учебники, программирование, основы, введение в,

 

Управление данными и параметрами подпрограмм

Управление данными
При интерпретации выполняемого выражения, содержащего данные, компилятор должен однозначно "понимать" указываемые идентификаторами операнды выражения. Так, один и тот же идентификатор может в различных частях программы использоваться для обозначения разных данных. Идентификатор может быть меткой или именем подпрограммы. В первом случае при трансляции выражения компилятор должен инициировать сообщение об ошибке компиляции. В зависимости от того, указывает ли идентификатор на переменную или на константу компилятор также должен предпринимать различные действия.
Имя в программе может быть простым или составным. К простым именам относятся имена переменных, имена подпрограмм, имена пользовательских типов данных. Составное имя ссылается на элемент некоторой структуры и записывается как простое имя и следующие за ним операции квалификации или индексации имени. Например, выражение array1[3] ссылается на третий элемент массива, а выражение record1.field2 ссылается на значение поля field2 структуры record1.
Для управления данными конкретные идентификаторы подпрограммы должны быть сопоставлены конкретным объектам данных. Такое сопоставление иногда называется ассоциацией. В момент создания записи активации устанавливается множество ассоциаций, сопоставляющих идентификаторы с текущими объектами данных. Такое множество ассоциаций определяет среду ссылок подпрограммы.
Среда ссылок подпрограммы включает среду глобальных ссылок, среду локальных ссылок, среду нелокальных ссылок и среду предопределенных ссылок.
Среда локальных ссылок образуется локальными переменными, формальными параметрами, а также подпрограммами, определенными внутри текущей подпрограммы.
Среда глобальных ссылок формируется ассоциациями, которые созданы при активации главной программы. Среда нелокальных ссылок содержит как среду глобальных ссылок, так и множество ассоциаций, сформированных для доступных далее в программе, но еще не созданных переменных.
Область видимости ассоциации в подпрограмме определяется включением этой ассоциации в среду ссылок подпрограммы. При этом если имело место переопределение глобального идентификатора локальным идентификатором, то ассоциация для глобального идентификатора исключаются из среды глобальных ссылок подпрограммы.
Динамическая область видимости каждой ассоциации определяется совокупностью записей активации подпрограмм, включающих данную ассоциацию в среду ссылок подпрограммы.
На один и тот же объект данных можно ссылаться посредством различных имен - например, если в подпрограмме доступен идентификатор глобальной переменной и эта же переменная передается по ссылке как формальный параметр подпрограммы. Различные идентификаторы, существующие в среде ссылок для ассоциации с одним и тем же объектом данных, иногда называются псевдонимами.
Использование псевдонимов может приводить к различным ошибочным ситуациям. К тому же, наличие в подпрограмме псевдонимов осложняет процесс оптимизации кода, выполняемый компилятором. Например, если при выполнении последовательности двух операторов
int1=5*x; int2=8*y;
значение переменной int1 нигде в программе не используется, то при оптимизации программы первый оператор может быть упразднен. Но если переменная int1 является псевдонимом переменной y, то такая оптимизация приведет к ошибке вычисления, и, следовательно, потребуются дополнительные проверки.
Под статической областью видимости понимается фрагмент кода программы, в котором идентификатор ссылается на конкретный объект.
Статическая область видимости определяет объект, на который ссылается идентификатор в коде программы, а динамическая область видимости формируется ассоциациями, созданными во время выполнения программы.
Блочно-структурированные языки программирования
В блочно-структурированных языках программирования программа записывается как множество иерархически вложенных блоков определенной структуры.
Блочно-структурированные языки программирования можно подразделить на строго блочно-структурированные языки и просто блочно-структурированные языки.
В строго блочно-структурированных языках в начале каждого блока располагается область объявлений, а за ней следует фрагмент кода. Иначе говоря, в строго блочно-структурированных языках программирования не допускается объявление переменных в любом месте фрагмента кода.
К строго блочно-структурированным языкам программирования относятся языки ALGOL 60, Pascal, PL/I.
Каждый блок в блочно-структурированном языке программирования вводит новую среду локальных ссылок.
Следующий пример иллюстрирует блочную структуру программы на языке Pascal.

program Project1;
procedure P1();    
procedure P2();  {Вложенная процедура}
var i:Integer;
begin
end;
begin
{Код процедуры P1}
end;
begin
{Код главной программы Project1}
end.
В языке Object Pascal по умолчанию приложения создаются как набор модулей, подключаемых ключевым словом uses. Следующий пример иллюстрирует блочную структуру программы на языке Object Pascal, представленную в виде одного модуля.
Пример 5.1. Блочная структура программы на языке Object Pascal
Наотображен результат выполнения приведенной выше программы (сделан щелчок мышью на кнопке Button2, инициирующий выполнение процедуры TForm1.Button2Click и вложенной процедуры P1).
К простым блочно-структурированным языкам относятся такие языки, как C и Java, позволяющие формировать область объявления переменных в любом месте блока.
Современные языки программирования, такие как C++, Java, Object Pascal, относятся к блочно-структурированным языкам программирования, и при этом программы на этих языках могут состоять из нескольких блоков (программных модулей), расположенных на верхнем уровне иерархии.
Блочная структура организации программ делает "прозрачной" для программиста статическую область видимости, определяя правила объявления идентификаторов. Так, если во вложенном блоке объявляется идентификатор с уже существующим именем, то это "перекрывает" ссылку на одноименный идентификатор во внешнем блоке (без квалификации внешнего идентификатора, когда это позволяет синтаксис языка программирования). Все идентификаторы, объявленные во вложенном блоке, недоступны во внешнем блоке.
Блок может представлять собой:

  • программу (например, program end.),
  • фрагмент кода, заключенный в скобки блока (такие как begin end)
  • подпрограмму (например, procedure begin end;).

http://localhost:3232/img/empty.gifПередача параметров

Внешние данные в подпрограмме могут использоваться, если они являются глобальными объектами для данной подпрограммы или переданы ей в качестве параметров. В описании подпрограммы указываются формальные параметры, а в точке вызова подпрограммы задаются фактические параметры. Формальный параметр определяет тип передаваемого фактического параметра. Фактический параметр представляет собой выражение соответствующего типа.
Различаются следующие способы передачи параметров: по ссылке, по имени, по значению, по значению-результату, по результату, по значению-константе. Набор допустимых способов передачи параметров зависит от конкретного языка программирования.
При передаче параметров по ссылке в записи активации, создаваемой при выполнении подпрограммы, ассоциация для фактического параметра может формироваться в нелокальной среде ссылок (в зависимости от реализации компилятора). Так, при вызове подпрограммы для параметров, передаваемых по ссылке, формируются указатели, доступные как из вызывающей, так и из вызываемой подпрограммы. Таким образом, при изменении в вызываемой подпрограмме значения фактического параметра, переданного по ссылке, в вызывающей программе объект, соответствующий фактическому параметру, также будет изменен.
При передаче параметров по имени в вызываемой подпрограмме до ее выполнения происходит замена формальных параметров на фактические. При этом значения фактических параметров вычисляются внутри вызываемой подпрограммы.
При передаче параметров по значению в вызываемой подпрограмме создается псевдоним фактического параметра (копия фактического параметра), значение которого присваивается формальному параметру подпрограммы. При таком способе передачи параметров изменения, произведенные в вызванной процедуре над значением фактического параметра, будут не видны далее в вызывающей подпрограмме.
При передаче параметров по значению-результату измененное значение фактического параметра возвращается вызывающей подпрограмме. Однако, в отличие от передачи параметров по ссылке, при данном способе сначала в момент вызова подпрограммы значение фактического параметра присваивается соответствующему формальному параметру вызываемой подпрограммы, и все изменения выполняются над формальным параметром, а не над ссылкой на фактический параметр. При завершении вызываемой подпрограммы текущее значение формального параметра присваивается обратно фактическому параметру. Такой тип передачи параметров был применен в языке ALGOL-W.
При передаче параметров по результату текущее значение формального параметра присваивается обратно фактическому параметру при завершении вызываемой подпрограммы, но первоначальное значение фактического параметра вызываемой подпрограмме не передается. Формальный параметр подпрограммы должен быть инициирован подпрограммой (реализация может позволять инициализацию по умолчанию в соответствии с типом данных параметра).
При передаче параметров по значению-константе значение фактического параметра не может быть изменено. Такой способ передачи параметров может быть реализован и как частный случай передачи параметра по значению, и как передача параметра по ссылке на константное выражение, что однозначно гарантирует неизменность фактического параметра вызывающей подпрограммы.
В большинстве случаев языки программирования используют один или два способа передачи параметров. Так, язык программирования С позволяет только передачу параметров по значению (ссылка реализуется как значение указателя). В языке программирования Pascal допускается два способа передачи параметров: по значению и по ссылке.
В следующей таблице приведены фрагменты кода, иллюстрирующие способы передачи параметров в языках программирования С и Pascal.


Способ передачи параметров

Pascal

C

Передача параметров по значению

procedure P1(i: integer);
begin
i:=0;
end;

// Передача значения
void P1(int i)
{i=0; }
//Вызов подпрограммы
i=10;
P1(i);

Передача параметров по ссылке

procedure P1(var i: integer);
begin
i:=0;
end;

// Передача указателя на значение
void P1(int *i)
{ *i=*i+1;}
//Вызов подпрограммы
i=10;
P1(&i);

Существующие в настоящее время средства автоматической генерации кода вызова подпрограммы по описанию интерфейса вводят понятие входных и выходных параметров (помечаемых как in и out). При этом в зависимости от типа параметра и определения его как входного и/или выходного компилятор автоматически выбирает походящий для данной реализации способ передачи параметров.
Функции и процедуры
Как уже было сказано в предыдущей лекции, подпрограмма в большинстве языков программирования может быть реализована двумя способами: как функция и как процедура.
Если подпрограмма реализуется как функция, то она при завершении должна возвращать значение определенного типа (например, return 0;). Подпрограмма-функция может указываться в выражениях.
Подпрограмма-функция также может быть передана подпрограмме в качестве фактического параметра, например,
(procedure P1 (i: integer;
function P2(j:integer):integer);).
Помимо использования глобальных переменных, некоторые языки программирования позволяют делать локальные переменные подпрограмм доступными для других подпрограмм, выполняющихся вне текущей записи активации данной подпрограммы. Это может быть реализовано как экспорт данных (externs в языке С, uses в языке Pascal), и в таком случае экспортируемая локальная переменная должна быть доступна вне записи активации. Поэтому ее, как правило, размещают в сегменте кода подпрограммы.
К способам реализации совместного использования данных относится и механизм явно организуемой общей среды. Все объекты данных, которые предполагается использовать в ряде подпрограмм, могут быть помещены в такую общую среду. Этот механизм реализуется в таких языках программирования, как С (переменные помечаются как extern), Ada (переменные указываются в пакете), FORTRAN (переменные задаются в блоке COMMON). В объектно-ориентированных языках программирования совместное использование данных может быть реализовано через модификаторы доступа переменных членов классов.
Другие языки программирования (LISP, APL) для реализации совместного использования данных применяют механизм динамической области видимости, при котором выполняется восходящий поиск ассоциации для переменной (ассоциация для нелокальной переменной подпрограммы последовательно ищется во всех средах ссылок выполняемых ранее подпрограмм).
http://localhost:3232/img/empty.gifhttp://localhost:3232/img/empty.gif

 
На главную | Содержание | < Назад....Вперёд >
С вопросами и предложениями можно обращаться по nicivas@bk.ru. 2013 г.Яндекс.Метрика