Пратт Т. Языки программирования. Разработка и реализация

Подождите немного. Документ загружается.

607

П.4.2. Управление последовательностью

действий

Выражения

Для вычисления отдельного числа, логического значения или символьной стро

ки можно использовать выражение. Элементарные операции ассоциативны сле

ва направо для всех выражений, за исключением операции возведения в степень

(**), которая ассоциативна справа налево. Для управления последовательно

стью вычислений можно использовать скобки стандартным образом. Элемен

тарные операции имеют следующий порядок приоритетов (от высшего к низ

шему):

+ –

.EQ. .NE. .LT. .GT. .LE. .GE.

.NOT.

.AND.

.OR.

.EQV. .NEQV.

Операторы

Оператор присваивания. Синтаксис оператора присваивания имеет вид

ïåðåìåííàÿ = âûðàæåíèå

где rзначение выражения присваивается lзначению переменной, как в следующих

примерах:

X = Y + Z

A(1,2) = U + V – A(I,J)

Как выражение, так и переменная могут быть числовыми, логическими или сим

вольными. Присваивание значения переменной типа CHARACTER корректирует дли

ну присваиваемой строки в соответствии с объявленной длиной этой переменной,

либо путем отбрасывания (если строка слишком длинная), либо путем добавле

ния пробелов (если строка слишком короткая).

Условный оператор. Предусмотрено четыре условных оператора ветвления:

традиционные конструкции IF из FORTRAN 77, а также оператор CASE языка

FORTRAN 90.

Арифметический оператор IF обеспечивает трехвариантное ветвление в зави

симости от того, каково значение арифметического выражения — отрицательное,

нулевое или положительное:

IF (âûðàæåíèå) ìåòêà

îòð_çíà÷åíèå

, ìåòêà

íóëåâîå_çíà÷åíèå

, ìåòêà

ïîë_çíà÷åíèå

Метки указывают, какому помеченному оператору передать управление. Эта

конструкция считается устаревшей и может быть вообще удалена из следующих

версий языка.

Логический оператор IF позволяет выполнить только один оператор в случае

истинности логического выражения:

IF (âûðàæåíèå) îïåðàòîð

П.4. FORTRAN

608 Приложение. Обзоры языков

Блочный оператор IF допускает выбор операторов if … then … else … endif без

использования операторных меток. Форма записи такого оператора следующая:

IF òåñòîâîå_âûðàæåíèå THEN

– ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îïåðàòîðîâ íà îòäåëüíûõ ñòðîêàõ

ELSE IF òåñòîâîå_âûðàæåíèå THEN

– ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îïåðàòîðîâ íà îòäåëüíûõ ñòðîêàõ

…

ELSE

ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îïåðàòîðîâ íà îòäåëüíûõ ñòðîêàõ

END IF

В этом операторе части ELSE и ELSE IF можно опустить. Обратите внимание на

то, что изза синтаксиса языка FORTRAN, в котором каждый оператор должен

размещаться на отдельной строке, все разделители IF, ELSE IF, ELSE и END IF долж

ны размещаться в различных строках программы.

В FORTRAN 90 добавлен оператор CASE. Его синтаксис следующий:

SELECT CASE âûðàæåíèå

CASE (âàðèàíò_çíà÷åíèÿ_âûðàæåíèÿ)

áëîê_îïåðàòîðîâ

… - Äðóãèå áëîêè CASE

CASE DEFAULT

áëîê_îïåðàòîðîâ

END SELECT

Значение выражения должно быть целым числом, символьной строкой или ло

гическим значением, а âàðèàíò_çíà÷åíèÿ_âûðàæåíèÿ должен быть константой или диа

пазоном значений констант. Например, конструкция CASE(1 : 3, 5 : 6, 9) означает

выбор соответствующего блока операторов, если выражение принимает значение

1, 2, 3, 5, 6 или 9. DEFAULT является необязательным; если он отсутствует, а значение

выражения не удовлетворяет ни одному из перечисленных вариантов, то никакие

операторы не выполняются.

Оператор цикла. Оператор цикла языка FORTRAN 90 имеет синтаксис

DO óïðàâëåíèå_öèêëîì

áëîê_îïåðàòîðîâ

END DO

Если опущена конструкция, управляющая циклом, то получается бесконечный

цикл. Выход из цикла должен осуществляться с помощью оператора EXIT.

Для цикла с фиксированным количеством повторений используется следую

щий синтаксис:

DO ìåòêà ïåðåìåííàÿ = íà÷_çíà÷, êîí_çíà÷, ïðèðàùåíèå

Здесь простая целая ïåðåìåííàÿ используется в качестве счетчика повторений

цикла, íà÷_çíà÷ — выражение, определяющее начальное значение счетчика, êîí_çíà÷

определяет конечное значение счетчика, а ïðèðàùåíèå определяет число, которое

должно добавляться к счетчику после выполнения каждой итерации цикла. По умол

чанию приращение равно единице.

Пустой оператор. Оператор CONTINUE является пустым оператором, и его со

вместное использование с меткой позволяет отмечать любые места в программе.

В основном его применяют, чтобы отмечать конец цикла DO или же в качестве объек

та оператора GOTO. Это позволяет зафиксировать положение операторной метки,

тогда как любые другие операторы можно в случае необходимости изменять.

609

Управление подпрограммами. Оператор CALL используется для вызова подпро

грамм и задается в виде

CALL èìÿ_ïîäïðîãðàììû(ñïèñîê_ïàðàìåòðîâ)

где ñïèñîê_ïàðàìåòðîâ — это последовательность имен фактических параметров или

выражений.

Подпрограммыфункции — это подпрограммы, которые возвращают значение

и могут просто использоваться в выражениях, например 2 + myfun(1,23,.TRUE.). Зна

чение возвращается функцией простым его присваиванием имени функции перед

выполнением оператора RETURN:

MYFUN = 27

RETURN

Имя функции можно использовать в качестве локальной переменной в под

программе. Предыдущая версия языка FORTRAN имела статическую структуру рас

пределения памяти и не допускала рекурсии. Новая версия языка — FORTRAN 90 —

поддерживает рекурсию и динамическое распределение памяти.

Выполнение программы завершается оператором STOP.

Возвращение из подпрограммы в вызывающую программу происходит с помо

щью оператора RETURN.

Ввод и вывод

В языке поддерживаются как последовательные файлы, так и файлы прямого дос

тупа, а также предусмотрен широкий набор операций вводавывода. Для опера

ций вводавывода используется девять операторов: READ, WRITE и PRINT определяют

фактическое преобразование данных, операторы OPEN, CLOSE и INQUIRE позволяют

установить или запросить статус, метод доступа и другие свойства файла, а опера

торы BACKSPASE, REWIND и ENDFILE обеспечивают установку указателя позиции файла.

Текстовый файл (последовательность символов) в языке FORTRAN называет

ся форматированным файлом, остальные файлы — неформатированными. Во вре

мя передачи данных в форматированный файл операторы READ, WRITE и PRINT преоб

разуют значения данных из внутреннего представления в символьную форму.

Передача данных в неформатированный файл оставляет данные в их внутреннем

представлении. Ввод и вывод данных с помощью операторов READ, WRITE и PRINT

в форматированный файл может осуществляться под управлением списка. Это озна

чает, что явно не задается никакого определения формата, а, как видно из листинга П.6,

используется внутренний, определенный системой формат. Альтернативным спо

собом является задание программистом явного формата:

ìåòêà FORMAT (ïîñëåäîâàòåëüíîñòü_ñïåöèôèêàöèé_ôîðìàòà)

Метка используется в операторах READ, WRITE и PRINT. Например, чтение после

довательности целых чисел, отформатированных так, что в одной строке размеща

ется восемь чисел, каждое из которых занимает пять позиций, можно задать с по

мощью следующих операторов READ и FORMAT:

READ 200, N, (M(K), K=1,7)

200 FORMAT (8I5)

То же самое можно описать, поместив определения формата внутрь оператора READ:

READ "(8I5)" N, (M(K), K=1,7)

П.4. FORTRAN

610 Приложение. Обзоры языков

Этот оператор READ определяет, что первое целое число записывается в пере

менную N, а следующие — в компоненты 1–7 вектора M. В операторе FORMAT заданы

дескриптор I преобразования в целочисленный формат, ширина поля вывода каж

дого числа (5) и коэффициент повторения (8), означающий, что в строке ввода

располагаются восемь целых чисел, начиная с первой позиции. Для различных

типов числовых и символьных данных предусматривается большое количество

возможных дескрипторов форматов данных. Некоторые наиболее распространен

ные приведены далее (w — ширина поля вводавывода, d — количество десятичных

цифр).

Дескриптор Тип данных Пример использования

Iw Целый I5 = 12345

Fw.d Фиксированный (вещественный) F6.2 = 123.56

Ew.d Экспоненциальный (вещественный) E10.2 = –12.34E+02 = 1234

wX Пропуск Пропускает w символьных позиции

Aw Символьный A6 = abcdef

"ëèòåðàë" Константа "abcdef" печатается как 6 символов abcdef

Обычно безопаснее при размещении данных выравнивать их по правому краю

поля. При чтении числовых данных начальные пробелы будут интерпретировать

ся как 0.

Каждый оператор READ и WRITE начинает обрабатывать соответственно новую

строку ввода или печатать на новой строке вывода. Для каждого элемента входно

го или выходного списка используется следующий дескриптор оператора FORMAT,

пока не будет достигнут конец списка данных. Если элементов данных больше,

чем дескрипторов оператора FORMAT, тогда оператор FORMAT заново начинает пере

бор своих дескрипторов, но с новой строки данных.

Для задания обработчика исключений при достижении конца файла или в слу

чае возникновения ошибки в операции вводавывода в операторах READ и WRITE ука

зывается метка того оператора в подпрограмме, выполняющей ввод или вывод,

которому следует передать управление при возникновении исключительной си

туации. Например,

READ(UNIT=2, FMT=200, END=50, ERR=90) N, (M(K), K=1,7)

является расширенной формой оператора READ, в котором определяется, что в слу

чае обнаружения конца файла следует передать управление оператору с меткой 50,

а в случае возникновения ошибки ввода — оператору с меткой 90. Параметр UNIT = 2

указывает, что файл нужно искать на входном устройстве, которому присвоен но

мер 2.

Спецификации форматов, управляющих вводом и выводом данных, трактуют

ся как символьные строки. Во время трансляции они сохраняются в форме сим

вольных строк и интерпретируются процедурами READ, WRITE и PRINT по мере необ

ходимости во время выполнения программы. Спецификация формата (символьная

строка) может создаваться динамически или считываться во время выполнения

программы и потом использоваться для управления преобразованиями вводавы

вода. В результате получается гибкая и мощная система вводавывода.

611

П.5. JAVA

Пример с пояснениями

В листинге П.7 приведен пример программы для суммирования элементов масси

ва на языке Java. В данном примере при вводе пользователем последовательности

чисел

41234

программа выдает следующий результат:

1234; SUM=10

Этот пример похож на пример программы на языке C++, приведенный в лис

тинге П.5, что демонстрирует сходство этих языков.

Листинг П.7. Пример суммирования элементов массива на языке Java

1 import java.io.*;

2 class DataConvert {

3 public int convert(byte ch) {return ch-'0';}};

4 class DataStore extends DataConvert {

5 public void initial(int a)

6 {ci=0;

7 size=a;};

8 void save(int a)

9 {store[ci++]=a;};

10 int setprint() { ci=0; return size;};

11 int printval() { return store[ci++];};

12 int sum()

13 {int arrsum = 0;

14 for(ci=0;ci<size;ci++)arrsum=arrsum+store[ci];

15 return arrsum;};

16 private static int maxsize = 9;

17 int size; // Ðàçìåð ìàññèâà

18 int ci; // Òåêóùèé èíäåêñ ìàññèâà

19 int[] store = new int[maxsize];};

20 class sample {

21 public static void main(String argv[])

22 { int sz,j;

23 byte[] Line = new byte[10];

24 DataStore x = new DataStore();

25 try{

26 while((sz= System.in.read(Line)) != 0)

27 {int k = x.convert(Line[0]);

28 x.initial(k);

29 for(j=1;j<=k;j++)x.save(x.convert(Line[j]));

30 for(j=x.setprint(); j>0; j--)

31 System.out.print(x.printval());

32 System.out.print("; SUM=");

33 System.out.println(x.sum());}}

34 catch(Exception e){System.out.println("File error.");}

35 } // Êîíåö ãëàâíîé ïðîãðàììû

36 } // Êîíåö êëàññà sample

Строка 1. В этом примере будет использован стандартный пакет вводавывода

java.io.*.

Строки 2–3. Классы языка Java похожи на классы языка C++. Тип доступа public

является атрибутом функции или объекта данных и определяет их открытость.

П.5. JAVA

612 Приложение. Обзоры языков

Строка 4. Для определения производных классов в языке Java используется

ключевое слово extends.

Строки 12–15. Структура функций языка Java в основном похожа на структу

ру функций в языках C и C++.

Строка 19. Массивы обрабатываются не так, как в языках C и C++. Массив

store определяется как целый массив (int[]), а затем оператор new отводит для него

требуемый объем памяти.

Строка 21. Главная программа main должна быть объявлена как public и static.

Строка 24. В этом классе осуществляется ссылка на класс DataStore через его

экземпляр x, создаваемый операцией new.

Строка 25. Операторы try и catch (строка 34) необходимы для обработки оши

бок ввода и вывода.

Строка 26. Метод System.in.read считывает строку ввода в байтовый массив Line.

Строки 27–33. Это тот же алгоритм, что и в программе на языке C++. Метод

System.out.print записывает свои аргументы в стандартный выходной файл. Ме

тод System.out.println добавляет в конец строки символ конца строки.

П.5.1. Объекты данных

Элементарные данные. Числовые данные могут быть 8, 16, 32 или 64битовы

ми. Целые могут быть int и long. Также существуют 32битовые вещественные

данные (float) и 64битовые вещественные (double), которые удовлетворяют стан

дарту IEEE 754. В языке Java также можно сохранять данные как byte и short,

хотя для осуществления какихлибо операций над ними их требуется приводить

к типу int.

Символьные данные сохраняются в формате Unicode. Это международный стан

дарт, который создает 16битовые символы. Например,

char x = 'a'

создает объект x, хранящий код Unicode символа a.

Булевы данные могут иметь значения true и false. В отличие от языка C в Java

булевы данные не являются целыми значениями.

Структурированные объекты данных. В языке массивы определяются явно.

Например, оператор

Newvalues Mydata[]

описывает массив Mydata типа NewValues, где NewValues — определенный программи

стом класс объектов. Однако для фактического размещения массива необходимо

использовать функцию new, как, например, в следующем примере для размещения

100элементного массива:

Mydata = new Newvalues[100];

Для фактического размещения каждого элемента массива необходимо для каж

дого i выполнить оператор:

Mydata[i] = new Newvalues()

Оба эти шага можно объединить в один, например,

int[ ] Mydata = new int[100];

размещает Mydata как массив из 100 элементов.

613

Метод length() массивов возвращает длину массива:

Mydata.length()

В данном случае будет возвращено значение 100, как и в языке C++.

Строки — это объекты с синтаксисом, близким к синтаксису строк в языке C.

Соответственно

String Publisher = "Prentice Hall";

создает строковый объект Publisher и инициализирует его строкой Prentice Hall.

Операция + для строк означает их конкатенацию. Так,

System.out.println(Publisher + " is the publisher of this book.");

напечатает «Prentice Hall is the publisher of this book». Метод length() также опре

делен для строковых объектов.

В Java нет необходимости в структуре struct, имеющейся в языке C, посколь

ку структура классов языка Java допускает определение сложных данных с по

мощью простого определения класса, содержащего несколько определенных

объектов.

П.5.2. Управление последовательностью

действий

Операторы. В языке Java присутствуют обычные для языка C управляющие струк

туры if, for и while. В этом языке нет оператора goto

. Выход из цикла осуществля

ется операторами языка C break и continue, при этом следует указать метку цикла,

из которого нужно выйти:

OuterLoop: for(i=0, i<j, i++) {

...

if (óñëîâèå âûõîäà èç öèêëà) {break OuterLoop;}

...

}

Определения классов. Определения классов в языке Java похоже на определе

ния классов в языке C++ в отношении определения переменных экземпляра (по

лей) и методов для нового класса, некоторые аспекты взяты из языка Smalltalk;

в частности, суперкласс нового класса задается явно, например:

class Newvalues extends Object {

public double x; /* ïåðåìåííàÿ ýêçåìïëÿðà */

public int y; /* ïåðåìåííàÿ ýêçåìïëÿðà */

Newvalues() { ... } /* Êîíñòðóêòîð äëÿ Newvalues */

}

где Newvalues является субклассом (производным классом) суперкласса Object и со

стоит из двух полей, x (double real) и y (integer).

В языке Java используется большая библиотека предопределенных классов.

java.io.* — стандартная библиотека вводавывода, а java.awt.* — стандартная биб

лиотека апплетов, используемая для выполнения апплетов Java, встроенных в web

страницы HTML.

Но зарезервированное ключевое слово goto осталось! — Примеч. науч. ред.

П.5. JAVA

614 Приложение. Обзоры языков

Как уже говорилось, для размещения экземпляров класса (объектов) исполь

зуются Cподобные объявления. Так,

Newvalues Mydata[]

создает массив Mydata (пустой), каждый из элементов которого имеет тип Newvalues.

Как и в языках C и C++, используется точечная нотация для ссылок на компо

ненты объекта Mydata: Mydata[17].x и Mydata[17].y.

Кроме того, так же как и в C++, можно определить метод Newvalues() для явного

присваивания переменным экземпляра (полям) x и y значений при создании эк

земпляра класса.

Конструктору можно передать параметры, например:

Newvalues(double a; int b) {

this.x = a;

this.y = b;}

При освобождении памяти нужно вызывать метод finalize() (который действует

подобно деструктору класса языка C++ ~èìÿ_êëàññà).

Так же как и в языке C++, в Java можно определять другие методы в описании

класса и затем вызывать их с использованием точечной нотации.

В языке Java отсутствует явный вызов функции, так как в этом нет необходи

мости. Доступ к методу (как в System.out.println(string)) является неявным вызо

вом функции.

Определение производных классов. Язык Java имеет такую же структуру про

изводных классов, как и язык C++. Newclass является производным классом клас

са OlderClass, если он определен следующим образом:

class Newclass extends Olderclass {...}

Newclass наследует все переменные экземпляра (поля) класса Olderclass, а вызов

метода класса Newclass (например, Newclass.functionX) передается Olderclass.functionX,

если метод functionX не определен в классе NewClass.

Управление доступом. Переменные экземпляра в языке Java могут быть

открытыми (public), закрытыми (private) и защищенными (protected). Откры

тые имена доступны отовсюду, закрытые имена доступны только внутри опреде

ления класса, а защищенные имена доступны в производных классах данного

класса.

Если не используется ни один из приведенных атрибутов имен, полагают,

что управление доступом является дружественным, то есть имена являются

доступными для любого определения класса внутри пакета, к которому при

надлежит данный класс, но больше ниоткуда (некая форма полуоткрытого до

ступа).

Переменные в определении класса обычно являются переменными экземпля

ра — это означает, что они присутствуют в любом экземпляре объекта этого клас

са. Для описания переменной, общей для всех экземпляров данного класса, ис

пользуется атрибут static. Например, если бы вы создавали структуру связанного

списка, каждый связанный список был бы классом LinkedObject. В нем было бы

объявление

static FreeListType FreeList;

которое было бы общим для всех экземпляров класса LinkedObject, чтобы управ

лять размещением новых элементов списка из общего списка. Методы, общие для

615

всех экземпляров класса и имеющие доступ только к переменным класса, также

могут быть объявлены с атрибутом static.

Виртуальные методы языка C++ в языке Java называются абстрактными и оп

ределяются так же, как и виртуальные методы языка C++:

abstract void MethodName(); /* ìåòîä ñ ïóñòûì òåëîì */

Потоки. Через потоки Java позволяет реализовать некоторый уровень много

процессорной обработки. Например, браузер HotJava параллельно с браузером, ото

бражающим HTMLфайлы пользователя, запускает программу сборки мусора. Это

позволяет избежать остановки отображения файлов на время ожидания заверше

ния процесса сборки мусора. Также и метод для отображения графики может быть

отдельным потоком по отношению к методу отображения текста, позволяя реали

зовать более быструю передачу полезной информации.

Потоки запускаются командой new Thread(îáúåêò). Атрибут synchronized (syn-

chronized void startSort()) в определениях нескольких методов запрещает одно

временное выполнение двух (и более) таких методов, тем самым предотвращая

тупиковые ситуации, например одновременный доступ к совместно используемым

данным.

Стандартные функции

Язык Java был создан для облегчения создания webстраниц. Поэтому он вклю

чает в себя библиотеку классов Abstract Window Toolkit (AWT) для построения

пользовательских интерфейсов. В ней предусмотрены средства для создания

фреймов, отображения их на экране, возможности добавления меню, полос про

крутки и текста. Следующие методы дают только небольшое представление о не

которых из имеющихся функциональных возможностей, сама же библиотека

классов настолько огромна, что нет возможности полностью описать ее в данной

книге.

Библиотека AWT создает иерархию классов. На верхнем уровне находятся гра

фика, компоненты (кнопки, контейнеры — например, фреймы, — текстовые обла

сти) и границы. Для создания сложных отображаемых структур используются раз

личные производные классы. Объект Window (окно) не имеет ни границ, ни полосы

меню. Он может генерировать события WindowOpend или WindowClosed, которые мо

гут использоваться для создания экземпляра окна. Фреймы являются окнами с за

головком и границей, для которых определено больше событий, чем для простого

окна.

Метод show() отображает на экране фрейм (субкласс окна).

Конструктор Frame("èìÿ_ôðåéìà") создает новый фрейм с указанным именем.

Метод setSize(M, N) устанавливает размер фрейма M × N пикселов.

Метод MenuBar() создает во фрейме строку меню.

Метод MenuItem("èìÿ") создает элемент меню с указанным именем.

Метод Button("èìÿ") создает кнопку с указанным именем.

Метод add(îáúåêò) добавляет указанный объект (например, меню или кнопку)

во фрейм.

Метод drawstring("òåêñò", X, Y) помещает указанный текст во фрейм в точке

с координатами (X, Y) в пикселах.

П.5. JAVA

616 Приложение. Обзоры языков

П.6. LISP

Пример с пояснениями

В примере, приведенном в листинге П.8, снова происходит суммирование элемен

тов массива. В данном случае мы задаем функции прямо в сеансе LISP. Хотя ис

пользуемый нами LISP имеет функцию (load "èìÿ_ôàéëà"), которая считывает оп

ределения функций языка LISP из файла. Символ > обозначает приглашение LISP

вводить команды.

Листинг П.8. Сумма элементов числового вектора на языке LISP

1 %lisp

2 >; Ñîõðàíåíèå çíà÷åíèé â âèäå ñïèñêà ñèìâîëîâ

3 >(define (SumNext V)

4 (cond ((null V) (progn (print "Sum=") 0))

5 (T (+ (SumNext (cdr V)) (car V)) ) ))

6 SUMNEXT

7 >; Ñîçäàíèå âåêòîðà èç ââåäåííûõ çíà÷åíèé

8 (defun GetInput(f c)

9 (cond ((eq c 0) nil)

10 (T (cons (read f) (GetInput f (- c 1))))))

11 GETINPUT

12 >(defun DoIt()

13 (progn

14 (setq infile (open '"lisp.data"))

15 (setq array (GetInput infile (read infile)))

16 (print array)

17 (print (SumNext array))))

18 DOIT

19 >(DoIt)

21 (1 2 3 4)

22 "Sum="

23 10

24 10

Строка 1. Вызов интерпретатора LISP.

Строка 2. Комментарии в языке LISP начинаются с символа «;» и продолжа

ются до конца строки.

Строка 3. Функция SumNext объявлена как функция с одним параметром. Она

возвращает сумму элементов, содержащихся в ее параметре. Определением функ

ции SumNext является выражение, записанное в строках 4–5.

Строка 4. Функция cond ищет первую истинную пару < ïðåäèêàò, âûðàæåíèå >.

Первая пара имеет предикат null V, который принимает истинное значение после

обработки последнего введенного значения. Функция печатает SUM= и возвращает

управление.

Конструкция progn последовательно выполняет последовательность выраже

ний, в данном случае — функцию print, а за ней — выражение 0 как значение по

умолчанию.

Строка 5. Если вектор V не пустой (обычный случай), предикат T становится

вариантом по умолчанию для функции cond в строке 4. Вектор V без первого эле

мента передается рекурсивно функции SumNext, и после возвращения голова V при

бавляется к ранее вычисленной сумме.