Бертран Мейер - Основы объектно-ориентированного программирования

• Название: Основы объектно-ориентированного программирования
• Автор: Бертран Мейер
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

Фундаментальный учебник по основам объектно-ориентированного программирования и инженерии программ. В книге подробно излагаются основные понятия объектной технологии – классы, объекты, управление памятью, типизация, наследование, универсализация. Большое внимание уделяется проектированию по контракту и обработке исключений, как механизмам, обеспечивающим корректность и устойчивость программных систем.

В книге Бертрана Мейера рассматриваются основы объектно-ориентированного программирования. Изложение начинается с рассмотрения критериев качества программных систем и обоснования того, как объектная технология разработки может обеспечить требуемое качество. Основные понятия объектной технологии и соответствующая нотация появляются как результат тщательного анализа и обсуждений. Подробно рассматривается понятие класса - центральное понятие объектной технологии. Рассматривается абстрактный тип данных, лежащий в основе класса, совмещение классом роли типа данных и модуля и другие аспекты построения класса. Столь же подробно рассматриваются объекты и проблемы управления памятью. Большая часть книги уделена отношениям между классами – наследованию, универсализации и их роли в построении программных систем. Важную часть книги составляет введение понятия контракта, описание технологии проектирования по контракту, как механизма, обеспечивающего корректность создаваемых программ. Не обойдены вниманием и другие важные темы объектного программирования – скрытие информации, статическая типизация, динамическое связывание и обработка исключений. Глубина охвата рассматриваемых тем делает книгу Бертрана Мейера незаменимой для понимания основ объектного программирования.

---

Для имеющих опыт работы с современными языками инструкции выглядят как хорошие знакомые. Исключение составляют некоторые специальные свойства циклов, облегчающие их верификацию. Вот список инструкций: Вызов процедуры, Присваивание, Условие, Множественный выбор, Цикл, Проверка, Отладка, Повторное выполнение, Попытка присваивания.

Вызов процедуры

При вызове указывается имя подпрограммы, возможно, с фактическими аргументами. В инструкции вызова подпрограмма должна быть процедурой. Вызов функции является выражением. Хотя сейчас нас интересуют инструкции, следующие правила применимы в обоих случаях.

Вызов может быть квалифицированным или неквалифицированным. Для неквалифицированного вызова подпрограммы из включающего класса в качестве цели используется текущий экземпляр класса. Этот вызов имеет вид:

r (без аргументов), или

r (x, y, ...) (с аргументами)

Квалифицированный вызов явно называет свою цель, заданную некоторым выражением. Если a - выражение некоторого типа, C - базовый класс этого типа, а - q одна из программ C, то квалифицированный вызов имеет форму a.q. Опять же, за q может следовать список фактических аргументов; a может быть неквалифицированным вызовом функции с аргументами, как в p (m).q (n), где p(m) - это цель. В качестве цели можно также использовать более сложное выражение при условии заключения его в скобки, как в (vector1 + vector2).count.

Также разрешаются квалифицированные вызовы с многоточием в форме: a.q1q2 ...qn, где a, так же, как и qi , может включать список фактических аргументов.

Экспорт управляет применением квалифицированных вызовов. Напомним, что компонент f, объявленный в классе B, доступен в классе A (экспортирован классу), если предложение feature, объявляющее f, начинается с feature (без дальнейшего уточнения) или feature {X, Y,... }, где один из элементов списка {X, Y,...} является A или предком A. Имеет место:

Правило Квалифицированного Вызова

Квалифицированный вызов вида b.q1. q2.... qn, появляющийся в классе C корректен, только если он удовлетворяет следующим условиям:

1 Компонент, стоящий после первой точки, q1, должен быть доступен в классе C.

2 В вызове с многоточием, каждый компонент после второй точки, то есть каждое qi для i > 1, должен быть доступен в классе C.

Чтобы понять причину существования второго правила, отметим, что a.q.r.s - краткая запись для

b:= a.q; c:=b.r; c.s

которая верна только, если q, r и s доступны классу C, в котором появляется этот фрагмент. Не имеет значения, доступно ли r базовому классу типа q, и доступно ли s базовому классу типа r.

Вызовы могут иметь инфиксную или префиксную форму. Выражение a + b, записанное в инфиксной форме, может быть переписано в префиксной форме: a.plus (b). Для обеих форм действуют одинаковые правила применимости.

Присваивание (Assignment)

Инструкция присваивания записывается в виде:

x := e

где x - сущность, допускающая запись (writable), а e - выражение совместимого типа. Такая сущность может быть:

[x]. неконстантным атрибутом включающего класса;

[x]. локальной сущностью включающей подпрограммы. Для функции допустима сущность Result.

Сущности, не допускающие запись, включают константные атрибуты и формальные аргументы программы - которым, как мы видели, подпрограмма не может присваивать новое значение.

Создание (Creation)

Инструкция создания изучалась в предыдущих лекциях13.3) в двух ее формах: без процедуры создания, как в create x, и с процедурой создания, как в create x.p (...). В обоих случаях x должна быть сущностью, допускающей запись.

Условная Инструкция (Conditional)

Эта инструкция задает различные формы обработки в зависимости от выполнения определенных условий. Основная форма:

if boolean_expression then

instruction; instruction; ...

else

instruction; instruction; ...

end

где каждая ветвь может иметь произвольное число инструкций (а возможно и не иметь их).

Будут выполняться инструкции первой ветви, если boolean_expression верно, а иначе - второй ветви. Можно опустить часть else, если второй список инструкций пуст, что дает:

if boolean_expression then

instruction; instruction; ...

end

Когда есть более двух возможных случаев, можно избежать вложения (nesting) условных команд в частях else, используя одну или более ветвей elseif, как в:

if c1 then

instruction; instruction; ...

elseif c2 then

instruction; instruction; ...

elseif c3 then

instruction; instruction; ...

...

else

instruction; instruction; ...

end

где часть else остается факультативной. Это дает возможность избежать вложения

if c1 then

instruction; instruction; ...

else

if c2 then

instruction; instruction; ...

else

if c3 then

instruction; instruction; ...

...

else

instruction; instruction; ...

end

end

end

Когда необходим множественный разбор случаев, более удобна инструкция множественного выбора inspect, обсуждаемая ниже.

ОО-метод, благодаря полиморфизму и динамическому связыванию, уменьшает необходимость явных условных инструкций и множественного выбора, поддерживая неявную форму выбора. Когда объект применяет некоторый компонент, имеющий несколько вариантов, то во время выполнения нужный вариант выбирается автоматически в соответствии с типом объекта. Этот неявный стиль выбора обычно предпочтительнее, но, конечно, инструкции явного выбора остаются необходимыми.

Множественный выбор

Инструкция множественного выбора (также известная, как инструкция Case) производит разбор вариантов, имеющих форму: e = vi , где e - выражение, а vi - константы то же типа. Хотя условная инструкция (if e = v1 then ...elseif e = v2 then...) работает, есть две причины, оправдывающие применение специальной инструкции, что является исключением из обычного правила: "если нотация дает хороший способ сделать что-то, нет необходимости вводить другой способ". Вот эти причины:

[x]. Разбор случаев настолько распространен, что заслуживает особого синтаксиса, увеличивающего ясность, позволяя избежать бесполезного повторения "e =".

[x]. Компиляторы могут использовать особенно эффективную технику реализации, - таблицу переходов (jump table), - неприменимую к общим условным инструкциям и избегающую явных проверок.

Что касается типа анализируемых величин (тип e и vi), то инструкции множественного выбора достаточно поддерживать только целые и булевы значения. Согласно правилу, они фактически должны объявляться либо все как INTEGER, либо как CHARACTER. Общая форма инструкции такова:

inspect

e

when v1 then

instruction; instruction; ...

when v2 then

instruction; instruction; ...

...

else

instruction; instruction; ...

end

Все значения vi должны быть различными; часть else факультативна; каждая из ветвей может иметь произвольное число инструкций или не иметь их.

Инструкция действует так: если значение e равно значению vi (это может быть только для одного из них), выполняются инструкции соответствующей ветви; иначе, выполняются инструкции в ветви else, если они есть.

Если отсутствует else, и значение e не соответствует ни одному vi, то возникает исключительная ситуация ("Некорректно проверяемое значение"). Это решение может вызвать удивление, поскольку соответствующая условная инструкция в этом случае ничего не делает. Но оно характеризует специфику инструкции множественного выбора. Когда вы пишете inspect с набором значений vi, нужно включить ветвь else, даже пустую, если вы понимаете, что во время выполнения значения e могут не соответствовать никаким vi. Если вы не включаете else, то это эквивалентно явному утверждению: "значение e всегда является одним из vi". Проверяя это утверждение и создавая исключительную ситуацию при его нарушении, реализация оказывает нам услугу. Бездействие в данной ситуации - означает ошибку - в любом случае, ее необходимо устранить как можно раньше.