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: 7 из 20

2.2 Сущность концепции связывания

Реализация языка программирования основывается на концепции связывания.

Связывание - это процесс установления связи между объектом и его

атрибутом (свойством).

Эффективность столь сложного процесса, как обработка программного кода в ЭВМ, которая состоит их 3-х основных этапов - компиляция кода. его редактирование и выполнение - напрямую зависит от того. как организован процесс связывания переменной и ее характеристик .

Рассмотрим простой пример из двух операторов, демонстрирующий всю сложность и многоаспектность реализации концепции связывания.

int i;

i = i + 5;

где при компиляции переменная i должна быть связана с типом int;

при разработке языка программирования должно быть связано множество возможных числовых значений с типом int, а также определено множество возможных смыслов символа «+». включая операцию сложения;

во время выполнения операторов числовая константа 5 должна быть связана с некоторой ячейкой ОП;

при разработке компилятора должно быть определено внутреннее представление целого числа, в соответствии с которым константа 5 окажется содержимым ячейки ОП.

Связывание может происходить:

_ на этапе компиляции - статическое связывание, при этом оно более надежное, т.к. не изменяется в ходе обработки и выполнения

программы, занимает меньше времени, не требует дополнительных ресурсов;

_ на этапе выполнения программы -динамическое связывание, является более затратным по времени и по ресурсам, менее надежно с точки зрения организации процесса обработки.

Далее будут рассмотрены вопросы организации связывания переменной с ее основными характеристиками - типом данных, временем жизни, областью видимости, т.к. именно с ними связано выполнение многих важных и сложных механизмов.

2.3 Тип переменной

Прежде чем рассматривать способы связывания переменной с ее типом, необходимо поговорить о самом понятии «тип данных», поэтому в данном разделе дается определение типа данных, описываются механизмы контроля типа и уровни типизации языка. Эти вопросы имеют особую значимость, т.к. определяют надежность ЯП.

Определение. Тип переменной (данных) определяет (специфицирует): множество значений, которые может принимать переменная данного типа;

множество операций, определенных над объектами данного типа; внутреннее представление данных и способ доступа к ним.

Следствие 1. Если дан новый тип, то можно описать и инициировать, т.е.

определить значение объекта этого типа.

Следствие 2. Если даны две переменные некоторого типа, то их можно сравнить, по крайней мере, на равенство или неравенство.

Следствие 3. Если два типа отличаются с точки зрения указанных свойств, то они считаются различными.

Это определение говорит о том, что основа надежности ЯП заключается в

возможности проверить, что любая операция, выполняемая над объектом данных соответствует специфицируемому типу этого объекта.

Если два типа отличаются с точки зрения перечисленных свойств, то они считаются различными. Например, типы

Array [l ..10] of real ; и Array [ l ..11] of real;

различны.

Контрольтипов

Определенuе. Проверка, обеспечивающая анализ совместимости типов операндов оператора, называется контролем типов. Она заключается в определении типов выражений и их согласованности с правилами типизации языка программирования.

Согласованность типов операндов может быть обеспечена:

вручную (программист следит сам, чтобы типы были согласованы);

- автоматически (с помощью функций преобразования типов или операций приведения типа).

Операции приведения типа могут быть:

суживающие -более широкий тип преобразуется к более узкому (float к типу integer);

расширяющие. Расширяющее преобразование почти всегда безопасно. Проблема здесь может возникнуть только в следующем. В некоторых реализациях целые числа имеют размер 32 бита, что позволяет хранить 9 значащих десятичных цифр. Если значения с плавающей точкой также имеют размер 32 бита, то это 7 десятичных цифр. Поэтому точность в 2 цифры потеряется .

Операции приведения могут быть реализованы двумя способами:

• 
  явно, с помощью специальных функций (int(x), float(x), str(x) и т.д.);
  
• 
  неявно, реализуется по правилам, заложенным при разработке ЯП.
  

В теории языков нет единого мнения об использовании приведения типов арифметических выражений. С одной стороны, повышается гибкость программ от введения всевозможных приведений, с другой - приведение аннулирует выгоды от проверки типов и тем самым уменьшает надежность.

Пример 1.

void main() {

int а,b,с ; float d; а = b* d;

}

Язык С допускает смешанные выражения, поэтому компилятор приведет Ь к типу float, произведет умножение и результат преобразует к типу int. Хотя возможен и другой порядок действий: вначале преобразовать d к типу int, а потом совершать арифметику. Выбор варианта производится при разработке компилятора, но ни тот, ни другой не гарантирует правильность результата из­ за использования суживающего приведения .

В связи с этим в некоторых ЯП (АДА и Модула2) введено ограничение на смешения операндов. В большинстве же языков ограничений нет. Хотя наблюдение за приведением очень затратный процесс, т.к. и поверка, и преобразование происходит при выполнении программы.

Контроль типов может выполняться:

только при компиляции и, если все ошибки типов выявляются при компиляции, то такой язык называется с полнымстатическимконтролемтипов;

только при выполнении -если все ошибки выявлены при выполнении, то такой язык называется с полнымдинамическимконтролемтипов;

и при компиляции, и при выполнении (язык со смешаннымконтролемтипов).

2.4 Эквивалентность типов

Если реализуется оператор х := <выражение>, то он реализуется только в том случае, когда типы операторов справа и слева эквивалентны, т.е. необходимо определить правила вычисления эквивалентности типов данных.

Существуют два способа определения эквивалентности типов, которые принято использовать для структурных типов данных:

1. 
   Эквивалентность (совместимость) по структуре или структурнаяэквивалентность- две переменные имеют совместимые типы в том случае, если у их типов одинаковые структуры.
   
2. 
   Эквивалентность типов по имени или именнаяэквивалентность- две переменные имеют совместимые типы в том случае, если имена их типов одинаковы (в независимости от того, какова их структура и множество значений).
   

Пример 2.

Program А;

type

Т1 = array (1. . 10) of integer;

type

Т2 = array (1. . 10) of integer;

var

Х : array (1. . 1О) of integer;

Y:T1, Z: Т2;

begin Х:=У; X:=Z; Z:=Y end.

Здесь, в случае эквивалентности по структуре типы переменных Х, У, Z будут считаться одинаковыми, а в случае эквивалентности по имени - различными.

С точки зрения удовлетворения правилам эквивалентности, в языках

вводится понятие производных типов и подтипов.

Производный тип строится на основе базового типа путем определения именного, включающего логически связанные объекты, задачи. Производный тип наследует значения и операции базового типа.

Пример 3.

Туре

Возраст = integer end;

var

begin

end.

этот_возвраст, общий_возраст :Возраст; i :integer;

общий_возраст:=0; while (i<= 10) do readln (этот_возраст);

общий_возраст:=общий_возраст+этот_возраст;

Подтипы позволяют ограничивать множество значений и множество операций базового типа:

subtype

возраст range [15...30]:int; рост range [150...210]:int; индекс range [1...100]:int;

1. 
   .Уровни типизацииЯП
   

Правила типизации языка предполагают:

• 
  наличие объявления типов данных;
  
• 
  реализация связывания типов с переменной;
  
• 
  определение типов смешанных арифметических выражений;
  
• 
  наличие правил преобразования типов.
  

Определение. Если для языка определены правила типизации, то язык считается типизированным, если эти правила для языка не определены - язык не типизирован.

При этом языки имеют несколько уровней типизации:

1. 
   Слабая типизация - язык, в котором информация о типе используется только для обеспечения корректности представления данных в ячейке.
   

Например, для языка со слабой типизацией в операторах

с char; с = 4;

контроль типов ошибок не выявит.

2.Сильная типизация - язык, в котором осуществляется полный контроль типов (статический, динамический или смешанный), в таком языке ошибки типов выявляются все и всегда.

З. Защитно-типизированный язык - язык, в котором операторы с возможными ошибками недопустимы .

Сильная типизация обеспечивает высокую надежность.

Pascal - сильноипизированный (за исключением вариантных записей) с элементами защитной типизации;

Fortran - слаботипизированный, т.к. в языке нет проверки соответствия типов формальных и фактических параметров подпрограмм, а также переменных операторов EQUIVALENCE.

Ada - почти сильнотипизированный , но позволяет программистам отключать проверку типов;

С - слаботипизированный, имеются некоторые функции, параметры которых не подвергаются проверке, кроме того, для типа данных Union проверка не осуществляется, по крайней мере, в статике.