Сентенциальное программирование: Рефал

Дополнительные возможности

В нашей программе 5.3.1 алфавит определен статически. Было бы хорошо иметь возможность заменять эту глобальную информацию. Для хранения динамической глобальной информации (чаще всего числовых характеристик либо словарей) в языке Рефал имеются стандартные функции работы со стеками закопанных данных. Функция

<Br e.N '=' e.Е >

рассматривает свой первый аргумент (который должен быть строкой символов, не включающей '=' ) как имя стека, и помещает свой второй аргумент на вершину этого стека. Если стек был пуст, то он создается. Соответственно, функция

<Dg e.N>

выкапывает верхушку стека. Если стек пуст, то ошибки нет, просто выдается пустое выражение. Несколько других функций дополняют возможности работы с глобальной информацией. Cp копирует верхушку стека без ее удаления, Rp замещает верхушку стека на свой аргумент, DgAll выкапывает сразу весь стек.

Ввод-вывод организован в Рефале довольно лаконично, без излишеств. Имеется функция открытия канала ввода, которая открывает файл либо для ввода, либо для вывода (в этом случае первым аргументом служит 'r' и присваивает ему номер. Одна строка символов из файла читается с помощью функции Get, заменяющей свой вызов на прочитанную строку, одна строка пишется в файл путем функций

<Put s.Channel e.Expression>

либо

<Putout s.Channel e.Expression>

Вторая функция стирает свое поле зрения, а первая оставляет в качестве результата напечатанное выражение.

Следует заметить, что эти функции читают и пишут именно последовательности символов. При их использовании программист должен сам преобразовать последовательности цифр в числа, а скобки-символы в структурные скобки. Более того, при выводе часть информации теряется: невозможно различить последовательность букв и идентификатор, последовательность цифр и число, структурные скобки и скобки-символы. Поэтому имеется еще одна совокупность функций, автоматизирующих преобразование. Каждая из этих функций обрабатывает сбалансированное по скобкам выражение. При вводе это выражение заканчивается пустой строкой.

<Input s.Channel> или <Input e.File-name>
<Xxin e.File-name> или <Xxin s.Channel>
<Xxout s.Channel e.Expr> или 
    <Xxout (e.File-name)e.Expr>

Первая из функций предназначена для ввода файлов, подготовленных вручную. Вторая и третья — для обмена промежуточной информацией с диском.

Только что перечисленные функции вместе с функцией Go требуют объяснения инструментов модульности в Рефале. Рефал -модуль — просто Рефал -программа, не обязательно включающая Go. Функции, предоставляемые в пользование другим модулям, описываются спецификатором $ENTRY как входы. В свою очередь, использующий модуль должен описать внешние функции:

$EXTRN F1,F2,F3;

Вызов программы, состоящей из нескольких модулей, производится оператором примерно следующего вида:

refgo prog1+functions+reflib

Модуль основной программы должен идти первым. Никаких средств включить требование вызова модуля в текст другого модуля нет, модули сопрягаются внешним образом. При конфликтах имен берется определение функции из первого в порядке подключения модуля.

В частности, только что описанные расширенные функции ввода-вывода определяются в стандартном модуле reflib.

Важнейшими средствами современного Рефала является работа с метавыражениями. Базовое ее средство — встроенная функция Mu, которая заключает свой аргумент в функциональные скобки и тем самым дает возможность вычислить динамически построенное выражение. По словам Турчина, Mu работает так, как работало бы определение

Mu { s.F e.X = <s.F e.X> },

если бы оно было синтаксически допустимо.

В частности, через Mu работает стандартный модуль Рефала e (Evaluation), дающий возможность вычислить динамически введенное выражение. Он обрабатывает это выражение через функцию Upd, которая должна быть добавлена к модулю, где осуществляется динамическое вычисление выражений. Например, если добавить описание

$ENTRY Upd {e.X = <Mu e.X>;}

то командная строка refgo e+prog1 приведет к требованию написать выражение. Это выражение будет сделано полем памяти программы prog1 и вычислено, а результат выведен. Например, написав для программы 5.3.1

<Alphabet>

мы получим в качестве результата

'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'

Естественно возникает вопрос об обработке внутри языка не только объектных, но и произвольных выражений. Для этого имеются стандартные функции Up и Dn. Первая из них превращает объектное выражение в выражение произвольного вида, вторая кодирует свою область зрения (ею, по семантике языка, может быть лишь объектное выражение) в форме, годящейся для общих выражений и даже метавыражений. В стандартном комплекте Рефала есть даже модуль прогонки, который позволяет подать на вход программы метавыражение и вычислить его настолько, насколько это возможно без знания значений переменных.

При решении сложных задач на Рефале естественно возникла задача представления мультииерархической структуры. Для частного случая двух независимых иерархий, одна из которых считается главной, а вторая начнет работать после исчерпания главной, в Рефале разработано мультискобочное представление выражений.Оно поддерживается библиотечными функциями кодирования и декодирования выражений и программ, переводящих мультискобочное выражение в его стандартный код и наоборот. Для частного случая, когда вторичная иерархия — наши обычные скобки, а первичная иерархия — ссылка глубоко внутрь скобочного выражения, неявно задающая одноуровневую скобочную структуру, независимую от стандартной, алгоритм кодирования исключительно прост. Выражение разбито на две несбалансированные по скобкам части: левую и правую. В обеих частях непарные скобки заменяем на пары )(. Открывающую скобку высшего уровня представляем как ((, место, куда ведет ссылка — как ))(, закрывающую скобку высшего уровня как )).

И в заключение рассмотрим достаточно сложный алгоритм на Рефале, иллюстрирующий многие приемы программирования: хранение промежуточной информации, обработку ошибок, ввод-вывод.

Пусть у нас дано выражение с различными парными скобками (в конкретном случае мы используем пары '()[]{}<>', но программа составлена так, чтобы эти пары можно было заменить в любой момент). Для эффективной работы на Рефале это выражение нужно закодировать, используя структурные скобки. Кодом пары скобок Левая Правая будут скобки (Левая и Правая). Ниже дан алгоритм кодировки.

При записи данного алгоритма используется еще одна возможность Рефала -5. После образца через запятую может идти произвольное выражение, включающее свободные переменные образца, а затем другой образец. Во втором образце мы отождествляем вспомогательное выражение, не изменяя значений переменных, унаследованных из предыдущего образца. Если после второго образца идут фигурные скобки, то мы задаем безымянную функцию внутри функции. Если же их нет, то это отождествление рассматривается как дополнительное условие успешности первого отождествления. Эта иерархия вложенности может продолжиться на несколько уровней, причем переменные внешних уровней на внутренних уровнях остаются связанными, уже не изменяя значений.

Иерархически вложенные функции и условия в принципе не нужны для Рефала, но их использование позволяет сократить и, главное, лучше структурировать текст программы.

$ENTRY Go{=<Init>;}
$EXTRN Xxout;
* Инициализация поля зрения и констант
Init{=<Open 'r' 1 'Input.txt'><Trans <Acquire(<Get 1>)";}
Acquire {
  e.Got ()= e.Got;
* Конец ввода - пустая строка
  e.Got (e.New)=<Acquire e.Got e.New (<Get 1>)>;
}
Brackets {=('()')('[]')('')('<>');}
Trans {
  e.A =<Result <Pairing () e.A > >;
}
Pairing {
* В первой скобке содержится последовательность всех незакрытых
* скобок вместе с сегментами данных, подлежащими помещению
* в даннуюпару скобок;
* каждый сегмент данных также заключен в скобки
  (e.Unclosed (e.LastUn)(s.Lbrack e.Middle)) s.Rbrack e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack s.Rbrack ) e.B =
*    Встретилась правая скобка, парная последней незакрытой;
*    выбрасываем отработанный сегмент из поля зрения
     <Pairing (e.Unclosed (e.LastUn (s.Lbrack e.Middle s.Rbrack))) e.Last>;
  ((s.Lbrack e.Middle)) s.Rbrack e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack s.Rbrack ) e.B =
*    Парная незакрытой, находящейся внутри другой незакрытой
  (s.Lbrack e.Middle s.Rbrack) <Pairing () e.Last>;
  (e.Unclosed (e.LastUn)(s.Lbrack e.Middle)) s.Rbrack e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack1 s.Rbrack ) e.B =
*    Непарные скобки
       <Prout "Brackets Mismatch!"> Error;
  (e.Unclosed ) s.Lbrack1 e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack1 s.Rbrack ) e.B =
*    Еще одна открывающая скобка; создаем новую группу данных
       <Pairing (e.Unclosed (s.Lbrack1)) e.Last>;
  () s.Lbrack e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack s.Rbrack ) e.B =
*    Первая открывающая скобка
       <Pairing ((s.Lbrack)) e.Last>;
  () s.Rbrack e.Last,
     <Brackets>: e.A(s.Lbrack s.Rbrack ) e.B =
*    Первая скобка - закрывающая
       <Prout "Extra right bracket"> Error;
*    Нейтральный символ вне скобок
  () s.Other e.Last = s.Other <Pairing () e.Last>;
*    Выражение и скобки исчерпаны - успех
  () =;
*    Выражение исчерпано, а скобки - нет
  (e.Unclosed (e.Lastun))=<Prout "Not all brackets are closed" Error;
*    Нейтральный символ в очередной скобке
  (e.Unclosed (e.Lastun))s.Other e.Last=
     <Pairing (e.Unclosed(e.Lastun s.Other)) e.Last>;
}
Result {
* Если была ошибка, выйти
e.A Error=;
* Иначе вывести результат для дальнейшего использования
e.A =<Xxout ('output.rdt') e.A>;
}

Для того, чтобы нагляднее увидеть влияние стиля на программные решения, сравните эту программу с развитием программы в традиционном стиле, приведенным в § 11.5 книги [ 22 ] . Данная программа намного выразительнее, короче, легче модифицируема и не менее эффективна, чем программа 11.5.3 из указанного параграфа.

В практике работы со студентами автору приходилось сталкиваться с ситуацией, когда программа для одной и той же задачи, написанная на традиционном языке, была более чем в пять раз длиннее программы на Рефале. Так что использование специализированных инструментов окупается (естественно, когда они применены в подходящих случаях).

Из литературы по языку Рефал можно рекомендовать учебные пособия [ 37 ] , первое из которых имеется в общедоступном русском переводе, в частности на сайте http://www.refal.ru/diaspora.html.