Глобальные объекты и константы

Применение однократных подпрограмм

Понятие однократных подпрограмм расширяет круг задач, позволяя включить разделяемые объекты, глобальные системные параметры, инициализацию общих свойств.

Разделяемые объекты

Для ссылочных типов, таких как COMPLEX, наш механизм фактически предлагает константные ссылки, а не обязательно константные объекты. Он гарантирует, что тело функции выполняется при первом обращении, возвращая результат, который будет также возвращаться при последующих вызовах, уже не требуя никаких действий.

Если функция возвращает значение ссылочного типа, то в ее теле, как правило, есть инструкция создания объекта, и любой вызов приведет к получению ссылки на этот объект. Хотя создание объекта не повторяется, ничто не мешает изменить сам объект, воспользовавшись полученной ссылкой. В итоге мы имеем разделяемый объект, не являющийся константным.

Пример такого объекта - окно вывода информации об ошибках. Пусть все компоненты интерактивной системы могут направлять в это окно свои сообщения:

Message_window.put_text ("Соответствующее сообщение об ошибке")

где Message_window имеет тип WINDOW, чей класс описан следующим образом:

class WINDOW
creation
         make
feature
         make (...) is
                  -- Создать окно; аргументы задают размер и положение.
         do ... end
         text: STRING
                  -- Отображаемый в окне текст
         put_text (s: STRING) is
                  -- Сделать s отобржаемым в окне текстом.
         do
                  text := s
         end
         ... Прочие компоненты ...
end -- класс WINDOW

Ясно, что объект Message_window должен быть одним для всех компонентов системы. Это достигается описанием соответствующего компонента как однократной функции:

Message_window: WINDOW is
         -- Окно для вывода сообщений об ошибках
once
         create Result.make ("... Аргументы размера и положения ...")
end

В данном случае окно сообщений должно находиться в совместном пользовании всех сторон, но не являться константным объектом. Каждый вызов put_text будет изменять объект, помещая в него новую строку текста. Лучшим местом описания Message_window станет класс, от которого порождены все компоненты системы, нуждающиеся в окне выдачи сообщений.

Однократные функции с результатами базовых типов

Еще одним применением однократных функций является моделирование глобальных значений - "системных параметров", которые обычно нужны сразу нескольким классам, но не меняются в ходе программной сессии. Их начальная установка требует информации от пользователя или операционной среды. Например:

• компонентам низкоуровневой системы может понадобиться объем доступной им памяти, выделенный средой при инициализации;
• система эмуляции терминала может начать работу с отправки среде запроса о числе терминальных портов. Затем эти данные будут использоваться в ряде модулей приложения.

Такие глобальные данные аналогичны совместно используемым объектам, хотя обычно они являются значениями базовых типов. Схема их реализации однократными функциями такова:

Const_value: T is
         -- Однократно вычисляемый системный параметр
local
         envir_param: T ' -- Любой тип (T и не только)
once
         "Получить envir_param из операционной среды"
         Result := "Значение, рассчитанное на основе envir_param"
end

Такие однократные функции описывают динамически вычисляемые константы.

Предположим, данное объявление находится в классе ENVIR. Класс, которому надо воспользоваться константой Const_value, получит ее значение, указав ENVIR в списке своих родителей. В отличие от классического подхода к расчету константы, здесь не нужна процедура инициализации системы, вычисляющая все глобальные параметры системы, как это делается в классическом подходе. Как отмечалось в начальных лекциях, такая процедура должна была бы иметь доступ к внутренним деталям многих модулей, что нарушало бы ряд критериев и принципов модульности: декомпозиции, скрытия информации и других. Наоборот, классы, подобные ENVIR, могут разрабатываться как согласованные модули, каждый задающий множество логически связанных глобальных значений. Процесс вычисления такого параметра, к примеру, Const_value, инициирует первый из компонентов, который запросит этот параметр при выполнении системы. Хотя Const_value является функцией, использующие его компоненты могут полагать, что имеют дело с константным атрибутом.

Как уже говорилось, ни один модуль не имеет больше прав на разделяемые данные, чем остальные. Это особенно справедливо для только что рассмотренных случаев. Если расчет значения способен инициировать любой модуль, нет смысла и говорить о том, будто один из них выступает в роли владельца. Такое положение дел и отражает модульная структура системы.

Однократные процедуры

Функция close должна вызываться только один раз. Контроль над количеством ее вызовов рекомендуется возложить на глобальную переменную приложения.

Из руководства к коммерческой библиотеке функций языка C

Механизм однократных функций интересен и при работе с процедурами. Однократные процедуры могут применяться для инициализации общесистемного свойства, когда заранее неизвестно, какому компоненту это свойство понадобится первому.

Примером может стать графическая библиотека, в которой любая функция, вызываемая первой, должна предварительно провести настройку, учитывающую параметры дисплея. Автор библиотеки мог, конечно, потребовать, чтобы каждый клиент начинал работу с библиотекой с вызова функции настройки. Этот нюанс, в сущности, не решает проблему - чтобы справиться с ошибками, любая функция должна обнаруживать, не запущена ли она без настройки. Но если функции такие "умные", то зачем что-то требовать от клиента, когда можно нужную функцию настройки вызывать самостоятельно.

Однократные процедуры решают эту проблему лучше:

check_setup is
          -- Настроить терминал, если это еще не сделано.
once
          terminal_setup -- Фактические действия по настройке.
end

Теперь каждая экранная функция должна начинаться с обращения к check_setup, первый вызов которой приведет к настройке параметров, а остальные не сделают ничего. Заметьте, что check_setup не должна экспортироваться клиентам.

Однократная процедура - это важный прием, упрощающий применение библиотек и других программных пакетов.

Параметры

Однократные процедуры и функции могут иметь параметры, необходимые, по определению, лишь при первом вызове.

Однократные функции, закрепление и универсальность

В этом разделе мы обсудим конкретную техническую проблему, поэтому при первом чтении книги его можно пропустить.

Однократные функции, тип которых не является встроенным, вносят потенциальную несовместимость с механизмом закрепления типов и универсальностью.

Начнем с универсальности. Пусть в родовом классе EXAMPLE [G] есть однократная функция, чей тип родовой параметр:

f: G is once ... end

Рассмотрим пример ее использования:

character_example: EXAMPLE [CHARACTER]
...
print (character_example.f)

Пока все в порядке. Но если попытаться получить константу с другим родовым параметром:

integer_example: EXAMPLE [INTEGER]
...
print (integer_example.f + 1)

В последней инструкции мы складываем два числа. Первое значение, результат вызова f, к сожалению, уже найдено, поскольку f - однократная функция, причем символьного, а не числового типа. Сложение окажется недопустимым.

Проблема заключается в попытке разделения значения разными формами родового порождения, ожидающими значения, тип которого определяется родовым параметром. Аналогичная ситуация возникает и с закреплением типов. Представим себе класс B, добавляющий еще один атрибут к компонентам своего родителя A:

class B inherit A feature
         attribute_of_B: INTEGER
end

Пусть A имеет однократную функцию f, возвращающую результат закрепленного типа:

f: like Current is once create Result make end

и пусть первый вызов функции f имеет вид:

a2 := a1.f

где a1 и a2 имеют тип A. Вычисление f создаст экземпляр A и присоединит его к сущности a2. Все прекрасно. Но предположим, далее следует:

b2 := b1.f

где b1 и b2 имеют тип B. Не будь f однократной функцией, никакой проблемы бы не возникло. Вызов f породил бы экземпляр класса B и вернул его в качестве результата. Но функция является однократной, а ее результат был уже найден при первом вызове. И это - экземпляр A, но не B. Поэтому инструкция вида:

print (b2.attribute_of_B)

попытается обратиться к несуществующему полю объекта A.

Проблема в том, что закрепление вызывает неявное переопределение типов. Если бы f была переопределена явно, с применением в классе B объявления

f: B is once create Resultl make end

при условии, что исходный вариант f в классе A возвращает результат типа A (а не like Current ), все было бы замечательно: экземпляры A обращались бы к версии f для A, экземпляры B - к версии f для B. Однако закрепление типов было введено как раз для того, чтобы избавить нас от таких явных переопределений.

Эти примеры - свидетельства несовместимости семантики однократных функций (с процедурами все прекрасно) с результатами применения закрепленных типов и формальных родовых параметров. Одно из решений проблемы в том, чтобы трактовать такие случаи как явные переопределения, приняв за правило то, что результат однократной функции совместно используется лишь в пределах одной формы родового порождения, а при закреплении результата - лишь среди экземпляров своего класса. Недостатком такого подхода, впрочем, является, что он не отвечает интуитивной семантике однократных функций, которые, с позиции клиента, должны быть эквивалентны разделяемым атрибутам. Во избежание недоразумений и возможных ошибок можно пойти на более суровые меры, наложив полный запрет на сценарии подобного рода:

Правило для однократной функции

Тип результата однократной функции не может быть закреплен и не может включать любой родовой параметр.