Материал из eSyr's wiki.

Предыдущая лекция | Следующая лекция

Содержание 1 Часть 1. Основные понятия традиционных процедурных ЯП 1.1 Глава 1. Скалярный базис 1.1.1 Пункт 6. Порядковые (ограниченные) типы данных (продолжение) 1.1.1.1 Перечислимые типы данных 1.1.1.2 Диапазоны 1.1.2 Пункт 7. Указатели и ссылки 1.1.2.1 Проблемы использования указателей 1.1.3 Пункт 8. Функциональный (процедурный) тип данных

[править] Часть 1. Основные понятия традиционных процедурных ЯП

[править] Глава 1. Скалярный базис

[править] Пункт 6. Порядковые (ограниченные) типы данных (продолжение)

[править] Перечислимые типы данных

Разногласия:

Перечислимые типы не расширяемые, что не согл с концепцией ООП. Поэтому в Oberon, Java нет перечислимых типов. До 90-х годов все языки содержали перечислимые ТД. C# содержит перечислимый ТД. При компонентном программировании перечислимые типы очень хорошо согласуются с ним. Например, есть IDL – язык для описания интерфейсов. Состоит из описания интерфейсов и перечислимых типов.

Перечислимые типы могут оказаться полезными, хотя не являются однозначно необходимыми.

[править] Диапазоны

Ещё более горькая судьба постигла тип диапазон. Эволюция синтаксисиса:

(Pascal)
i : 0..N;

(Modula)
i : CARDINAL [0..50];

(Ada)
INTEGER range 0..50;
subtype L is range –N..N; —  базовый тип по умолчанию INTEGER

(Delphi)
i: 0..N;

В C отсутствует диапазон, потому что отсутствует какой-либо статический или квазистатический контроль.

Для диапазона должны быть определены соотношения предшествования, successor и predecessor. Для вещественных чисел нельзя определить диапазон, так как successor и predecessor в этом случае слишком сильно зависят от реализации.

Диапазоны служат для квазистатического контроля при индексировании массивов.

В Oberon диапазонов нет, В Java нет, В С# нет.

С математической точки зрения операция индексирования массива это функция (в Фортране и Аде она записывается именно в круглых скобках), у которой дискретный аргумент.

Полиморфизм — одному имени соответствует несколько сущностей. Например, перегрузка функций. В Си++ допускается перегрузка операций.

(C++)
operator [](T i){...}

В C# есть очень эффективное средство для замены диапазонов.

(C#)
T this (T1 e) {...} - индексер

В современных ЯП можно переопределить операцию индексирования. Диапазон на этом мы окончательно похороним.

[править] Пункт 7. Указатели и ссылки

На нижнем уровне это суть адреса объектов. Основные операции, которые для них применяются — разыменование, new, присваивание.

В Ada и Oberon p.x применимо и в случае, если p — структура, и если p — указатель на структуру.

В других языках (C, Turbo Pascal) применима произвольная адресная арифметика: ++, +, -. В принципе это полбеды. Но есть ещё одна: адресная операция, которая применима к любому объекту, и тут возникают страшного рода вещи. Тут языки делятся на две группы:

• Безопасные языки
  • Указатель тождественен объекту из динамической памяти
  • Standard Pascal, Modula-2, Ada, Oberon
• Гибкие языки
  • Указатель может указывать на любой объект памяти
  • C, C++, Turbo Pascal, Delphi
• Языки без указателей
  • Нет указателей - нет проблемы
  • Java и С#

Но в C# есть managed код и unsafe код. Управляемый код безопасный, ибо идёт через вызовы .NET, в unsafe коде допускаются любые вызовы WinAPI, допускается получение указателей

Примеры использования:

(Modula-2/Oberon)
TYPE PT = POINTER TO T;
X:=NEW(T);
X.i - доступ к полю данных

(Ada)
type  PT is access T;
X:=NEW T;
X.all - указатель

[править] Проблемы использования указателей

• Мусор

(C++)
X *p;
X *p1;
p=new X;
p1=new X; 
p=p1;

• Висячие ссылки

(C++)
X *p;
X *p1;
p=new X;
p1=p;
delete p;

Как только допускаем программисту удалять объект, язык становится небезопасным. Если забыть удалить объект, то образуется мусор. Если удалить объект и забыть очистить ссылку, то она становится висячей. Поэтому в современных языках появилась автоматическая сборка мусора.

В стандарте Ada не описан delete. Но автосборку не реализовали, т.к. писали для real-time систем и это противоречит соображениям надёжности. Тем не менее, в Аде появилось UNCHECKED_DEALLOCATION — неконтролируемое освобождение памяти.

Delphi, Модула-2 — без сборки мусора

• Ada — контролируемая сборка мусора
• Oberon, C#, Java — автоматическая сборка мусора

Страуструп хотел бы увидеть версию Си++ со сборкой мусора.

В 90х годах был отменён приказ, в котором требовалось для военных нужд США использовать исключительно "адовое" программное обеспечение. В Аде-95 появились указатели для интерфейса с другим языком. Но сделали это грамотно, так, чтобы надёжность не упала.

(Ada-95)
Type  PT is access T;
X : T; 
Y : alias  T;

alias — не динамический объект, однако на него можно указывать с помощью указателя.

(Ada-95)
P : PT;
P := new  T; //можно
P := Y'access;
P := X'access;  //нельзя

В результате, если реализована динамическая сборка мусора, то можно отслеживать эти адреса. Это небольшое усложнение, но надёжность программ не падает и появляется возможность интерфейса с другими языками.

Что мешает сделать сборку мусора в C++? Существует такая версия, но только одна - управляемый C++ в .NET Сложности:

• &

(C++)
int i;
int *p;
p=new int;
p=&i; //появился мусор

• адресная арифметика

Указатель — слишком ненадёжная вещь. Поэтому в современных языках имеется тенденция заменять их на ссылки.

Ссылки делятся на две группы:

• Ссылки в С++ — аналог имени, применима только операция инициализации. Наиболее часто используемый случай — передача параметров. В результате возникает два способа передачи параметров — по значению и по ссылке. Поэтому в языке С прототипирование функций необязательно, а в С++ обязательно. Это —единственный тип C++, расширяющий иерархию ТД C. Если ссылка в классе, то единственное место инициализации — конструктор

(C++)
int &a=b;

(C++)
class X {
    int &r;
    x(int &a): r(a){...}
}

• Ссылки в других языках — Java, C#, Delphi. В этих языках реализована референциальная модель объектов. Есть понятие простых ТД, а есть понятие классов

(Java)
int [] a;
a=new int [N];
b=a;

(C#)
X x;
X=new X;

(Delphi)
A: X;
A:=X.Create;

(WTF?)
От  этого менее или более сиплюплюсным язык  не становился.

В Обероне понятие указателя превращено в понятие ссылки.

[править] Пункт 8. Функциональный (процедурный) тип данных

Идейно близок к указателям или ссылкам. В большинстве ЯП есть указатель на процедуру. Объектами этого типа является все процедуры и функции в программе, которые являются соответствующими константами. К переменным подпрограммного типа применимы операции присваивания и вызова, а также сравнения на равенство.

В стандартном Паскале было 4 способа передачи параметров — по значению, по ссылке, функцию, процедуру. В ТП и Delphi появился подпрограммный тип, который позволил уменьшить количество способов передачи параметров до двух: по значению и по ссылке.

Классическая задача, которая очень удачно реализуется при помощи процедурного типа: вычисления интеграла.

(Oberon)
TYPE FUNR = PROCEDURE(REAL):REAL;
TYPE PROCVI = PROCEDURE(VAR:INTEGER);
PROCEDURE INTEGRAL(F:FUNR;A,B,EPS:REAL):REAL;
 

В Java вместо функций передаются объекты, так что без них (функциональных типов) можно обойтись.

В C, или Smalltalk есть события и механизм callback - подписки на события.

(C)
SetTimer(timerid,interval,...,callback);
callback - процедура, которая вызовется