание, что все ваши добавления могут быть отредактированы или удалены другими участниками. Если вы не хотите, чтобы кто-либо изменял ваши тексты, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений, или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого (см. eSyr's_wiki:Авторское право).
НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ МАТЕРИАЛЫ!

Описание изменений:

Отменить | Справка по редактированию (в новом окне)

Шаблоны, использованные на этой странице:

Получено с http://esyr.org/wiki/%D0%AF%D0%B7%D1%8B%D0%BA%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%2C_28_%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D0%BE%D1%82_14_%D0%B4%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D0%B1%D1%80%D1%8F%29

Редактирование: Языки программирования, 28 лекция (от 14 декабря)

Материал из eSyr's wiki.

Просмотры

Личные инструменты

Навигация

инструменты

Разделы

Спецкурсы

9 семестр

7 семестр

5 семестр

3 семестр

Поиск

Инструменты

@@ Строка 6: / Строка 6: @@
 Все современные языки, использующиеся в промышленности, поддерживают идею статической параметризации.
 Продолжаем рассматривать идею родовых модулей в ''Аде''.
-=== п.1. Родовые модули языки ''Ада''	===
+'''п.1. Родовые модули языки ''Ада''	'''
 ''Ада-83'' – принцип РОРИ пронизывает весь этот язык. Получился очень мощный и одновременно эффективный механизм. Порождение нового пакета порождало новый экземпляр данного типа.
@@ Строка 150: / Строка 151: @@
 Но это не всё. В ''С++'' есть механизм частичной специализации.
-=== п.2. Шаблоны в ''С++'' ===
+'''п.2. Шаблоны в ''С++'''''
 <pre>
@@ Строка 223: / Строка 224: @@
 </pre>
-=== п.3. ''C#'', ''Java'' – обобщенные классы ===
+'''п.3. ''C#'', ''Java'' – обобщенные классы'''
 У них очень простой синтаксис и похожая идея:
@@ Строка 297: / Строка 298: @@
 На этом закончим лекцию и вместе с ней весь курс.
-=== Схема проведения экзамена по Языкам Программирования: ===
+'''Схема проведения экзамена по Языкам Программирования:'''
 ) Экзамен письменный, длится одну пару
@@ Строка 372: / Строка 373: @@
 ''Ада'', ''Паскаль'', ''Модула-2'', ''Оберон'', ''Оберон-2'', ''С'', ''С++'', ''Java'', ''C#''
-{{Языки Программирования}}