Введение в объектно-ориентированное программирование на языке Object Pascal: Методические указания к курсу компьютерных наук

М

И Н И СТ Е РСТ В О О Б РА ЗО В А Н И Я И Н А У К И

Ф

ИВ АНО КАФ

РО

ССИ Й СК О Й

Ф

Е Д Е РА Ц И И

Е Д Е РА Л Ь Н О Е А Г Е Н Т СТ В О ПО О Б РА ЗО В А Н И Ю В СК И Й Г О СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

Е Д РА В Ы ЧИ СЛ И Т Е Л Ь Н О Й И ПРИ К Л А Д Н О Й М А Т Е М А Т И К И

В В Е Д Е Н И Е В О Б ЪЕ К Т Н О -О РИ Е Н Т И РО В А Н Н О Е ПРО Г РА М М И РО В А Н И Е Н А Я ЗЫ К Е OBJECT PASCAL

М етодические указания к курсукомп ь ю терны х наук

И в анов о И з д ат ел ь с т в о«И в анов с кий гос уд арс т в енны й унив ерс ит ет » 2005

С оста вител ь: с т арш ий препод ав ат ел ь кафед ры в ы чис л ит ел ь ной и прикл ад ной м ат ем ат ики Е . В . Со ко лов

Рас с м ат рив ают с я ос нов ны е понят ия объект но-ориент иров анного програм м иров ания и егореал из ация в яз ы ке Object Pascal, яв л яющем с я час т ь ю с ред ы раз работ ки Borland Delphi. Пред наз начает с я с т уд ент ам 2-3 курс ов м ат ем ат ичес кого факул ьт ет а, обучающим с я по с пециал ь нос т и/направ л ению «М ат ем ат ика» и направ л ению «М ат ем ат ика. Ком пь ют ерны е науки» .

П е ча та е тся по ре ш е н ию методиче ской комиссии ма тема тиче ског о фа кул ьте та Ива н овског ог осуда рстве н н ог о ун иве рсите та

Ре це н зе н т канд ид ат физ ико-м ат ем ат ичес кихнаук, д оцент Н . И . Я ц кин

Ó И з д ат ел ь с т в о«И в анов с кий гос уд арс т в енны й унив ерс ит ет » , 2005

СО Д Е РЖ А Н И Е В ведение ....................................................................................................... 4 1. М одуль но е п ро граммирование ............................................................ 6 1.1. М од ул и и ихс т рукт ура ................................................................... 6 1.2. И с пол ь з ов ание м од ул ей ................................................................ 11 1.3. Ос обеннос т и под кл ючения м од ул ей ............................................ 13 Упражнения ........................................................................................... 15 2. О б ъектно е п ро граммирование .......................................................... 16 2.1. Кл ас с ы и объект ы .......................................................................... 16 2.2. И с пол ь з ов ание кл ас с ов ................................................................. 18 2.3. Реал из ация кл ас с а ......................................................................... 22 2.4. Обл ас т и в ид им ос т и чл енов кл ас с а .............................................. 23 2.5. Конс т рукторы и д ес т рукторы ....................................................... 30 Упражнения ........................................................................................... 33 3. О б ъектно -о риентированно е п ро граммирование ........................... 34 3.1. Н ас л ед ов ание ................................................................................. 34 3.2. Сов м ес т им ос т ь кл ас с ов и ее ос обеннос т и .................................. 40 3.3. Опред ел ение т ипа объект а в ов рем я в ы пол нения ...................... 42 3.4. Ст ат ичес кое и д инам ичес кое с в яз ы в ание ................................... 45 3.5. Абс т ракт ны е м етод ы и кл ас с ы ..................................................... 51 Упражнения ........................................................................................... 55 4. Реализац ияо б ъектно й модели ........................................................... 56 4.1. Указ ат ел и на под програм м ы ......................................................... 56 4.2. Абс т ракт ны е кл ас с ы и обобщенны е ал горит м ы ......................... 59 4.3. Н ас л ед ов ание ................................................................................. 62 4.4. Динам ичес кое с в яз ы в ание ............................................................ 66 4.5. Вопрос ы опт им из ации .................................................................. 69 Заклю чение ............................................................................................... 77 Ч точит ат ь д ал ь ш е? .............................................................................. 79

3

В В Е Д Е НИЕ Объект но-ориент иров анное програм м иров ание пол учил орас прос т ранение в о в торой пол ов ине 80-хгод ов прош л ого в ека прежд е в с его как э ффект ив ная т ехнол огия раз работ ки бол ь ш ихпроектов . Как с л ед с т в ие, его ид еол огию и преим ущес т в а л егче понят ь чел ов еку, уже им еющем у опы т под обной работ ы с ис пол ь з ов анием т рад иционны хс ред с т в . В тоже в рем я в ряд л и цел ес ообраз ноприобрет ат ь т акой опы т л иш ь рад и из учения нов огопод ход а. В нас тоящем пос обии пред принят а попы т ка показ ат ь , как пол учит ь в ы игры ш от ис пол ь з ов ания объект ной т ехнол огии д аже в от нос ит ел ь но небол ь ш ихпрограм м ах. И з л ожение с т ав ит с в оей цел ь ю в ы пол нит ь наибол ее пл ав ны й переход от процед урногок объект но-ориент иров анном у програм м иров анию, не т ребуя от чит ат ел я с раз у же начат ь «м ы с л ит ь в т ерм инахООП» . Пред пол агает с я, чтоз наком с т в ос нов ы м и в оз м ожнос тям и и прим ерам и их прим енения пом ожет програм м ис т у оценив ат ь э ффект от ис пол ь з ов ания объект ногопод ход а в егопроект е и раз рабат ы в ат ь с т рукт уру кл ас с ов , ис ход я из ожид аем ы хрез ул ь т атов . Пос кол ь ку из д ание ориент иров анов перв ую очеред ь на с л уш ат ел ей кл ас с ичес кихунив ерс ит етов , в нем уд ел яет с я опред ел енное в ним ание с в яз ям програм м иров ания и т еорет ичес кой м ат ем ат ики. Раз в ет в л енная с ис т ем а абс т ракт ны хпонят ий пос л ед ней поз в ол яет л егкопрод ем онс т риров ат ь как преим ущес т в а нов ы хм еханиз м ов , т ак и ограниченнос т ь ихв оз м ожнос т ей. И з л ожение в д анном пос обии в ед ет с я с ис пол ь з ов анием яз ы ка Object Pascal, которы й яв л яет с я час т ь ю с ред ы раз работ ки Borland Delphi (в с е прив од им ы е прим еры т ес т иров ал ис ь в с ед ь м ой в ерс ии пакет а). Х орош оиз в ес т но, чтоПас кал ь раз рабат ы в ал с я Н . Виртом прежд е в с егокак учебны й яз ы к, и Object Pascal в опред ел енной м ере унас л ед ов ал э т у ос обеннос т ь . От с ут с т в ие в нем м ногихв оз м ожнос т ей, прис ущих C++ и Java, на начал ь ном э т апе из учения оказ ы в ает с я с корее преим ущес т в ом , чем нед ос т ат ком . Вм ес т е с т ем , объект ны е м од ел и э т ихт рехяз ы ков им еют м ногообщего, т ак чтос фера прим енения пол ученны хз наний не ограничив ает с я л иш ь програм м иров анием в Delphi. Перв ая час т ь пос обия с од ержит необход им ы е с в ед ения о с оз д ании библ иот ек. Х отя раз биение ис ход ного код а проект а на отд ел ь ны е м од ул и не им еет прям огоот нош ения к объект ном у програм м иров анию, без него не м огут бы т ь в пол ной м ере реал из ов аны абс т ракт ны е т ипы д анны х, опис анию раз работ ки которы хпос в ящена в торая час т ь . Т рет ь я 4

час т ь показ ы в ает, каким образ ом м еханиз м ы объект но-ориент иров анногопрограм м иров ания ис пол ь з уют с я д л я с оз д ания обобщенны хал горит м ов , прим еним ы хк д анны м пот енциал ь но бес конечногом ножес т в а т ипов . Н аконец, в чет в ертой час т и рас с м ат рив ают с я д в е нес кол ь кораз л ичны е реал из ации объект ной м од ел и и произ в од ит с я с рав нение в оз м ожнос т ей нов ой т ехнол огии и процед урногопрограм м иров ания. Сл ед ует от м ет ит ь , что круг в опрос ов , с в яз анны х с объект ны м под ход ом , не ис черпы в ает с я перечис л енны м и т ем ам и. Пол нос т ь ю з а рам кам и обс ужд ения ос т ал ис ь , в час т нос т и, кл ас с ы -конт ейнеры и м ножес т в енное нас л ед ов ание. Поэ той причине в пос обии не упом инают с я кл ас с ов ы е м етод ы и с с ы л ки, инт ерфейс ы объектов . Пред пол агает с я, чточит ат ел ь буд ет з наком ит ь с я с м атериал ом пос л ед ов ател ь но; текс т, которы й при перв ом прочт ении м ожно опус т ит ь , в ы д ел яет с я м ел ким ш рифтом . Дл я поним ания прим еров т ребует с я им еть пред с т ав л ение об ос нов ны хконс т рукцияхи т ипахяз ы ка Пас кал ь , в кл ючая з апис и, а т акже ос пос обахд инам ичес когоуправ л ения пам ят ь ю.

5

1. М О Д У Л ЬН О Е ПРО Г РА М М И РО В А Н И Е 1.1. М одули и их структура Соз д ание м од ул ей яв л яет с я с в яз ующим з в еном м ежд у процед урно-ориент иров анны м програм м иров анием , которое бы л онаибол ее попул ярной парад игм ой раз работ ки програм м ного обес печения в 1970-хгод ах, и информ ационно-ориент иров анны м (объект ны м ) програм м иров анием , с м енив ш им егов 1980-х. М одул ем в Object Pascal наз ы в ает с я с пециал ь ны м образ ом оформ л енная библ иот ека под програм м (процед ур и функций), которая м ожет т акже с од ержат ь объяв л ения нов ы хт ипов д анны х, перем енны хи конс т ант. Как и програм м у в цел ом , м од ул ь м ожнос ком пил иров ат ь . Рез ул ь т атом ком пил яции яв л яет с я файл , с очет ающий м аш инны й (пл ат форм оз ав ис им ы й) код под програм м м од ул я с т екс тов ы м и д анны м и: объяв л ениям и т ехже под програм м , а т акже т ипов , перем енны хи конс т ант, в в од им ы х в м од ул е. Сам ос тоят ел ь но з апус т ит ь на в ы пол нение э тот файл нел ь з я, од накоинформ ация из негов пос л ед с т в ии м ожет бы т ь ис пол ь з ов ана ком понов щиком (linker) д л я с борки програм м , в которы хим еют с я с с ы л ки на чл ены м од ул я. При э том упом янут ы е в ы ш е т екс тов ы е д анны е в ы с т упают в качес т в е опис ания с од ержим ого файл а, т ак что ис ход ны й код библ иот еки на э том э т апе оказ ы в ает с я уже не нужны м . Ос нов ное наз начение м од ул ей с ос тоит в раз биении бол ь ш ихпрограм м на от нос ит ел ь но нез ав ис им ы е час т и, с од ержащие л огичес ки с в яз анны е м ежд у с обой код и д анны е. Под обное раз биение упрощает с т руктуру програм м ы и поз в ол яет раз рабаты в ать отд ел ь ны е ее час т и нез ав ис им ои парал л ел ь но(в том чис л е раз л ичны м и л юд ь м и). Пом им оэ тогом од ул и неред ко в ы с тупают и в качес т в е конечного прод укт а, ес л и цел ь ю проект а яв л яет с я с оз д ание библ иот еки, которая м ожет м ногократнои без каких-л ибо из м енений ис пол ь з ов ат ь с я в раз ны хпрограм м ах. Как бы л о отм ечено в ы ш е, д л я под кл ючения т акой библ иот еки д ос т аточно л иш ь с ком пил иров анны хфайл ов , поэ том у появ л яет с я в оз м ожнос т ь раз работ ки ком м ерчес кихпрод уктов , не пред ос т ав л яющихд ос тупа к ис ход ном у код у. В Object Pascal ис ход ны й т екс т м од ул я хранит с я в од ном файл е с рас ш ирением pas. Э тот файл начинает с я с з арез ерв иров анного с л ов а unit (м од ул ь ), з а которы м через пробел с л ед ует им я м од ул я, з ав ерш аем ое точкой с з апятой. И м я м од ул я д ол жно с ов пад ат ь с им енем файл а, с од ержащегоегоис ход ны й код (в кл ючая регис т р с им в ол ов ). Заканчив а6

ет с я файл з арез ерв иров анны м с л ов ом end с точкой на конце. Прос т ранс т в о м ежд у з агол ов ком м од ул я и з ав ерш ающим end. раз бив ает с я на чет ы ре ра здел а : ин те рфе йса , ре а л иза ции, ин ициа л иза ции и фин а л иза ции (с л ед ующихим еннов т аком поряд ке). Раз д ел реал из ации начинает с я с кл ючев огос л ов а implementation и с инт акс ичес ки почт и ид ент ичен програм м е с той л иш ь раз ницей, что не с од ержит гл ав ногобл ока begin ¼ end. Б ол ее точноэ тооз начает, что з д ес ь м ожет рас пол агат ь с я л юбое кол ичес т в о опред ел ений процед ур и функций, с екций объяв л ения т ипов , перем енны хи конс т ант, с л ед ующих в произ в ол ь ном поряд ке. При э том , од нако, не с л ед ует з абы в ат ь , что ид ент ификаторы , как прав ил о, д ол жны бы т ь объяв л ены д ос в оегоперв огоис пол ь з ов ания. Раз д ел объяв л ений ил и инт ерфейс а (interface) м ожет с од ержат ь объяв л ения т ипов , перем енны хи конс т ант, им ена которы хд ол жны бы т ь уникал ь ны в пред ел ахм од ул я. Кром е того, с юд а пом ещают объяв л ения некоторы х(необяз ат ел ь но в с ех) под програм м , опред ел енны хв раз д ел е реал из ации 1. Е с л и объяв л ение под програм м ы наход ит с я в раз д ел е инт ерфейс а, тов раз д ел е реал из ации с пис ок ее парам ет ров м ожноопус т ить . В прот ив ном с л учае он д ол жен в точнос ти с оот в ет с тв ов ать прив ед енном у ранее. Вс е чл е н ы м од ул я (т ипы д анны х, перем енны е, конс т ант ы , процед уры и функции), перечис л енны е в раз д ел е инт ерфейс а, наз ы в ают с я открытыми ( public); чл ены , объяв л енны е л иш ь в раз д ел е реал из ации — за крытыми ( private). Объяс нение э т им т ерм инам буд ет д анов с л ед ующем параграфе. Раз д ел ы инициал из ации и финал из ации (начинающиес я с л ов ам и initialization и finalization, с оот в ет с т в енно) яв л яют с я необяз ат ел ь ны м и. Кром е того, раз д ел финал из ации м ожет ис пол ь з ов ат ь с я л иш ь в м од ул ях, с од ержащихбл ок инициал из ации. Синт акс ичес ки оба э т ихраз д ел а э кв ив ал ент ны т ел у процед уры ил и функции. В час т нос т и, они не д ол жны с од ержат ь никакихобъяв л ений. 1

Зд ес ь и д ал ее под объявл е н ием под програм м ы поним ает с я в ы ражение, которое с ос тоит из кл ючев огос л ов а procedure ил и function, з а которы м с л ед уют им я под програм м ы , с пис ок ее парам ет ров и т ип в оз в ращаем огоз начения (в с л учае функции). Пол ное опис ание под програм м ы , в кл ючающее ее з агол ов ок (header), т ел о(body) и перечень л окал ь ны хконс т ант, перем енны хи под програм м , наз ы в ает с я определ е н ием. Э т а т ерм инол огия отл ичает с я от принятой в оригинал ь ной д окум ент ации, гд е опред ел ение (в наш ем с м ы с л е) наз ы в ает с я объяв л ением (declaration).

7

Ос нов ное наз начение раз д ел а инициал из ации — з ад ание с т артов ы х з начений перем енны х (наприм ер, с пом ощь ю д ат чика с л учайны х чис ел ) и раз м ещение в пам ят и д инам ичес кихс т рукт ур д анны х. Раз д ел финал из ации ис пол ь з ует с я д л я ос в обожд ения рес урс ов , которы е м огл и бы т ь з анят ы в процес с е в ы пол нения раз д ел а инициал из ации и под програм м из раз д ел а реал из ации. Т ипичны м и з ад ачам и яв л яют с я уд ал ение д инам ичес ки с оз д анны хперем енны х, з акры т ие файл ов и т. п. Сл ед ует учит ы в ат ь , что раз д ел финал из ации м ожет бы т ь в ы з в ан д оз ав ерш ения раз д ел а инициал из ации. Т акая с ит уация в оз никает, ес л и в процес с е в ы пол нения пос л ед негопояв л яет с я ош ибка ил и, гов оря бол ее точно, необработ анная ис кл ючит ел ь ная с ит уация. В з акл ючение э тогопараграфа прив ед ем прим ер реал из ации библ иот еки д л я работ ы с рационал ь ны м и чис л ам и. Она в кл ючает опред ел ения нов огот ипа Rational — з апис и с д в ум я пол ям и цел огот ипа num и den д л я хранения чис л ит ел я и з нам енат ел я — и в ос ь м и под програм м , работ ающихс д анны м и э тогот ипа. Перв ы е чет ы ре: функции Plus, Minus, Dot и Slash, пред с т ав л яют с обой обы чны е операторы с л ожения, в ы чит ания, ум ножения и д ел ения рационал ь ны хчис ел . Ос т ав ш иес я процед уры реал из уют т ак наз ы в аем ы е опе ра торы с присвое н ием. И хотл ичие с ос тоит в том , чторез ул ьт ат в ы пол нения с оотв ет с т в ующей операции с охраняет с я в перв ом аргум ент е. Т ак, наприм ер, в ы з ов процед уры Add: Add(r1, r2);

э кв ив ал ент ен в ы ражению r1 := Plus(r1, r2);

Очев ид но, что ис пол ь з ов ание перв ой инс т рукции э ффект ив нее: ис чез ает л иш няя операция прис в аив ания. Кром е того, в с л ед ующей час т и м ы ув ид им , чтораз рабат ы в ат ь и ис пол ь з ов ать операторы с прис в оением иногд а оказ ы в ает с я проще, чем обы чны е ал гебраичес кие операции. Пример 1.1. Б ибл иот ека д л я работ ы с рационал ь ны м и чис л ам и. unit UnitRational; interface // объявление типа Rational type Rational = record // рациональное число num: Integer; // числитель (numerator) den: Integer; // знаменатель (denominator) end;

8

// объявления подпрограмм function Plus(r1,r2:Rational): Rational; function Minus(r1,r2:Rational): Rational; function Dot(r1,r2:Rational): Rational; function Slash(r1,r2:Rational): Rational; procedure Add(var r1:Rational; r2:Rational); procedure Subtract(var r1:Rational; r2:Rational); procedure MultiplyBy(var r1:Rational; r2:Rational); procedure DivideBy(var r1:Rational; r2:Rational);

// // // // // // // //

Плюс Минус Точка Косая черта Прибавить Вычесть УмножитьНа РазделитьНа

{ Поскольку результат выполнения перечисленных выше процедур сохраняется в первом аргументе, этот аргумент должен быть передан по ссылке, а не по значению. } implementation uses SysUtils; // модуль включает поддержку исключений procedure Normalize(var r:Rational); { Процедура приводит рациональное число r, передаваемое в качестве параметра, к нормальной форме: числитель - целое число, знаменатель - натуральное. } begin if r.den=b then a:=a-b else b:=b-a; // по завершении цикла b=НОД(r.num,r.den) r.num:=r.num div b; r.den:=r.den div b; end; // определения подпрограмм, объявленыых в разделе интерфейса function Plus(r1,r2:Rational): Rational; var res: Rational; begin res.num:=r1.num*r2.den+r1.den*r2.num; res.den:=r1.den*r2.den; Normalize(res); Reduce(res);

9

result:=res; { Последняя инструкция эквивалентна выражению Plus:=res; Локальная переменная result неявно объявляется в каждой функции и имеет тип, совпадающий с типом возвращаемого значения. По завершении работы функции содержимое этой переменной передается вызывающей программе. } end; procedure Add(var r1:Rational; r2:Rational); var _num,_den:Integer; begin _num:=r1.num*r2.den+r1.den*r2.num; _den:=r1.den*r2.den; r1.num:=_num; r1.den:=_den; Normalize(r1); Reduce(r1); end; function Slash(r1,r2:Rational): Rational; var res: Rational; begin if r2.num=0 then raise Exception.Create('Division by zero'); { Если числитель второго аргумента равен нулю, возбуждается исключение с сообщением "Деление на ноль". } res.num:=r1.num*r2.den; res.den:=r1.den*r2.num; Normalize(res); Reduce(res); result:=res; end; procedure DivideBy(var r1:Rational; r2:Rational); var _num,_den:Integer; begin if r2.num=0 then raise Exception.Create('Division by zero'); _num:=r1.num*r2.den; _den:=r1.den*r2.num; r1.num:=_num; r1.den:=_den; Normalize(r1); Reduce(r1); end; ... { Определение оставшихся четырех процедур и функций совершенно аналогично и потому здесь опускается. В реальном коде оно обязательно должно присутствовать. } end.

10

Отл ичит ел ь ной ос обеннос т ь ю функции Slash и процед уры DivideBy яв л яет с я час т ичны й характ ер в ы пол няем ы хим и операций. Е с л и в торой ихаргум ент оказ ы в ает с я рав ны м нул ю, в оз никает искл ю чител ьн а я ситуа ция — с ос тояние програм м ы , при котором д ал ь нейш ее в ы пол нение т екущей под програм м ы нев оз м ожно. Воз бужд ение ис кл ючения, ос ущес т в л яем ое оператором raise, поз в ол яет прерв ат ь в ы чис л ения и пред ос т ав ит ь в ы з ы в ающей програм м е прав ос ам ой принят ь реш ение, как преод ол ет ь появ ив ш уюс я неод ноз начнос т ь . Она м ожет л ибо обра бота ть искл ю чител ьн ую ситуа цию , ес л и т а не яв л яет с я крит ичной д л я ос нов ного ал горит м а, л ибов с в ою очеред ь прекрат ит ь в ы пол нение с в ы д ачей с оот в ет с т в ующего с ообщения пол ь з ов ател ю. По ум ол чанию ис пол ь з ует с я в торой в ариант. М еханиз м ис кл ючений яв л яет с я э ффект ив ной ал ьт ернат ив ой за щищ е н н ой те хн ике прог ра ммирова н ия, ос нов анной на анал из е в оз в ращаем ы хт ем ил и ины м с пос обом код ахош ибки. 1.2. И сп о ль зование модулей Соз д анны й м од ул ь м ожет бы т ь ис пол ь з ов ан как в ос нов ной програм м е, т ак и в д ругом м од ул е; ихназ ы в ают кл ие н та ми д анногом од ул я. Под кл ючение ос ущес т в л яет с я пос ред с т в ом оператора uses (ис пол ь з ует ): uses ИмяМодуля;

В програм м е в с е операторы uses д ол жны с тоят ь с раз у пос л е з агол ов ка, в м од ул е — пос л е с л ов interface ил и implementation. В од ном операторе uses м ожноперечис л ит ь и нес кол ь коим ен, раз д ел ив ихз апят ы м и. Пос л е под кл ючения м од ул я кл иент у с т анов ят с я д ос т упны л иш ь его от кры т ы е чл ены (т. е. т е, которы е бы л и объяв л ены в с екции инт ерфейс а). Обращение к ним произ в од ит с я т ак, как ес л и бы они бы л и объяв л ены в с ам ом кл иент е. В час т нос т и, перем енны е и конс т ант ы с т анов ят с я гл обал ь ны м и. Воз м ожна, од нако, с ит уация, когд а раз ны е м од ул и с од ержат от кры т ы е чл ены с од инаков ы м и им енам и. В э том с л учае обращение к чл ену конкрет ногом од ул я ос ущес т в л яет с я при пом ощи в ы ражения ИмяМодуля.ИмяЧлена

Е с л и ис пол ь з ует с я т акая з апис ь , тогов орят, чтоим я чл ена ква л ифицирова н о им енем м од ул я. Б ол ее под робно пробл ем а перекры в ающихся объяв л ений рас с м ат рив ает с я в § 1.3.

11

В качес т в е прим ера рас с м от рим небол ь ш ую програм м у, т ес т ирующую библ иот еку из пред ы д ущегопараграфа. Пример 1.2. Т ес тов ая програм м а д л я библ иот еки из прим ера 1.1. program TestRational; {$APPTYPE CONSOLE} // директива компилятора, определяющая консольное // приложение uses UnitRational; // подключаем модуль нашей библиотеки var r1: Rational = (num: 1; den: 2); r2: Rational = (num: -2; den: 6); ra,rs,rm,rd: Rational; { Поскольку тип Rational объявлен в интерфейсной части модуля, мы можем использовать его для объявления переменных. После старта приложения переменные r1 и r2 инициализируются значениями 1/2 и -2/6. } begin ra:=Plus(r1,r2); // обращение к функциям и процедурам модуля rs:=Minus(r1,r2); // осуществляется просто по их именам, rm:=Dot(r1,r2); // однако допустимы и выражения вида rd:=Slash(r1,r2); // ra:=UnitRational.Plus(r1,r2); WriteLn('Plus: ',ra.num,'/',ra.den); WriteLn('Minus: ',rs.num,'/',rs.den); WriteLn('Dot: ',rm.num,'/',rm.den); WriteLn('Slash: ',rd.num,'/',rd.den); Add(ra,r2); Subtract(rs,r2); MultiplyBy(rm,r2); DivideBy(rd,r2); WriteLn('Add: ',ra.num,'/',ra.den); WriteLn('Sub: ',rs.num,'/',rs.den); WriteLn('Mul: ',rm.num,'/',rm.den); WriteLn('Div: ',rd.num,'/',rd.den); ReadLn; // ввод необходим только для предотвращения // автоматического закрытия окна консоли end.

В процес с е работ ы програм м а в ы в од ит с л ед ующую информ ацию: Plus: Minus: Dot: Slash:

1/6 5/6 -1/6 -3/2

12

Add: Sub: Mul: Div:

-1/6 7/6 1/18 9/2

Зд ес ь с т роки 3 и 7 д ем онс т рируют, в час т нос т и, коррект ную работ у процед уры Reduce, а 4 и 8 — т акже и процед уры Normalize. Обе они яв л яют с я з акры т ы м и, поэ том у непос ред с т в енное упот ребл ение в т ес тов ой програм м е в ы ражений т ипа Normalize(r2); Reduce(r2); прив ед ет к ош ибке на э т апе ком пил яции. В д ейс т в ит ел ь нос т и, раз д ел ение чл енов м од ул ей на от кры т ы е и з акры т ы е яв л яет с я од ним из ос нов ны хпреим ущес т в ис пол ь з ов ания пос л ед них. Онопоз в ол яет с кры т ь от кл иент а час т ь реал из ации ал горит м а, которую в пос л ед с т в ии м ожнобуд ет м од ифициров ат ь , не в нос я никаких из м енений в ис ход ны й код д анногокл иент а. Б ол ее того, ес л и библ иот ека яв л яет с я д инам ичес ки з агружаем ой, тоее кл иент ы не прид ет с я д аже переком пил иров ат ь . 1.3. О со б енно сти п одклю чениямодулей В э том параграфе нам буд ет уд обнос чит ат ь ос нов ную програм м у м од ул ем , в котором нет раз д ел а инт ерфейс а, а рол ь раз д ел ов инициал из ации и финал из ации играет гл ав ны й бл ок begin ¼ end. Операторы uses опред ел яют от нош ения з ав ис им ос т и м ежд у м од ул ям и, которы е очев ид ны м образ ом м огут бы т ь пред с т ав л ены в в ид е ориент иров анного г ра фа за висимосте й. Е с л и с ущес т вует пут ь , с в яз ы в ающий в э том графе в ерш ину, с оот в ет с т в ующую м од ул ю A, с в ерш иной, с оотв ет с т в ующей м од ул ю B, тогов орят, чтом од ул ь A косве н н о испол ьзуе т м од ул ь B. Пос кол ь ку граф з ав ис им ос т ей м ожет им ет ь практ ичес ки л юбой в ид , в оз м ожнос т ь кос в енного ис пол ь з ов ания порожд ает некоторы е пробл ем ы , которы е необход им оучит ы в ать при раз работ ке м од ул ей. Прежд е в с его з ам ет им , что м од ул ь м ожет кос в енно ис пол ь з ов ат ь с ам с ебя. Т акая с итуация с оот в ет с т в ует цикл у на графе и наз ы в ает с я цикл иче ской ссыл кой м од ул ей. Ком пил ятор з апрещает цикл ичес кую с с ы л ку, ес л и в с е с оотв ет с т в ующие ей операторы uses рас пол ожены в инт ерфейс ны хчас тяхм од ул ей. Т ем с ам ы м ис кл ючает с я в оз м ожнос т ь появ л ения с ам ос с ы л ающихсяобъяв л ений т ипов д анны х. От с юд а в ы т екает с л ед ующее прав ил о: под кл ючение м од ул я в раз д ел е инт ерфейс а в ы пол няет с я л иш ь тогд а, когд а его перем енны е, конс т ант ы ил и т ипы ис пол ь з уют с я в объяв л енияхд анногораз д ел а. Вов с ех 13

ос т ал ь ны хс л учаяхс оот в ет с т в ующий оператор uses пом ещает с я в раз д ел реал из ации. Поряд ок под кл ючения м од ул ей опред ел яет и поряд ок с рабат ы в ания ихраз д ел ов инициал из ации и финал из ации, причем с ущес т в енны м и з д ес ь оказ ы в ают с я не тол ь ков ид графа з ав ис им ос т ей, нои очеред нос т ь перечис л ения м од ул ей в операторах uses. Пос л ед ов ат ел ь нос т ь в ы пол нения э т ихраз д ел ов опред ел яет с я инд укт ив нос л ед ующим образ ом . Дл я м од ул я, не ис пол ь з ующегод ругихм од ул ей, процед урой инициал из ации буд ем наз ы в ат ь прос той в ы з ов его раз д ел а инициал из ации, ес л и тол ь коон уже не бы л в ы пол нен ранее. Пус т ь т еперь м од ул ь A под кл ючает м од ул и B1, B2, ¼, Bn (им еннов т аком поряд ке). Тогд а процед ура инициал из ации м од ул я A буд ет с ос тоят ь в пос л ед ов ат ел ь ном в ы з ов е процед ур инициал из ации м од ул ей B1, B2, ¼, Bn и з ав ерш ат ь с я в ы пол нением раз д ел а инициал из ации м од ул я A (с нов а при ус л ов ии, что э то не бы л ос д ел аноранее). Т аким образ ом , процед ура инициал из ации ос нов ной програм м ы прив од ит к од нократ ном у ис пол нению раз д ел ов инициал из ации в с ехм од ул ей, кос в енноею ис пол ь з уем ы х. Раз д ел ы финал из ации в ы з ы в ают с я в обрат ном поряд ке. Рас с м от рим небол ь ш ой прим ер. Пус т ь програм м а Program1 с од ержит оператор uses Unit1, Unit2, Unit3; и пус т ь м од ул и Unit1 и Unit2 т акже ис пол ь з уют м од ул ь Unit3. Т огд а граф з ав ис им ос т ей м од ул ей в ы гл яд ит с л ед ующим образ ом : Program1 Unit1

Unit2

Unit3

Пос л е с т арт а прил ожения начинает с я инициал из ация ос нов ной програм м ы и перв ой в ы з ы в ает с я процед ура инициал из ации м од ул я Unit1. Пос кол ь ку он ис пол ь з ует Unit3, то с начал а в ы пол няет с я раз д ел инициал из ации Unit3, а з ат ем — Unit1. Дал ее с л ед ует процед ура инициал из ации м од ул я Unit2. Т ак как Unit3 уже бы л инициал из иров ан, она с в од ит с я к в ы з ов у раз д ел а инициал из ации Unit2. Т рет ь ей пос чет у в ы пол няет с я процед ура инициал из ации Unit3, которая прос то ничего не д ел ает. Т еперь нас тупает черед ос нов ного бл ока програм м ы , по з ав ерш ении работ ы которого раз д ел ы финал из ации м од ул ей ис пол няют с я в обрат ном поряд ке: Unit2, Unit1, Unit3. Э тот прим ер показ ы в ает, в час т нос т и, что пос л ед ов ат ел ь нос т ь инициал из ации м од ул ей не в с егд а очев ид на раз работ чику програм м ы . 14

Поэ том у в д окум ент ации к некоторы м библ иот екам жес т коогов арив ают пос л ед ов ат ел ь нос т ь их под кл ючения. Реком енд ует с я т акже перв ы м и в операторахuses указ ы в ат ь с т анд арт ны е м од ул и Delphi. Раз работ чик с ис т ем ы библ иот ек, раз ум еет с я, т акже д ол жен учит ы в ат ь опис анную в ы ш е неод ноз начнос т ь . Пробл ем ы з д ес ь м огут бы т ь с в яз аны , в час т нос т и, с попы т кам и раз л ичны хм од ул ей з ахв ат ит ь од ни и т е же рес урс ы . Преод ол ет ь э т у неприят нос т ь м ожно, наприм ер, пос ред с т в ом ус т анов ки с оот в ет с т в ующихфл агов . Н аконец, еще од на с л ожнос т ь в ы з в ана т ем , чтов раз л ичны хм од ул яхм огут бы т ь объяв л ены чл ены с од ним и и т ем и же им енам и. Э т и чл ены с кры в ают д руг д руга и кл ючев ую рол ь з д ес ь с нов а играет поряд ок перечис л ения м од ул ей в операторе uses. Е с л и м од ул ь A пос л ед ов ат ел ь но под кл ючает м од ул и B1, B2, ¼, Bn, то объяв л ения м од ул я Bi + 1 с кры в ают объяв л ения м од ул я Bi, а объяв л ения м од ул я A — в с е объяв л ения м од ул ей Bk, 1 £ k £ n. Т ем не м енее, д ос туп к чл енам конкрет ного м од ул я в с егд а м ожнопол учит ь , кв ал ифициров ав им яэ тогочл ена им енем м од ул я. В качес т в е ил л юс т рации с нов а рас с м от рим прим ер, прив ед енны й в ы ш е. Пред пол ожим , чтом од ул ь Unit3 с од ержит от кры т ую перем енную x т ипа Integer, а м од ул ь Unit2 — перем енную с т ем же им енем , но уже т ипа Real. Т огд а в м од ул яхUnit1 и Unit3 перем енная x буд ет цел ой, а в м од ул е Unit2 — д ейс т в ит ел ь ной, т ак как в нем объяв л ение из м од ул я Unit3 с кры в ает с я с обс т в енны м . В ос нов ной програм м е перем енная x с нов а буд ет цел ой, пос кол ь ку пос л ед ним в операторе uses с тоит Unit3, д ос т уп же к в ещес т в енной перем енной м од ул я Unit2 ос ущес т в л яет с я с пом ощь ю в ы ражения Unit2.x. У п раж нения 1.1. Раз работ айт е библ иот еку д л я работ ы с цел очис л енны м и в екторам и д л ины n, гд е n — некоторая конс т ант а. У казание. Пом им о из в ес т ны хм ат ем ат ичес кихопераций д л я нов огот ипа раз ум ноопред ел ит ь под програм м ы , которы е реал из уют д ейс т в ия, с пецифичны е д л я програм м иров ания: прис в аив ание, с рав нение, с оз д ание копии.

1.2. Т а же з ад ача, но д л я м ат риц раз м ера n ´ n, эл ем ент ам и которы х яв л яют с я рационал ь ны е чис л а. При в ы пол нении арифм ет ичес ких операций в э том с л учае с л ед ует ис пол ь з ов ат ь под програм м ы из м од ул я UnitRational.

15

2. О Б ЪЕ К Т Н О Е ПРО Г РА М М И РО В А Н И Е 2.1. К лассы и о б ъекты Б ибл иот ека, пос т роенная в параграфе 1.1, им еет ряд нед ос т ат ков . Во-перв ы х, не в с якое з начение перем енной т ипа Rational, д опус т им ое с точки з рения ком пил ятора, яв л яет с я т аков ы м и с точки з рения л огики програм м ы . Т ак, наприм ер, ес л и оба пол я num и den некоторой з апис и r с од ержат нул и (а им еннот акие з начения они пол учают при с т ат ичес ком раз м ещении перем енной в пам ят и), то перед ача r в качес т в е перв огопарам ет ра л юбой из от кры т ы хпод програм м библ иот еки прив од ит к бес конечном у в ы пол нению цикл а в процед уре Reduce и, как с л ед с т в ие, к з ав ис анию програм м ы . Т аким образ ом , програм м ис т, ис пол ь з ующий библ иот еку, пос тояннод ол жен с л ед ит ь з а т ем , чтобы пол я в с ех ис пол ь з уем ы хим перем енны хим ел и д опус т им ы е з начения. Н а э том ожнов оз раз ит ь , прав д а, чтопров ерку з начений парам ет ров на коррект нос т ь с л ед ует прос то д обав ит ь к реал из ации операций. Од наков с л ожны хал горит м ахв ы з ов ы под програм м проис ход ят гораз д о чаще, чем яв ное прис в аив ание, поэ том у т акое реш ение прив ед ет к с нижению с корос т и ихв ы пол нения. Вторая пробл ем а м енее очев ид на, нот акже в ес ь м а с ущес т в енна. И нт ерфейс м од ул я UnitRational показ ы в ает, что к перем енны м объяв л енного в нем т ипа прим еним ы операции с л ожения, в ы чит ания, ум ножения и д ел ения. Вм ес т е с т ем нет никакогос пос оба форм ал ь ногоопред ел ения того, чтот а ил и иная операция, наприм ер, в з ят ие ос т ат ка от д ел ения, к ним н е приме н има . Пол ь з ов ат ел ь библ иот еки в ообще не обяз ан с т роит ь с в ои програм м ы л иш ь на пред ос т ав л енны хв его рас поряжение процед урахи функциях, в м ес то э того он м ожет факт ичес ки нарав не в раз работ чиком с оз д ав ат ь с обс т в енны е под програм м ы , оперирующие д анны м т ипом . В д ейс т в ит ел ь нос т и, от м еченны е неприят нос т и яв л яют с я час т ны м и с л учаям и бол ее общей пробл ем ы : от кры тос т и в нут ренней с т рукт уры т ипа Rational. В пред ы д ущей час т и м ы уже гов орил и о том , что с окры т ие реал из ации библ иот еки с оз д ает в оз м ожнос т ь ее из м енения без с оот в ет с т в ующей м од ификации код а кл иентов . Т очно т ак же с окры т ие реал из ации т ипа д анны хд ает програм м ис т у-раз работ чику пол ную с в обод у в в ы боре конкрет ного пред с т ав л ения э того т ипа и в оз м ожнос т ь конт рол я цел ос т нос т и егообъектов . 16

Н о ес л и с т рукт ура т ипа не в ид на пол ь з ов ат ел ю, то что же тогд а с л ужит егоопис анием ? В качес т в е т аков огот еперь в ы с т упают свойства объектов д анного т ипа, то ес т ь операции, которы е к ним прим еним ы . Т ип д анны хс ос кры т ы м в нут ренним пред с т ав л ением , опис анны й в т ерм инахд опус т им ы хопераций, наз ы в ают а бстра ктн ым. Зам ет им , чтоабс т ракт ны е т ипы им еют м ногообщегос понят иям и с ов рем енной м ат ем ат ики. Кажд ое в в ед ение в т еорию м ножес т в от м ечает, чтоприрод а ихэл ем ентов не им еет никакогоз начения: м ножес т в а и кл ас с ы опред ел яют с я прос то как с ущнос т и, над которы м и м ожно в ы пол нят ь опред ел енны е операции. Т оже с ам ое в ернои в от нош ении л юбого д ругого м ат ем ат ичес кого понят ия. Сл ед с т в ием т акого под ход а яв л яет с я пов ы ш енная рез ул ь т ат ив нос т ь : конечны й итог того ил и иного ис с л ед ов ания как прав ил ооказ ы в ает с я прим еним не к од ном у, а к цел ом у кл ас с у конкрет ны хобъектов . Абс т ракт ны е т ипы д анны х в ы пол няют анал огичную функцию, поз в ол яя с оз д ав ат ь ал горит м ы , не з ав ис ящие от реал из ации т ипа и потом у обл ад ающие з начит ел ь но бóл ь ш им в рем енем жиз ни. Б ол ее того, появ л яет с я в оз м ожнос т ь раз рабат ы в ат ь обобщ е н н ые а л г оритмы, которы е од нов рем еннои без каких-л ибоиз м енений м огут бы т ь прим енены к д анны м пот енциал ь нобес конечногом ножес т в а т ипов . В Object Pascal, как и в бол ь ш инс т в е д ругихс ов рем енны хяз ы ков програм м иров ания, абс т ракт ны е т ипы реал из уют с я пос ред с т в ом кл а ссов. Кл ас с ом з д ес ь наз ы в ает с я т ип д анны х, объед иняющий в с ебе с т рукт уру, анал огичную з апис и, и набор под програм м д л я работ ы с ней. Перем енны е кл ас с ов огот ипа наз ы в ают объе кта ми. Опред ел ение кл ас с а с ос тоит из д в ухчас т ей: ин те рфе йса и ре а л иза ции. И нт ерфейс раз м ещает с я в раз д ел е type и им еет с л ед ующий в ид : ИмяКласса = class СписокЧленов end;

гд е И м я Клас с а — л юбой д опус т им ы й ид ент ификатор, С пи с о кЧ лено в — с пис ок объяв л ений чл енов кл ас с а: пол е й и ме тодов (в оз м ожно, пус той). В д ейс т в ит ел ь нос т и, яз ы к Object Pascal ис пол ь з ует еще од ин т ип чл енов кл ас с а: свойства ( properties), которы й поз в ол яет с в яз ы в ат ь м ежд у с обой пол я и м етод ы . Св оим проис хожд ением он обяз ан, по-в ид им ом у, ос обеннос тям с ред ы раз работ ки, ис пол ь з уем ой Delphi. В отл ичие от с в ойс т в абс т ракт ны хт ипов , пол нос т ь ю опис ы в ающихв оз м ожнос т и экз ем пл яров , с в ойс т в а кл ас с а ис пол ь з уют с я в ос нов ном д л я пред с т ав л ения кол ичес т в енны ххаракт ерис т ик объект а. Н ичего принципиал ь но нов ого в объект ную м од ел ь с в ойс т в а не д обав л яют, поэтом у д ал ее м ы онихгов орит ь не буд ем .

17

Пол я кл ас с а, т ак же как и пол я з апис и, пред с т ав л яют с обой обы чны е перем енны е, с группиров анны е в од ну с т рукт уру. М етод ы — э то под програм м ы д л я работ ы с д анной с т рукт урой. Объяв л ения пол ей и м етод ов анал огичны объяв л ениям , с оот в ет с т в енно, перем енны хи под програм м . Рас с м от рим Пример 2.1. И нт ерфейс кл ас с а «Т реугол ь ник» . type Triangle = class a,b,c: Real; function Square: Real; function Perimeter: Real; end;

// // // //

класс треугольник поля - длины сторон метод для вычисления площади метод для вычисления периметра

Прив ед енное объяв л ение показ ы в ает, чтообъект ы кл ас с а Triangle характ ериз уют с я т рем я д ейс т в ит ел ь ны м и чис л ам и — д л инам и с торон, и что к кажд ом у объект у прим еним ы операции в ы чис л ения пл ощад и и перим ет ра. Отл ожим на в рем я в опрос о реал из ации м етод ов и пос м от рим , как ис пол ь з ов ат ь готов ы е кл ас с ы в програм м е. 2.2. И сп о ль зование классов Как и д ругие т ипы д анны х, кл ас с ы д ос т аточноред кофигурируют с обс т в еннов код е ал горит м ов . Обы чноихим ена упот ребл яют с я в объяв л енияхобъектов — перем енны хи парам ет ров под програм м . Ос обеннос т ь ю объект ной м од ел и яз ы ка Object Pascal яв л яет с я то, что в с е объект ны е перем енны е в нем пред с т ав л яют с обой указ ат ел и (ссыл ки н а объе кты, object reference), ис ход ны е з начения которы х не опред ел ены . Дл я реал ь ногораз м ещения объект а в пам ят и ис пол ь з ует с я с л ед ующая инс т рукция: ИмяОбъекта := ИмяКласса.Create;

Она в ы д ел яет в пам ят и обл ас т ь , с од ержащую по од ном у э кз ем пл яру кажд огопол я кл ас с а, и прис в аив ает объект ной перем енной ее ад рес . Т аким образ ом , в опреки перв ом у в печатл ению, объект ы им еют почт и т акое же в нут реннее с т роение, как и перем енны е т ипа «з апис ь » . М етод ы по-прежнем у раз м ещают с я в пам ят и тол ь коод ин раз , в обл ас т и, от в ед енной д л я код а, и ихобъед инение с пол ям и в объяв л ении кл ас с а

18

нос ит чис тос инт акс ичес кий характ ер2. Н екоторое с ход с т в ом ежд у прив ед енны м в ы ш е в ы ражением и инс т рукцией в оз бужд ения ис кл ючения raise Exception.Create(...) не с л учайно. В д ейс т в ит ел ь нос т и, в с е ис кл ючения в Object Pascal яв л яют с я объект ам и кл ас с а Exception и, в ы з ы в ая их, м ы перед аем оператору raise ад рес в нов ь с оз д анногоэкз ем пл яра д анногокл ас с а, с од ержащегоопис ание ис кл ючит ел ь ной с ит уации. Впос л ед с т в ии эт а информ ация м ожет бы т ь ис пол ь з ов ана при обработ ке ис кл ючения, од нако под робное з наком с т в о с д анны м процес с ом не в ход ит в наш и пл аны .

Пос л е в ы д ел ения пам ят и обращение к пол ям объект а произ в од ит с я пос ред с т в ом оператора «точка» : ИмяОбъекта.ИмяПоля

Операция раз ы м енов ы в ания (^), необход им ая при работ е с д инам ичес ким и перем енны м и д ругихт ипов , д л я объект ны хс с ы л ок не т ребует с я. Опис анию с инт акс ис а в ы з ов а м етод ов пред пош л ем небол ь ш ое от с т упл ение. Как из в ес т но, в м ат ем ат ике прим еняют с я д в а с пос оба з апис и отображений: функционал ь ны й x(a, b) и операторны й a x b. Перв ы й яв л яет с я бол ее унив ерс ал ь ны м и ис пол ь з ует с я в т еории функций. Второй в с очет ании с о с в ойс т в ом ас с оциат ив нос т и поз в ол яет из бежат ь л иш них с кобок при з апис и ком поз иции отображений и характ ерен д л я ал гебры . Абс ол ют но никакой с од ержат ел ь ной раз ницы м ежд у э т им и с пос обам и нет и в ы бор в пол ь з у того ил и иного опред ел яет с я, гл ав ны м образ ом , с л ожив ш им ис я т рад ициям и. Яз ы ки програм м иров ания обы чно под д ержив ают обе форм ы з апис и, рас ш иряя как понят ие оператора, т ак и понят ие функции. С появ л ением объектов к э т им форм ам д обав л яет с я еще од на, нес кол ь ков арь ирующаяс я от од ногояз ы ка к д ругом у. В Object Pascal д л я в ы з ов а м етод ов ис пол ь з ует с я инс т рукция в ид а ИмяОбъекта.ИмяМетода(Параметры);

которая с од ержат ел ь но(ноне с инт акс ичес ки!) э кв ив ал ент на в ы ражению ИмяМетода(ИмяОбъекта,Параметры); 2

Ч ит ател ь, в ероятно, уже з ам ет ил , чтотерм ин «объект » ис пол ь з ует с я нам и в д вух нес кол ь ко раз л ичны хс м ы с л ах: перем енная кл ас с ов ого типа и обл ас ть пам яти, ад рес уем ая этой перем енной. Второе бол ее точно, од накос точки з рения объектной ид еол огии конкрет ное пред с т ав л ение объект а не им еет з начения, поэтом у перв ая инт ерпрет ация т акже д опус т им а. Дал ее, гов оря о перем енной x как об объект е, м ы в с егд а буд ем под раз ум ев ать объект, ад рес которогос од ержит x.

19

Т аким образ ом , перв ы й аргум ент прос тос т ав ит с я перед им енем под програм м ы и отд ел яет с я от неготочкой. От с юд а с л ед ует, в час т нос т и, чтокажд ом у м етод у перед ает с я по крайней м ере од ин аргум ент — объект, д л я которогоэ тот м етод в ы з ы в ает с я. Данное прав ил о в пол не с оот в ет с т в ует поним анию м етод а как с в ойс т в а объект а: нел ь з я гов орит ь ос в ойс т в е, не указ ав , к чем у им енно оно от нос ит с я. Ст анов ит с я яс но т акже, почем у в рас с м от ренном в ы ш е прим ере м етод ы Square и Perimeter объяв л ены без парам ет ров : необход им ая информ ация буд ет перед ана им ав том ат ичес ки. Н ов ая, не с ов с ем обы чная, форм а з апис и в д ейс т в ит ел ь нос т и поз в ол яет нес кол ь кос ократ ит ь кол ичес т в оис пол ь з уем ы хс кобок, ув ел ичив ая т ем с ам ы м чит абел ь нос т ь в ы ражений. В с ам ом д ел е, ес л и эл ем ент д анны х, в оз в ращаем ы й м етод ом -функцией, в с в ою очеред ь яв л яет с я объектом , тод л я негос нов а м огут бы т ь в ы з в аны с оот в ет с т в ующие м етод ы . В рез ул ьт ат е, в оз никают пос л ед ов ат ел ь нос т и в ид а Объект.Метод1(¼).Метод2(¼).Метод3(¼).¼

гд е м етод с ном ером k от нос ит с я к кл ас с у, котором у принад л ежит объект, в оз в ращаем ы й м етод ом с ном ером k - 1.

Рас с м от рим , наконец, небол ь ш ую програм м у, д ем онс т рирующую работ у с объект ам и кл ас с а Triangle. Сам а в оз м ожнос т ь прив ес т и т акой прим ер уже с ейчас показ ы в ает, чтод л я ис пол ь з ов ания кл ас с а д ос т аточнол иш ь им ет ь пред с т ав л ение оегоинт ерфейс е и с ов ерш енноне обяз ат ел ь ноз нат ь , как им еннореал из уют с я м етод ы . Пример 2.2. И с пол ь з ов ание кл ас с а Triangle. program TestTriangle; {$APPTYPE CONSOLE} uses UnitTriangle;

// подключаем модуль, в котором // определен класс Triangle // объявление объектных переменных

var t1, t2: Triangle; begin t1:=Triangle.Create; // объекты размещаются в памяти и их адреса t2:=Triangle.Create; // присваиваются объектным ссылкам t1.a:=2; t2.a:=3; // полям объектов приписываются t1.b:=3; t2.b:=4; // конкретные числовые значения t1.c:=4; t2.c:=5; // WriteLn('Square of triangle 1: ', t1.Square); WriteLn('Perimeter of triangle 1: ', t1.Perimeter); WriteLn('Square of triangle 2: ', t2.Square); WriteLn('Perimeter of triangle 2: ', t2.Perimeter);

20

{ Для объектов t1 и t2 вызываются методы Square и Perimeter. Возвращаемые ими действительные значения выводятся на экран. } t1.Destroy; t2.Destroy; ReadLn; end.

// объекты удаляются из памяти

Прив ед енны й код с од ержит од ну нов ую операцию: уд ал ение объект а из пам ят и. Вообще, тот факт, что объект ная перем енная пред с т ав л яет с обой указ ат ел ь , с л ед ует в с е в рем я учит ы в ат ь при раз работ ке програм м ы . Впрочем , пробл ем ы , которы е з д ес ь в оз никают, характ ерны д л я л юбы хд инам ичес кихперем енны х. Прежд е в с его необход им о в ним ат ел ь но с л ед ит ь з а т ем , чтобы объект ной перем енной в с егд а бы л с опос т ав л ен ад рес с ущес т в ующего объект а. Попы т ка обращения к пол ю ил и м етод у объект а пос ред с т в ом перем енной, не с од ержащей реал ь ногоад рес а, не д иагнос т ирует с я ком пил ятором и, как прав ил о, в ы з ы в ает ош ибку (ис кл ючит ел ь ную с ит уацию кл ас с а Access violation — наруш ение д ос т упа) в ов рем я в ы пол нения програм м ы . Пос кол ь ку объект ы раз м ещают с я в пам ят и програм м ис том , он же д ол жен поз абот ит ь с я и об их с в оев рем енном уд ал ении. Дл я э того ис пол ь з ует с я инс т рукция ИмяОбъекта.Destroy;

Св ои ос обеннос т и им еют и операции над объект ам и. Т ак, прис в аив ание a:=b, гд е a и b — некоторы е объект ны е перем енны е, в л ечет з а с обой не копиров ание з начений пол ей, а с ов м ещение указ ат ел ей: пос л е нее обе перем енны е указ ы в ают на од ну и т у же обл ас т ь пам ят и. Е с л и д о э тогоперем енная a уже с од ержал а ад рес некоторой с т рукт уры , тот еперь д ос т уп к ней пол учит ь с корее в с егоне уд ас т с я. Соот в ет с т в ующую ос обеннос т ь им еет и с рав нение д в ухобъектов . Е с л и перем енны е a и b с од ержат раз л ичны е ад рес а, торез ул ьт атом операции a=b буд ет «л ожь » д аже в том с л учае, когд а э т и объект ы принад л ежат од ном у кл ас с у и ихпол я им еют од инаков ы е з начения. Н аконец, при ис пол ь з ов ании объект а в качес т в е парам ет ра под програм м ы , пос л ед ней перед ает с я его реал ь ны й ад рес . Т аким образ ом , появ л яет с я не в с егд а жел ат ел ь ная в оз м ожнос т ь м од ифициров ат ь д анны й объект в процес с е ее в ы пол нения. Объяв л ение парам ет ра как конс т ант ного(ис пол ь з ов ание префикс а const) не реш ает э т у пробл ем у.

21

2.3. Реализац иякласса Реал из ация кл ас с а пред с т ав л яет с обой набор опред ел ений в с ех егом етод ов . В Object Pascal в с е опред ел ения д ол жны наход ит ь с я з а пред ел ам и инт ерфейс а кл ас с а и не пред ш ес т в ов ат ь ем у. Б ол ее того, ес л и инт ерфейс , буд учи объяв л ением т ипа д анны х, м ожет рас пол агат ь с я как в раз д ел е инт ерфейс а м од ул я, т ак и в раз д ел е реал из ации, то реал из ация кл ас с а — тол ь ков раз д ел е реал из ации м од ул я. Синт акс ичес ки опред ел ения м етод ов отл ичают с я от опред ел ений обы чны хпод програм м л иш ь т ем , чтоихид ент ификаторам пред ш ес т в ует им я кл ас с а, от д ел яем ое т очкой (гов орят, чтоим я м ет од а ква л ифицируе тся им енем кл ас с а). Пос л ед ов ат ел ь нос т ь , в которой они прив од ят с я, не обяз ана в точнос т и пов торят ь пос л ед ов ат ел ь нос т ь объяв л ений в инт ерфейс е кл ас с а. Как уже бы л оот м еченов пред ы д ущем параграфе, кажд ом у м етод у, пом им о перечис л енны х в его объяв л ении парам ет ров , перед ает с я еще од ин — объект, д л я которого д анны й м етод в ы з в ан. Обрат ит ь с я к э том у объект у в нут ри реал из ации м етод а м ожно по им ени self (с ам ). Т аким образ ом , д л я работ ы с пол ям и и м етод ам и т екущегообъект а прим еняют с я в ы ражения в ид а self.ИмяПоля

и self.ИмяМетода(Параметры)

Пример 2.3. Реал из ация м етод ов кл ас с а Triangle. function Triangle.Perimeter: Real; begin result:=self.a+self.b+self.c; // возвращается сумма значений // полей текущего объекта end; function Triangle.Square: Real; var p:Real; begin p:=self.Perimeter/2; result:=Sqrt(p*(p-self.a)*(p-self.b)*(p-self.c)); { Площадь рассчитывается по формуле Герона. Для вычисления полупериметра используется предыдущий метод, вызываемый для объекта self. } end;

22

Рас с м от рим т еперь под робнее, как работ ает програм м а из прим ера 2.2. Ст рока WriteLn('Square of triangle 1: ', t1.Square);

прив од ит к в ы з ов у м етод а Square д л я объект а t1. В качес т в е парам ет ра ем у перед ает с я ад рес , которы й хранит перем енная t1. Сл ед ующей в ы пол няет с я перв ая с т рока из реал из ации м етод а Square: p:=self.Perimeter/2;

Зд ес ь тот же с ам ы й объект уже ад рес ует указ ател ь self. Т аким образ ом , м етод Perimeter с нов а в ы з ы в ает с я д л я объект а t1 и под с чит ы в ает с ум м у егопол ей. Дал ее ис пол нение в оз в ращает с я в м етод Square, з ав ерш ающий в ы чис л ение пл ощад и т реугол ь ника t1, и з ат ем в ос нов ную програм м у. Дв ум я с т рокам и ниже в ы з ов под програм м ы Square произ в од ит с я уже д л я объект а t2, поэ том у им енноегоад рес буд ут с од ержат ь указ ат ел и self в ход е в ы пол нения м етод ов Square и Perimeter и, с л ед ов ат ел ь но, им енноегопол я буд ут учас т в ов ат ь в в ы чис л ениях. Сл ед ует от м ет ит ь , что ис пол ь з ов ание указ ат ел я self не яв л яет с я обяз ат ел ь ны м : к пол ям и м етод ам т екущего объект а м ожно обращат ь с я прос то по ихим енам . М ы , од нако, не буд ем пока ис пол ь з ов ат ь эт у в оз м ожнос т ь .

2.4. О б ласти видимо сти членов класса Ос обеннос т и кл ас с ов , опис анны е д о с их пор, не д ают ничего принципиал ь но нов ого по с рав нению с м од ул ям и. Е д инс т в енны м з ам ет ны м отл ичием яв л яет с я бол ее чет кое опред ел ение перечня под програм м , которы е м ожноприм енит ь к з ад анном у т ипу. Э т а в оз м ожнос т ь , од нако, м ал ос пос обс т в ует д ос т ижению наш ей ос нов ной цел и — с оз д анию абс т ракт ны хт ипов , не поз в ол яющихпол ь з ов ат ел ю в ид ет ь д ет ал и с в оей реал из ации. Дл я реш ения д анной з ад ачи прим еняет с я с пециал ь ны й м еханиз м ограничения д ос т упа к чл енам кл ас с а — з ад ание ихобл а сте й видимости. В Object Pascal объяв л ению л юбого чл ена в инт ерфейс е кл ас с а м ожет пред ш ес т в ов ат ь од ноиз з арез ерв иров анны хс л ов : private (за крытый), protected (за щищ е н н ый), public (открытый), а т акже published (опубл икова н н ый) и automated (а втома тизирова н н ый), опред ел яющее егов ид им ос т ь . Е с л и не указ анони од ноиз них, точл ен им еет т у же обл ас т ь в ид им ос т и, чтои пред ш ес т в ующий ем у. Э топоз в ол яет объед инят ь 23

чл ены в группы , обл ад ающие од ним и т ем же уров нем д ос т упа, указ ы в ая егоод ин раз : ИмяКласса = class private { объявления закрытых членов } protected { объявления защищенных членов } public { объявления открытых членов } published { объявления опубликованных членов } automated { объявления автоматизированных членов } end;

Ч л ены , объяв л ения которы храс пол ожены в с ам ом начал е инт ерфейс а кл ас с а д оперв огояв ногоуказ ания обл ас т и в ид им ос т и, с чит ают с я опубл иков анны м и (ес л и програм м а ком пил ирует с я в с ос тоянии {$M+}) ил и от кры т ы м и (в с ос тоянии {$M-}). Закры т ы е чл ены кл ас с а в ид ны л иш ь в пред ел ах того м од ул я, в котором э тот кл ас с опред ел ен, от кры т ы е — в с юд у, гд е в ид ен с ам кл ас с . Защищенны е чл ены , пом им ом од ул я, с од ержащегоопред ел ение кл ас с а, д ос т упны т акже при реал из ации м етод ов т ехкл ас с ов , которы е яв л яют с я нас л ед никам и д анного (м еханиз м нас л ед ов ания буд ет под робно рас с м ат рив ат ь с я в § 3.1). Опубл иков анны е и ав т ом ат из иров анны е чл ены им еют т у же в ид им ос т ь , чтои от кры т ы е. И хотл ичия с в яз аны с в оз м ожнос тям и Delphi, которы е с ейчас не яв л яют с я д л я нас с ущес т в енны м и. Т аким образ ом , кл ас с ы пред ос т ав л яют т е же ос нов ны е уров ни д ос т упа, чтои м од ул и: от кры т ы й и з акры т ы й, од накос пос об ихз ад ания яв л яет с я з начит ел ь но бол ее гибким . При ис пол ь з ов ании т рад иционны х с л ожны х т ипов д анны х, в ид им ос т ь ихв нут ренней с т рукт уры цел иком опред ел яет с я в ид им ос т ь ю с ам ого т ипа. Кл ас с ы же поз в ол яют пол нос т ь ю с кры т ь от пол ь з ов ат ел я с в ое пред с т ав л ение, объяв ив в с е пол я з акры т ы м и, и при э том не ограничив ат ь его д ос т уп с обс т в енно к т ипу д анны х, пред ос т ав л яя т ем с ам ы м в оз м ожнос т ь с оз д ания с оот в ет с т в ующихперем енны х. Прив ед ем т еперь нов ую в ерс ию библ иот еки д л я работ ы с рационал ь ны м и чис л ам и, с в обод ную (почт и) от нед ос т ат ков , перечис л енны хв начал е § 2.1. Она буд ет с од ержат ь опред ел ение ед инс т в енного кл ас с а: Rational, и перв ое, что необход им о с д ел ат ь , — э то раз работ ат ь инт ерфейс д анногокл ас с а. 24

Пример 2.4. И нт ерфейс кл ас с а Rational. Rational = class // рациональное число private // закрытые члены класса num: Integer; den: Integer; protected // защищенные члены класса procedure Normalize; procedure Reduce; public // открытые члены класса function GetNum: Integer; function GetDen: Integer; procedure SetNum(value:Integer); procedure SetDen(value:Integer); function Plus(r:Rational): Rational; function Minus(r:Rational): Rational; function Dot(r:Rational): Rational; function Slash(r:Rational): Rational; procedure Add(r:Rational); procedure Subtract(r:Rational); procedure MultiplyBy(r:Rational); procedure DivideBy(r:Rational); end;

// числитель // знаменатель // Нормализовать // Сократить // // // // // // // // // // // //

Вернуть значение поля num Вернуть значение поля den Установить значение num Установить значение den Плюс Минус Точка Косая черта Прибавить Вычесть УмножитьНа РазделитьНа

И т ак, кл ас с Rational факт ичес ки объед инил в с ебе в с е чл ены м од ул я из § 1.1. При э том кол ичес т в опарам ет ров под програм м ум ень ш ил ос ь на ед иницу: перв ы й аргум ент т еперь перед ает с я им ав том ат ичес ки. Пол ученны е в рез ул ь т ат е объяв л ения бинарны хопераций в ы гл яд ят нес кол ь кос т ранно, од нако в програм м е ихв ы з ов буд ет им ет ь бол ее ес т ес т в енны й в ид . В с оотв ет с т в ии с общей ид еей с окры т ия реал из ации пол я кл ас с а объяв л ены з акры ты м и, а операции, которы е м ожно в ы пол нять над его объект ам и — от кры ты м и. Обл ас ть в ид им ос ти процед ур Normalize и Reduce нес кол ь коув ел ичена пос рав нению с пред ы д ущей в ерс ией. См ы с л д анногореш енияс т анет понятен тол ь копос л е из учения нас л ед ов анияв § 3.1. Ограничение д ос т упа к пол ям num и den прив ел о к том у, что пол ь з ов ат ел ь пот ерял в оз м ожнос т ь прис в аив ат ь объект ам кл ас с а Rational конкрет ны е з начения и уз нав ат ь рез ул ьт ат в ы пол нения операций. Дл я ком пенс ации э тогоэ ффект а в инт ерфейс кл ас с а д обав л ены м етод ы Get¼ и Set¼ Н ес м от ря на то, чтоуказ анны е м етод ы пред пол агает с я ис пол ь з ов ат ь д л я непос ред с т в енного обращения к пол ям , д анны й ш аг почт и не ум ень ш ает абс т ракт нос т и т ипа.

25

В с ам ом д ел е, л юбое рационал ь ное чис л оим еет цел ы е чис л ит ел ь и з нам енат ел ь , и необход им ос т ь хранит ь ихим еннов д в ухпол яхт ипа Integer никак не с л ед ует из объяв л ений нов ы хм етод ов . Од накояв ное указ ание с кал ярного (прос того) т ипа д л я парам ет ров и в оз в ращаем ы хз начений эт их под програм м ограничив ает д иапаз он д опус т им ы х з начений чис л ит ел я и з нам енат ел я. Б ол ее прав ил ь ны м бы л о бы опред ел ит ь с в ой кл ас с и д л я пред с т ав л ения цел ы хчис ел , нотогд а с оот в ет с т в ующие пробл ем ы в оз никл и бы уже д л я него. В д ейс т в ит ел ь нос т и, ед инс т в енны м реш ением , поз в ол яющим с оз д ав ат ь ис т инноабс т ракт ны е т ипы , яв л яет с я пол ны й от каз от ис пол ь з ов ания с кал ярны хт ипов д анны х. Яз ы ки, реал из ующие д анны й под ход , тоес т ь яв л яющиес я чис тообъект но-ориент иров анны м и, с ущес т в уют, од наков с е они проигры в ают яз ы кам с ос м еш анной м од ел ь ю в пл ане бы с т род ейс т в ия.

Зав ерш им т еперь раз работ ку библ иот еки, реал из ов ав м етод ы кл ас с а Rational. Пример 2.5. Опред ел ение м од ул я, с од ержащегокл ас с Rational. unit UnitRational; interface type Rational = class ... // здесь располагается интерфейс класса, приведенный выше end; implementation uses SysUtils; // модуль включает поддержку исключений function Rational.GetNum: Integer; begin result:=self.num; end; function Rational.GetDen: Integer; begin result:=self.den; end; procedure Rational.SetNum(value:Integer); begin self.num:=value; end; procedure Rational.SetDen(value:Integer); begin if value>0 then // знаменатель всегда должен быть положителен self.den:=value else // иначе возбуждается исключение с сообщением // "Недопустимое значение знаменателя"

26

raise Exception.Create('Illegal value of denominator'); end; procedure Rational.Normalize; begin if self.den=b then a:=a-b else b:=b-a; self.num:=self.num div b; self.den:=self.den div b; end; procedure Rational.DivideBy(r:Rational); var _num,_den:Integer; begin if r.num=0 then raise Exception.Create('Division by zero'); _num:=self.num*r.den; _den:=self.den*r.num; self.num:=_num; self.den:=_den; self.Normalize; self.Reduce; end; function Rational.Slash(r:Rational): Rational; var res:Rational; begin if r.num=0 then raise Exception.Create('Division by zero'); res:=Rational.Create; // переменная res размещается в памяти res.num:=self.num*r.den; // теперь возможны res.den:=self.den*r.num; // обращения к ее полям res.Normalize; res.Reduce; // и методам result:=res; // адрес res возвращается в качестве значения функции end; { Удалять переменную res при выходе из функции нельзя, так как она содержит результат вычисления. } ... // реализация остальных методов производится аналогично end.

27

Опред ел ения м етод ов GetNum, GetDen и SetNum очев ид ны . Процед ура SetDen прежд е, чем ис пол ь з ов ат ь з начение, перед анное ей в качес т в е парам ет ра, пров еряет, уд ов л ет в оряет л и оноус л ов ию норм ал из ации. Е с л и нет — в оз бужд ает с я ис кл ючение. Пос кол ь ку в с е под програм м ы наход ят с я в м од ул е, с од ержащем опред ел ение кл ас с а, в с юд у д опус кает с я прям ое обращение к пол ям , нев з ирая на ихобл ат ь в ид им ос т и. Реал из ация процед ур Normalize, Reduce и DivideBy отл ичает с я от бол ее ранней в ерс ии тол ь ко з ам еной им ени перв ого парам ет ра на self. То, чтом ы им еем д ел ос объект ам и, а не с з апис ям и, прояв л яет с я л иш ь в реал из ации м етод а Slash. Т ип з начения э той функции опред ел ен как Rational, с л ед ов ат ел ь но она д ол жна в оз в ращат ь ад рес некоторого объект а наш его кл ас с а. Раз м ещение д анногообъект а в пам ят и произ в од ит инс т рукция res:=Rational.Create;

Тол ь ко пос л е э того с т анов ит с я в оз м ожной инициал из ация его пол ей и д ругие операции. Сл ед ует обрат ит ь ос обое в ним ание на то, чтоуд ал ят ь объект res поз ав ерш ении работ ы функции нел ь з я: он хранит рез ул ьт ат ы в ы чис л ений и д ол жен бы т ь перед ан в ы з ы в ающей програм м е. Пос л ед няя и д ол жна поз абот ит ь с я об ос в обожд ении пам ят и. В з акл ючение рас с м от рим прил ожение, д ем онс т рирующее работ у с объект ам и кл ас с а Rational и пред с т ав л яющее с обой прос тую м од ификацию програм м ы из § 1.2. Пример 2.6. Дем онс т рация операций, в ы пол няем ы хнад объект ам и кл ас с а Rational. program TestRational; {$APPTYPE CONSOLE} uses UnitRational; // подключаем модуль с определением класса var r1,r2,ra,rs,rm,rd: Rational; begin r1:=Rational.Create; // переменные r1 и r2 размещаются в памяти r2:=Rational.Create; // r1.SetNum(1); r1.SetDen(2); // переменным r1 и r2 присваиваются r2.SetNum(2); r2.SetDen(6); // значения 1/2 и 2/6 ra:=r1.Plus(r2); rs:=r1.Minus(r2); rm:=r1.Dot(r2); rd:=r1.Slash(r2); { Для объекта r1 вызываются методы-функции с адресом объекта r2 в качестве параметра. Возвращаемые ими ссылки на объекты,

28

содержащие результаты вычислений, присваиваются заранее объявленным, но не инициализированным переменным ra, rs, rm и rd. } WriteLn('Plus: ',ra.GetNum,'/',ra.GetDen); WriteLn('Minus: ',rs.GetNum,'/',rs.GetDen); WriteLn('Dot: ',rm.GetNum,'/',rm.GetDen); WriteLn('Slash: ',rd.GetNum,'/',rd.GetDen); ra.Add(r2); // rs.Subtract(r2); // теперь к объектам, созданным ранее, rm.MultiplyBy(r2); // применяются операторы с присвоением rd.DivideBy(r2); // WriteLn('Add: ',ra.GetNum,'/',ra.GetDen); WriteLn('Sub: ',rs.GetNum,'/',rs.GetDen); WriteLn('Mul: ',rm.GetNum,'/',rm.GetDen); WriteLn('Div: ',rd.GetNum,'/',rd.GetDen); r1.Destroy; r2.Destroy; { Функции Plus, Minus, Dot и Slash возвращают указатель на уже созданный объект, поэтому заранее размещать в памяти переменные ra, rs, rm и rd не требовалось. Однако уничтожить их по завершении программы необходимо. } ra.Destroy; rs.Destroy; rm.Destroy; rd.Destroy; ReadLn; end.

Зам ет им , чтов э той програм м е, в отл ичие от прив ед енной в § 1.2, непос ред с т в енное обращение к пол ям перем енны хуже нев оз м ожно, поэ том у в с юд у ис пол ь з уют с я в ы з ов ы м етод ов Get¼ и Set¼ Другим в ажны м отл ичием яв л яет с я яв ное с оз д ание и уд ал ение объектов , в том чис л е и т ех, которы е появ ил ис ь в процес с е работ ы под програм м м од ул я. Вообще, при работ е с функциям и, в оз в ращающим и с с ы л ки на объект ы , очень л егко д опус т ит ь ут ечку пам ят и. Рас с м от рим в качес т в е прим ера инс т рукцию sum:=r1.Plus(r2).Plus(r3);

гд е r1, r2, r3 и sum — объект ны е перем енны е кл ас с а Rational, причем r1, r2 и r3 уже с од ержат ад рес а реал ь ны хобъектов . И с пол ь з ов ание д анного в ы ражения не тол ь ко не яв л яет с я пред ос уд ит ел ь ны м , нод аже наоборот, поощряет с я объект ны м с инт акс ис ом . К объект у r1 прим еняет с я м етод Plus с парам ет ром r2, в оз в ращающий с с ы л ку на нов ы й объект кл ас с а Rational (наз ов ем егоtemp), с од ержащий с ум м у чис ел r1 и r2. Зат ем к объект у temp с нов а прим еняет с я м етод Plus с парам ет ром r3. Рез ул ьт атом егов ы пол нения яв л яет с я с с ы л ка еще на од ин объект в с е того же кл ас с а, которая и прис в аив ает с я перем енной sum.

29

Т ребуем ая операция произ в ед ена: sum ад рес ует объект, пред с т ав л яющий с обой с ум м у чис ел r1, r2 и r3. Н очтопроиз ош л ос объектом temp? Н ичего. Он по-прежнем у с ущес т в ует гд е-тов пам ят и, ноад рес егопот ерян. Т аким образ ом , програм м ис т в ы нужд ен в ы бират ь : л ибо не ис пол ь з ов ат ь с ов ерш енноес т ес т в енны е с цепки операторов , л ибом ирит ь с я с пос тоянной ут ечкой пам ят и. Н екоторы м ком пром ис с ом м ожет с л ужит ь м од ифициров анная в ерс ия оператора с прис в оением , пред с т ав л яющая с обой функцию, в оз в ращающую ад рес л ев огооперанд а: function Rational.Add(r:Rational): Rational; var _num,_den:Integer; begin _num:=self.num*r.den; _den:=self.den*r.num; self.num:=_num; self.den:=_den; self.Normalize; self.Reduce; result:=self; // в качестве результата возвращается // текущий объект end;

В этом с л учае в м ес то прив ед енной в ы ш е инс т рукции м ожно ис пол ь з ов ат ь в ы ражение sum.Add(r1).Add(r2).Add(r3);

пос л ед ов ат ел ь нод обав л яющее чис л а r1, r2 и r3 к sum. Зд ес ь , од нако, объект sum д ол жен бы т ь з аранее раз м ещен в пам ят и и инициал из иров ан нул ем , чтот акже не ув ел ичив ает чит абел ь нос т и програм м ы . Пос л е в с егос каз анногоу чит ат ел я м ожет с л ожит ь с я в печатл ение, что ут ечка пам ят и яв л яет с я неот ъем л ем ой чертой объект ного програм м иров ания. Э тоне т ак: с ущес т в уют ал горит м ы , поз в ол яющие ав том ат ичес ки уд ал ят ь объект ы , в которы хбол ь ш е нет необход им ос т и (этот процес с наз ы в ает с я «с боркой м ус ора» ). Под обны й ал горит м реал из ов ан, наприм ер, в яз ы ке Java.

2.5. К о нструкто ры и деструкто ры Н аряд у с опис анны м и в ы ш е с пос обам и д л я с оз д ания и уничтожения объектов м огут ис пол ь з ов ат ь с я с пециал ь ны е м етод ы : кон структоры и де структоры. Синт акс ичес ки они опред ел яют с я т ак же, как и обы чны е м етод ы -процед уры , тол ь коз арез ерв иров анное с л ов оprocedure з ам еняет с я на constructor ил и destructor. В час т нос т и, конс т рукторы и д ес т рукторы м огут им ет ь л юбой набор форм ал ь ны хпарам ет ров . Кром е в ы д ел ения и ос в обожд ения пам ят и, з аним аем ой объектом , 30

конс т рукторы и д ес т рукторы в ы пол няют т е же функции, что и с екции инициал из ации и финал из ации м од ул я. Конс т руктор з ад ает начал ь ны е з начения пол ей объект а и раз м ещает в пам ят и д инам ичес кие с т рукт уры д анны х. Дес т руктор ос в обожд ает рес урс ы , з анят ы е объектом в о в рем я егос ущес т в ов ания. Н ес м от ря на в неш ний в ид опред ел ения, конс т руктор в с егд а в оз в ращает ад рес с оз д анногоим объект а. Поэ том у д л я его в ы з ов а обы чно ис пол ь з ует с я в ы ражение ИмяОбъекта := ИмяКласса.ИмяКонструктора(Параметры);

Прив ед енная в ы ш е инс т рукция ИмяОбъекта := ИмяКласса.Create;

в д ейс т в ит ел ь нос т и яв л яет с я час т ны м с л учаем э того в ы ражения. Она раз м ещает объект пос ред с т в ом унас л ед ов анногоконс т руктора Create (о нас л ед уем ы хм етод ахс м . § 3.1). Вм ес т е с т ем , конс т руктор м ожет бы т ь в ы з в ан и при пом ощи обы чной объект ной с с ы л ки: ИмяОбъекта.ИмяКонструктора(Параметры);

В э том с л учае он не с оз д ает нов ы й объект, а оперирует с ущес т в ующим , в ы пол няя л иш ь т е инс т рукции, которы е перечис л ены в его(конс т руктора) реал из ации, и в оз в ращает ад рес указ анногообъект а. Вы з ов д ес т руктора ничем не отл ичает с я от в ы з ов а обы чногом етод а-процед уры : ИмяОбъекта.ИмяДеструктора(Параметры);

Как и в ы ш е, Destroy яв л яет с я прос тоим енем д ес т руктора, нас л ед уем ого кажд ы м кл ас с ом . Уничтожение объект а ид ет в поряд ке, обрат ном с оз д анию: с начал а в ы пол няют с я инс т рукции из реал из ации д ес т руктора, з ат ем ос в обожд ает с я пам ят ь , з аним аем аяобъект ом . Пос кол ь ку объект ы рас с м от ренного нам и кл ас с а Rational не ис пол ь з уют никакихраз д ел яем ы хрес урс ов , ос обы е д ес т рукторы д л я них не т ребуют с я. А в от хотя бы од ин с пециал ь ны й конс т руктор, наоборот, необход им , т ак как при с оз д ании нов огообъект а егоз нам енат ел ь с раз у хот ел ос ь бы ус т анав л ив ат ь бол ь ш им 0. Добав им к с екции public инт ерфейс а кл ас с а Rational объяв л ения constructor CreateNumber; constructor CreateAs(n, m: Integer);

а в раз д ел реал из ации м од ул я UnitRational с л ед ующий код : 31

constructor Rational.CreateNumber; begin self.num:=0; self.den:=1; end; constructor Rational.CreateAs(n, m: Integer); begin self.SetNum(n); self.SetDen(m); end;

Т еперь при ис пол ь з ов ании в ы ражения r := Rational.CreateNumber;

перем енная r пол учит ад рес объект а, пол я которого уже с од ержат коррект ны е в ел ичины 0 и 1. Е с л и же с оз д ать объект при пом ощи инс т рукции r := Rational.CreateAs(a, b);

тод л я инициал из ации чис л ит ел я и з нам енат ел я буд ут ис пол ь з ов аны м етод ы SetNum и SetDen, т ак чточис л оr окажет с я рав ны м a/b, л иш ь ес л и в ы ражения a и b им еют д опус т им ы е з начения. Кром е того, в ы з ы в ая конс т рукторы д л я уже с ущес т в ующегообъект а r: r.CreateNumber; r.CreateAs(a, b);

м ожнол егкос брос ит ь егоз начение в 0 ил и из м енит ь на т ребуем ое. Н екоторы м чит ат ел ям , в ероят но, покажет с я с т ранны м , что м ы прид ум ы в аем в с е нов ы е им ена д л я конс т рукторов в м ес то того, чтобы в ос пол ь з ов ат ь с я в ес ь м а ум ес т ной з д ес ь перегруз кой ил и ус т анов ит ь д л я парам ет ров n и m з начения поум ол чанию. Сд ел аноэтонам ереннос цел ь ю м акс им ал ь ноупрос т ит ь м ат ериал .

К с ожал ению, в нов ь д обав л енны е м етод ы не поз в ол яют реш ит ь в с ехпробл ем : пол ь з ов ат ел ь по-прежнем у м ожет с оз д ат ь нов ы й объект пос ред с т в ом обы чного конс т рукт ора Create, которы й не гарант ирует коррект нос т и его з начения. Ч т обы л икв ид иров ат ь т акую в оз м ожнос т ь , с л ед ует не прос то д обав ит ь к кл ас с у нов ы е конс т рукт оры , а переопред ел ит ь уже с ущес т в ующий. В д ейс т в ит ел ь нос т и э тоочень л егко: д ос т аточно л иш ь из м енит ь им я CreateNumber на Create, чт о м ы и с д ел аем , ус т ранив т ем с ам ы м пос л ед ний из нед ос т ат ков библ иот еки, перечис л енны хв начал е § 2.1. 32

Под робном еханиз м переопред ел ения м етод ов рас с м ат рив ает с я в с л ед ующем параграфе. У п раж нения 2.1. Доопред ел ит е кл ас с Rational, в кл ючив в негооператоры прис в аив ания и с рав нения. 2.2. Вз яв з а ос нов у библ иот еку из з ад ачи 1.1, опред ел ит е кл ас с д л я пред с т ав л ения в екторов д л ины n с цел ы м и ком понент ам и. Реал из уйт е операторы с л ожения, с кал ярного произ в ед ения, прис в аив ания, с рав нения на рав енс т в о, м етод ы д л я в ы чис л ения д л ины , чт ения и з апис и з начений ком понент. Н апиш ит е програм м у, д ем онс т рирующую работ у с объект ам и д анногокл ас с а. 2.3. Т а же з ад ача, но д л я м ат риц раз м ера n ´ n, эл ем ент ам и которы хяв л яют с я рационал ь ны е чис л а, т. е. объект ы рас с м от ренногокл ас с а Rational. Н еобход им ы е м ет од ы : с л ожение, ум ножение, прис в аив ание, с рав нение на рав енс т в о. У казание. Данном у кл ас с у необход им ы с пециал ь ны е конс т руктор и д ес т руктор. Перв ы й т ребует с я д л я раз м ещения в пам ят и объектов кл ас с а Rational, в торой — д л я ихуд ал ения. Обрат ит е т акже в ним ание на то, что м етод ы чт ения-з апис и эл ем ентов д ол жны копиров ат ь их з начения, а не ад рес а. В прот ив ном с л учае у пол ь з ов ат ел я появ л яет с я в оз м ожнос т ь неяв ногоиз м енения с од ержим огом ат рицы .

33

3. О Б ЪЕ К Т Н О -О РИ Е Н Т И РО В А Н Н О Е ПРО Г РА М М И РО В А Н И Е 3.1. Н аследование Как с л ожит ь д в е м ат рицы ? Дл я м ат ем ат ика от в ет на э т от в опрос очев ид ен: поэл ем ент но. Програм м ис т же, ис пол ь з ующий яз ы к с о с т рогой т ипиз ацией, в ы нужд ен с начал а уточнит ь , какой т ип им еют эл ем ент ы м ат риц. В с ам ом д ел е, при т рад иционном под ход е неяв ны е (ав том ат ичес кие) преобраз ов ания т ипов ограничив ают с я обы чно операциям и над с кал ярам и и некоторы м и прос т ейш им и прив ед ениям и. Поэ том у раз работ ат ь под програм м у, приним ающую в качес т в е аргум ентов м ат рицы раз л ичной природ ы , оказ ы в ает с я в ес ь м а з ат руд нит ел ь но. Как прав ил о, д л я кажд ой пары т ипов д анны хприход ит с я с оз д ав ат ь отд ел ь ную функцию, с нов а и с нов а пов торяя пос ут и од ин и тот же ал горит м . Н ет руд но в ид ет ь , что з ав ис им ос т ь кол ичес т в а под програм м от чис л а ис пол ь з уем ы хт ипов оказ ы в ает с я д л я бинарной операции д аже не л инейной, а кв ад рат ичной. Как с л ед с т в ие, програм м ис т (а без прим енения перегруз ки и пол ь з ов ат ел ь ) очень с короначинает тонут ь в э том м ногообраз ии. Кром е того, кл иент ы в ы нужд ены под д ержив ат ь пос тоянную обрат ную с в яз ь с раз работ чиком библ иот еки, пос кол ь ку они не в с егд а м огут ис пол ь з ов ат ь уже им еющиес я ал горит м ы д л я работ ы с нов ы м и, необход им ы м и им т ипам и д анны х. Объект но-ориент иров анны е яз ы ки пред ос т ав л яют в рас поряжение програм м ис т а с ред с т в а, поз в ол яющие д ос т аточно л егко раз рабат ы в ат ь обобщенны е ал горит м ы , прим еним ы е (причем без переком пил яции) к пот енциал ь но бес конечном у м ножес т в у раз л ичны хт ипов . Раз ум еет с я, э тот э ффект не м ожет бы т ь д ос т игнут без некоторого ос л абл ения конт рол я т ипов с ос тороны ком пил ятора, и в ел ичина т акогоос л абл ения оказ ы в ает с я очень в ажной характ ерис т икой яз ы ка. Од ной из нов ы хформ опред ел ения от нош ений м ежд у т ипам и, с очет ающей преим ущес т в а обоихпод ход ов , яв л яет с я раз работ ка ие ра рхии н а сл едова н ия. На сл едова н ием наз ы в ает с я м еханиз м , при котором од ин кл ас с опред ел яет с я на ос нов е д ругого, уже с ущес т в ующего. Ст ары й кл ас с наз ы в ают предком ил и ба зовым кл а ссом, нов ы й — потомком ил и производн ым кл а ссом. При од иночном нас л ед ов ании кажд ы й кл ас с им еет не бол ее од ного пред ка, поэ том у с ов окупнос т ь в с ех кл ас с ов и от нош ений м ежд у ним и образ ует д рев ов ид ную с т рукт уру, наз ы в аем ую иерархией нас л ед ов ания. 34

Е с т ес т в енно, баз ов ы й кл ас с в ы бирает с я не с л учайно, а т ак, чтобы кл ас с -потом ок с с од ержат ел ь ной точки з рения пред с т ав л ял с обой его под т ип. Т аким образ ом , от нош ение тожд ес т в а т ипов , ис пол ь з уем ое при т рад иционном под ход е д л я пров ерки коррект нос т и прис в аив ания, з ам еняет с я бол ее с л абы м от нош ением в кл ючения. Под робнее ос ов м ес т им ос т и кл ас с ов м ы буд ем гов орит ь в § 3.2. В процес с е нас л ед ов ания в с е чл ены баз ов огокл ас с а ав том ат ичес ки с т анов ят с я чл енам и произ в од ного, причем пос л ед ний м ожет переопред ел ит ь некоторы е из них, а т акже д обав ит ь нов ы е пол я, м етод ы и с в ойс т в а. Под переопред ел ением з д ес ь поним ает с я объяв л ение в кл ас с епотом ке чл ена с т ем же им енем , что и некоторы й чл ен кл ас с а-пред ка. Н икаких ограничений на переопред ел яем ы е чл ены не накл ад ы в ает с я, хотя в с л учае м етод ов нов ая и с т арая в ерс ия обы чноим еют од инаков ы е з агол ов ки. Объяв л ение произ в од ногокл ас с а в ы гл яд ит с л ед ующим образ ом : ИмяПотомка = class(ИмяПредка) СписокИзмененныхЧленов end;

гд е И м я П о т о м ка — л юбой д опус т им ы й ид ент ификатор, И м я П р едка — ид ент ификатор некоторогоопред ел енногоранее и д ос тупного в д анном м ес те кл ас с а, С пи с о кИ зм ененны хЧ лено в — с пис ок объяв л ений нов ы хи переопред ел енны хчл енов кл ас с а (в оз м ожно, пус той). По-прежнем у кажд ом у чл ену м ожет пред ш ес т в ов ать д ирект ив а, указ ы в ающая егообл ас т ь в ид им ос т и. При э том обл ас т ь в ид им ос т и чл ена, переопред ел яем ого в произ в од ном кл ас с е, не м ожет бы т ь с д ел ана м ень ш е, чем в баз ов ом . Кром е того, опубл иков анны е чл ены нел ь з я переопред ел ит ь как от кры т ы е. В яз ы ке Object Pascal кажд ы й кл ас с д ол жен им еть в точнос ти од ногопред ка. Е д инс тв енны м ис кл ючением из этогоправ ил а с л ужит в с т роенны й кл ас с TObject, пред с т ав л яющий с обой в ерш ину иерархии нас л ед ов ания. Вс е кл ас с ы , в объяв л ении которы хне указ аноим я пред ка, яв л яют с япрям ы м и потом кам и TObject, т ак чтов ы ражение ИмяКласса = class ... end;

рав нос ил ь нов ы ражению ИмяКласса = class(TObject) ... end;

И м енно от э того кл ас с а и унас л ед ов аны , в час т нос т и, упом инав ш иес я в ы ш е конс т руктор Create и д ес т руктор Destroy. В качес т в е прим ера рас с м от рим кл ас с д л я работ ы с p-ичны м и д робям и, тоес т ь рационал ь ны м и чис л ам и, з нам енат ел ь которы хяв л яет с я с т епень ю некоторогофикс иров анногопрос тогочис л а p.

35

Пример 3.1. И нт ерфейс кл ас с а PAryFraction. PAryFraction = class(Rational) // p-ичное рациональное число private // закрытые члены класса base: Integer; // простое число p protected // защищенные члены класса function isPrime(value: Integer): boolean; // Является простым function isPowerOfBase(value: Integer): boolean; // Является степенью base public // открытые члены класса constructor Create; constructor CreateAs(n, m: Integer); procedure SetDen(value: Integer); procedure SetBase(value: Integer); // Установить base function GetBase: Integer; // Вернуть base end;

Очев ид но, чтокажд ая p-ичная д робь характ ериз ует с я т рем я чис л ам и: чис л ит ел ем , з нам енат ел ем и прос т ы м чис л ом p, с т епень ю которогояв л яет с я з нам енат ел ь . Поэ том у к кл ас с у PAryFraction д обав л енонов ое пол е base (ос нов ание с т епени) и от кры т ы е м етод ы GetBase и SetBase д л я чт ения-з апис и его з начений. Пос кол ь ку чис л о, с охраняем ое в пол е base, с л ед ует обяз ат ел ь но пров ерят ь на прос тот у, в раз д ел protected в кл ючена с оот в ет с т в ующая функция isPrime. Дал ее, необход им о поз аботит ь с я о том , чтобы нов ое пол е в с егд а им ел о коррект ное з начение и з нам енат ел ь пред с т ав л ял с обой его с тепень . С э той цел ь ю кл ас с PAryFraction переопред ел яет конс т рукторы Create, CreateAs и м етод SetDen с в оего пред ка. Кром е того, к перечню з ащищенны хчл енов д обав л яет с я в с пом огател ь наяфункция isPowerOfBase. Обрат им с я т еперь к реал из ации нов ы хи переопред ел енны хм етод ов , пред пол агая, чтоопред ел ения с т арогои нов огокл ас с ов наход ят с я в раз ны хм од ул ях. В э том с л учае нам оказ ы в ают с я д ос т упны в с е чл ены баз ов огокл ас с а з а ис кл ючением з акры т ы х, тоес т ь в д анном конкрет ном с л учае з а ис кл ючением пол ей num и den, и з д ес ь в оз никает небол ь ш ая пробл ем а. Очев ид но, чтонов ая в ерс ия м етод а SetDen т ак ил и иначе д ол жна из м енят ь в ел ичину з нам енат ел я т екущегообъект а. Пос кол ь ку пол е den в произ в од ном кл ас с е нед ос т упно, ед инс т в енны й с пос об с д ел ат ь э то — ис пол ь з ов ат ь с т ары й в ариант той же процед уры , унас л ед ов анны й из кл ас с а Rational. Н опрос тое упом инание с обс т в енногоим ени в реал из ации м етод а SetDen буд ет в ос принятокак обы чны й рекурс ив ны й в ы з ов , что, раз ум еет с я, нам не под ход ит. 36

Дл я того, чтобы ком пил ятор м ог отл ичат ь с т ары е и нов ы е в ерс ии чл енов кл ас с а в яз ы к в в ед еноз арез ерв иров анное с л ов оinherited. Вы ражение inherited ИмяЧлена

гов орит о том , чтообращение произ в од ит с я к чл ену т екущего объект а, унас л ед ов анном у из непос ред с т в енного пред ш ес т в енника его кл ас с а в иерархии нас л ед ов ания. Указ ат ел ь self з д ес ь уже нед опус т им . Зам ет им , чтот аким образ ом м ожнопол учит ь д ос т уп л иш ь к чл енам бл ижайш егопред ка. Е с л и, с кажем , кл ас с C переопред ел ил м етод X кл ас с а B, а кл ас с B в с в ою очеред ь переопред ел ил с оот в ет с т в ующий м етод кл ас с а A, тов ы з в ат ь в ерс ию м етод а X д л я кл ас с а A при реал из ации кл ас с а C нев оз м ожно. И т ак, рас с м от рим Пример 3.2. Реал из ация кл ас с а PAryFraction. unit UnitPAryFraction; interface uses UnitRational; // подключаем модуль, // в котором реализован класс Rational type PAryFraction = class(Rational) // здесь находится приведенный выше интерфейс класса end; implementation uses SysUtils; // модуль включает поддержку исключений function PAryFraction.isPrime(value: Integer): boolean; var i:Integer; begin if value0) and self.isPowerOfBase(value) then inherited SetDen(value) else raise Exception.Create('Illegal value of denominator'); { Если передаваемое значение положительно и является степенью base, то можно изменить знаменатель, вызвав старую версию метода SetDen. Иначе возбуждается исключение с сообщением "Недопустимое значение знаменателя". } end; constructor PAryFraction.Create; begin inherited Create; // старый конструктор инициализирует поля num и den self.base:=2; end;

38

constructor PAryFraction.CreateAs(n, m: Integer); var i: Integer; begin if m