Паскаль (язык программирования)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Паскаль
Класс языка:

императивный, структурированный

Тип исполнения:

компилируемый

Появился в:

1970

Автор(ы):

Никлаус Вирт

Расширение файлов:

.pas

Система типов:

статическая, сильная, безопасная (англ. Type safety)

Основные реализации:

CDC 6000, ICT 1900, Pascal-P, PDP-11, PDP-10, IBM System/370, HP, Free Pascal, GNU

Диалекты:

UCSD, Turbo, Delphi

Испытал влияние:

Алгол

Повлиял на:

Модула-2, Оберон, Компонентный Паскаль, Ада, Object Pascal, Java[1][2][3], Oxygene

Паскаль (англ. Pascal) — язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования[4], используется для обучения программированию в старших классах и на первых курсах вузов, является базой для ряда других языков.

История[править | править вики-текст]

Язык Паскаль был создан Никлаусом Виртом в 1968—1969 годах после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68. Язык назван в честь французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля, который создал первую в мире механическую машину, складывающую два числа. Первая публикация Вирта о языке датирована 1970 годом, представляя язык, автор указывал в качестве цели его создания — построение небольшого и эффективного языка, способствующего хорошему стилю программирования, использующему структурное программирование и структурированные данные.

Последующая работа Вирта была направлена на создание на основе Паскаля языка системного программирования, с сохранением возможности вести на его базе систематический, целостный курс обучения профессиональному программированию[5]. Результат этой работы — язык Модула-2.

Реализации и диалекты[править | править вики-текст]

UCSD Pascal[править | править вики-текст]

В 1978 году в Калифорнийском университете в Сан-Диего была разработана система UCSD p-System, включавшая порт компилятора Вирта с языка Паскаль в переносимый p-код, редактор исходных кодов, файловую систему и прочее[6], а также реализовывавшая значительное число расширений языка Паскаль, такие как модули, строки символов переменной длины, директивы трансляции, обработка ошибок ввода-вывода, обращение к файлам по именам и другое. Впоследствии основные реализации языка Паскаль основывались на этом диалекте.

Object Pascal[править | править вики-текст]

В 1986 году фирма Apple разработала объектное расширение языка Паскаль, получив в результате Object Pascal. Он был разработан группой Ларри Теслера, который консультировался с Никлаусом Виртом.

Turbo Pascal и Object Pascal[править | править вики-текст]

В 1983 году появилась первая версия интегрированной среды разработки Turbo Pascal фирмы Borland, основывавшаяся на одноимённой реализации Паскаля.

В 1989 году объектное расширение языка было добавлено в Turbo Pascal версии 5.5.

Последняя версия (7.0) была переименована в Borland Pascal.

Объектные средства были позаимствованы из Object Pascal от Apple, языковые различия между объектным Turbo Pascal 5.5 и Object Pascal от Apple крайне незначительны.

Почти в то же самое время, что и Borland, Microsoft выпустил свою версию объектно-ориентированного языка Паскаль.[7][8] Эта версия Паскаля не получила широкого распространения.

Дальнейшее развитие реализации Паскаля от Borland породило вариант Object Pascal от Borland, впоследствии, в ходе развития среды программирования Delphi, получивший одноимённое название.

Современные версии Object Pascal[править | править вики-текст]

Важным шагом в развитии языка является появление свободных реализаций языка Паскаль Free Pascal и GNU Pascal, которые не только вобрали в себя черты множества других диалектов языка, но и обеспечили чрезвычайно широкую переносимость написанных на нём программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами, Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространёнными диалектами языка, такими как Turbo Pascal (полная совместимость), Delphi и другими).

Начиная с Delphi 2003, создана реализация языка для платформы Net, хотя разработчики продолжают использовать Delphi более ранних версий.

О коммерческих разработках на Free Pascal, GNU Pascal и TMT Pascal на данный момент известно мало.

Кроме того, в Южном федеральном университете разработан PascalABC.NET — язык программирования Паскаль, включающий большинство возможностей языка Delphi, а также ряд собственных расширений. Он основан на платформе Microsoft.NET и содержит практически все современные языковые средства: классы, перегрузку операций, интерфейсы, обработку исключений, обобщенные классы и подпрограммы, сборку мусора, лямбда-выражения.

Особенности языка[править | править вики-текст]

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Вирта, язык должен способствовать дисциплинированному программированию, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

Тем не менее, первоначально язык имел ряд ограничений: невозможность передачи функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п. Подробный разбор недостатков языка Паскаль того времени был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования»[9] (эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Однако многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 1970-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. К 1980-м годам Паскаль стал основой для многочисленных учебных программ, в отдельных случаях на его основе были созданы специализированные обучающие языки программирования, так, в начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники Андрей Ершов разработал алголо-паскалеподобный «учебный алгоритмический язык».

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившей широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой были внедрены значительные расширения языка.

Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal для DOS и Delphi для Windows, стали популярны из-за отсутствия других успешных коммерческих реализаций.

Стандарты[править | править вики-текст]

После начала использования Паскаля в 1970 году и появления реализаций, расходящихся не только в дополнениях, но и в синтаксисе, был поднят вопрос о стандартизации языка. Стандарт языка был разработан Никлаусом Виртом в 1974 году совместно с Кетлин Йенсен (Kathleen Jensen).[10] В дальнейшем, были приняты международный стандарт от ISO и американский от ANSI. На данный момент, выделяют три принципиально разных стандарта: Unextended Pascal (исходный), Extended Pascal (расширенный), Object-Oriented Extensions to Pascal (объектно-ориентированное расширение Паскаля).

Стандарты языка Pascal: исходный, международные ISO и американские ANSI
Название Вариант Кем/где разработан Год создания
Pascal Standard исходный Н. Вирт, Кетлин Йенсен 1974
Pascal Standard исходный ISO 7185:1983
ANSI/IEEE 770X3.97:1983
1982
Unextended Pascal исходный ISO 7185:1990 1989
Extended Pascal расширенный ANSI/IEEE 770X3.160:1989 1989
ISO/IEC 10206 1991
Object-Oriented
Extensions to Pascal[11]
объектно-ориентированное расширение ANSI/X3-TR-13:1994 1993

Одним из главных дополнительных свойств объектно-ориентированного расширения Extended Pascal стала модульность и средства, облегчающие раздельную компиляцию.

Стандартизация языка была запаздывающей по отношению к реальному появлению в языке тех или иных возможностей. Коммерческие реализации расширяли стандартный Паскаль; так было сделано в UCSD Pascal, модификации Object Pascal фирмой Apple, Turbo Pascal от Borland (незначительно модифицированная версия Apple) и его ответвлений. Ни одна из распространённых коммерческих реализаций Паскаля не соответствует в точности ни одному из официальных стандартов языка.

Синтаксис и языковые конструкции[править | править вики-текст]

Паскаль, в его первоначальном виде, представляет собою чисто процедурный язык и включает в себя множество алголоподобных структур и конструкций с зарезервированными словами наподобие if, then, else, while, for, и т. д. Тем не менее, Паскаль также содержит большое количество возможностей для структурирования информации и абстракций, которые отсутствуют в изначальном Алголе-60, такие как определение типов, записи, указатели, перечисления, и множества. Эти конструкции были частично унаследованы или инспирированы от языков Симула-67, Алгол-68[источник не указан 455 дней], созданного Никлаусом Виртом AlgolW (англ.)русск. и предложены Хоаром.

В современных диалектах (Free Pascal) доступны такие операции, как перегрузка операторов и функций.

Hello, world![править | править вики-текст]

Программы на Паскале начинаются с ключевого слова program и следующего за ним имени программы с точкой с запятой (в некоторых диалектах является необязательным), за именем может в скобках следовать список внешних файловых дескрипторов в качестве параметров; за ним следует тело программы, состоящее из секций описания переменных, типов и констант, объявлений процедур и функций и следующего за ними блока операторов, являющегося точкой входа в программу. В языке Паскаль блок ограничивается ключевыми словами begin и end. Операторы разделяются точками с запятой, после тела помещается точка, служащая признаком конца программы. Регистр символов в Паскале не имеет значения.

Таким образом, простейшая программа на Паскале будет выглядеть следующим образом:

program p;
begin
end.

Программа не выполняет никаких действий и содержит пустой блок операторов.

Пример программы, выводящей строку «Hello, world!»:

program HelloWorld(output);
begin
  writeln('Hello, World!');  { оператор вывода строки }
end.

Типы данных[править | править вики-текст]

Простые типы данных Pascal: числа с плавающей запятой (real), целые (integer), символьный (char), логический (boolean) и перечисления (конструктор нового типа, введённый в Pascal).

В стандартном и расширенном Pascal есть только 4 простых типа, введённые Виртом в оригинальном языке 1973 года. Современные диалекты Pascal, такие, как FPC или Delphi, дополняют язык вариациями этих типов.

Целочисленные типы:

Тип Диапазон Формат Размер в байтах
Byte 0..255 Беззнаковый 1
ShortInt −128..127 Знаковый 1
SmallInt −32768..32767 Знаковый 2
Word 0..65535 Беззнаковый 2
Integer -32 768..32 767 Знаковый 2
Cardinal =LongWord Беззнаковый 4
LongWord 0..4294967295 Беззнаковый 4
LongInt −2147483648..2147483647 Знаковый 4
Int64 −9223372036854775808..9223372036854775807 Знаковый 8
QWord 0..18446744073709551615 Беззнаковый 8

Числа с плавающей запятой:

Тип Диапазон количество значащих цифр Размер в байтах поддержка
Real/Double зависит от платформы  ??? 8  ???
Real -39..38 11-12 6 любая
Single -45..38 7-8 4 любая кроме borland
Extended -4951..4932 19-20 10 любая кроме borland
Comp −2E64+1..2E63-1 19-20 8 любая кроме borland
Currency −922337203685477.5808..922337203685477.5807 19-20 8 любая кроме borland
var { секция объявления переменных }
  r: Real;  { переменная вещественного типа }
  i: Integer;  { переменная целого типа }
  c: Char;  { переменная-символ }
  b: Boolean;  { логическая переменная }
  s: String; { переменная строки }
  t: Text; { переменная для обьявления текстового файла }
  e: (apple, pear, banana, orange, lemon);  { переменная типа-перечисления }

В Pascal над целыми типами (byte, shortint, word, integer, longint и их диапазоны) допустимы побитовые операции. Логические операции над битами:

Над битами двух целых операндов можно выполнять ранее рассмотренные логические операции: not, and, or, xor. Отличие между побитовыми и логическими операциями состоит в том, что побитовые (поразрядные) операции выполняются над отдельными битами операндов, а не над их значением в десятичном (обычно) представлении.

Выделяется понятие порядковых типов данных (ordinal), к ним относятся целые типы (знаковые и беззнаковые), логический (boolean), символьный (char), перечислимые типы и типы-диапазоны.

Порядковые типы задаются целым числом (кодом), которое можно получить с помощью функции ord. Все операции, выполняемые над порядковыми типами, выполняются с их кодами.

Диапазоны содержат подмножество значений других порядковых типов:

var
  x: 1..10;
  y: 'a'..'z';
  z: pear..orange;

Для порядковых типов определены операции inc, dec, succ, pred, ord, операции сравнения (= > < => <= <>), их можно использовать в операторах case, for (как счётчик цикла), как границы массивов, для задания элементов множеств и типов-диапазонов.

В Pascal, в отличие от Си-подобных языков, с типами boolean и char арифметические целочисленные операции не определены.

В отличие от многих распространённых языков, Pascal поддерживает специальный тип данных множество:

var
  set1: set of 1..10;
  set2: set of 'a'..'z';
  set3: set of pear..orange;

Множество — фундаментальное понятие в современной математике, которое может быть использовано во многих алгоритмах.

В паскале тип множество может содержать только однотипные элементы порядкового типа. Эта особенность широко используется и обычно быстрее эквивалентной конструкции в языке, не поддерживающем множества. К примеру, для большинства компиляторов Паскаля:

if i in [5..10] then { проверка на принадлежность элемента множеству }
...

обработается быстрее, чем

if (i>4) and (i<11) then { проверка логическими условиями }
...

Для задания значения множества используется список элементов множества, отделенных запятыми и заключённый в квадратные скобки (как уже было показано выше):

var { секция объявления переменных }
 d:set of char;
begin { начало блока }
 d:=['a','b']; 
...

В Паскале Йенсен и Вирта строки представлялись как упакованные массивы символов; следовательно, они имели фиксированную длину и обычно дополнялись до этой длины пробелами.

В современном Паскале[12] для работы со строками используется встроенный тип string, поддерживающий операции конкатенации (+) и сравнения (> < = <> >= <=). Строки сравниваются в лексикографическом порядке. Например, строки считаются равными, если они имеют одинаковую длину и коды всех символов с одинаковыми индексами совпадают.

Тип string [n] или просто string в диалектах языка 1970—1990-х годов определялся в виде массива символов array [0..n] of char (n по умолчанию принимало значение 80 в UCSD Pascal и 255 в Turbo/Borland Pascal), код нулевого символа при таком представлении служит для задания длины строки, соответственно строка могла иметь максимальный размер 255 символов. По умолчанию в Delphi и FreePascal в качестве String используется тип AnsiString, память под который выделяется и освобождается компилятором динамически, а максимальный размер строки в текущих реализациях составляет 2 гигабайта. Кроме того, в Delphi и Free Pascal в качестве string может использоваться тип WideString, где применяется 16-битное представление символов в кодировке UCS-2, при этом средства преобразования из однобайтовых строк в многобайтовые и обратно в стандартной библиотеке языка отсутствуют.

Новые типы могут быть определены из существующих:

type { секция объявления типов }
  x = Integer;
  y = x;
...

Более того, из примитивных типов могут быть сконструированы составные:

type { секция объявления типов }
  a = Array [1..10] of Integer;  { определение массива }
  b = record  { определение записи }
        x: Integer;
        y: Char;
      end;
  c = File of a;  { определение файла }

Файловые типы в Паскале делятся на типизированные, текстовые и файлы без типов.

Как показано в вышеприведённом примере, типизированные файлы в Паскале — это последовательности однотипных элементов. Для каждого файла существует переменная-указатель на буфер, которая обозначается f^. Процедуры get (для чтения) и put (для записи) перемещают указатель к следующему элементу. Чтение реализовано так, что read(f, x) представляет собою то же, что и get(f); x:=f^. Соответственно, запись реализована так, что write(f, x) представляет собою то же, что и f^ := x; put(f). Текстовые файлы text определены как расширение типа file of char и помимо стандартных операций над типизированными файлами (чтение, запись символа), позволяют осуществлять символьный ввод-вывод в файл всех типов данных аналогично консольному вводу-выводу.

Файлы без типов объявляются как переменные типа file. С ними можно проводить операции побайтового нетипизированного ввода-вывода по несколько блоков байт указанной длины через буфер, для этого служат специальные процедуры blockread и blockwrite (расширение UCSD).

Стандартные математические функции и процедуры Паскаля[править | править вики-текст]

Математические функции[править | править вики-текст]
Наименование функции Тип аргумента Тип значения Результат вычисления
Abs(x) целый вещественный целый вещественный Абсолютное значение "х"
Sin(x) вещественный вещественный синус "х" рад.
Cos(x) вещественный вещественный косинус "х" рад.
Arctan(x) вещественный вещественный арктангенс "х" ( -Pi/2 <y< Pi/2 )
Sqrt(x) вещественный вещественный квадратный корень из "х"
Sqr(x) целый вещественный целый вещественный значение "х" в квадрате ( x2 )
Power(a,x) вещественный вещественный значение "a" в степени "x" ( ax )
Exp(x) вещественный вещественный значение "е" в степени "х" ( ex, где e= 2. 718282. . . )
Ln(x) вещественный вещественный натуральный логарифм "х" ( х > 0 )
Frac(x) вещественный вещественный дробная часть "х"
Int(x) вещественный вещественный целая часть "х"
Random - вещественный случайное число ( 0 <=y< 1 )
Random(x) Word Word случайное число ( 0 <=y< x )
Succ(c) порядковый порядковый следующий за "с" символ
Pred(c) порядковый порядковый предшествующий "с" символ
Математические процедуры[править | править вики-текст]
Наименование функции Тип аргумента Тип значения Результат вычисления
Inc(x) целый целый Увеличивает "х" на 1 ( x:=x+1; )
Dec(x) целый целый Уменьшает "х" на 1 ( x:=x-1; )
Inc(x , n) целый целый "х" на n ( x:=x+n; )
Dec(x , n) целый целый "х" на n ( x:=x-n; )
Процедуры преобразования типов переменных[править | править вики-текст]
Наименование функции Тип аргумента Тип значения Результат вычисления
Str(x , s) x-целый или вещественный s-строковый Последовательность символов "s" из цифр числа "x"
Val(s , v, cod) s-строковый v-целый или вещественный cod-целый Двоичная форма числа последовательности "s" cod=0 (код ошибки)
Функции преобразования типов переменных[править | править вики-текст]
Наименование функции Тип аргумента Тип значения Результат вычисления
Trunc(x) вещественный LongInt целая часть "х"
Round(x) вещественный LongInt округление "х" до целого
Odd(x) целый логический возвращает True если "х" - нечетное число
Chr(x) Byte Char Символ ASCII кода "х"
Ord(x) Char Byte ASCII код символа "x"

Указатели[править | править вики-текст]

Паскаль поддерживает использование указателей (типизированные ^тип и нетипизированные pointer):

type
  a = ^b;
  b = record
        x: Integer;
        y: Char;
        z: a;
      end;
var
  pointer_to_b:a;

Здесь переменная pointer_to_b — указатель на тип данных b, являющийся записью. Тип типизированного указателя может быть задан перед объявлением типа, на который он ссылается. Это исключение к правилу, которое гласит, что любая вещь должна быть объявлена перед тем, как используется. Введение этого исключения позволило организовывать рекуррентные определения структур данных, в том числе такие, как линейные списки, стеки и очереди, включая указатель на запись в описании этой записи (см. также: нулевой указатель — nil).

Для типизированного указателя определена операция разыменования (её синтаксис: указатель^).

Чтобы создать новую запись и присвоить значение 10 и символ A полям x и y в ней, необходимы следующие операторы:

new(pointer_to_b); { выделение памяти указателю }
 
pointer_to_b^.x := 10; { разыменовывание указателя и обращение к полю записи }
pointer_to_b^.y := 'A';
pointer_to_b^.z := nil;
...
dispose(pointer_to_b); { освобождение памяти из-под указателя }

Для целей обращения к полям записей и объектов можно также использовать оператор with, как показано в примере:

new(pointer_to_b);
 
with pointer_to_b^ do
begin
  x := 10;
  y := 'A';
  z := nil
end;
...
dispose(pointer_to_b);

Процедурный тип[править | править вики-текст]

В оригинальном языке Паскаль Йенсен и Вирта процедурный тип использовался только при описании формального параметра. Уже в TP существовал полноправный процедурный тип. В объявлении типа ставится заголовок процедуры либо функции (без имени), обобщённо описывающий интерфейс подпрограммы. Значение этого типа содержит указатель на подпрограмму с заголовком, соответствующую описанному в объявлении типа. С помощью идентификатора переменной может происходить вызов соответствующей процедуры или функции.

Операторы управления[править | править вики-текст]

Паскаль — язык структурного программирования, что означает, что программа состоит из выполняющихся последовательно отдельных стандартных операторов, в идеале — без использования команды GOTO.

В операторах while, for, if, case в качестве выполняемого оператора может использоваться блок. Такая конструкция, представляющая собой обычный оператор или блок, называется сложным оператором.

В Turbo Pascal для управления процессом компиляции существуют директивы, которые помещаются в комментарии и позволяют переключать режимы работы компилятора — например, включать и отключать проверку операций ввода-вывода, переполнения:

Существуют директивы, аналогичные директивам препроцессора C/C++ ($ifdef, $define, $include), они обрабатываются компилятором в процессе компиляции.

Процедуры и функции[править | править вики-текст]

В Паскале подпрограммы делятся на процедуры и функции:

Синтаксически процедуры и функции состоят из заголовка (содержащего ключевое слово procedure или function, имени, за которым может следовать описание передаваемых параметров в скобках, тип возвращаемого значения через символ двоеточия для функций и точки с запятой для процедур), после заголовка следует тело, после которого ставится символ ;.

Тело процедуры, как и программы, в свою очередь может содержать описания процедур и функций. Таким образом, процедуры и функции могут быть вложены друг в друга как угодно глубоко, при этом тело программы — самое верхнее в цепочке.

Причём содержимое секций описания переменных, типов, констант, внешнего тела (процедуры, функции, программы), расположенных перед описанием процедуры/функции, доступны внутри неё. Также, в большинстве диалектов из процедуры можно обращаться к параметрам внешней процедуры.

Вслед за заголовком процедур/функций вместо тела может помещаться ключевое слово forward, это делается в том случае, если описание процедуры/функции располагается в программе после её вызова, и связано с поддерживаемой в Паскале возможностью компиляции программы за один проход.

Процедуры отличаются от функций тем, что функции возвращают какое-либо значение, а процедуры — нет.

Модули[править | править вики-текст]

До появления связных модулей в их современном виде некоторые реализации Паскаля поддерживали модульность за счёт механизма включения заголовочных файлов, похожего на механизм #include в языке Си: с помощью специальной директивы, оформляемой в виде псевдокомментария, например, {$INCLUDE "файл"}, содержимое указанного файла прямо включалось в текст программы в исходном, текстовом виде. Таким образом можно было разделить программный код на множество фрагментов, для удобства редактирования, но перед компиляцией они автоматически объединялись в один файл программы, который в итоге и обрабатывался компилятором. Такая реализация модульности примитивна и имеет множество очевидных недостатков, поэтому она была быстро заменена.

Современные реализации языка Паскаль (начиная с UCSD Pascal) поддерживают модули. Программные модули могут быть двух видов: модуль главной программы, который, как обычно, начинается с ключевого слова program и тело которого содержит код, запускаемый после загрузки программы в память, и вспомогательных модулей, содержащих типы, константы, переменные, процедуры и функции, предназначенные для использования в других модулях, в том числе в главном модуле.

Структура[править | править вики-текст]

Общая структура подключаемого модуля на Паскале выглядит следующим образом:

unit UnitName1;
interface
  ...
 
implementation
  ...
 
begin {может отсутствовать-используется, если необходимо поместить операторы инициализации}
  ...
end.

Возможен также ещё один вариант:

unit UnitName2;
interface
  ...
 
implementation
  ...
 
initialization
  ...
 
finalization
  ....
 
end.

В отличие от главной программы, файл модуля начинается с ключевого слова UNIT, за которым следует имя модуля и точка с запятой. Современные реализации, как правило, требуют, чтобы имя модуля совпадало с именем файла исходного кода, в котором этот модуль содержится. Модуль содержит три секции: интерфейсную секцию, секцию реализации и тело модуля.

Интерфейсная секция идёт первой, начинается с ключевого слова INTERFACE и заканчивается в том месте модуля, где начинается секция реализации или тело. В интерфейсной секции объявляются те объекты (типы, константы, переменные, процедуры и функции — для них помещаются заголовки), которые должны быть доступны извне модуля. При этом допускается частичное объявление типов: они могут объявляться без указания структуры, одним только именем. При использовании такого типа во внешней программе допускается объявление переменных и параметров этого типа, присваивание значений, но невозможно получить доступ к деталям его реализации. Процедуры и функции в интерфейсной секции объявляются в виде форвардов — заголовков с параметрами, но без тела. Состав интерфейсной секции модуля таков, что его достаточно для генерации кода, использующего данный модуль. Переменные, объявленные в интерфейсной секции, являются глобальными, то есть существуют в единственном экземпляре и доступны во всех частях программы, использующих данный модуль.

Секция реализации следует за интерфейсной и начинается с ключевого слова IMPLEMENTATION. В нём располагаются описания процедур и функций, объявленных в интерфейсной секции, а также описания типов, констант, переменных, процедур и функций, которые необходимы для реализации интерфейсных процедур и функций. Описание процедуры или функции, объявленной в интерфейсной секции, должно иметь в точности такой же заголовок, как в объявлении. В теле могут использоваться другие процедуры и функции данного модуля, объявленные как в интерфейсной части, так и в секции реализации. Переменные, объявленные в секции реализации, являются, по сути, глобальными (то есть существует только один экземпляр каждой такой переменной на всю программу), но доступны они только из процедур и функций, описанных в секции реализации данного модуля, а также из его тела. Если в интерфейсной секции есть сокращённые объявления типов, то эти типы должны быть полностью описаны в секции реализации.

Тело модуля начинается находящимся на верхнем уровне вложенности ключевым словом BEGIN. Тело содержит программный код, который выполняется один раз при загрузке модуля. Тело может применяться для инициализации, присваивания начальных значений переменным модуля, выделения ресурсов для его работы и так далее. Тело модуля может отсутствовать. В ряде реализаций Паскаля, например, в Delphi, вместо тела модуля могут применяться две секции (также необязательные) — INITIALIZATION и FINALIZATION. Они располагаются в конце модуля, после соответствующего ключевого слова. Первая — секция инициализации, — содержит код, который должен быть выполнен при загрузке модуля, вторая — секция финализации, — код, который будет выполнен при выгрузке модуля. Секция финализации может выполнять действия, обратные инициализации — удалять объекты из памяти, закрывать файлы, освобождать выделенные ресурсы.

Модуль заканчивается ключевым словом END с точкой.

Использование[править | править вики-текст]

Чтобы использовать модуль, главная программа или другой модуль должны импортировать данный модуль, то есть содержать объявление о его использовании. Это объявление делается с помощью инструкции подключения модулей, представляющей собой ключевое слово USES, за которым через запятую следуют имена модулей, которые требуется подключить. Инструкция подключения должна следовать непосредственно за заголовком программы, либо после ключевого слова INTERFACE, если подключение производится в модуле.

Модули, подключённые в интерфейсной секции, могут использоваться во всём модуле — и в секции реализации, и в теле. Но секция реализации может иметь собственную инструкцию подключения (она следует за ключевым словом IMPLEMENTATION), содержащую имена подключаемых модулей, которые отсутствуют в интерфейсной секции, но нужны для секции реализации. Одним из поводов использования отдельного списка подключения для раздела реализации является ситуация, когда два или более модуля используют друг друга. Чтобы не возникали циклические ссылки в объявлениях использования таких модулей, по крайней мере один из них должен подключать другой в секции реализации.

Любые объявленные в интерфейсных секциях модулей объекты можно использовать в программе там, где эти модули подключены. Имена импортированных из подключённых модулей объектов остаются теми же самыми, и их можно использовать непосредственно. Если два или более подключённых модуля имеют объекты, называемые одинаково, и компилятор не может их различить, то при попытке использования такого объекта будет выдана ошибка компиляции — неоднозначное задание имени. В этом случае программист должен применять квалификацию имени — указать имя в формате «<имя_модуля>.<имя_объекта>».

Проблемы могут возникнуть, если появляется необходимость использования в программе двух разных одноимённых модулей. Если модули доступны только в откомпилированном виде (то есть поменять их имена невозможно), оказывается невозможным их одновременный импорт. Стандартного решения такой коллизии на уровне языка не существует, но конкретные компиляторы могут предлагать те или иные способы её обхода, в частности, средства назначения псевдонимов импортируемым модулям и прямого указания, какой модуль из какого файла брать.

Компиляция и компоновка[править | править вики-текст]

Модули спроектированы в расчёте на обеспечение раздельной компиляции — компилятор не должен компилировать импортированные модули для того, чтобы откомпилировать модуль, который их использует. Однако, чтобы правильно компилировать модуль, компилятор должен иметь доступ к секции интерфейса всех используемых им модулей. Существует два разных, иногда совмещаемых подхода к организации такого доступа.

  • Модули компилируются в бинарные файлы специального формата (у каждого компилятора своего), в которых сохранена подробная информация об объектах, объявленных в интерфейсной секции, также может содержаться созданный при компиляции модуля объектом языке, но использует при этом только интерфейсную секцию модуля. Если библиотечный модуль поставляется в откомпилированном виде (без полных исходных текстов), то вместе с бинарным файлом идёт урезанный файл исходного кода модуля, содержащий только интерфейсную секцию. Компилятору этого достаточно, чтобы правильно обрабатывать обращения из использующих модулей, а на этапе сборки программы компоновщик просто включает в программу бинарный файл.

Загрузка и выгрузка модулей[править | править вики-текст]

Для нормальной работы модуля может потребоваться выполнить некоторые действия до начала его использования: инициализировать переменные, открыть нужные файлы, выделить память или другие ресурсы. Всё это может быть сделано в теле модуля, либо в секции инициализации. Действия, обратные инициализации, делаются в секции финализации.

Порядок инициализации и финализации модулей косвенно определяется порядком объявления в секции uses, но для статически откомпилированных программ (где модуль либо компилируется в один исполняемый файл с главной программой, либо находится в отдельной динамической библиотеке, но загружается на этапе первоначальной загрузки), компилятор всегда гарантирует, что инициализация будет выполнена до момента первого использования модуля. Финализация выполняется при завершении работы программы, после завершения главного модуля, так, что используемые модули финализируются позже, чем использующие их.

В случае динамической загрузки модулей, управляемой самим программистом, инициализаторы выполняются при загрузке, то есть в момент, когда команда загрузки модуля вернула управление, инициализатор его уже выполнен. Финализатор выполняется после выгрузки, обычно — при выполнении команды выгрузки модуля. Если эта команда не вызывается, динамически загруженные модули финализируются так же, как все остальные — при завершении программы.

Объектно-ориентированное программирование[править | править вики-текст]

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это технология создания сложного программного обеспечения, которое основано на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию с наследованием свойств.

Основное достоинство ООП — это сокращение количества межмодульных вызовов и уменьшение объёмов информации передаваемой между модулями. Это достигается за счет более полной локализации данных и интегрирования их с подпрограммами обработки.

Основные недостатки в ООП — это некоторое снижение быстродействия из-за более сложной организации программной системы, а также, как правило, заметное увеличение объёма бинарного кода (особенно при использовании стандартных библиотек классов в небольших программах) из-за того, что большинство современных компиляторов и компоновщиков не способны выявить и удалить весь код, приходящийся на неиспользуемые классы, виртуальные методы и другие элементы ООП.

В Object Pascal классы задаются с помощью типа object, аналогичного record, который кроме полей данных может содержать заголовки процедур и функций (они называются методами). Имена описываемых методов следуют за именем класса через точку.

Конструктор и деструктор задаются как обычные процедуры, но вместо идентификатора procedure задаются ключевые слова constructor и destructor. Соответственно, в отличие от С++-подобных языков они имеют имя, отличное от имени класса, деструкторов может быть несколько и они могут иметь параметры (на практике эта возможность используется редко, обычно класс имеет единственный деструктор Destroy, переопределяющий виртуальный деструктор класса-родителя).

Поддерживаются единичное наследование, полиморфизм классов, механизм виртуальных методов (слово virtual после заголовка метода класса). Существуют и динамические методы (в TP описываются путём добавления целого числа после слова virtual и используются преимущественно для обработки сообщений; в Delphi и FreePascal для этих целей используется слово message, а для создания обычных динамических методов — слово dynamic), отличающиеся меньшим использованием памяти и меньшей скоростью вызова за счёт отсутствия дублирования динамических методов предков в VMT потомка (однако FreePascal не делает различий между виртуальными и динамическими методами).

В Delphi, FPC реализована перегрузка операций, абстрактные методы, директивы private, protected, public, published (по умолчанию члены класса являются public):

В диалекте Delphi классы могут также конструироваться с помощью слова class (причём взаимное наследование с object-классами не допускается) и введены интерфейсы (interface) — все методы абстрактные и не могут содержать полей данных.

Все классы (созданные с помощью class) являются наследниками TObject, все интерфейсы происходят от IUnknown. Классы, созданные с помощью class, могут реализовывать несколько интерфейсов.

В Delphi интерфейсы были введены для поддержки технологии COM фирмы Microsoft.

Классы (Class) в отличие от обычных классов (Object) не нуждаются в явном выделении/освобождении памяти, память под них динамически выделяется конструктором с именем Create, вызываемым с именем класса, и освобождается при вызове деструктора с именем Destroy (могут иметь другие имена). Переменная такого класса в отличие от класса object хранит адрес экземпляра класса в памяти, значение nil используется для указания пустой ссылки, поэтому для освобождения объекта в TObject определен специальный метод free, проверяющий ссылку на nil и вызывающий виртуальный деструктор Destroy. Код с использованием таких классов будет выглядеть следующим образом:

В модификации ObjectPascal/Delphi/FreePascal в описании классов появляются свойства (property), которые совмещают удобство работы с переменными (роль которых в ООП играют поля) и вызовы методов, которые всегда уведомляют объект об изменении его состояния:

В первом случае (использование MyObj.FProp) поле объекта было изменено непосредственно, в итоге, методы объекта не будут подозревать, что это поле было ранее изменено; в более сложном случае они могут полагаться на то, что поле неизменно, либо же полю может быть присвоено значение, недопустимое для данного объекта. Во втором случае значение присваивается непосредственно свойству объекта, которое ссылается на вызов метода, корректно обрабатывающего изменение данного поля.

Этот подход удобен, если объект связан с визуальным элементом: непосредственное изменение поля, отвечающего, например, за ширину элемента, никак не отразится на самом визуальном элементе, а объект будет «дезинформирован» относительно реальных размеров элемента. Корректным подходом без использования свойств является разработка методов на получение и установку любого значения поля, но работа с такими методами будет менее удобна, например, вместо последней строки надо было бы написать

   MyObj.SetProp(MyObj.GetProp+6);

причём метод MyObj.GetProp следовало бы написать для унификации доступа.

Большой интерес представляют индексные свойства, которые ведут себя практически так же, как и массивы, заменяя обращение к элементу массива вызовом соответствующего метода.

Тем не менее, свойства не являются «панацеей»: при компиляции обращение к свойствам непосредственно транслируются в вызов методов или прямую работу с полями, поэтому настоящими переменными свойства не являются, в частности, их невозможно передавать в виде var-параметров.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. White Paper. About Microsoft’s «Delegates», java.sun.com
  2. History of Java, Java Application Servers Report TechMetrix Research, 1999
  3. A Conversation with James Gosling
  4. Индекс популярности языков программирования TIOBE (англ.)
  5. «The guiding idea was to construct a genuine successor of Pascal meeting the requirements of system engineering, yet also to satisfy my teacher’s urge to present a systematic, consistent, appealing, and teachable framework for professional programming.» — Wirth N. Modula-2 and Oberon (HOPL III)
  6. Wirth N. Recollections about the development of Pascal (HOPL II), 3.3
  7. Jon Udell, Crash of the Object-Oriented Pascals, BYTE, July, 1989.
  8. M. I. Trofimov, The End of Pascal?, BYTE, March, 1990, p. 36.
  9. Why Pascal is Not My Favorite Programming Language
  10. PASCAL: User Manual and Report ISO Pascal Standard Kathleen Jensen and Niklaus Wirth, 4th edition, Springer Verlag New York, Inc. 1974, 1985, 1991
  11. Object-Oriented Extensions to Pascal, Technical Committee X3J9, Programming Language Pascal
  12. ISO 7185 Pascal

Литература[править | править вики-текст]

  • Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы. — М.: Мир, 1985. — С. 406.
  • Вирт Н., Йенсен К. Паскаль. Руководство для пользователя и описание языка. — М.: Финансы и статистика, 1982. — С. 151.
  • Грогоно П. Программирование на языке Паскаль. — М.: Мир, 1982. — С. 384.
  • Культин Н.Б. Delphi 6. Программирование на Object Pascal. — СПб.: БХВ-Петербург, 2001. — С. 528. — ISBN 5-94157-112-7
  • Моргун А. Н. Программирование на языке Паскаль (Pascal). Основы обработки структур данных. — М.: Диалектика, 2005. — С. 576. — ISBN 5-8459-0935-X
  • Перминов О. Н. Язык программирования Паскаль : Справочник. — М.: Радио и связь, 1989. — С. 128. — ISBN 5-256-00311-9
  • Рубенкинг Н. Дж. Турбо Паскаль для Windows: в 2-х томах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1993.
Стандарты

Ссылки[править | править вики-текст]