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.

program Project2;   {Начало программы}
uses
  Windows,  Messages,  SysUtils,  Variants,
  Classes,  Graphics,  Controls,  Forms,
  Dialogs,  StdCtrls;
{$R *.res}
{$R *.dfm}  {Имя DFM-файла должно совпадать 
             с именем модуля (блока). }
{Для получения единого модуля на языке Object Pascal
при автоматическом создании приложения в среде Delphi 
файл Unit1.dfm следует переименовать в  Project2.dfm, 
а код модуля Unit1.pas перенести в модуль Project2.pas}

 type          {Объявление нового типа окна формы TForm1 }
  TForm1 = class(TForm)
    Button1: TButton;
    Button2: TButton;
    ListBox1: TListBox;
    Edit1: TEdit;
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
    procedure Button2Click(Sender: TObject);
    procedure ListBox1Click(Sender: TObject);
  private
    { Private declarations }
  public
    { Public declarations }
  end;
 var      {Начало области объявлений }
  Form1: TForm1;
  i: Integer;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
Edit1.Text:='Button1';
end;
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
var i:Integer;
procedure P1();     {Вложенная процедура}
var i:Integer;
 begin
  i:=5;
  Edit1.Text:= Edit1.Text+' i= ' + IntToStr(i);
 end;
begin
 Edit1.Text:='Button2';
 i:=0;
  P1 ();
end;
procedure TForm1.ListBox1Click(Sender: TObject);
begin
 Edit1.Text:='ListBox1';
end;
begin      {Начало выполнения программы}
  Application.Initialize;
  Application.CreateForm(TForm1, Form1);
  Application.Run;
end.

На рисунке 5.1 отображен результат выполнения приведенной выше программы (сделан щелчок мышью на кнопке Button2, инициирующий выполнение процедуры TForm1.Button2Click и вложенной процедуры P1 ).

Рис. 5.1. Окно формы

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; ).