Текст книги "Информатика и информационные технологии: конспект лекций"

Автор книги: А. Цветкова

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

5. Поля данных объекта и формальные параметры метода

Выводом из того факта, что методы и их объекты разделяют общую область действия, является то, что формальные параметры метода не могут быть идентичными любому из полей данных объекта. Это является не каким-то новым ограничением, налагаемым объектно-ориентированным программированием, а, скорее, теми же самыми старыми правилами области действия, которые Pascal имел всегда. Это то же самое, что и запрет для формальных параметров процедуры быть идентичными локальным переменным этой процедуры:

procedure CrunchIt(Crunchee: MyDataRec, Crunchby,

ErrorCode: integer);

var

A, B: char;

ErrorCode: integer;

begin

.

.

.

Локальные переменные процедуры и ее формальные параметры совместно используют общую область действия и поэтому не могут быть идентичными. Будет получено сообщение «Error 4: Duplicate identifier» (Ошибка 4; Повторение идентификатора), если попытаться компилировать что-либо подобное, та же ошибка возникает при попытке присвоить формальному параметру метода имени поля объекта, которому даннёый метод принадлежит.

Обстоятельства несколько отличаются, так как помещение заголовка процедуры внутрь структуры данных является намеком на новшество в Turbo Pascal, но основные принципы области действия Pascal не изменились.

ЛЕКЦИЯ № 13. Совместимость типов объектов

1. Инкапсуляция

Объединение в объекте кода и данных называется инкапсуляцией. В принципе, возможно предоставить достаточное количество методов, благодаря которым пользователь объекта никогда не будет обращаться к полям объекта непосредственно. Некоторые другие объектно-ориентированные языки, например Smalltalk, требуют обязательной инкапсуляции, однако в Borland Pascal имеется выбор.

Например, объекты TEmployee и THourly написаны таким образом, что совершенно исключена необходимость прямого обращения к их внутренним полям данных:

type

TEmployee = object

Name, Title: string[25];

Rate: Real;

procedure Init (AName, ATitle: string; ARate: Real);

function GetName : String;

function GetTitle : String;

function GetRate : Real;

function GetPayAmount : Real;

end;

THourly = object(TEmployee)

Time: Integer;

procedure Init(AName, ATitle: string; ARate:

Real, Atime: Integer);

function GetPayAmount : Real;

end;

Здесь присутствуют только четыре поля данных: Name, Title, Rate и Time. Методы GetName и GetTitle выводят фамилию работающего и его должность соответственно. Метод GetPayAmount использует Rate, а в случае работающего THourly и Time для вычисления суммы выплат работающему. Здесь уже нет необходимости обращаться непосредственно к этим полям данных.

Предположив существование экземпляра AnHourly типа THourly, мы могли бы использовать набор методов для манипулирования полями данных AnHourly например:

with AnHourly do

begin

Init (Aleksandr Petrov, Fork lift operator' 12.95, 62);

{Выводит на экран фамилию, должность и сумму выплат}

Show;

end;

Следует обратить внимание, что доступ к полям объекта осуществляется не иначе, как только с помощью методов этого объекта.

2. Расширяющиеся объекты

К сожалению, стандартный Pascal не предоставляет никаких возможностей для создания гибких процедур, позволяющих работать с абсолютно разными типами данных. Объектно-ориентированное программирование решает эту проблему с помощью наследования: если определен порожденный тип, то методы порождающего типа наследуются, однако при желании они могут переопределяться. Для переопределения наследуемого метода попросту описывается новый метод с тем же именем, что и наследуемый метод, но с другим телом и (при необходимости) с другим множеством параметров.

Определим дочерний по отношению к TEmployee тип, представляющий работника, которому платится часовая ставка, в следующем примере:

const

PayPeriods = 26; { периоды выплат }

OvertimeThreshold = 80; { на период выплаты }

OvertimeFactor = 1.5; { почасовой коэффициент }

type

THourly = object(TEmployee)

Time: Integer;

procedure Init(AName, ATitle: string; ARate:

Real, Atime: Integer);

function GetPayAmount : Real;

end;

procedure THourly.Init(AName, ATitle: string;

ARate: Real, Atime: Integer);

begin

TEmployee.Init(AName, ATitle, ARate);

Time := ATime;

end;

function THourly.GetPayAmount: Real;

var

Overtime: Integer;

begin

Overtime := Time – OvertimeThreshold;

if Overtime > 0 then

GetPayAmount := RoundPay(OvertimeThreshold * Rate +

Rate OverTime * OvertimeFactor * Rate)

else

GetPayAmount := RoundPay(Time * Rate)

end;

Человек, которому платится часовая ставка, является работающим: он обладает всем тем, что используется для определения объекта TEmployee (фамилией, должностью, ставкой), и лишь количество получаемых почасовиком денег зависит от того, сколько часов он отработал за период, подлежащий оплате. Таким образом, для THourly требуется еще и поле времени Time.

Так как THourly определяет новое поле Time, его инициализация требует нового метода Init, который инициализирует и время, и наследованные поля. Вместо того, чтобы непосредственно присвоить значения наследованным полям, таким как Name, Title и Rate, почему бы не использовать вновь метод инициализации объекта TEmployee (иллюстрируемый первым оператором THourly Init).

Вызов метода, который переопределяется, не является лучшим стилем. В общем случае возможно, что TEmployee.Init выполняет важную, однако скрытую инициализацию.

Вызывая переопределяемый метод, необходимо быть уверенным в том, что порожденный тип объекта включает функциональность родителя. Кроме того, любое изменение в родительском методе автоматически оказывает влияние на все порожденные.

После вызова TEmployee.Init, THourly.Init может затем выполнить свою собственную инициализацию, которая в этом случае состоит только в присвоении значения, переданного в ATime.

Другим примером переопределяемого метода является функция THourly.GetPayAmount, вычисляющая сумму выплат работающему на почасовой ставке. В действительности, каждый тип объекта TEmployee имеет свой метод GetPayAmount, так как тип работающего зависит от того, как производится расчет. Метод THourly.GetPayAmount должен учитывать, сколько часов работал сотрудник, были ли сверхурочные работы, каков коэффициент увеличения за сверхурочные работы и т. д.

Метод TSalaried. GetPayAmount должен лишь делить ставку работающего на число выплат в каждом году (в нашем примере).

unit Workers;

interface

const

PayPeriods = 26; {в год}

OvertimeThreshold = 80; {за каждый период оплаты}

OvertimeFactor =1.5; {увеличение против обычной оплаты}

type

TEmployee = object

Name, Title: string[25];

Rate: Real;

procedure Init (AName, ATitle: string; ARate: Real);

function GetName : String;

function GetTitle : String;

function GetRate : Real;

function GetPayAmount : Real;

end;

THourly = object(TEmployee)

Time: Integer;

procedure Init(AName, ATitle: string; ARate:

Real, Atime: Integer);

function GetPayAmount : Real;

function GetTime : Real;

end;

TSalaried = object(TEmployee)

function GetPayAmount : Real;

end;

TCommissioned = object(TSalaried)

Commission : Real;

SalesAmount : Real;

constructor Init (AName, ATitle: String; ARate,

ACommission, ASalesAmount: Real);

function GetPayAmount : Real;

end;

implementation

function RoundPay(Wages: Real) : Real;

{округляем сумму выплат, чтобы игнорировать суммы меньше

денежной единицы}

begin

RoundPay := Trunc(Wages * 100) / 100;

.

.

.

TEmployee является вершиной нашей иерархии объектов и содержит первый метод GetPayAmount.

function TEmployee.GetPayAmount : Real;

begin

RunError(211); { дать ошибку этапа выполнения }

end;

Может вызвать удивление тот факт, что метод дает ошибку времени выполнения. Если вызывается Employee.GetPayAmount, то в программе возникает ошибка. Почему? Потому что TEmployee является вершиной нашей иерархии объектов и не определяет реального рабочего; следовательно, ни один из методов TEmployee не вызывается определенным образом, хотя они и могут быть наследованными. Все наши работники являются либо почасовиками, либо имеют оклады, либо работают на сдельщине. Ошибка на этапе выполнения прекращает выполнение программы и выводит 211, что соответствует сообщению об ошибке, связанной с вызовом абстрактного метода (если программа по ошибке вызывает TEmployee.GetPayAmount).

Ниже приводится метод THourly.GetPayAmount, в котором учитываются такие вещи, как сверхурочная оплата, число отработанных часов и т. д.

function THourly.GetPayAMount : Real;

var

OverTime: Integer;

begin

Overtime := Time – OvertimeThreshold;

if Overtime > 0 then

GetPayAmount := RoundPay(OvertimeThreshold * Rate +

Rate OverTime * OvertimeFactor * Rate)

else

GetPayAmount := RoundPay(Time * Rate)

end;

Метод TSalaried.GetPayAmount намного проще; в нем ставка

делится на число выплат:

function TSalaried.GetPayAmount : Real;

begin

GetPayAmount := RoundPay(Rate / PayPeriods);

end;

Если взглянуть на метод TCommissioned.GetPayAmount, то будет видно, что он вызывает TSalaried.GetPayAmount, вычисляет комиссионные и прибавляет их к величине, возвращаемой методом TSalaried. GetPayAmount.

function TСommissioned.GetPayAmount : Real;

begin

GetPayAmount := RoundPay(TSalaried.GetPayAmount +

Commission * SalesAmount);

end;

Важное замечание: хотя методы могут быть переопределены, поля данных переопределяться не могут. После того как было определено поле данных в иерархии объекта, никакой дочерний тип не может определить поле данных в точности с таким же именем.

3. Совместимость типов объектов

Наследование до некоторой степени изменяет правила совместимости типов в Borland Pascal. Помимо всего прочего, порожденный тип наследует совместимость типов всех своих порождающих типов.

Эта расширенная совместимость типов принимает три формы:

1) между реализациями объектов;

2) между указателями на реализации объектов;

3) между формальными и фактическими параметрами.

Однако очень важно помнить, что во всех трех формах совместимость типов расширяется только от потомка к родителю. Другими словами, дочерние типы могут свободно использоваться вместо родительских, но не наоборот.

Например, TSalaried является потомком TEmployee, а ТСош-missioned – потомком TSalaried. Помня об этом, рассмотрим следующие описания:

tyрe

PEmрloyee = ^TEmployee;

PSalaried = ^TSalaried;

PCommissioned = ^TCommissioned;

var

AnEmрloyee: TEmployee;

ASalaried: TSalaried;

PCommissioned: TCommissioned;

TEmployeePtr: PEmрloyee;

TSalariedPtr: PSalaried;

TCommissionedPtr: PCommissioned;

При данных описаниях справедливы следующие операторы

присваивания:

AnEmрloyee :=ASalaried;

ASalaried := ACommissioned;

TCommissionedPtr := ACommissioned;

Примечание

Порождающему объекту можно присвоить экземпляр любого из его порожденных типов. Обратные присваивания недопустимы.

Эта концепция является новой для Pascal, и вначале, возможно, трудновато запомнить, в каком порядке следует совместимость типов. Необходимо думать следующим образом: источник должен быть в состоянии полностью заполнить приемник. Порожденные типы содержат все, что содержат их порождающие типы благодаря свойству наследования. Поэтому порожденный тип имеет либо в точности такой же размер, либо (что чаще всего и бывает) он больше своего родителя, но никогда не бывает меньше. Присвоение порождающего (родительского) объекта порожденному (дочернему) могло бы оставить некоторые поля порожденного объекта неопределенными, что опасно и поэтому недопустимо.

В операторах присваивания из источника в приемник будут копироваться только поля, являющиеся общими для обоих типов. В операторе присваивания:

AnEmployee:= ACommissioned;

Только поля Name, Title и Rate из ACommissioned будут скопированы в AnEmployee, так как только эти поля являются общими для TCommissioned и TEmployee. Совместимость типов работает также между указателями на типы объектов и подчиняется тем же общим правилам, что и для реализаций объектов. Указатель на потомка может быть присвоен указателю на родителя. Если дать предыдущие определения, то следующие присваивания указателей будут допустимыми:

TSalariedPtr:= TCommissionedPtr;

TEmployeePtr:= TSalariedPtr;

TEmployeePtr:= PCommissionedPtr;

Следует помнить, что обратные присваивания недопустимы!

Формальный параметр (либо значение, либо параметр-переменная) данного объектного типа может принимать в качестве фактического параметра объект своего же типа или объекты всех дочерних типов. Если определить заголовок процедуры следующим образом:

procedure CalcFedTax(Victim: TSalaried);

то допустимыми типами фактических параметров могут быть TSalaried или TCommissioned, но не тип TEmployee. Victim также может быть параметром-переменной. При этом выполняются те же правила совместимости.

Замечание

Между параметрами-значениями и параметрами-переменными есть коренное отличие. Параметр-значение является указателем на действительный, посьшаемый в качестве параметра объект, тогда как параметр-переменная является только копией фактического параметра. Более того, эта копия включает только те поля, которые входят в тип формального параметра-значения. Это означает, что фактический параметр буквально преобразуется к типу формального параметра. Параметр-переменная больше напоминает приведение к образцу, в том смысле, что фактический параметр остается неизменным.

Аналогично, если формальный параметр является указателем на тип объекта, фактический параметр может быть указателем на этот тип объекта или на любой дочерний тип. Пусть дан заголовок процедуры:

procedure Worker.Add (AWorker: PSalaried);

Тогда допустимыми типами фактических параметров могут быть PSalaried или PCommissioned, но не тип PEmployee.

ЛЕКЦИЯ № 14. Ассемблер

1. Об ассемблере

Когда-то ассемблер был языком, без знания которого нельзя было заставить компьютер сделать что-либо полезное. Постепенно ситуация менялась. Появлялись более удобные средства общения с компьютером. Но в отличие от других языков ассемблер не умирал, более того, он не мог сделать этого в принципе. Почему? В поисках ответа попытаемся понять, что такое язык ассемблера вообще.

Если коротко, то язык ассемблера – это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. Отсюда понятно, что, несмотря на общее название, язык ассемблера для каждого типа компьютера свой. Это касается и внешнего вида программ, написанных на ассемблере, и идей, отражением которых этот язык является.

По-настоящему решить проблемы, связанные с аппаратурой (или, даже более того, зависящие от аппаратуры, как, к примеру, повышение быстродействия программы), невозможно без знания ассемблера.

Программист или любой другой пользователь могут использовать любые высокоуровневые средства вплоть до программ построения виртуальных миров и, возможно, даже не подозревать, что на самом деле компьютер выполняет не команды языка, на котором написана его программа, а их трансформированное представление в форме скучной и унылой последовательности команд совсем другого языка – машинного. А теперь представим, что у такого пользователя возникла нестандартная проблема. К примеру, его программа должна работать с некоторым необычным устройством или выполнять другие действия, требующие знания принципов работы аппаратуры компьютера. Каким бы хорошим ни был язык, на котором программист написал свою программу, без знания ассемблера ему не обойтись. И не случайно практически все компиляторы языков высокого уровня содержат средства связи своих модулей с модулями на ассемблере либо поддерживают выход на ассемблерный уровень программирования.

Компьютер составлен из нескольких физических устройств, каждое из которых подключено к одному блоку, называемому системным. Чтобы понять их функциональное назначение, посмотрим на структурную схему типичного компьютера (рис. 1). Она не претендует на безусловную точность и имеет целью лишь показать назначение, взаимосвязь и типовой состав элементов современного персонального компьютера.

Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера

2. Программная модель микропроцессора

На современном компьютерном рынке наблюдается большое разнообразие различных типов компьютеров. Поэтому возможно предположить возникновение у потребителя вопроса о том, как оценить возможности конкретного типа (или модели) компьютера и его отличительные особенности от компьютеров других типов (моделей). Чтобы собрать воедино все понятия, характеризующие компьютер с точки зрения его функциональных программно-управляемых свойств, существует специальный термин – архитектура ЭВМ. Впервые понятие архитектура ЭВМ стало упоминаться с появлением машин 3-го поколения для их сравнительной оценки.

К изучению языка ассемблера любого компьютера имеет смысл приступать только после выяснения того, какая часть компьютера оставлена видимой и доступной для программирования на этом языке. Это так называемая программная модель компьютера, частью которой является программная модель микропроцессора, которая содержит тридцать два регистра, в той или иной мере доступных для использования программистом.

Данные регистры можно разделить на две большие группы:

1) 6 пользовательских регистров;

2) 16 системных регистров.

3. Пользовательские регистры

Как следует из названия, пользовательскими регистры называются потому, что программист может использовать их при написании своих программ. К этим регистрам относятся (рис. 2):

1) восемь 32-битных регистров, которые могут использоваться программистами для хранения данных и адресов (их еще называют регистрами общего назначения (РОН)):

eax/ax/ah/al;

ebx/bx/bh/bl;

edx/dx/dh/dl;

ecx/cx/ch/cl;

ebp/bp;

esi/si;

edi/di;

esp/sp.

2) шесть регистров сегментов: cs, ds, ss, es, fs, gs;

3) регистры состояния и управления:

регистр флагов eflags/flags;

регистр указателя команды eip/ip.

Рис. 2. Пользовательские регистры

Многие из этих регистров приведены с наклонной разделительной чертой. Это не разные регистры – это части одного большого 32-разрядного регистра. Их можно использовать в программе как отдельные объекты.

4. Регистры общего назначения

Все регистры этой группы позволяют обращаться к своим «младшим» частям. Использовать для самостоятельной адресации можно только младшие 16– и 8-битные части этих регистров. Старшие 16 бит этих регистров как самостоятельные объекты недоступны.

Перечислим регистры, относящиеся к группе регистров общего назначения. Так как эти регистры физически находятся в микропроцессоре внутри арифметико-логического устройства (АЛ>), то их еще называют регистрами АЛУ:

1) eax/ax/ah/al (Accumulator register) – аккумулятор. Применяется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование этого регистра обязательно;

2) ebx/bx/bh/bl (Base register) – базовый регистр. Применяется для хранения базового адреса некоторого объекта в памяти;

3) ecx/cx/ch/cl (Count register) – регистр-счетчик. Применяется в командах, производящих некоторые повторяющиеся действия. Его использование зачастую неявно и скрыто в алгоритме работы соответствующей команды.

К примеру, команда организации цикла loop, кроме передачи управления команде, находящейся по некоторому адресу, анализирует и уменьшает на единицу значение регистра есх/сх;

4) edx/dx/dh/dl (Data register) – регистр данных.

Так же, как и регистр eax/ax/ah/al, он хранит промежуточные данные. В некоторых командах его использование обязательно; для некоторых команд это происходит неявно.

Следующие два регистра используются для поддержки так называемых цепочечных операций, т. е. операций, производящих последовательную обработку цепочек элементов, каждый из которых может иметь длину 32, 16 или 8 бит:

1) esi/si (Source Index register) – индекс источника.

Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес элемента в цепочке-источнике;

2) edi/di (Destination Index register) – индекс приемника (получателя). Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес в цепочке-приемнике.

В архитектуре микропроцессора на программно-аппаратном уровне поддерживается такая структура данных, как стек. Для работы со стеком в системе команд микропроцессора есть специальные команды, а в программной модели микропроцессора для этого существуют специальные регистры:

1) esp/sp (Stack Pointer register) – регистр указателя стека. Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.

2) ebp/bp (Base Pointer register) – регистр указателя базы кадра стека. Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека.

Использование жесткого закрепления регистров для некоторых команд позволяет более компактно кодировать их машинное представление. Знание этих особенностей позволит при необходимости хотя бы на несколько байт сэкономить память, занимаемую кодом программы.