 |
Заголовок модуля и связь модулей друг с другом
|
|
|
|
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине "Основы алгоритмов и программирования"
Модули и объекты в языке Турбо Паскаль 7.0
Руководитель работы
________________Симонова С.В.
"______"________________2002г.
Исполнитель
Студент гр. 34 АСОИ и У
______________Кислинский С.В.
"______"________________2002г.
Бузулук 2002
Содержание
Введение….............................................................................................стр. 3
1 Модули…………………………………………………...……..........стр. 4
1.1 Структура модулей………………………………………...........стр. 6
1.2 Заголовок модулей и связь модулей друг с другом……….…стр. 8
1.3 Интерфейсная часть……………………………………………стр. 9
1.4 Исполняемая часть………………………………………...…...стр. 10
1.5 Инициирующая часть………………………....…………...…стр. 11
1.6 Компиляция модулей………………………………….......…стр. 12
1.7 Доступ к объявленным в модуле объектам……………..........стр. 14
1.8 Стандартные модули…………………………………………стр. 15
2 Объекты……………………………………………………………..стр. 17
2.1 Основные принципы ООП……………………………………стр. 19
2.2 Инкапсуляция………………………………………………….стр. 20
2.3 Наследование…………………………………………………стр. 22
2.4 Полиморфизм…...……………………………………………стр. 24
Заключение……………………………………………………………стр. 26
Список используемых источников…………………………………..стр. 27
Приложение А………………………………………………………...стр. 28
|
|
|
Введение
В 1992 году фирма Borland International выпустила два пакета программирования на использовании языка Паскаль, - Borland Pascal 7.0 и Turbo Pascal 7.0.
Пакет Borland Pascal 7.0 учитывает многие новейшие достижения в программировании и практике создания программ и включает в себя три режима работы: в обычном режиме операционной системы MS DOS, в защищенном режиме MS DOS и в среде Windows. Обладая расширенными возможностями, пакет Borland Pascal 7.0 тем не менее требует для использования всех своих возможностей довольно большую память – примерно 30 Мбайт на жестком диске и не менее 2 Мбайт оперативной памяти.
Пакет Turbo Pascal 7.0 обладает ограниченными возможностями и позволяет работать только в обычном режиме MS DOS. Начинающему программисту, по-видимому, целесообразно начать изучение языка и среды именно с этого пакета.
Язык характеризуется расширенными возможностями по сравнению со стандартом, хорошо развитой библиотекой модулей, позволяющих использовать возможности операционной системы, создавать оверлейные структуры, организовывать ввод-вывод, формировать графическое изображение и т.д.
Среда программирования позволяет создавать тексты программ, компилировать их, находить ошибки и оперативно их исправлять, компоновать программы из отдельных частей, включая стандартные модули, отлаживать и выполнять отлаженную программу.
В данной работе будут описаны основные возможности языка, работа в интегрированной среде, набор стандартных модулей.
Паскаль - замечательный язык программирования, который относительно прост в изучении, довольно ясен и логичен и, будучи первым изучаемым языком программирования, приучает к хорошему стилю. Паскаль воспитывает дисциплину структурного программирования и программирования вообще лучше, чем другие языки программирования, такие, как, например Бейсик.
Паскаль – гибкий и развитый в отношении типов данных язык. Привлекательны его рекурсивные возможности, а также поддержка технологии объектно-ориентрованного программирования.
|
|
|
Модули
Модуль - это автономно компилируемая программная единица, включающая в себя различные компоненты раздела описаний (типы, константы, переменные, процедуры и функции) и, возможно, некоторые исполняемые операторы инициирующей части.
Наличие модулей в Turbo Pascal позволяет программировать и отлаживать программу по частям, создавать библиотеки подпрограмм и данных, воспользоваться возможностями стандартных модулей, практически неограниченно увеличивать кодовую (содержащую коды команд) часть программы.
Модуль содержит описания типов данных, переменных и других объектов, а также подпрограммы, которые используются в различных программах. Подпрограмму имеет смысл включать в состав модуля в том случае, когда она реализует действие, которое приходится выполнять достаточно часто. Подпрограммы, входящие в модуль, можно написать, отладить и откомпилировать один раз, а использовать многократно.
Модули представляют собой прекрасный инструмент для разработки библиотек прикладных программ и мощное средство модульного программирования. Важная особенность модулей заключается в том, что компилятор Турбо Паскаля размещает их программный код в отдельном сегменте памяти. Максимальная длина сегмента не может превышать 64 Кбайта, однако количество одновременно используемых модулей ограничивается лишь доступной памятью, что дает возможность создавать весьма крупные программы.
Доступ к описаниям, функциям и процедурам модуля обеспечивает оператор использования Uses, в котором указывается имя модуля. Этот оператор размещается в разделе описаний программы, сразу после заголовка. Если в программе используется не один модуль, а несколько, необходимо указать имена всех модулей, перечислив их через запятую. Исключением является модуль System, ссылка на который необязательна. Этот модуль содержит, в частности, процедуры файлового ввода/вывода, процедуры и функции для работы со строками и некоторые другие.
Модуль начинается заголовком
unit unit_name;
где unit_name – имя модуля, которое выбирается в соответствии с правилами Паскаля. Файл, содержащий модуль, обязан иметь то же имя, что и модуль.
|
|
|
Разберем в качестве примера модуль с описанием гиперболических функций, которых нет в числе встроенных функций языка Паскаль, но эти функции достаточно часто появляются в прикладных задачах, и поэтому имеет смысл включить их в состав библиотечного модуля. Доступ к функциям из этого модуля обеспечивает оператор использования Uses, в котором указывается имя модуля. Итак, сам модуль выглядит следующим образом.
{$N+}
unit hyp_fun;
interface
type
Float = Extended;
function sinh(x: Float): Float;
function cosh(x: Float): Float;
function tanh(x: float): Float;
implementation
var
t: Float;
function sinh(x: Float): Float;
begin
t:= Exp(x);
sinh:= 0.5*(t – 1.0/t);
end;
function cosh(x: Float): Float;
begin
t:= Exp(x);
cosh:= 0.5*(t + 1.0/t);
end;
function tanh(x: Float): Float;
begin
t:= Exp(2.0*x);
tanh:= (t – 1.0) / (t + 1.0);
end;
end.
Зарезервированные слова interfaceи implementation здесь играют важную роль. Каждый модуль имеет части (секции), озаглавленные этими словами. Секция interface (она называется интерфейсной секцией) содержит описания констант, типов, переменных и процедур, доступных из вызывающей программы или модуля. Секция implementation(секция реализации) содержит исходный код программы. Она может также содержать локальные описания, такие как var t: Real; из нашего примера.
Каждый модуль начинается с зарезервированного слова unit и заканчивается словом end, за котором следует точка. Для этого end не требуется соответствующего слова begin, хотя можно и поставить его непосредственно перед end. Оператор type в начале нашего модуля определяет тип Float, который в данном случае эквивалентен типу Extended. Указав, справа от знака равенства любой другой эквивалентный тип, можно изменить точность вычисления гиперболических функций.
Структура модулей
Модуль имеет следующую структуру:
| Unit module_name |
| Interface |
| Интерфейсная секция |
| Implementation |
| Секция реализации |
| Секция инициализации |
Рис. 1. Структура модуля
Здесь Unit - зарезервированное слово (единица), начинает заголовок модуля; name - имя модуля (правильный идентификатор). Interface – интерфейсная секция – содержит те описания типов, переменных и других объектов данных, которые можно использовать в других программах или модулях. Секция реализации начинается с зарезервированного слова implementation. Все описания, содержащиеся в секции реализации, являются локальными, их область действия – данный модуль. Здесь же содержаться полные описания функций и процедур модуля. Последняя часть модуля – секция инициализации. Она может быть пустой и содержать только зарезервированное слово end или включать в себя исполняемые операторы, выполняющие необходимые действия по инициализации (например, по присваиванию начальных значений переменным) модуля.
|
|
|
В качестве примера рассмотрим модуль func1 /см. приложение А/, расширяющий вычислительные возможности Турбо Паскаля, так как он содержит функции, отсутствующие в стандартных модулях системы. Среди «стандартных» функций – синус (Sin), косинус (Cos), арктангенс (ArcTan), экспонента (Exp), натуральный логарифм (Ln), квадрат числа (Sqr) и квадратный корень из него (Sqrt). В модуле func1 имеются тангенс (Tan), арксинус (ArcSin) и арккосинус (ArcCos), функции перевода градусной меры в радианную и наоборот (Degrees_to_Radians, Radians_to_Degrees), набор гиперболических функций (Sinh, Cosh, Tanh), а также десятичный логарифм (Log10) и произвольная степень числа (Power).
Напомню математическое определение гиперболических функций:
В нашем примере интерфейсная секция содержит описания вещественного типа float, а также константу Infinity – «бесконечно большое значение». Бесконечность здесь понимается, разумеется, в смысл машинной арифметики, как значение, близкое к максимально допустимому для типа Extended. Далее следуют заголовки функций модуля.
Секция реализации содержит константы, используемые в подпрограммах-функциях. Затем идут полные описания функций. Вычисление тангенса использует «классическое» определение этой функции как отношение синуса к косинусу. Учтено также приближение значения тангенса к бесконечности при определенных значениях аргумента. В этом случае функция возвращает «машинную бесконечность».
При программировании арксинуса и арккосинуса следует учитывать то, что эти функции – многозначные. В нашем случае вычисляется «главное значение», лежащее в интервале [-p/2, p/2] (для арксинуса) или [0, p] (для арккосинуса) радиан. Для этого используются формулы, известные из курса элементарной математики.
При вычислении гиперболических функций учитывается то обстоятельство, что уже при относительно небольших значениях аргумента вычисление экспоненты приводит к арифметическому переполнению. В этом случае функция возвращает «бесконечное» значение.
|
|
|
Заголовок модуля и связь модулей друг с другом
Заголовок модуля состоит из зарезервированного слова Unit - следующего за ним имени модуля. Для правильной работы среды Турбо Паскаля и возможности подключения средств, облегчающих разработку крупных программ, это имя должно совпадать с именем дискового файла, в который помещается исходный текст модуля. Если, например, имеем заголовок
Unit Global;
то исходный текст соответствующего модуля должен размещаться в дисковом файле GLOBAL.PAS. Имя модуля служит для его связи с другими модулями и основной программой. Эта связь устанавливается специальным предложением
Uses <сп.модулей>
Здесь Uses - зарезервированное слово (использует);
<сп.модулей> - список модулей, с которыми устанавливается связь;
элементами списка являются имена модулей, отделяемые друг от друга
запятыми, например:
Uses CRT, Graph, Global:
Если объявление Uses... используется, оно должно открывать раздел описаний основной программы. Модули могут использовать другие - модули. Предложение Uses в модулях может следовать либо сразу за зарезервированным словом Interface, либо сразу за словом Implementation.
Интерфейсная часть
Через интерфейс осуществляется взаимодействие основной программы с модулем (модуля с модулем). В интерфейсе указываются константы, типы, переменные, процедуры и функции, которые могут быть использованы основной программой (модулем) при вызове этого модуля.
Интерфейсная часть открывается зарезервированным словом Interface. В этой части содержатся объявления всех глобальных объектов модуля (типов, констант, переменных и подпрограмм), которые должны стать доступными основной программе и/или другим модулям. При объявлении глобальных подпрограмм в интерфейсной части указывается только их заголовок, например:
Unit Cmplx;
Interface
type
complex = record
re, Im: real
end;
Procedure AddC (x, у: complex; var z: complex);
Procedure MulC (x, у: complex; var z: complex);
Если теперь в основной программе написать предложение
Uses Cmplx;
то в программе станут доступными тип Complex и две процедуры - AddC и МulC из модуля Cmplx.
Отметим, что объявление подпрограмм в интерфейсной части автоматически сопровождается их компиляцией с использованием дальней; модели памяти. Таким образом, обеспечивается доступ к подпрограммам из основной программы и других модулей.
Следует учесть, что все константы и переменные, объявленные интерфейсной части модуля, равно как и глобальные константы и переменные основной программы, помещаются компилятором Турбо Паскаля в общий сегмент данных (максимальная длина сегмента 65536 байт). Порядок появления различных разделов объявлений и их количество может быть произвольным. Если в интерфейсной части объявляются внешние подпрограммы или подпрограммы в машинных кодах, их тела (т.е. зарезервированное слово External, в первом случае, и машинные коды вместе со словом Inline - во втором) должны следовать сразу за их заголовками в исполняемой части модуля (не в интерфейсной). В интерфейсной части модулей нельзя использовать опережающее описание.
В интерфейсах различных модулей недопустимо циклическое обращение друг к другу, т.к. компилятор в этом случае не может установить связей.
Исполняемая часть
Исполняемая часть включает все подпрограммы модуля. Она может также включать локальные метки, константы, типы и переменные.
Исполняемая часть начинается зарезервированным словом Implementation и содержит описания подпрограмм, объявленных в интерфейсной части. В ней могут объявляться локальные для модуля объекты - вспомогательные типы, константы, переменные и блоки, а также - метки, если они используются в инициирующей части.
Описанию подпрограммы, объявленной в интерфейсной части модуля, в исполняемой части должен предшествовать заголовок, в котором можно опускать список формальных переменных (и тип результата для функции), так как они уже описаны в интерфейсной части. Но если заголовок подпрограммы приводится в полном виде, т.е. со списком формальных параметров и объявлением результата, он должен совпадать с заголовком, объявленным в интерфейсной части, например:
Unit Cmplx;
Interface
type
complex = record;
re, im: Real;
end;
Procedure AddC (x, у: complex; var r: complex);
Implementation
Procedure AddC;
begin
z.re:= x.re + y.re;
z,im:= x.Im * y.im;
end;
end.
Локальные переменные и константы, а также все программные коды, порожденные при компиляции модуля, помещаются в общий сегмент памяти.
В отличие от интерфейсов модулей в исполнительных частях модулей допустимо циклическое обращение друг к другу, т.к. все равно взаимодействие осуществляется через интерфейсы, и здесь не возникает проблемы с установлением необходимых связей.
Инициирующая часть
В некоторых случаях перед обращением к модулю следует провести его инициализацию (например, установить связь с теми или иными файлами с помощью процедуры Assign, инициализировать какие-то переменные и т.д.). Необходимые действия можно выполнить в секции инициализации модуля. Эта секция начинается словом begin, после которого идут исполняемые операторы, а затем помещается слово end. (с точкой), например:
begin
Assign (F1, ‘ FILE1.DAT ‘);
end.
В инициирующей части размещаются исполняемые операторы, содержащие некоторый фрагмент программы. Эти операторы исполняются до передачи управления основной программе и обычно используются для подготовки ее работы. Например, в них могут инициироваться переменные, открываться нужные файлы, устанавливаться связи с другими ПК по коммуникационным каналам и т.п.:
Unit FileText;
Interface
Procedure Prlnt (t: string);
Implementation
var f: Text;
const
name = ' OUTPUT. TXT ';
Procedure Print;
begin
WriteLn (f, s);
end;
{Начало инициирующей части:}
begin
Assign (f, name);
Rewrite (f);
{Конец инициирующей части:}
end.
Следует иметь в виду, что операторы секции инициализации выполняются единственный раз в момент запуска программы.
Если инициализация модуля не нужна, то в секции помещается лишь слово end.
Компиляция модулей
В среде Турбо Паскаля имеются средства, управляющие способом компиляции модулей и облегчающие разработку крупных программных проектов. В частности, определены три режима компиляции: COMPILE, МАКЕ и BUILD. Режимы отличаются только способом связи, компилируемого модуля или основной программы с другими модулями, объявленными в предложении USES.
При компиляции модуля или основной программы в режиме COMPILE все упоминающиеся в предложении USES модули должны быть предварительно откомпилированы, и результаты компиляции помещены в одноименные файлы с расширением.TPU. Например, если в программе (модуле) имеется предложение
Uses Global;
то на диске в каталоге, объявленном опцией UNIT DIRECTORIES, уже должен находиться файл GLOBAL.TPU. Файл с расширением TPU (от англ. Turbo Pascal Unit) создается в результате компиляции модуля.
В режиме МАКЕ компилятор проверяет наличие TPU-файлов для каждого объявленного модуля. Если какой-либо из файлов не обнаружен, система пытается отыскать одноименный файл с расширением.PAS, т.е. файл с исходным текстом модуля, и, если.PAS-файл найден, приступает к его компиляции. Кроме того, в этом режиме система следит за возможными изменениями исходного текста любого используемого модуля. Если в PAS-файл (исходный текст модуля) внесены какие-либо изменения, то независимо от того, есть ли уже в каталоге соответствующий TPU-файл или нет, система осуществляет его компиляцию перед компиляцией основной программы. Более того, если изменения внесены в интерфейсную часть модуля, то будут перекомпилированы также и все другие модули, обращающиеся к нему. Режим МАКЕ, таким образом, существенно облегчает процесс разработки крупных программ с множеством модулей: программист избавляется от необходимости следить за соответствием существующих TPU-файлов их исходному тексту, так как система делает это автоматически.
В режиме BUILD существующие TPU-файлы игнорируются, и система пытается отыскать (и компилировать) соответствующий PAS-файл для каждого объявленного в предложении USES модуля. После компиляции в режиме BUILD программист может быть уверен в том, что учтены все сделанные им изменения в любом из модулей.
Подключение модулей к основной программе и их возможная компиляция осуществляются в порядке их объявления в предложении USES. При переходе к очередному модулю система предварительно отыскивает все модули, на которые он ссылается. Ссылки модулей друг на друга могут образовывать древовидную структуру любой сложности, однако запрещается явное или косвенное обращение модуля к самому себе. Например, недопустимы следующие объявления:
Unit A; Unit B;
Interface Interface
Uses S; Uses A;
Implementation Implementation
end.
end.
Это ограничение можно обойти, если «спрятать» предложение USES в исполняемые части зависимых модулей:
Unit A; Unit B;
Interface Interface
Implementation Implementation
Uses B; Uses A;
end.
end.
Дело в том, что Турбо Паскаль разрешает ссылки на частично откомпилированные модули, что приблизительно соответствует опережающему описанию подпрограммы. Если интерфейсные части любых двух модулей независимы (это непременное условие!), Турбо Паскаль сможет идентифицировать все глобальные идентификаторы в каждом из модулей, после чего откомпилирует тела модулей обычным способом.
|
|
|
12 |
