Редактирование: Языки программирования, 12 лекция (от 12 октября)

Материал из eSyr's wiki.

Внимание: Вы не представились системе. Ваш IP-адрес будет записан в историю изменений этой страницы.

Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.

[[Языки программирования, 11 лекция (от 10 октября)|Предыдущая лекция]] | [[Языки программирования, 13 лекция (от 17 октября)|Следующая лекция]]

= Часть 1. Основные понятия традиционных процедурных ЯП =
== Глава 3. Операторный  базис ЯП ==

<div class="comment">В терминологии полный  бардак. Нет согласия, как переводить computer science. Начиная с 60х годов, то, что слово &laquo;statement&raquo;, в описании языка [[Algol|Algol 60]], стало эталоном языкового описания. &laquo;Assignment  statement&raquo;&nbsp;&mdash; оператор присваивания. В русском языке появилась традиция переводить слово &laquo;statement&raquo; как &laquo;оператор&raquo;. Иногда ещё употребляется термин &laquo;инструкция&raquo;. Мы будем употреблять термин &laquo;оператор&raquo;. Проблема в чём: проблем  нет, есть оператор, есть операция (сложение, вычитание). Проблема была порождена [[C++]], где под оператором понимали то, что мы понимаем под словом операция. Есть переопределение операций.

В терминологии главное договориться. Мы будем следовать традициям [[Algol|Algol 60]] и под оператором будем понимать statement, операция&nbsp;&mdash; это операция.</div>

'''Операторный  базис ЯП'''&nbsp;&mdash; то, какие операторы есть в  ЯП.

<div class="comment">Операторный базис унифицирован больше всего. Причина историческая.</div>

=== Пункт 1. Структурное программирование ===

<div class="comment">Кто-то отмечал, что strcutured programming переводится как структурированное программирование.</div>

История начинатся в [[1961]] году, когда ныне покойный Дейкстра опубликовал статью о вреде языка goto. Идея (казалось бы, бредовая): необходимо ограничитиь программиста в управлении, то есть, ограничеть возможности по управлению выполннием программы. Кажущаяся бредовость заключается в том, что до этого цель разработчика языка программирования дать как можно больше возможностей программисту.

<div class="comment">Ограничение возможностей программиста влияет благотворно.</div>

В [[Java]], [[C#]], нет goto. Но в Java он зарезервировано, чтобы изгнать это &laquo;слово из четырёх букв&raquo;.

Разбиение операций на приватные и публичние тоже ограничение возможностей программиста.

Ситуация, когда програмиста ограничивают в выразительных возможностях иногда полезна.

Структурное программирование вредно представлять как программирование без goto. Это программирование в терминах уровней абстракций.

Есть три блока:
# Подготовить
# Выполнить
# Завершить

Потом понижаем уровень абстракции до конкретных языках языка программирования, и операторы языка программирования&nbsp;&mdash; чёрные ящики.

Идея оказалась благотворной.

Довольно быстро все пришли к консенсусу, что структурное программирование полезно.

Современных программитстов обучают таким образом, что они программируют в терминах структурного программирования.

<div class="comment">Любимый пример лектора из опыта военной подготовки:<br />
Читали там на [[Algol-60]]. Была программа, которую написал майор. Программа генерации перестановок. Сама по себе задача выеденного яйца не стоит. Проблема в том, что рекурсия не употреблялась, но там где-то на 9 строчек было 7 операций goto. Ив течении половины лекции пытался объяснить, как она работает, и в итоге сказал «даю вам слово, это программа работает. Я её полночи проверял».</div>

Программы с интенсивным использованием goto стали называтьм DS-программы (dish of spagetti).

Самый главный оператор&nbsp;&mdash; оператор присваивания. Самое интересное с операторе присваивания&nbsp;&mdash; согласование типов, а это уже ТД.

Основные операторы классифицируются на несколько видов:
# Оператор присваивания
# Управляющий оператор
# Специальные операторы
В современных языках оитсустствуют такие вещи, как операторы ввода-вывода.

Существенно оказало влияние то, какие существуют операторы управления.

# Операторы ветвления. Делятся на
## Ветвления
## Дискретные
## Многовариантные
# Циклы
## С предусловием
## С постусловием
## С фиксированны числом повторений
## С управлением пользователем
# Переходы
# Блок

Переходов очень много вариантов.

А можно обойтись без goto?

Была опубликована статья: любую управляющую структуру можно свести к трём, точнее, двум структурам&nbsp;&mdash; цикл и последовательность (третья структура, условие&nbsp;&mdash; цикл не более чем с одной операцией)

Более того&nbsp;&mdash; программы с любыми комбинациями условий можно свести к композициями циклов. Создавались программы, которые позволяли переводить программы с goto в программы без goto.

В ... году ехидный Кнут написал статью «структурное программирование с использованием goto». Знаменитая цитата: «иногда употребелние всяких слов из четырёх букв типа goto является уместном даже в самом лучшем обществе».

=== Пункт 2. Ветвление ===

==== Двухвариантное ветвление ====

'''([[Algol]])'''
 '''([[Pascal]])'''
 if B then 
   S1 
 else 
   S2

Отличаются ЯП по тому, стоавить then или нет, ставить скобки или нет. ЯП с точки зрения управляющих конструкций делятся на две категории&nbsp;&mdash; с терминаторами и без терминаторов. В ЯП без терминаторов&nbsp;&mdash; неявное завершение условия.

Проблема, которую заметил Дональд Кнут:

if B1 then if B2 then S1 else S2

Вопрос, когда выполняется S2, к какому if прижимается else. Более того, в первой реализации [[Algol-60]] эту проблему просмотрели, а Кнут её первый заметил.

В языках без терминаторов нужно использовать составные операторы (&laquo;begin&nbsp;&hellip;&nbsp;end&raquo;, &laquo;{&nbsp;&hellip;&nbsp;}&raquo;)

В языках с явными терминаторами явно обозначается конец. Примеры&nbsp;&mdash; [[Ada]], [[Modula-2]], [[Oberon]]. В этих языках отсутствует понятие составного языка как такового.

if B then S1 else S2 end if;

Такие языки синтаксически более элегантны. Проблема языков с неявными операторами в том, что в том месте, где пропущена скобка, возникают вложенные операторы. В ЯП с явным терминатором синтаксический анализ проводить проще, и ошибки искать проще. Но тут сразу возникает другая проблема.

==== Многовариантное ветвление ====

Есть несколько вариантов, частным случаем которого является дискретное ветвление. В общем случае с каждым оператором связано своё условие. В некоторых ЯП (например, в Ada) есть оператор select:

'''([[Ada]])'''
 select
   when B1 => S1
   when B2 => S2
   ...
   when Bn => Sn
   else Sn+1;
 end select;

В общем случае в ЯП такой структуры нет, она очень легко моделируется с помощью if:

if (B1) 
   S1
 else if (B2)
   S2
 else if (B3)
   S3
 else Sn+1

Такой способ записи удобен для языков, где нет явного терминатора. В языках с явным терминатором надо писать в конче кучу end if. Простое синтаксическое решение ведёт к появлению специального оператора.

В [[Modula-2]]: ELSIF, чтобы подчеркнуть, что это не ELSE IF.

'''([[Ada]])'''
 if B then
   seg1
 elseif (b2)
   seg2
 ...
 else
   segn
 end if;

Подобные конструкции должны появляться во всех языках с явным терминатором.

==== Дискретный оператор ветвления ====

Начиная с [[Pascal]] и [[C]], есть дискретное ветвление, ибо оно появляется настолько часто, что для этого появляются специальные управляющие структуры.

'''([[Pascal]])'''
 case E of
   0: seg1; { в [[Modula-2]] и [[Oberon]] вместо «;» d этом случае используется «|» }
   1..3: seg2;
   4, 6..9 : seg3;
 else
   segN;
 end;

'''([[Ada]])'''
 сase E of
   when V1 => seg1 — знаков-терминаторов не нужно, ибо им будет либо следующий when, либо end
   when V2 => seg2 
 ...
   when others => segN
 end case

Этот синтаксис похож на синтакси записей с вариантами.

Если бы оператор переключателя отсутствовал, то это был бы миинус языка, так как он как минимум нужен для работы с записями с вариантами.

Опепраторы с переключателями могут быть более эффективны, чем каскад из if или select.

Если память не очень жалко, то можно сделать таблицу адресов переходов.

Единственным уроодом выглядит переключатель языка [[C]]:

С точки зрения большинства экспертов, синтаксис [[C]] один из самых неудачных. Хуже только [[FORTRAN]]. Но, тем не менее, он окозался настолько популярным, что многие языки имеют синтаксические корни [[C]].

<div class="comment">На экзамене за синтаксические ошибки лектор ругать не будет.</div>

Синтаксис:

'''([[C]])'''
 switch (e) S

Обычно S&nbsp;&mdash; составной оператор. В котором есть метки специального вида:

Switch(e)
 {
   case val: 
     ...
   default:
     ...
 }

if e = val then goto val;

В этом уродство. Если не нашли и есть default, то goto default.

Проблема в том, что только один goto.

Основная ошибка, которую делает даже лектор, и не потому что он крутой, а потому что он 15 лет программирует на [[C]] с перерывами на [[Delphi]] и другие языки: забывание break. В некоторых случаях отсутствие break бывает необходимо, но лектор использовал её всего несколько раз, и то неправильно.

Языки, которые основаны на [[C]]: В [[Java]] goto нет, но идиотизм с break остался. В [[C#]] брейк писать надо, но не писать его нельзя, дабы обеспечить мобильность навыков, знаний. В [[Java]] break может содержать метку, а метка может помечать начало цикла, и это позволяет делать break более чем на один уровень.

После обсуждения операторного базиса отметим, что [[Pascal]] был написан Виртом, который был одним из основателей структурного программирования. Набор управляющих конструкций стандартного Pascal кочует из однго языка в другой.

==== Циклы ====

'''([[Pascal]])'''
 while B do 
   S;
 
 repeat 
   S1; 
   ... 
   Sn; 
 until B;

'''([[C]])'''
 while (B) 
   S;
 
 do 
   S 
 while (B)

Мэтры согласислись, что этого достаточно, но не тут-то было. Кнут в статье «структрное программирование с goto» отметил, что структура программы должна отвечать структуре алгоритма, а он структурен, но алгоритм не всегда укладывается в while и do while.

Алгоритм:
* Подготовить ввод
* Если конец файла, то выйти иначе обработать и в начало.

Тут выход из середины цикла. Это можно смоделировать циклами до, но это корёжит структуру. Тут лучше использовать goto.

<div class="comment">Лектор, будучи студентом писал метакомпилятор на [[Fortran-66]] (там отсутствовал логический оператор, отсутствовали циклы, но было 4 оператора перехода), который отвечсал структурному программированию, но был на goto.</div>

==== Циклы, управляемые пользователем ====

Рассмотрим на примере языков Вирта, как являющихся минимальными.

Есть

WHILE B DO
   S1
 END

А есть

LOOP
   S1 ... SN
 END

В [[Modula-2]] квазипараллельное программирование: бесконечные циклы не ошибка, они иногда необходимы, например, для фоновых процессов. Только в LOOP может использоваться EXIT. EXIT то же самое, что и break в [[C]], только у него более широкое поле деятельности.

Наиболее универсальная концепция цикла в языке Ада:

'''([[Ada]])'''
 loop
   S1 ... Sn
 end loop;

есть специальная конструкция:

'''([[Ada]])'''
 [when B => ] EXIT;

аналог

'''([[Ada]])'''
 if B then
   exit;
 end if;

На этот loop может навёртывается while B do, который или перед loop, или перед end loop.

Ещё [[BASIC]].

Ada позволяет с помощью одной синтаксической конструкции промоделировать любые виды циклов.

Языки делятся на два класса:
# C-подобные языки
# Остальные&nbsp;&mdash; те языки, которые представлены в курсе, основаны или близки к Pascal

[[BASIC]]:

'''([[C]])'''
 for (e1; e2; e3) 
   S

'''([[Pascal]])'''
 for i:=e1 to e2 do 
   S;

'''([[Modula|Modula-2]])'''
 FOR I:=E1 TO E2 STEP E3 do 
   ... 
 END;

[[Oberon-2]]:

Вирт с пафосом в design notes: Так же сочтён излишним оператор for.

Но возникает необходимость где-то описывать локальные переменные, которые нужны только для того, чтобы индексировать массивы и т.&nbsp;д.

'''([[Ada]])'''
 for i in range do
   loop
 end loop;

Переменная i локализуется внутри цикла.

'''([[C++]])'''
 for(int i=0; ...)

Страуструп сказал, что некоторые вещи он сделал бы по-другому.

Дальше всех пошли создатели [[Visula Basic]] и [[C#]]:

foreach (T x in C) S

Для массивов данный оператор не особо нужен, но тем не менее, лучше ибо в for(int i=0; i<a.length; i++) {... a[i] ...} индексация медленнее, ибо проверки, а для foreach проверки не нужны. На самом деле, в современных ЯП появляются понятия рефлексии&nbsp;&mdash; в программе могут использоваться свойства программы. В [[C#]]&nbsp;&mdash; коллекция&nbsp;&mdash; то, что поддерживает интефейсом Enumerable, и если написать свой класс, то он тоже будет коллекцией и поддерживаться foreach. Этого в [[C++]] и более старых языках не было. Другой пример рефлексии&nbsp;&mdash; атрибуты в [[C#]].

<div class="comment">Осталось поговорить про переходы: есть операторы, которые являются частными случаями переходов, break и continue, return. Это не противоречит основным концепциям структруного программирования.</div>

Пожалуйста, обратите внимание, что все ваши добавления могут быть отредактированы или удалены другими участниками. Если вы не хотите, чтобы кто-либо изменял ваши тексты, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений, или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого (см. eSyr's_wiki:Авторское право).
НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ МАТЕРИАЛЫ!

Описание изменений:

Отменить | Справка по редактированию (в новом окне)

Шаблоны, использованные на этой странице:

Получено с http://esyr.us/wiki/%D0%AF%D0%B7%D1%8B%D0%BA%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%2C_12_%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D0%BE%D1%82_12_%D0%BE%D0%BA%D1%82%D1%8F%D0%B1%D1%80%D1%8F%29

Редактирование: Языки программирования, 12 лекция (от 12 октября)

Материал из eSyr's wiki.

Просмотры

Личные инструменты

Навигация

инструменты

Разделы

Спецкурсы

9 семестр

7 семестр

5 семестр

3 семестр

Поиск

Инструменты

@@ Строка 20: / Строка 20: @@
 <div class="comment">Ограничение возможностей программиста влияет благотворно.</div>
-В [[Java]] нет goto. Но в Java он зарезервировано, чтобы изгнать это &laquo;слово из четырёх букв&raquo;.
+В [[Java]], [[C#]], нет goto. Но в Java он зарезервировано, чтобы изгнать это &laquo;слово из четырёх букв&raquo;.
 Разбиение операций на приватные и публичние тоже ограничение возможностей программиста.