Кирютенко Ю.А., Савельев В.А. Объектно-ориентированное программирование. Язык Smalltalk

Подождите немного. Документ загружается.

110 Глава 5. Управляющие структуры

Равенство и копирование

К общим сообщениям, реализованным в смолтоковских системах через

объектно-ориентированную рекурсию, относятся сообщения = и copy. Мы

уже знаем, что по умолчанию сообщение = в классе Object реализовано

как идентичность (==). Однако классы, определяющие структурно слож-

ные экземпляры, часто реализуют = намного более интересным способом.

Давайте посмотрим, как бы мог реализовать сообщение = класс Person (Че-

ловек). Для примера, определим, что два экземпляра класса Person равны,

если равны хранимые в переменной name значения:

Object subclass: #Person

instanceVariableNames: ’name address phoneNumber’

classVariableNames: ’ ’

poolDictionaries:’ ’

Person >> = aPerson

"Два экземпляра класса Person равны, если равны хранимые в

переменных name значения."

(aPerson isKindOf: Person) ifFalse: [^ false].

^ self name = aPerson name

Person >> hash

^ self name hash

Object subclass: #PersonName

instanceVariableNames: ’firstName lastName’

classVariableNames: ’ ’

poolDictionaries:’ ’

PersonName >> = aPersonName

"Два экземпляра класс а PersonName равны, если равны имена

и фамилии, представленные строками."

(aPersonName isKindOf: PersonName) ifFalse: [^ false].

^ (self firstName = aPerson firstName)

and: [self lastName = aPerson lastName]

PersonName >> hash

^ self firstName hash + self lastName hash

Напомним, что две строки равны, если последовательно равны состав-

ляющие их символы. Приведенный текст показывает, что два экземпляра

класса Person равны, если равны два экземпляра класса PersonName, хра-

нящиеся в их переменных с именем name. Два экземпляра класса Person-

5.4. Задания для самостоятельной работы 111

Name равны, если равны имена (firstName) и фамилии (lastName); строки

равны, когда последовательно совпадают все их символы. Такая передача

сообщения = (от Person к PersonName, затем к String и, наконец, к Cha-

racter) — рекурсия. Каждый объект берет на себя ответственность за часть

вычислений, а затем делегирует ост альную часть ответственности своим

непосредственным компонентам.

Алгоритм объектно-ориентированной рекурсии, применяемый объектом

для создания полной (то есть полностью независимой) копии самого себя,

очевиден. Он очень похож на предыдущий и состоит в следующем: сделать

копию самого объекта и всех его составляющих, которые, в свою очередь,

должны сделать копии всех своих составляющих, и так далее. Найдите в

своей системе сообщения copy (deepCopy) и разберитесь с их реализацией

самостоятельно.

5.4. Задания для самостоятельной работы

1. Используя идею введения дополнительного параметра, примененную в

методе fibHelp: f1 and: f2, напишите более эффективный вариант рекурсив-

ного метода factorial.

2. Напишите итеративный вариант метода factorial. Протестируйте и срав-

ните его возможности с рекурсивными версиями.

3. Для вычисления чисел Аккермана напишите в классе Integer рекурсив-

ный метод экземпляра accerman: anInteger. Поэкспериментируйте с ним,

вычисляя выражения вида n accerman: m (даже на очень мощном компью-

тере не стоит выбирать значения для m и n вне первого де сятка).

4. Напишите в классе Integer рекурсивный метод экземпляра factors, кото-

рый вычисляет и возвращает в виде упорядоченного набора все простые

делители получателя. Для реализации такого метода, возможно, придется

построить частный вспомогательный метод. Если на этом эт апе написать

такой метод не удастся, вернитесь к этой задаче после того, как прочита-

ете главу о наборах. Напишите итеративный метод для решения этой же

задачи. Сравните возможности методов.

5. Напишите в классе Collection рекурсивный вариант метода do: aBlock.

ГЛАВА 6

ВЕЛИЧИНЫ

6.1. Класс Magnitude

Протокол класса Magnitude позволяет работать с объектами, представ-

ляющими количества: даты, времена, числовые величины, символы. Общие

свойства всех этих объектов проявляются в том, что их можно сравнивать

и упорядочивать. Иерархия класса Magnitude в Smalltalk Express имеет сле-

дующий вид:

Magnitude Величина

Association АссоциативнаяПара

Character Символ

Date Дата

Number Число

Float СПлавающейТочкой

Fraction РациональнаяДробь

Integer Целое

LargeNegativeInteger БольшоеПоложительноеЦелое

LargePositiveInteger БольшоеОтрицательноеЦелое

SmallInteger МалоеЦелое

Time Время

Класс Magnitude — абстрактный класс, который обеспечивает протокол

для сравнения и упорядочения, наследуемый всеми его подклассами, но

предполагает, что его подклассы самостоятельно реализуют методы для от-

ношений порядка и сравнений: =, <=, >=, <, >, ∼=. Опираясь на эти

методы, класс Magnitude определяет общие методы проверки на принад-

лежность сегменту и вычисления максимума-минимума:

46 min: 33 → 33

46 max: 33 → 46

2 between: 0 and: 1 → false

6.2. Класс Character

Класс Character включен как подкласс в класс Magnitude потому, что

его экземпляры образуют линейно упорядоченное множество, порядок в

котором обеспечивается языковыми настройками операционной системы.

6.2. Класс Character 113

Для любых двух символов из этого множества всегда можно сказать,

какой из символов предшествует (<) или следует (>) за другим. Ссыл-

ки на символы возможны двумя способами: литерально, непосредственно

на сами символы или на целые числа, соответствующие их числовым ко-

дам. Для преобразования числа в символ есть два сообщения. Сообщение

asCharacter должно посылаться целому числу, а сообщение value: с аргу-

ментом, равным целому числу, должно посылаться классу Character. Сле-

дующая таблица относится к среде Smalltalk Express, где каждый символ

связан со своим кодом — числом от 0 до 255:

Символ Литера Эквивалентное выражение

A $A 65 asCharacter

C $C Character value: 67

space $ 32 asCharacter

line feed 10 asCharacter

tab Character value: 9

Подобно всем подклассам класса Magnitude, класс Character ре ализу-

ет методы для операций сравнения, устанавливая так называемый алфа-

витный порядок (с учетом настроек Windows). Проверка принадлежно сти

сегменту и методы для вычисления минимума-максимума наследуются из

класса Magnitude:

$a = $A → false

$A < $B → true

$E max: $A → $E

$x between: $a and: $t → false

$d between: $a and: $t → true

Класс Character определяет много самых разнообразных сообщений.

Приведем их небольшую часть в виде примеров с комментариями:

$a isUpperCase → false "Является ли прописной?"

$a isLowerCase → true "Является ли строчной?"

$a asUpperCase → $A "Представить как прописную."

$? asLowerCase → $? "Представить как строчную."

$e isVowel → true "Это гласная латинская буква?"

$+ isLetter → false "Это буква?"

$9 isDigit → true "Это цифра?"

$A asInteger → 65 "Код символа."

Как пример применения сообщений, сравнивающих символы, создадим

метод экземпляра для класса String с именем min:, который будет опреде-

лять из двух строк (получателя и аргумента сообщения) ту, которая стоит

114 Глава 6. Величины

раньше в соответствии с алфавитным порядком. Строка — экземпляр класса

String, представляющий индексированный набор из символов, который от-

вечает на сообщение at: i, возвращая символ с индексом i. Таким образом,

выражение ’abcde’ at: 2 возвращает $b.

min: aString

1 to self size do:

[:index |

(index > aString size) ifTrue: [^ aString].

(self at: index) > (aString at: index) ifTrue: [^ aString].

(self at: index) < (aString at: index) ifTrue: [^ self]].

^ self

Алгоритм этого метода представляет собой итерацию по символам по-

лучателя сообщения. Итерация прекращается тогда, когда выполняется од-

но из следующих трех условий:

• в аргументе aString больше нет символов для сравнения с очередным

символом получателя (index > aString size);

• следующий символ в получателе расположен после соответствующего

символа в аргументе aString ((self at: index) > (aString at: index));

• следующий символ получателя расположен до соответствующего сим-

вола аргумента aString ((self at: index) < (aString at: index)).

Приведем не сколько примеров работы созданного метода:

’love’ min: ’live’ → ’live’

’apple’ min: ’pear’ → ’apple’

’butt’ min: ’butter’ → ’butt’

’event’ min: ’even’ → ’even’

Арифметические операции символами не поддерживаются.

6.3. Дата и время

Экземпляр класса Date представляет конкретную дату, например, 1 ян-

варя 1999, 9 мая 1945 или 21 июля 2048. Класс Date «знает» и «умеет»

использовать следующую информацию:

• в неделе 7 дней, каждый день имеет имя и индекс 1, 2, . . . , 7 (индекс 1

соответствует понедельнику);

• в году 12 месяцев, каждый месяц имеет имя и индекс 1, . . . , 12;

• в месяце может быть 28, 29, 30 или 31 день;

• год может быть високосным.

6.3. Дата и время 115

Экземпляр класса Time представляет конкретное время дня. Считается,

что день начинается в полночь.

Даты и время создаются посылкой сообщений соответствующим клас-

сам. Вот некоторые примеры:

Time now → 16:59:53

Date today → 20 January 1999

Date newDay: 14 month: #Aug year: 1998 → 14 August 1998

Date newDay: 202 year: 1999 → 21 July 1999

Time hours: 12 minutes: 0 seconds: 0 → 12:00:00

Time fromSeconds: 27000 → 07:30:00

Еще один способ создать дату — послать экземпляру класса String, име-

ющему специальный вид, сообщение asDate:

’14 August 1998’ asDate → 14 August 1998

Следующие выражения создают два экземпляра класса Date, т ри экзем-

пляра класса Time и помещают их в соответствующие глобальные перемен-

ные системного словаря Smalltalk:

Smalltalk at: #BirthdayMyDaughter put: ’29 Nov 1980’ asDate.

Smalltalk at: #BirthdayMySon put: ’28 April 1973’ asDate.

Smalltalk at: #LunchTime

put: (Time hours: 12 minutes: 0 seconds: 0).

Smalltalk at: #DinnerTime

put: (Time hours: 18 minutes: 45 seconds: 0).

Smalltalk at: #BreakfastTime

put: (Time hours: 7 minutes: 30 seconds: 0).

Теперь можно работать с этими объектами, посылая им сообщения:

BirthdayMyDaughter year → 1980

BirthdayMySon dayName → Saturday

BirthdayMySon > Date today → false

BirthdayMySon min: Date today → Apr 28, 1973

BirthdayMyDaughter daysInYear → 365

BirthdayMySon monthName → April

BirthdayMyDaughter subtractDate: BirthdayMySon → 1311

LunchTime between: BreakfastTime

and: DinnerTime → true

LunchTime min: DinnerTime → 12:00:00

DinnerTime hours → 18

BreakfastTime minutes → 30

LunchTime < BreakfastTime → false

LunchTime subtractTime: BreakfastTime → 04:30:00

116 Глава 6. Величины

Мы уже упоминали сообщение millisecondsToRun: aBlock, которое воз-

вращает число миллисекунд, необходимых для выполнения на данной ма-

шине блока aBlock. Например,

Time millisecondsToRun: [700 factorial] → 60

Ввиду того, что при выполнении любого сообщения существуют неко-

торые накладные расходы, возвращаемый результат не является точным

временем выполнения блока.

6.4. Числа: большие, малые и всякие

Как и все остальное, числа — тоже объекты. Каждый вид числовых ве-

личин представляется отдельным классом. Числовые классы реализованы

таким образом, что все числа ведут себя так, как если бы они принадле-

жали наиболее общему числовому типу. Поэтому все эти классы являются

подклассами абстрактного класса Number, который определяет общее пове-

дение, поддерживает смешанную арифметику для различных видов чисел

и обеспечивает много полезных функций различного назначения. Еще раз

подчеркнем, что в системе Смолток все бинарные сообщения имеют оди-

наковый приоритет, что не соответствует правилам, принятым в математи-

ке. Поэтому для достижения принятого в математике порядка выполнения

арифметических операций необходимо использовать круглые скобки.

Смолток поддерживает три вида чисел

, реализованных в соответству-

ющих подклассах: целые числа (абстрактный класс Integer и его подклас-

сы), рациональные числа (класс Fraction) — отношение двух целых чис ел

numerator (числитель) и denominator (знаменатель), числа с плавающей

точкой (класс Float), которые позволяют аппроксимировать вещественные

числа. Диапазон возможных чисел с плавающей точкой зависит от реализа-

ции. Smalltalk Express дает возможность представлять числа в диапазоне от

±4.19×10

−307

до ±1.67×10

308

. Целые числа и числа с плавающей точкой

задаются литерально. Дроби создаются, когда сообщение (/) посылается

целому числу с аргументом, равным целому числу; при этом дробь автома-

тически приводится к несократимой дроби (с взаимно простыми числите-

лем и знаменателем). Если результат имеет знаменатель, равный 1, дробь

представляется целым числом.

Современные реализации языка Смолток включают еще и четвертый тип чисел:

числа с фиксированной запятой, позволяющие реализовывать корректные финансо-

вые вычисления. Это дополнение включено в стандарт языка и позволяет Смолтоку

успешно конкурировать с Коболом за рынок финансовых и деловых приложений.

6.4. Числа: большие, малые и всякие 117

Целые числа в Smalltalk Express представляются экземплярами классов

LargeNegativeInteger, LargePositiveInteger и SmallInteger. В других реали-

зациях набор подклассов может быть не сколько иным. Экземпляры класса

SmallInteger располагаются в диапазоне, представимом одним машинным

словом в данной реализации (для Smalltalk Express от −32767 до 32767).

Они эффективны как по скорости вычисления, так и по объему исполь-

зуемой памяти. Классы больших целых чисел могут представлять числа

неограниченного размера (реально ограниченного только памятью компью-

тера). Преобразования между классами целых чисел происходят автомати-

чески. Выполнение типичных выражений — самый лучший способ понять

правила таких преобразований:

1 + 2 → 3

5.1 – 3 → 2.1

2 * –4.0 → –8.0

2/4 → 1/2 Приведенная рациональная дробь

1/2 + 1 → 3/2 Возвращает рациональную дробь

1/2 + 1.0 → 1.5 Возвращает число с плавающей точкой

4/2 → 2 Выполняет целочисленное деление

2 + 3 * 4 → 20 Вычисления проводятся слева направо

Класс Number реализует много математических функций, наследуемых

его подклассами, например: exp, sin, cos, arcSin, tan, ln, sqrt, floor. Не за-

бывайте, что имена этих математических функций — селекторы сообщений,

которые посылаются числам и записываются, согласно синтаксису Смолто-

ка, после числа. Поэтому запись выглядит несколько непривычно:

2.3 sin → 7.45705212e-1 sin2.3

3.44 cos → -9.5580594e-1 cos2.3

0.25 arcTan → 2.4497866e-1 arctan0.25

2.21 ln → 7.92992516e-1 ln2.21

6 log: 2 → 2.5849625 log

4 sqrt → 2.0

√

4 = 2

2 exp → 7.3890561 e

1.72 raisedTo: 2.3 → 3.48109141 1.72

2.3

3/7 raisedToInteger: 3 → 27/343 (3/7)

3/11 reciprocal → 11/3 обратная величина

10 negated → –10

30 degreesToRadians → 5.2359877e-1 градусы в радианы

-2.3 abs → 2.3 |−2.3|

5.1 ceiling → 6 d5.1e

–5.1 ceiling → –5 d−5.1e

5.1 floor → 5 b5.1c

118 Глава 6. Величины

–5.1 floor → –6 b−5.1c

5.1 truncated → 5 [5.1]

–5.1 truncated → –5 [−5.1]

5.1 rounded → 5

5.1 truncateTo: 2.3 → 4.6 усечение, кратное параметру

5.9 roundTo: 2.3 → 6.9

Арифметические сообщения, возвращающие целые частно е или оста-

ток, определены двумя способами. В одних сообщениях ( //, \\) округление

происходит в сторону −∞, в других (quo:, rem:) — в сторону нуля. Для по-

ложительных чисел результаты одни и те же, так как 0 и −∞ располагают-

ся в одном направлении; для отрицательных — результаты будут разными.

Результаты посылки сообщений quo:, rem: и // положительны, когда аргу-

мент и получатель одного знака, и отрицательны, когда они разных знаков;

сообщение \\ всегда возвращает положительное число.

4 // 3 → 1 частное — целое число,

–4 // 3 → –2 усечение в сторону −∞

4 \\3 → 1 целый остаток,

–4 \\3 → 2 усечение в сторону −∞

–4 quo: 3 → –1 частное, усечение к нулю

–4 rem: 3 → –1 остаток, усечение к нулю

Класс Number реализует много методов тестирования.

2 odd → false

4 even → true

10 negative → false

0 positive → true

–0.1 positive → false

0 strictlyPositive → false

0.1 strictlyPositive → true

–4.32e–2 sign → –1

Кроме стандартных операций класс Integer содержит протокол сообще-

ний для работы с числами как с последовательностями битов. Среди них

отметим сообщения bitAnd:, bitOr:, bitXor:, bitShift:, bitAt:. Предлагаем чи-

тателю самому разобраться в том, что и как делают эти сообщения.

ГЛАВА 7

НАБОРЫ НА ЛЮБОЙ ВКУС

7.1. Протокол класса Collection

Набор — группа совместно используемых объектов, которые называются

элементами набора. Например, массив #(’word’ 3 5 $G (1 2)) — это набор,

состоящий из пяти элементов: первый — строка ’word’, второй и третий —

числа 3 и 5, четвертый — символ $G, а пятый — массив из двух чис ел. Стро-

ка ’word’ — тоже набор, состоящий из четырех символов. Наборы нужны

для представления основных структур данных и служат хранилищами объ-

ектов. Приведем иерархию класса Collection в системе Smalltalk Express. И

в этой, и в других реализациях, кроме указанных, в иерархии есть и другие,

более специальные классы.

Collection Набор

Bag ПростойНабор

IndexedCollection ИндексированныйНабор

FixedSizeCollection НаборФиксированнойДлины

Array Массив

ByteArray МассивБайт

Interval Интервал

String Строка

Symbol Имя

OrderedCollection УпорядоченныйНабор

SortedCollection СортируемыйНабор

Set Множество

Dictionary Словарь

IdentityDictionary СловарьИдентичности

SystemDictionary СловарьСистемы

Рис. 7.1. Иерархия наборов

Наборы, определяемые разными подклассами этой иерархии, отличают-

ся по своим свойствам. Одно из отличий состоит в том, определен или нет

порядок среди элементов набора. Другое отличие состоит в том, имеет на-

бор фиксированный размер или размер набора при необходимости может

меняться. Существуют наборы, доступ к элементам которых происходит

по известным вне набора именам (так называемым ключам). Вид ключей

определяет еще одно отличие между классами наборов. Элементы одних