Опубликован: 17.10.2005 | Доступ: свободный | Студентов: 7782 / 276 | Оценка: 4.38 / 4.10 | Длительность: 41:15:00
ISBN: 978-5-7502-0255-3
Специальности: Программист
Лекция 7:

Статические структуры: классы

Собираем все вместе

После введения в базовые механизмы ОО-вычислений настало время ответить на вопрос, каким образом можно построить исполняемую систему на основе отдельных классов.

Общая относительность

Удивительно, но все приведенные до сих пор описания того, что происходит во время выполнения, были относительными. Результат выполнения подпрограммы всегда связан с текущим экземпляром, который в исходном тексте класса неизвестен. Можно попытаться понять действие вызова, только принимая во внимание цель этого вызова, например p1 в следующем примере:

p1.translate (u, v)

Однако возникает следующий вопрос: что в действительности обозначает p1? Ответ опять относителен. Предположим, приведенный вызов присутствует в тексте некоторого класса GRAPHICS, а p1 это атрибут GRAPHICS. Тогда очевидно, что в этом случае p1 фактически означает Current.p1. Но это не ответ на поставленный вопрос, так как неизвестно, что представляет собой объект Current в момент вызова! Другими словами, теперь необходимо установить клиента, вызывающего подпрограмму класса GRAPHICS, в которой используется наш вызов.

Большой Взрыв

Рассмотрим произвольный вызов. Понимание смысла, происходящего в процессе произвольного вызова, позволит полностью разобраться в механизме ОО-вычислений. Используем сформулированный ранее принцип вызова компонентов:

  • (F1) Любой элемент программы может выполняться только как часть вызова подпрограммы.
  • (F2) Каждый вызов имеет цель.

Любой вызов может принимать одну из следующих форм:

  • неквалифицированная: f (a, b, ...) ;
  • квалифицированная: x.g (u, v, ...) .

Аргументы в обоих случаях могут отсутствовать. Вызов размещен в теле подпрограммы r и может выполняться только как часть вызова r. Предположим, что известна цель этого вызова - некий объект OBJ. Тогда можно легко установить цель этого вызова - t. Возможны четыре варианта, первый из которых относится к неквалифицированному вызову, а остальные - к квалифицированному:

  • (T1) Для неквалифицированного вызова t это просто OBJ.
  • (T2) Если x это атрибут, то x - поле объекта OBJ-имеет значение, которое, в свою очередь, присоединено к некоторому объекту - он и есть t.
  • (T3) Если x - функция, то необходимо сначала осуществить ее вызов (неквалифицированный), результат которого и дает t.
  • (T4) Если x - локальная сущность r, то к моменту вызова предыдущие инструкции вычислят значение x, присоединенное к определенному объекту, который и является объектом t.

Проблема в том, что все четыре ответа опять относительны и могут помочь только в том случае, если известно, чем является текущий экземпляр OBJ. Очевидно, что OBJ это цель текущего вызова! Ситуация как в песенке о том, как у попа была собака (в оригинале: котенок съел козленка, котенка укусил щенок, щенка ударила палка ...) - бесконечная цепь.

Для приведения относительных ответов к абсолютным необходимо выяснить, что происходит тогда, когда все только начинается - в момент Большого Взрыва. Итак, определение:

Определение: выполнение системы

Выполнение ОО-программной системы состоит из следующих двух шагов:

  • Создание определенного объекта, называемого корневым объектом выполнения.
  • Применение определенной процедуры, называемой процедурой создания, к данному объекту.

В момент Большого Взрыва создается объект и начинается выполнение процедуры создания. Корневой объект является экземпляром корневого класса системы, а процедура создания - одной из процедур этого класса. Выполнение системы в целом сводится к успешному развертыванию отдельных частей (прямо или косвенно зажженных от начальной искры) в гигантский комплексный фейерверк.

Зная, где все началось, несложно проследить судьбу Current в процессе этой цепной реакции. Первым текущим объектом, созданным в момент Большого Взрыва, является корневой объект. Рассмотрим далее некоторый этап выполнения системы. Пусть r -последняя вызванная подпрограмма, а текущим на момент вызова r был объект OBJ. Тогда во время выполнения r объект Current определяется следующим образом:

  • (C1) Если в r выполняется инструкция, не являющаяся вызовом подпрограммы (например, присваивание), то текущим остается прежний объект.
  • (C2) Неквалифицированный вызов также оставляет тот же объект текущим.
  • (C3) Запуск квалифицированного вызова x.f ... делает текущим объект, присоединенный к x. Зная объект OBJ, можно идентифицировать x, используя сформулированные ранее правила T1-T4. После завершения вызова роль текущего возвращается к объекту OBJ.

В случаях C2 и C3 вызов может в свою очередь содержать последующие квалифицированные или неквалифицированные вызовы, и данные правила нужно применять рекурсивно.

Итак, нет ничего загадочного и запутанного в определении цели любого вызова, несмотря на всю относительность и рекурсивность правил. Что действительно является удивительным, так это мощь компьютеров, которую мы используем, выступая в роли учеников чародея. Мы создаем относительно небольшой текст заклинания - ПО, и затем выполняем его, в результате чего создаются объекты и выполняются вычисления, и число этих объектов и вычислений столь велико, что кажется почти бесконечным по меркам человеческого сознания.

Системы

Эта лекция акцентирует внимание на классах - элементах конструкции ОО-ПО. Для получения исполняемого кода классы необходимо скомпоновать в систему.

Определение системы вытекает из предшествующего обсуждения. Для построения системы необходимы три вещи:

  • Создать совокупность классов CS, называемую множеством классов (class set) системы.
  • Указать класс из CS, являющийся корневым (root class).
  • Указать в корневом классе процедуру, играющую роль корневой процедуры создания (root creation procedure) .

Для получения системы эти элементы должны удовлетворять критерию целостности. Каждый класс, прямо или косвенно необходимый корневому, должен быть частью множества CS. Это условие замыкания системы (system closure) .

Понятие необходимости следует уточнить, как это обычно делается при построении замыкания:

  • Класс D непосредственно необходим классу C, если текст C ссылается на D. Здесь можно выделить два варианта: C может быть либо клиентом D, либо потомком D.
  • Класс E необходим классу C, либо, когда C совпадает с E, либо существует класс D непосредственно необходимый классу С, и классу D необходим (возможно, рекурсивно) класс E. Другими словами, существует цепочка классов, связанных отношением непосредственной необходимости, и началом этой цепочки является класс C, а концом - класс E.

Теперь можно дать определение замкнутой системы.

Определение: замкнутая система

Система является замкнутой, если и только если множество ее классов содержит все классы, необходимые корневому классу.

Специализированная программа, например компилятор, может обработать все классы замкнутой системы, начиная с корневого. Рекурсивное обращение к необходимым классам будет происходить по мере того, как встретится упоминание о них. В результате будет сформирован исполняемый код, соответствующий системе в целом.

Этот процесс называется компоновкой или сборкой (assembly) системы и является завершающим этапом разработки.

Программа main отсутствует

Неоднократно подчеркивалось, что системы, разработанные с помощью ОО-подхода, не используют понятия основной программы. Не впускаем ли мы основную программу с черного хода, вводя определение корневого класса и корневой процедуры?

Не совсем. В традиционном понятии основной программы объединены две не связанные концепции:

  • Место, с которого начинается выполнение.
  • Вершина или фундаментальный компонент архитектуры системы.

Первое условие, безусловно, необходимо. Выполнение любой системы должно начинаться с вполне определенной позиции. В ОО-системах эта позиция определяется корневым классом и корневой процедурой. В случае параллельных, а не последовательных вычислений можно определить несколько начальных точек - по одной для каждой независимой нити или потока (Thread) вычислений.

Концепция вершины уже достаточно обсуждалась ранее и не требует дополнительных комментариев.

Нет никаких оснований для объединения столь разных понятий. Нельзя приписывать особую роль точке начала выполнения кода в архитектуре системы. Типичным примером может служить инициализация операционной системы, выполняемая процедурой загрузки. Этот небольшой и незначительный компонент безусловно нельзя считать центральным в архитектуре операционной системы. Объектная технология исходит из прямо противоположной предпосылки, считая, что важнейшими свойствами системы являются входящий в нее ансамбль классов, функциональные возможности этих классов и их взаимосвязь. В таком контексте выбор корневого класса играет второстепенную роль и при необходимости его можно легко изменить.

Ранее уже указывалось, что необходимо отказаться на раннем этапе разработки системы от вопроса, - "где основная программа?". Если строить архитектуру системы на основе ответа на этот вопрос, то нельзя обеспечить расширяемость и повторное использование кода. Другой подход - готовые к повторному использованию классы, реализации АТД. Программные системы в этом случае представляют собой перестраиваемые ансамбли таких компонент.(О критике функциональной декомпозиции см. "Функциональная декомпозиция", "К объектной технологии" )

Не всегда конечной целью разработки является создание систем. Важным приложением метода является разработка библиотек классов для повторного использования. Библиотека это не система и она не имеет корневого класса. В процессе разработки библиотеки часто создают несколько систем, но такие системы используются только для отладки и не являются частью завершенной версии библиотеки. Окончательный продукт является набором классов, который другие разработчики будут использовать для разработки своих систем или своих библиотек.

Александр Шалухо
Александр Шалухо
Анатолий Садков
Анатолий Садков

При заказе pdf документа с сертификатом будет отправлен только сертификат или что-то ещё?

Александр Качанов
Александр Качанов
Япония, Токио
Янош Орос
Янош Орос
Украина, Киев