Поддерживающие механизмы

Инструкции

ОО-нотация, разработанная в этой книге, императивна: вычисления специфицируются через команды (commands), также называемые инструкциями (instructions). (Мы избегаем обычно применимого термина оператор (предложение) (statement), поскольку в слове есть оттенок выражения, описывающего факты, а хотелось подчеркнуть императивный характер команды.)

Для имеющих опыт работы с современными языками инструкции выглядят как хорошие знакомые. Исключение составляют некоторые специальные свойства циклов, облегчающие их верификацию. Вот список инструкций: Вызов процедуры, Присваивание, Условие, Множественный выбор, Цикл, Проверка, Отладка, Повторное выполнение, Попытка присваивания.

Вызов процедуры

При вызове указывается имя подпрограммы, возможно, с фактическими аргументами. В инструкции вызова подпрограмма должна быть процедурой. Вызов функции является выражением. Хотя сейчас нас интересуют инструкции, следующие правила применимы в обоих случаях.

Вызов может быть квалифицированным или неквалифицированным. Для неквалифицированного вызова подпрограммы из включающего класса в качестве цели используется текущий экземпляр класса. Этот вызов имеет вид:

r (без аргументов), или

r (x, y, ...) (с аргументами)

Квалифицированный вызов явно называет свою цель, заданную некоторым выражением. Если a - выражение некоторого типа, C - базовый класс этого типа, а - q одна из программ C, то квалифицированный вызов имеет форму a.q. Опять же, за q может следовать список фактических аргументов; a может быть неквалифицированным вызовом функции с аргументами, как в p (m).q (n), где p(m) - это цель. В качестве цели можно также использовать более сложное выражение при условии заключения его в скобки, как в (vector1 + vector2).count.

Также разрешаются квалифицированные вызовы с многоточием в форме: a.q₁q₂ ...q_n, где a, так же, как и q_i, может включать список фактических аргументов.

Экспорт управляет применением квалифицированных вызовов. Напомним, что компонент f, объявленный в классе B, доступен в классе A ( экспортирован классу ), если предложение feature, объявляющее f, начинается с feature (без дальнейшего уточнения) или feature {X, Y,... }, где один из элементов списка {X, Y,...} является A или предком A. Имеет место:

Правило Квалифицированного Вызова

Квалифицированный вызов вида b.q₁. q₂.... q_n, появляющийся в классе C корректен, только если он удовлетворяет следующим условиям:

1. Компонент, стоящий после первой точки, q₁, должен быть доступен в классе C.
2. В вызове с многоточием, каждый компонент после второй точки, то есть каждое q_i для i > 1, должен быть доступен в классе C.

Чтобы понять причину существования второго правила, отметим, что a.q.r.s - краткая запись для

b:= a.q; c:=b.r; c.s

которая верна только, если q, r и s доступны классу C, в котором появляется этот фрагмент. Не имеет значения, доступно ли r базовому классу типа q, и доступно ли s базовому классу типа r.

Присваивание (Assignment)

Инструкция присваивания записывается в виде:

x := e

где x - сущность, допускающая запись (writable), а e - выражение совместимого типа. Такая сущность может быть:

• неконстантным атрибутом включающего класса;
• локальной сущностью включающей подпрограммы. Для функции допустима сущность Result.

Сущности, не допускающие запись, включают константные атрибуты и формальные аргументы программы - которым, как мы видели, подпрограмма не может присваивать новое значение.

Создание (Creation)

Инструкция создания изучалась в предыдущих лекциях^{3См. "Инструкция создания" и "Процедуры создания", "Динамические структуры: объекты" . Один из вариантов рассмотрен в "Полиморфное создание", "Введение в наследование" .} в двух ее формах: без процедуры создания, как в create x, и с процедурой создания, как в create x.p (...). В обоих случаях x должна быть сущностью, допускающей запись.

Условная Инструкция (Conditional)

Эта инструкция задает различные формы обработки в зависимости от выполнения определенных условий. Основная форма:

if boolean_expression then
   instruction; instruction; ...
else
   instruction; instruction; ...
end

где каждая ветвь может иметь произвольное число инструкций (а возможно и не иметь их).

Будут выполняться инструкции первой ветви, если boolean_expression верно, а иначе - второй ветви. Можно опустить часть else, если второй список инструкций пуст, что дает:

if boolean_expression then
   instruction; instruction; ...
end

Когда есть более двух возможных случаев, можно избежать вложения (nesting) условных команд в частях else, используя одну или более ветвей elseif, как в:

if c1 then
   instruction; instruction; ...
elseif c2 then
   instruction; instruction; ...
elseif c3 then
   instruction; instruction; ...
...
else
   instruction; instruction; ...
end

где часть else остается факультативной. Это дает возможность избежать вложения

if c1 then
   instruction; instruction; ...
else
   if c2 then
      instruction; instruction; ...
   else
      if c3 then
         instruction; instruction; ...
...
      else
         instruction; instruction; ...
      end
   end
end

Когда необходим множественный разбор случаев, более удобна инструкция множественного выбора inspect, обсуждаемая ниже.

ОО-метод, благодаря полиморфизму и динамическому связыванию, уменьшает необходимость явных условных инструкций и множественного выбора, поддерживая неявную форму выбора. Когда объект применяет некоторый компонент, имеющий несколько вариантов, то во время выполнения нужный вариант выбирается автоматически в соответствии с типом объекта. Этот неявный стиль выбора обычно предпочтительнее, но, конечно, инструкции явного выбора остаются необходимыми.

Множественный выбор

Инструкция множественного выбора (также известная, как инструкция Case ) производит разбор вариантов, имеющих форму: e = v_i, где e - выражение, а v_i - константы того же типа. Хотя условная инструкция (if e = v₁ then ...elseif e = v₂ then...) работает, есть две причины, оправдывающие применение специальной инструкции, что является исключением из обычного правила: "если нотация дает хороший способ сделать что-то, нет необходимости вводить другой способ". Вот эти причины:

• Разбор случаев настолько распространен, что заслуживает особого синтаксиса, увеличивающего ясность, позволяя избежать бесполезного повторения " e = ".
• Компиляторы могут использовать особенно эффективную технику реализации, - таблицу переходов ( jump table ), - неприменимую к общим условным инструкциям и избегающую явных проверок.

Что касается типа анализируемых величин (тип e и v_i ), то инструкции множественного выбора достаточно поддерживать только целые и булевы значения. Согласно правилу, они фактически должны объявляться либо все как INTEGER, либо как CHARACTER. Общая форма инструкции такова:

inspect
   e
when v1 then
   instruction; instruction; ...
when v2 then
   instruction; instruction; ...
...
else
   instruction; instruction; ...
end

Все значения v_i должны быть различными; часть else факультативна; каждая из ветвей может иметь произвольное число инструкций или не иметь их.

Инструкция действует так: если значение e равно значению v_i (это может быть только для одного из них), выполняются инструкции соответствующей ветви; иначе, выполняются инструкции в ветви else, если они есть.

Если отсутствует else, и значение e не соответствует ни одному v_i, то возникает исключительная ситуация ("Некорректно проверяемое значение"). Это решение может вызвать удивление, поскольку соответствующая условная инструкция в этом случае ничего не делает. Но оно характеризует специфику инструкции множественного выбора. Когда вы пишете inspect с набором значений v_i, нужно включить ветвь else, даже пустую, если вы понимаете, что во время выполнения значения e могут не соответствовать никаким v_i. Если вы не включаете else, то это эквивалентно явному утверждению: "значение e всегда является одним из v_i ". Проверяя это утверждение и создавая исключительную ситуацию при его нарушении, реализация оказывает нам услугу. Бездействие в данной ситуации - означает ошибку - в любом случае, ее необходимо устранить как можно раньше.

Одно из частых приложений инструкции множественного выбора - анализ символа, введенного пользователем^{4Это элементарная схема. О более сложных технических приемах обработки пользовательских команд см. лекцию 3 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования".} :

inspect
   first_input_letter
when 'D' then
   "Удалить строку"
when 'I' then
   "Вставить строку"
...
else
   message ("Неопознанная команда; введите H для получения справки")
end

Когда значения v_i целые, то они могут быть определены как уникальные (unique values), концепция которых рассмотрена в следующей лекции. Это делает возможным в объявлении определить несколько абстрактных констант, например, Do, Re, Mi, Fa, Sol, La, Si: INTEGER is unique, и затем анализировать их в инструкции: inspect note when Do then...when Re then...end.

Как и условные инструкции, инструкции множественного выбора не должны использоваться для замены неявного выбора, основанного на динамическом связывании.

Циклы

Синтаксис циклов описан при обсуждении Проектирования по Контракту ( "Проектирование по контракту: построение надежного ПО" ):

from
   initialization_instructions
invariant
   invariant
variant
   variant
until
   exit_condition
loop
   loop_instructions
end

Предложения invariant и variant факультативны. Предложение from требуется, хотя и может быть пустым. Оно задает инициализацию параметров цикла. Не рассматривая сейчас факультативные предложения, выполнение цикла можно описать следующим образом. Вначале происходит инициализация, и выполняются initialization_instructions. Затем следует "циклический процесс", определяемый так: если exit_condition верно, то циклический процесс - пустая инструкция ( null instruction ); если условие неверно, то циклический процесс - это выполнение loop_instructions, затем следует (рекурсивно) повторение циклического процесса.

Проверка

Инструкция проверки рассматривалась при обсуждении утверждений ( "Проектирование по контракту: построение надежного ПО" ). Она говорит, что определенные утверждения должны удовлетворяться в определенных точках:

check
   assertion -- Одно или больше предложений
end

Отладка

Инструкция отладки является средством условной компиляции. Она записывается так:

debug instruction; instruction; ... end

В файле управления (Ace-файле) для каждого класса можно включить или отключить параметр debug. При его включении все инструкции отладки данного класса выполняются, при отключении - они не влияют на выполнение.

Эту инструкцию можно использовать для включения специальных действий, выполняющихся только в режиме отладки, например, печати некоторых величин.

Повторение вычислений

Инструкция повторного выполнения рассматривалась при обсуждении исключительных ситуаций ( "Когда контракт нарушается: обработка исключений" ). Она появляется только в предложении rescue, повторно запуская тело подпрограммы, работа которой была прервана.