ЯП.
IF
С,C++:
if (B) then
Operator1
else
Operator2
АДА:
if B then
S1;S2;S3;...
End if
Оберон:
IF B THEN
S1;S2;S3;S4...
ELSE
S1;S2;S3;S4...
END
Оператор выбора - дискретный случай.
в Паскале:
Case Expr of
список вариантов, Вариант имеет вид const: оператор;
End
В чистом Паскале нет else(default) константы.
В С, C++, Java, C#:
switch (expr) of {
case 1:... break;
...
case n:... break;
default:... break;
}
break - указатель на переход на конец структуры, если его нет, то дальше выполнится следующий case. Если в С++, С, Java - break было писать не обязательно после каждого case, то в С# стало обязательным (ошибка компиляции). Если в С# мы хотим после завершения данного case перейти на следующий надо использовать оператор перехода.
Модула - 2:
CASE expr OF
Список значений1: s11; s12; …; s1N |
Список значений2: s21; s22; …; s2N |
….еще списки значений
ELSE ……
END
Ввиду возникающей синтаксической неоднозначности со списком значений вводится спецсимвол – вертикальная черта |
Ада:
Case expr of
when <список констант иди диапазонов> => оператор1
...
when <список констант иди диапазонов> => операторN
when others => операторы
End case;
Операторы циклы.
Выделяют 4 вида цикла:
1. Пока
While B loop.. End loop (ADA)
WHILE B DO.. END (Modula - 2)
While (B) S(C, C++)
While B do S(Pascal)
2. До
REPEAT UNTIL B; (Modula - 2)
do S while (B); (С, C++)
3. FOR
for v:= r1 to t2 do S(Pascal).
for(e1; e2; e3) S; (C++, C)
в Java, C# аналогично С, только там на каждой итерации осуществляется квазистатический контроль, то есть A[i] - должен на самом деле существовать, чтобы не вызвать ошибки.
FOR V:= E1 TO E2[STEP E3(целое значение)] DO END(Модула - 2) - можно было задавать шаг. Он мог быть как отрицательным так и положительным. E1, E2 - типы, к которым применима операция сложения и вычитания.
В 1993 - вышел Оберон - 2, который по идее является минимальным полным языком для написания любой программы, куда вошел и цикл for.
for v in <диапазон> loop.. end loop
for i in A'RANGE loop S:= S + A(i); end loop
for i in A'FIRST..A'LAST loop S:= S + A(i); end loop; (Ада)
4. Бесконечный цикл
LOOP
... IF B THEN... EXIT
END (Модула - 2)
while (1) {... break...}
for(;;) {... break...} (C++, C)
Loop
...
when B => exit
...
end loop (Ada)
goto - перейти на помеченное место в программе. В Модуле - 2, Java.
Обероне отсутствует.
Для организации не локальных переходов:
setjmp, longjmp – В Си++ используются для обработки ошибок.
throw, trace – Обработка исключений
Также существуют специальные операторы для организации параллелеризма
Lock(obj) {блок} – Си#. Поток управления блокируется, если блок кем-то используется
accept, select – Ада
Особенности реализации циклов-итераторов в современных ЯП.
Очень полезен. Когда мы ищем максимальный и минимальный элемент контейнера, например.
Представим себе массив:
int[ ] a = new int[N];
for(int i=0; i<a.Length; i++)
{
Что-то делаем с a[i]………
}.
Не лучший способ записи. Результат может зависеть от порядка просмотра.
a[i] – это всегда некоторое вычисление. Что есть в C#, а в С не будет никогда? Конечно, проверка выхода за границу массива.
foreach(double v in a)
{
.............
};//управляющая переменная v просто последовательно принимает значение элементов массива.
Так как квазистатический контроль на каждой итерации цикла считается неэффективным в С# был придуман еще один вариант цикла for - особая форма цикла.
foreach (T o in C) S;
int a[];
foreach (int x in a) S = S + x;
C - произвольная коллекция.
тип T должен наследоваться от IEnumerable, в которой входит такой метод, как получить следующий элемент. В Java сей цикл был реализован в 2005 году.
В общем случае контейнер языка C# - это класс, поддерживающий интерфейс IEnumerable. И компилятор будет обрабатывать конструкции подобных классов специфическим образом.
GetEnumerator(); //выдает iterator, нужный для пробегания по элементам, а не по индексам.
Также у класса поддерживающего интерфейс IEnumerable, есть свойства Current и метод MoveNext()
Создатели языка Java сделали еще метод hasNext().
Java
используется для поэлементного просмотра коллекций (цикл for-each). Она имеет вид;
for (T v:Coll)S
Здесь Coll — коллекция элементов (типа T или приводимых к типу T).
Переменная v на каждой итерации цикла принимает значение очередного элемента коллекции.
Для того, чтобы объекты класса-коллекции могли появляться в цикле for-each, класс должен реализовать интерфейс Iterable
4. Процедурные абстракции
Подпрограммы и сопрограммы. Операторы возврата и возобновления.
Подпрограммы
Почему «подпрограмма?» Управление входит в подпрограмму только через имя блока. И возвращается туда, где была вызвана подпрограмма, и ни в какую другую точку вернуться не может.
CALLER – вызывающий подпрограмму(надпрограмма)
CALLEE – вызываемая подпрограмма
Сопрограммы
Впервые механизм сопрограмм был придуман для компилятора COBOL.
При вызове сопрограммы управление передается в точку, непосредственно следующую за местом, где оно покинуло сопрограмму.
Сопрограммы – фактически квазипараллельные процессы.
Модула-2
Вызов сопрограммы аналогичен длинному переходу на некоторый абстрактный адрес, по которому находится команда сопрограммы, с которой нужно начать выполнение. Но, помимо этого, нужно ещё как-то запомнить адрес возврата и другую служебную информацию, передать входные параметры, наследуется часть контекста. Для этой цели Вирт в своём языке Модула-2 ввёл тип данных ADDRESS (то же самое, что и
«void *»).
Этот тип данных является потенциальной дырой в системе безопасности, т.к. любой указатель «Т *» автоматически приводится к «void *», и возможно обратное явное преобразование «Т *» = (Т *)«void *».
Итак, в Модуле-2 вызов сопрограммы имеет такой вид:
NEWPROCESS(P, C,N);
Где P – процедура без параметров типа PROCEDURE, который является встроенным, C – переменная типа ADDRESS. N - размер области для «запоминания» информации. Область начинается с адреса C
PROCEDURE NEWPROCESS(P: PROCEDURE; VAR C: ADDRESS; N: INTEGER);
Передача управления от одного процесса другому на уровне сопpогpамм осуществляется процедурой "Передать управление от процесса P1 процессу P2". В Модуле-2 эта процедура выглядела как
PROCEDURE TRANSFER(VAR P1,P2: ADDRESS);
При этом в переменную P1 записывается запись реактивации этого процесса, а значение переменной P2 определяет запись активации процесса P2.
RESUME; – оператор языка.
В современных языках сопрограммы трансформировались в понятие потока.
.Net Thread Квазипараллельный поток
C# 2.0:
foreach(T x in C)
Тип T должен реализовывать интерфейс IEnumerable. Этот интерфейс содержит метод GetEnumerator(), который возвращает объект некоторого типа, который должен реализовывать интерфейс IEnumerator со свойствами Current, методом Reset и методом bool MoveNext(). Любой класс, поддерживающий интерфейс IEnumerable должен содержать класс, поддерживающий IEnumerator.
yield-операторы в C# 2.0:
yield return <expression>;
yield break;
Итератор – процесс(сопрограмма), выдающий последовательно очередные элементы коллекции тогда, когда они понадобятся. yield-оператор используется в блоке итератора для предоставления значения объекта перечислителя или для сообщения о конце итерации. Т.е. это не простой «return» или «break», а оператор, совмещающий в себе дополнительно работу по переходу между сопрограммами (от процесса-итератора в
основной процесс). Выражение expression вычисляется и возвращается в виде значения объекту перечислителя; выражение expression должно неявно преобразовываться в тип результата итератора.
Public class List
{
//using System.Collections;
public static IEnumerable Power(int number, int exponent)
{
int counter = 0;
int result = 1;
while (counter++ < exponent)
{
result = result * number;
yield return result;
}
}
static void Main()
{
// Display powers of 2 up to the exponent 8:
foreach (int i in Power(2, 8))
{
Console.Write("{0} ", i);
}
}
}
/* Output:
2 4 8 16 32 64 128 256 */
С точки зрения современных языков программирования сопрограммы оказались глубоко зарыты в потоках и в итераторах. Явно остались лишь те подпрограммы, у которых есть 1 вход и 1 выход.
Процедуры и функции в современных ЯП.
Передача параметров: семантика и способы реализации.
· Через глобальные данные
· Через параметры
Виды формальных параметров(семантика):
• Входные (in) – должны быть определены до входа
• Выходные (out) – должны быть определены к моменту выхода
• Вх/Вых(InOut) – и то и другое
Способ передачи – способ связывания фактических и формальных параметров:
• По значению (семантика - in) (При вызове подпрограммы фактические параметры
копируются в Запись Активацаии)
• По результату (семантика – out) (При выходе из подпрограммы из записи активации
формальные параметры копируются в фактические)
• По значению/результату (семантика – InOut) (При вызове подпрограммы фактические параметры копируются в Запись Активацаии, При выходе из подпрограммы из записи активации формальные параметры обратно копируются в фактические)
• По адресу(по ссылке) (семантика - любая) (При передаче по Адресу в Запись активации
копируется адрес фактического параметры. Именование и разыменование происходят
автоматически)
• По имени
В Pascal 2 способа передачи параметров – по ссылке и по значению.
Если у параметра присутствует Var, то объект передается по адресу. А если не присутствует, то по значению.
Ада83:
Квалификаторы: in, out, inout
Procedure P(int X:T;inout Y:T;out Z:T);
X может быть выражением типа T. Компилятор может вставлять квазистатические проверки. Эффект процедуры – модификация Y и Z. Каков способ передачи определяет компилятор (что не есть хорошо, т.к. различные компиляторы в одной и той же ситуации могут выбрать разные способы передачи, что приведёт к различной работе программ).
Запись активации
…..
……
Место для формальных параметров
Энтропия – явление, при котором программа может выдавать различные результаты при одних и тех же исходных данных. Если в программе есть энтропия, то это очень плохо. Очевидно, что при программировании на Ада риск энтропии значительно повышается, т.к. не известно какой способ передачи выберет в этот раз компилятор
В Фортране обычно параметры передаются по адресу, но когда передаётся простой объект данных, чтобы не происходило лишних операций разыменования, можно передавать «по значению и результату»(/<параметр>/)
• В Ада-95 – по значению, по ссылке
• В Си – не определяется семантика использования. Способ передачи только по значению
• В Си++ – по значению, по адресу (ссылке). Контроль семантики: in – ссылка константная, out, inout – не константна
void f(T &); //Компилятор считает, что f будет менять значение => константный объект
//передавать нельзя
Это указание для компилятора, чтобы он следил за соблюдением семантики.
В C#, Delphi(TurboPascal+объектно-ориентированная надстройка) – языках с референциальной моделью данных – все параметры автоматически передаются по ссылке.
Типы данных C#:
· референциальные
· типы-значения
o примитивные типы данных (все передаются по значению)
типы данных структуры
• С#
void f(T x) {….;}
……
T a; // a – ссылка, если Т – объект
f(a); // передаётся ссылка
Оба языка поддерживают идею примитивных типов (которые в C# являются подмножеством типов-значений — value types), и оба для трансляции примитивных типов в объектные обеспечивают их автоматическое «заворачивание» в объекты (boxing) и «разворачивание» (unboxing) (в Java — начиная с версии 1.5).
Тип-значение(value type) – тип, объекты которого передаются по значению. Если где-то нужен объект такого типа, то отводится место под сам объект. типами-значениями являются простые (примитивные) типы данных и структуры
Референциальный тип – тип, объекты которого передаются по ссылке. Если где-то нужен объект такого типа, то отводится место под адрес. Референциальными типами являются классы (любой массив – наследник класса Array, строка это объект класса String, и т.д.)
В принципе, в C# можно передавать объекты простых типов в функции с помощью классов-обрёток, но C# также поддерживает явное описание передачи параметров по ссылке – ключевые слова ref и out. «ref» реализует семантику inout, а «out» реализует семантику out. При использовании out компилятор вставляет квазистатический контроль на наличие в методе присваивания значения, зато не требует инициализированность фактического параметра перед вызовом метода.
void f(ref int x){x = -3;}
….
int a = 0;
f(ref a); // а будет передано по ссылке, если бы объект «а» был структурой, то он так же // передался бы по ссылке
Java:
Все передается по значению, но для классов в созданный объект копируется адрес (ну то есть реально это все равно передача по ссылке)
Структур в Java нет.
Передача объектов примитивных типов в методы «как по ссылке» выполняется через классы-обёртки:
void f(Integer X){…X = ….; }
…..
int i = 1;
Integer px = new Integer(i);
f(px);
i = px;
Integer – класс-обёртка для примитивного типа «int». Суть способа – преобразовать объект примитивного типа в объект класса и работать внутри функции с объектом класса.
Алгол-60
Передаём сам объект «как он есть» (по имени). Фактически передаётся его идентификатор как строчка. Далее в теле процедуры идентификатор формального параметра заменяется на идентификатор фактического.
Обоснование невозможности написание процедруры swap на Algol-60:
procedure Swap(a,b); //a, b передаются по имени
Begin
T tmp;
tmp:= a; a:= b; b:= tmp;
End;
….
swap(i, A[i]);
T tmp;
tmp:= i;
i:= A[i];
A[i]:= tmp;// A [ A[i] ]:= i; неправильно!!!
swap(A[i], i);
T tmp;
tmp:= A[i];
A[i]:= i;
i:= tmp;// i:= A[i] – всё правильно
Решение проблемы: С каждым параметром передавалась процедура thunk, которая выполнялась при каждом обращении к фактическому параметру.
В С++ можно задавать параметры по умолчанию: void f(int a = 4){ …;}
В C# эту возможность убрали. Вместо этого предлагается использовать перегрузку:
f(){ f(1, 2); }
f(int i){ f(i, 2);}
f(int i, int j) { …; }
Статический полиморфизм и перегрузка имен подпрограмм.
Подпрограммные типы данных. Проблемы, связанные с
подпрограммными типами данных и способы их решения в современных ЯП.
Ада 83, Java – нет.
Передача подпрограмм, как параметров.
Присваивание [:=]
Вычисление [()]
В Pascal введено 2 вида подпрограмм как формальных параметров: процедуры и функции. Аналогичный подход можно заметить и в других языках.
Значения подпрограммного типа данных – это набор констант, образующийся именами соответствующих процедур и функций.
Ада 83: generic не только для ТД, но и для процедур, функций.
//generic – параметризованный тип данных. Отметим, что параметризация в родовых сегментах происходит во время трансляции
с/с++: typedef void (*f)(int);
Отсюда, процедурный тип – указатель.
Проблема в том, что в Ада 83 и Java отказались от указателей, т.е. и от П/П ТД.
//В Java целиком, в Ада частично.
Ада 95:
type Func_Pointer is access function (L,R: float) return Boolean;
function Compare (X,Y: float) return Boolean … end Compare;
F: Func_Pointer
F:=Compare’access
С++, Modula-2, Оберон
void f(int) – это прототип функции, объявление некоторой функциональной константы. Если перед ней поставить typedef, что имя функции станет синонимом нового типа:
Модула-2, Оберон:
TYPE FUNC_INT = PROCEDURE (L,R: REAL): BOOLEAN;
PROCEDURE COMPARE (X,Y: REAL): BOOLEAN;
VAR F: FUNC_INT;
F:=COMPARE;
C#: Делегаты(расширение П/П ТД)
Операции делегата:
· присваивание (инициализация)(=)
· добавление делегата(+=)
· «убирание» делегата(-=)
Вызов (скобочки: ())
this хранится вместе с указателем на функцию. Делегатом может быть и статический и нестатический член класса.
1.Параметр функции – делегат.
delegate int Processor(int i);
Prcessor p = new Processor(func);
Толькo += или -=.
Механизм делегатов инкапсулирует свойства процедурных типов данных, сводя к минимуму недостатки данного типа
Таким образом, делегат в С# - заменитель процедурного типа данных.
5. Определение новых типов данных. Логические модули. Классы.
Концепция уникальности типа в традиционных языках