Лекция Язык ada проблемы целочисленных тд

жүктеу/скачать 0.64 Mb.

Дата	14.06.2016
өлшемі	0.64 Mb.
	#134458

Языки программирования. Лекция 6.

Язык ADA

Проблемы целочисленных тд:

1). Проблема представления

2). Проблема универсальности (насколько система целочисленного тд соответствует машинной архитектуре)

3). Надежность

фиксированное представление тд  неуниверсальность.

Естественный тип данных- natural int ( в Cи#) (то, что в Си называется просто int)

(для грядущих 64-битных архитектур)

Язык ADA

Целочисленный тд

Для языка Ада ключевой пункт – надежность.

В Аде существуют понятия тип и подтип ( очень гибкая концепция типов).

Типы могли выводиться друг из друга ( type T1 is new T- Т1 производный от Т, не путать с наследованием! Т1 наследует все мн-во значений и операций типа Т).

Типы между собой не совместимы полностью!!!

Для Ада: Если

type T1=T, то Т1- новый тип данных.

( для Си++ typedef T T1; T1- просто синоним Т, но не новый тип!)

Но подтипы совместимы.

Пример:

1).

Задача: Несовместимость без знаковых типов с целочисленными:

type CARDINAL is new INTEGER range 0..MAXINT;

I:CARDINAL;

J:INTEGER;

I и J не совместимы!!!!!!!

Т. е. нельзя I+J, I:=J, J:=I и т.д. ( статический контроль).

2).

Задача: Ограничить мн-во значений

Подтипы :

subtype NATURAL is INTEGER range 0..MAXINT;

K:NATURAL;

J:INTEGER;

K:=J; J:=K; K+J(значение- тип integer); -совместимы - квазистатический контроль( во время исполнения, т.к. значение J известно только в момент исполнения) надежность

Например: проверка J на попадание в диапазон.

K:=-1; нельзя, ограничение диапазона – статический контроль.

Вещественные типы данных

1). Плавающие

S*M_a*B^p

S-знак + или –

M-мантисса( n бит) ½<= M <1

(т.к. машина двоичная, для десятичной-1/10<= M <1)

 в терминах двоичной системы 0.b1b2…bn, где bi-биты мантиссы

т.к. ½<= M <1b1=1-нормализованное представление.

Естественно в качестве В( порядок) выбирать 2.

1985- стандарт IEEE 754 базовые правила работы с плавающей арифметикой:

-Мантисса хранится в нормализованном представлении  b1 хранить не обязательно.

-устанавливает представление

32-битное

64-битное

-младшие значения порядка –зарезервированы

-не все значения мантиссы являются одинаково допустимыми
Зарезервированные значения NaN- Not a Number( выдается при ошибке вещественной арифметики) и +, - бесконечность. С ними можно сравнивать и производить ряд операций.
Все производители компьютеров приняли этот стандарт.

Это стандарт поддерживают С# и Java( float ( 32 bit) и double (64 bit))

Си# поддерживает decimal – 128 bit, для работы с SQL. Вообще, SQL оказал большое влияние на С# .

Ада

Для переносимости фиксируем точность:

Type T is digits D; D-значащих разрядов

Type T is digits 6;
[log₂ D]+1- число бит в мантиссе

Модельные числа для языка Ада - М*2^р с размерностью мантиссы [log₂ D]+1

 D<7 32- битная реализация

 D>6 64- битная реализация

Т.о. стандарт Ады определял модельные числа, а задача компилятора- подобрать такую реализацию, что доступна на данном процессоре, чтобы она включала целиком все модельные числа.

Если D велико(например, 50), то компилятор должен сам генерировать все операции с такими числами (стандарт Ады-83). Практика показала, что соответствующие реализации очень накладны.

Современные компиляторы выбирают представления либо float, либо double. Если соответствующих вариантов нет, то компилятор выдает ошибку и дальше это проблема программиста, переделывать программу.

Пример:

Промежуток= 2^-ⁿ

при р=0 и р=1 – 2ⁿ чисел, и т.д. промежуток растягивается, а количество чисел 2ⁿ

 большая погрешность при больших числах!
2).Фиксированный тип (delta тип)

type T is delta H range L..R

l, R- константы.

Интервал от L до R с интервалом H (удобен для сеточных функций).

Причины появления такого типа:

1). Фиксированная точность

2). Более компактное хранение(конец 70-х главный ресурс-память)
кол-во чисел= (L-R)/H

Удобен для хранения результатов измерений при оцифровки звука (диапазон и кол-во значений).

Вывод: язык Ада наиболее адекватен для численных математических расчетов Он не стал языком №1, т.к.:

сложность яп;
соответствующая ниша занята уже фортраном;

Логический тип

Есть во всех яп, которые мы рассматриваем:

- Boolean

- Bool ( Cи#, Cи++)

- True, false

Во всех яп логический тд несовместим со всеми остальными. Т.е. все преобразования – явные.

Но в языке Си++, изначально логического типа не было. Возможное решение:

Typedef bool

#define TRUE 1

#define FALSE 0

Необходимость введения в С++ bool- bool, как описано выше, это не новый тд, а синоним unsigned int.

Т.е.:

Для полноценного тд, существует перекрытие функций:

int f(int)

int f(bool)

Для полноценного тд объявления обеих ф-ий корректно, для описания bool, как показано выше, не корректно.

f(x) – тип х определит функцию, которая будет вызвана.

 необходимость введения полноценного типа bool.
Для совместимости С и С++:

1). Неявное преобразование bool  int

2)true=1, false=0 все логические значения будут сведены к ним. Например, 31.
В С++:

bool b;

int I;

b&&I; можно, т.к. есть bool  int, но компилятор выдаст предупреждение из-за неэффективности.

Проблема тд – Ленивые вычисления

Двуместные операции:

ор1 ор 2

У ряда операций достаточно вычислить только первый аргумент, например:

And, or:

0 and ор=0

1 or ор=1

Следовательно, можно вычислить только 1-ый операнд.

В старых ЯП в целях оптимизации компилятор мог переупорядочивать операнды( увеличение эффективности, например повторное вычисление операнда в выражении)!

ор1 ор 2 op1op2

f(a) f(b) f(a)f(b)

Если ф-ия обладает побочным эффектом, то может возникнуть проблема.

Если компилятор производит оптимизацию и переупорядочивание вычислений, то вычисления становятся непереносимыми.
Во всех современных языках порядок вычисления операндов выражения и аргументов функции не зафиксирован.
В первом варианте языка Ада:

1).ор1 and op2 op1 or op2 вычисляют оба операнда, порядок их вычисления зависит от компилятора.

2). Укороченные операции and_if и or_else вычисления слева на право (ленивые операции).

В окончательном варианте 2 не вошли, т.к. были избыточными.

В С все логические операции- ленивые, арифметические- компилятор имеет право устраивать некоторую оптимизацию. В современных языках принят такой же подход.
Пример: while (i<= N) and ( a[i]<> x) do …

And должна быть ленивой, иначе -выход за границу массива!

Порядковые типы

диапазоны;
перечисления;

1).Перечисления.

Впервые появился в яп Паскаль- явное перечисление значений.

Базовый тип - целочисленный тип данных.

type DaysofWeek= ( Mon, Tue, …, n+1) Mon=0 Tue=1…

daysofWeek i;

i:=3;

i:=Wed; наглядность

i:=8; -нельзя, т.к. 8 выходит за диапазон [0,6] надежность.

В языке Ада компилятор может выбирать базовым типом не целочисленный, а подтип, т.е. столько бит, сколько необходимо для хранения.
В 1988 году появился язык Оберон, но уже без перечислимых типов данных. Вирт посчитал его избыточным для языка, т.к Оберон –ООЯП

перечислимые типы усложняют компиляцию программ (многомодульных программ, т.к. когда мы импортируем типы данных  импортировать имена, т.е. для перечислимого типа- импортируем неявно соответствующие константы- очень накладно и могут возникнуть конфликты имен)
(основная!!!) перечислимые типы слабо удовлетворяют концепции наследования:

Т<= open (openmode, enum openmode)

поток ввода- вывода, openmode, enum openmode- .режимы открытия

T=> (наследование) T1 у него уже свой open на верхнем уровне надо зафиксировать всевозможные значения, с которым может открываться файл. Детализация идет с более низким уровнем иерархии.
С++:

Иерархия Iostream

Ios- класс, в нем есть соответствующие константы, и он неявно совместим с целочисленным  мы можем любой целочисленной переменной присвоить значение перечислимого типа без всяких преобразований. Операции в данном классе аргументы – целого тд.

Ios::имя_константы

В Delphi есть, т.к. перечислимый тип был в Паскале.
1995- Java (перечислимого типа нет, т.к. Java -ООЯП)

static final int Mon=1

Значение final не меняется

Здесь мы уже теряем в надежности

(day_of_week=19;)
1999-C# (перечисления есть)

причина: Понятие перечислимого тд хорошо коррелирует с понятием интерактивной среды разработки (IDE).
инспектор объекта

name

Value



combobox

x

150

Value 1

…

Value n

В combobox явно перечислены всевозможные значения, которые могут быть.
Классы:

- классы-заготовки для наследования

В системе MFC:

CDialog  CMyDialog

-терминальные классы, предназначенные для использования( в них перечисления очень полезны, т.к. класс расширяться не будет).Компонентное программирование
C# использует парадигмы:

-компонентное программирование

-чисто объектно-ориентированная парадигма
В Паскаль, Модула-2- перечислимые типы такие, как рассказывалось выше.
ADA

1).

type Color is (Red, Green, Blue);

type Т is (Red, ..);

i:= Red; для Ада это не ошибка (зависит от полного контекста, т.е. от типа данных i), для модула-2, Паскаль, С –это ошибка!

2).

procedure P(X: color)

procedure P(X:T)

P(i)- в зависимости от типа i

P(Red)- ошибка, т.к. он не знает что такое red.

Для этого есть конструкция “ указание типа”(указывает) (не “ преобразование типа”(преобразует) !)

общий вид указания типа: Т’е

Р(Color' Red);
В Паскале тип- Boolean, на основе перечислимого типа.
Character- предопределенный перечислимый тип в языке Ада.

type CHARACTER is (‘A’,’B’,’C’,…,‘a’,’b’,’c’,…,’0’,…);

Сравнение перечислений в C# и C++:

Основа перечислимых типов- диапазон 0…N-1

Можно ли преобразовывать перечислимый тип в числа и наоборот?

Кроме С++(по наследству от С) неявно нельзя.

type T=(C1,…,CN)

X:T;

X:=T(8);-явное преобразование числа в константу(квазистатический контроль).

X:=color(i);

В модуле-2:

Val(T,e) Т-имя типа, e- значение.

жүктеу/скачать 0.64 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: