Языки программирования, 19 лекция (от 14 ноября)

Материал из ESyr's Wiki pages.

ЯП 14.11.06

Обсуждали вопрос опред ТД с помощью классов.

Механизм переопр операторов

В ряде языков сущ возможность для переопр стандартных операций. Это С++ и С#. Дельфи и Джава эту возм отвергают. Для некоторых ТД они фактически допускают возможность переопределения. Прежде всего это относится к операции + у строк. В Джаве мы можем для Джавы пееропределять встроенный метод toString(), и если + требует тип String, то в классе-операнде ищется toString, это делается автоматически, и компилятор знает про этот оператор больше.

Больше всех переопр работает в С++. Нельзя переопр только ., .,*, :: . Всё остальное переопр можно. Более того, можно переопределять все стандартные преобраззования, индексацию. За подобную гибкость надо платить. Платить надо сложностью языка, компилятора и неожиданной для пользователя семантикой. В других ЯП его нет или ограничено (С#). Там можно переопр обычные арифметические операции. Нельзя переопр *, (), []. Это фактически не явл ограничением, так как [] можно переопределять специальным мехпнизмом – индексатом. Если в классе определён метод, который называется T this(T1 e) {}, то считаетс,Я что к этому классу применимы []. И можно писать X[e]. Это делается тогда, когда мы хотим, чтобы класс выглядил как коллекция. И тип операнда, и возвр результата могут быть произв.

В Дельфи есть свойства по умлочанию, и там можно сделать их массивами.

Множество операций, которые можно переопр, сводится к арифметическим. Эти операции и семант, и синтаксич переопр достаточно просто. Как их переопр. В С шарп – единственная возможность – сделать функцией класс. В с++ возможностей больше:

class X {

X operator+();

X operator+(X&);

}

При этом язык требует )любой_, чтобы синтаксис не меняолся, то есть местность не менялась. То есть для плюса либо два арг, либо один (один из них неявный).

Это объявление трактуется как:

a+b – a.operator+(b);

+a – a.operator+();

Вот такое переопр оператора + совершенно нормально. В двуместном операторе привязка не совсем очевидна, поэтому в этом случае есть смысл переопр с помощью внешних функций:

X operator+(X& a, X& b);

Программист должен определять либо в этом синтаксисе, либо в этом, и не смешивать их.

У плюса нет выделенного аргумента.

С другой стороны, какие проблемы у внешнего плюса – проблемы инкапсуляции. Можно объявить + другом класса. Есть более элегантных способ: для каждой лоперации есть такая же с побочным эффектом:

+ - +=, * - *= ... и её мы тоже хотим переопределить, а её уже точно надо переопределять внутри класса, потому что она меняет значение левого аргумента.

X& operator+=(X& a);

И тогда уже + оперделяем через неё:

X operator+(X& a, X& b)

{

tmp = a;

return tmp+=b;

}

Если бы можно было бы так делать всегда, то это было бы сделано техническим ограничением. Но он удобен не всегда. Пример – матрицы. Если передавать по значенеию, то гигантские объёмы в стеке, если же ссылку – то грубая ошибка, так как возвр временный объект.

Переопр операций легко, но это порождает много ошибок и падает эффективность.

Идеология С++ (Страуструп):

Делать язык так, чтобы на нём можно было удобно программировать.

С. даёт практически полную свободу и возлагает на него всю ответственность.

С шарп занимает промежуточное положение – переопределение только части операций. Операторы переопр как статические функции члены какого-то класса.

Главная причина того, что переопр станд операций не является стандартной – чаще всего для + математические ассоциации, в то же время, как только мы уходим от математической семантики, то кроме как для строк, которые являются встроенным классом, что если семантика + может отличаться от общепринятой, то один программист принимает одну семантику, другой – другую.

В С++ можно определить функцию void.

Ограничение программиста не всегда плохо – ограничение количества управляющих стуктур, инкапсуляция.

Ограничивать или нет с переопр – вопрос открытый, с одной стороны программы выразительнее.

В С шарп – компромисс, там можно запрограммировать комплексный класс.

С++ - полная свобода, Джава-Дельфи – ограничение. Там программировать комплексные приложения не так эстетично. Но Джава на это и не претендовала.

Вложенные классы

Класс может содержать в качестве своего подчлена другой класс6

class X {

...

class Y {}

}

Это модульные свойства класса.

С точки зрения видимости внутр класс ведёт себя как член класса: X::Y.

Пример: STL. Если взять любой контейнер, то внутри этого класса определяется класс iterator. И любой контейнер в стиле STL должен содержать итератор.

STL состоит из трёх частей:

1. Контейнеры

2. Алгоритмы, которвые их обраб

3. Итераторы

Если мы пишем в духе STL, то заменить один контейнер на другой ничего не стоит.

Если в С++ есть доступ через имя объекта, то в других только через имя класса, и это правильно.

В языке Java есть понятие статических классов:

class X {

public static class Y {}

}

Тогда он ведёт себя как вложенный класс в других ЯП.

Внутри классов свои пространства имён.

Пример про банк из книжки по Джаве, которую рекомендовал лектор

...

Критическая технологическая потребность, но она может моделироваться ссылкой.

//Полезные вещи впендюривают в язык

Константы

Почти Всё, что можно делать в модульных ЯП, можно делать в классных, и наоборот.

Ада:

X:T constant:=e;

e – статическое выражение.

Если константа внутри блока, то выраж может быть любым, так как выч при входе в блок.

В других ЯП не столь гибко.

package P is

X: T constant := e;

Вопрос, как выразить это в классовых ЯП.

Константы есть во всех ЯП. Весь впорос, как внедут себя константы как члены класса.

Бывают разные константы:

1. Чисто статические – сущ всё время, пока работает программа

2. Не меняются, пока существует объект, и могут инициализ нестатич выражениями.

Например (если не внутр классов) – внутри Action ссылка на BankAccount, константное поле, но инициализхироваться лолжна неконст выражением.

С++:

static const int a;

int X::a = e;

или в иниц части конструктора.

Java:

static final int a = e;

Существует неприятная ситуация. В С++ интересная особенность – объявлять в качестве константы объекты любого типа. const X x; Это значит, что члены класса не могут. Как это проконтролировать – в форм параметрах функции перед параметрами можно ставить const, и это значит, что функция не меняет этот параметр.

Константность является частью прототипа, и компиятор умеет их различать. Поэтому через весь язык можно протащить понятие неизменямости объекта. То есть к конст объекту нельзя применять неконст функции.

Пример:

если есть класс string, то у него есть конструктор string(const char *), и по определению объект, порожд от константного, является константным. Все временные объекты также явл константными. С этой тз язык гаранитрует, что константность гарантируется всё время.

Те объекты, коотрые кешируют своё состояние, то они меняют своё состояние, и не могут быть константами. Поэтому появился спецификатор mutable – изменение члена класса не является измменение константного состояния. Некая затычка.

Глава 5. Инкапсуляция и АТД

Очередной бардак в области терминологии.

АТД – термин, который возник в 70е годы. В 80е годы возник термин Абстрактный класс. Абстрактный класс не является АТД.нно поэтому С. вместо абстрактных функций ввёл понятие чисто виртуадльных функций.

АТД

Инкапсуляция

Инкапсуляция – упрятывание

Ада:

package P is

...

type T is ...;

end P;

...

P.T

...

package body P is

type T1 is ...;

end;

incapsulate

Имя Т1 недоступно извне – инкапсулировано внутри пакета.

Данные упрятаны и невидимы для пользователя.

В классах есть модификаторы доступа:

public – доступ разрешён везде

private – разрешён только в функциях-членах этого же класса и друзьях

protected – в пределах класса и в потомках

Во всех языках есть понятие упрятывания.

Для чего важно понятие сокрытия информации.

Один программист кончил давно мехмат. И так как мехматянин, то опыт программирования ограничивался фортраном. И он не понимал, зачем нужны приватные поля. И спрашивал, от кого прячется его хнакомый. Он ответил – от себя.

Цитата Дейкстры про преступление.

При смене интерфейса проконтролировать изменения очень тяжело.

Выход – делать более компактным публичный интерфейс, и прятать все детали реализации.При индустр программировании требования только возрастают.

Вопросы языковой реализации инкапсуляции.

Два подхода: модульные и на классах.

Модуульный подход.

Несколько понятий:

Единица защиты – тип.

Атом защиты – либо тип целиком, либо отдельные члены. В классовом яп – отдельные члены. В ЯП с модульной структурой.

Мы расм 4 языка с мод структ: Ада, Модула-2, Оберон-2, Дельфи.

А, М2 – тип

Д – смешанный подход, есть понятие класса и отдельные члены, но есть интерфейс и реализация.

Модульные языки тяготеют к атому в виде типа.

В Обероне отсут разделение модуля на 2 части, однако это разделение присутствует логически.

TYPE T* = RECORD

Y:T1; - приватно

Z*:T2; - публично

END;

Вирт сказал, что это легко объясняется с помощью понятия проекции:

T1 <= T1*T2

Языки, которые защищают типы, основываются на использовании АТД.

Понятие АТД есть в любом совр ЯП. Просто А и М2 заставляют в терминах этих программировать.