Учебное пособие по дисциплине Разработка языков программирования высокого уровня

• Название: Учебное пособие по дисциплине Разработка языков программирования высокого уровня
• Дата: 05.03.2023
• Размер: 1.74 Mb.
• Имя файла: Lektsii_YaPVU_Lukinova_2_semestr.docx
• Тип: Учебное пособие; #970477
• страница: 11 из 20

3.3. Числа с фиксированной запятой.

Большинство компьютеров, разработанных для коммерческих приложений, содержат аппаратное обеспечение, поддерживающее типы десятичных чисел fixed. Числа типа fixed представляются в форме с фиксированной точкой, которая стоит в установленном месте и определяет целую часть от дробной части (простые дроби). Такие типы данных в коммерческих приложениях и ЯП и КОБОЛ являются основными. К достоинствам следует отнести возможность осуществлять точную арифметику в установленном диапазоне.

3.4 Логический тип

Впервые логический тип данных появился в языках АЛГОЛ-60 и с 1960г. Данные этого типа были включены во все универсальные ЯПВУ, кроме C ( в языке C истинное значение кодируется любым числом, большим от нуля, ложное – 0).
Три стандартные логические операции применяются к операндам логического типа, давая в результате логическое значение: логическое дополнение (not), логическое «И» (and), логическое «ИЛИ» (or). Основное назначение логического типа состоит в реализации условий для условного оператора и оператора цикла.
Диапазон данного типа состоит из двух значений: true и false. Значения представляются в машине минимальной ячейкой памяти (байт). Основные операции: not – логическое дополнение, and – логическое «и», or – логическое «или». Используется в операторах условного перехода, операторах цикла, для организации в алгоритмах переключателей, флагов и т.п.

3.5. Символьный и строковый (string) типы

Символьный тип данных представляет собой один символ, внутреннее представление которого в компьютере реализуется одной из следующих систем кодирования:
ASCII – код в диапазоне 0 – 127 занимает 7 бит,
– код в диапазоне 0 – 255 занимает 8 бит (байт)
Unicode – код символа реализуется двумя байтами, занимает 16 бит.
Символьные строки – это последовательности символов. При этом реализация в разных зыках программирования различна. Так, в языках C, C++ строки вводятся как символьные массивы типа char. Набор операций над такими массивами вызывается из стандартной библиотеки string.h. Строки символов здесь завершаются специальным символом, который называется «нуль-байт» - /0. Этот нуль-байт заносится автоматически при создании строки символов. В языках Pascal (с версии 5.0), Delphi, Ada, Fortran77, 90, Бэйсик, Java тип string является встроенным.
Существует несколько проектных решений, касающихся длины строковых величин:
1. Статическая реализация.
Длина может быть статической и задаваться в объявлении: var str :
string[10];
Строки со статической длиной всегда полные: если строковой переменной присвоили строку меньшей длины, то свободные места автоматически дополняются нулями.



Дескриптор такой строки имеет следующий вид:



2. Строки переменной длины с ограничением. Текущая длина при этом ограничивается специальным символом, в C и C++ ставится нулевой байт.


Дескриптор такой строки имеет следующий вид:



3. Строки с переменной неограниченной длинной (SNOBOL4, Perl). Такая реализация требует больших временных затрат на размещение и удаление из оперативной памяти, но обеспечивает высокую гибкость.
Операции над строками делятся на два класса:
1. Встроенные: конкатенация (слияние строк), операции отношений и присваивания;
2. Реализованные в виде функций: выделение подстроки, определение длины строки, сравнение строк, определение индекса элемента и др.

3.6 Указатели

Указатель – переменная, значением которой может быть адрес ячейки памяти или особый символ 0, т.е. нулевой адрес, который используется как пометка того, что указатель свободен.

Указатели используются в следующих случаях:
1. Организация косвенной адресации для нединамических объектов. В частности, в языке C указатели широко используются при обращении к массивам, строкам, структурам. И это является одним из факторов ненадежности данного языка.
2.Для организации обращения к ячейкам динамической памяти (кучи). Переменные, размещенные в куче, не имеют имен, обращаться к ним можно только с помощью указателей и ссылок.

Как любая переменная, указатель должен иметь тип. Тип указателя определяет объем динамической памяти в байтах, выделяемой из кучи. Однако в языках существует два вида указателей:

1.Типизированные, когда тип указателя определяется типом переменной, на которую он будет указывать. В нижеприведенном примере все объявленные указатели являются типизированными.

Пример 1.




2. Нетипизированные, когда объем выделяемой памяти определяется с помощью специальных функций. Нетипизированные указатели существуют в языке Pascal, для их объявления задействован специальный тип pointer:

Var
p : pointer;

Операции над указателями:
1. Инициализация указателя – присваивание указателю адреса. Может происходить в следующих случаях:

– присваивание динамического адреса. По запросу пользовательской программы операционная система отводит блок ячеек динамической памяти и помещает адрес начальной ячейки в указатель, тем самым устанавливается связь между указателем и адресом. Для этого в языках используются специальные функции, например,
Pascal – new(i); C – malloc(i);

– обеспечение косвенной адресации для нединамического объекта, например, массива:
int*(A+индекс)=*А+индекс*длина;

– посредством операции взятия адреса (операция «амперсант»):
i=ⅈ

2. Разыменование указателя – взятие (присваивание) значения из/в ячейки, на которую указывает указатель. Если, например, указатель i указывает на ячейку, которая содержит число 206, то оператор
ii=*i;
поместит это число в переменную ii, а оператор
*i = 220;
присвоит значение 220 в динамическую переменную, адрес которой содержится в указателе i.

3. Освобождение динамической памяти. Освободить память означает, что необходимо возвратить динамическую переменную в кучу, т.е. отдать ее адрес в распоряжение операционной системы. Для этого существуют специальные функции

Dispose(i); (Pascal),
Free(i); (C).
Следует заметить, что, вообще говоря, эти функции не освобождают указатель, они только возвращают динамическую переменную в кучу. Для надежной работы программы необходимо производить и освобождение указателя (см. следующий пункт 4), хотя в некоторых языках операции 3 и 4 совмещены.

4. Освобождение указателя – помещение в него нулевого адреса (на примере языка Pascal).
const c : pointer = NIL //нулевой адрес в Pascal
…
dispose(i);
i = c;
Только после того, как в указатель занесли 0, его можно использовать для другого адреса.

5. Присваивание.
Операцию присваивания можно реализовывать только для однотипных указателей:

var
p1, p2 : ^int;
p3 : ^real;
pp : pointer;
begin p1 = p2;
p1 = p3; //ошибка,чтобы ее обойти, надо использовать
// указатель pp:
// pp = p3:
// p1 = pp;
end.


5. Арифметические операции над указателями (осуществляются в адресном пространстве):

– операция «+»:
int *p1; //длина int равно 4-м байтам
p1 = 2000;
p1 = p1+3; //оператор поместить в p1 адрес 2012

– операция «-»:
int *p1, *p2, a;
a = p2-p1; //смещение p2 относительно p1

6. Операция отношений: > , < , = , <= , >=.

7. Операция идентификация поля записи:
p1 : ^record; //указатель на запись
p1^ . fio;
*p1.fio;

Проблемы, возникающие при использовании указателей

При использовании указателей возникают две основные проблемы:

1.Висячий указатель – указатель, содержащий адрес динамической переменной, которая уже удалена из доступной памяти и возвращена в кучу.
Они создаются в следующей ситуации:

Шаг 1: Пусть p1 указывает на некоторую ячейку;
Шаг 2: p2 = p1; //присваиваем p2 значение p1
Шаг 3: возвращаем ячейку в кучу и освобождаем p1, но p2 при этом продолжает содержать адрес ячейки.

Такая ситуация может привести к следующим последствиям:

– в эту ячейку могут загрузиться новые данные или данные другой пользовательской программы, а, поскольку p2 имеет доступ к данной ячейке, то есть большая вероятность их испортить;

– более фатальная ситуация может возникнуть, если эту ячейку (с доступом через p2) захватит операционная система.

2. Потерянные переменные – это ячейки, размещенные в динамической памяти и переставшие быть доступными для пользовательской программы. Такие переменные называются мусором. Они создаются в случае, если:

Шаг 1: с целью указателя p1 устанавливается некоторая динамическая переменная,
Шаг 2: целью того же p1 становится другая динамическая переменная.

Тогда первая ячейка становится недоступной для программы, т.к. связь с ней теряется. Но она недоступна также и для операционной системы, т.к. тоже выделена программе. Эта проблема называется утечкой памяти и затрагивает ЯПВУ, в которых требуется явное удаление из памяти переменных. В некоторых языках организована автоматическая сборка такого мусора, который удаляет все эти ячейки, например, в языке Java.