Бузулук 2002

Содержание

Введение

1. Модули

1.1 Структура модулей

1.2 Заголовок модулей и связь модулей друг с другом

1.3 Интерфейсная часть

1.4 Исполняемая часть

1.5 Инициирующая часть

1.6 Компиляция модулей

1.7 Доступ к объявленным в модуле объектам

1.8 Стандартные модули

2 Объекты17

2.1 Основные принципы ООП

2.2 Инкапсуляция

2.3 Наследование

2.4 Полиморфизм

Заключение26

Список используемых источников27

Приложение А28

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-ориентированного программирования.

1. 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 interface и 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.

1.1 Структура модулей

Модуль имеет следующую структуру:

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 смысле 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 [-/2, /2] (для арксинуса) или [0, ] (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.

1.2 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.

1.3 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.

1.4 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.

1.5 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.

1.6 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.

1.7 Доступ к объявленным в модуле объектам

Пусть, например, мы создаем модуль, реализующий арифметику комплексных чисел (напомню, что такая арифметика ни в стандартном Паскале, ни в Турбо Паскале не предусмотрена). К сожалению, в Турбо Паскале нельзя использовать функции, значения которых имели бы структурированный тип (запись, например), поэтому арифметика комплексных чисел реализуется четырьмя процедурами:

{UNIT Cmplx}; INTERFACE {.............................................} type complex = record; re, Im : real; end Procedure AddC (x, у : complex: var z: complex); Procedure SubC (x, у : complex; var z: complex); Procedure MulC (x, у : complex; var z: complex); Procedure DIvC (x, у : complex; var z: complex); const с : complex = (re : 0.1; Im : -1); IMPLEMENTATION {..........-- . -- .......... -- -- -- ----...... } PROCEDURE AddC; begin z.re := x.re + y.re; z. Im := x . im + у. Im; end {AddC}; PROCEDURE SubC; begin z .re := x.re - y.re; z . im := x.Im - y. Im; end {SubC}; PROCEDURE MulC; begin z.re := x.re * y.re - x.im * y.im; z.lm := x.re * y.im + x.im * y.re; end {MulC}; PROCEDURE DivC; varzz : real; begin zz :=sqr(y.re) + sqr(y.im); z.re := (x.re * y.re + x.im * y.im) / zz; z.lm := (x.re * y.im - x.lm * y.re) / zz; end {DIvC}: END.

Текст этого модуля следует поместить в файл CMPLX.PAS. Его можно откомпилировать, создав TPU-файл, после чего программе станут доступны процедуры из новой библиотеки.

1.8 Стандартные модули

В Турбо Паскале имеется восемь стандартных модулей, в которых содержится большое число разнообразных типов, констант, процедур и функций. Этими модулями являются SYSTEM, DOS, CRT, PRINTER, GRAPH, OVERLAY, TURBO3 и GRAPHS. Модули GRAPH, TURBOS и GRAPHS содержатся в одноименных ТPU-файлах, остальные входят в состав библиотечного файла TURBO.TPL. Лишь один модуль SYSTEM подключается к любой программе автоматически, все остальные становятся доступны только после указания их имен в списке, следующем за словом USES. Ниже приводится краткая характеристика стандартных модулей. Модуль SYSTEM в него входят все процедуры и функции стандартного Паскаля, а также встроенные процедуры и функции Турбо Паскаля, которые не вошли в другие стандартные модули (например, INC, DEC, GETDIR и т.п.). Как уже отмечалось, модуль SYSTEM подключается к любой программе независимо от того, объявлен ли он в предложении USES или нет, поэтому его глобальные константы, переменные и подпрограммы считаются встроенными в Турбо Паскаль. Модуль PRINTER делает доступным вывод текстов на матричный принтер. В нем определяется файловая переменная LST типа TEXT, которая связывается с логическим устройством PRN. После подключения модуля может быть выполнена, например, такая программа:

Uses Printer;

begin WriteLn (LST, 'Турбо Паскаль'); end.

Модуль CRT. В нем сосредоточены процедуры и функции, обеспечивающие управление текстовым режимом работы экрана. С помощью входящих в модуль программ можно перемещать курсор в произвольную позицию экрана, менять цвет выводимых символов и окружающего их фона, создавать окна. Кроме того, в модуль включены также процедуры "слепого" чтения клавиатуры и управления звуком. Модуль GRAPH содержит обширный набор типов, констант, процедур и функций для управления графическим режимом работы экрана. С помощью подпрограмм, входящих в модуль GRAPH, можно создавать разнообразные графические изображения и выводить на экран текстовые надписи стандартными или разработанными программистом шрифтами. Подпрограммы модуля GRAPH после соответствующей настройки могут поддерживать различные типы аппаратных графических средств. Настройка на имеющиеся в распоряжении программиста технические средства графики осуществляется специальными программами - драйверами, которые не входят в библиотечный файл GRAPH.TPU, но поставляются вместе с ним. Модуль DOS. В модуле собраны процедуры и функции, открывающие доступ программам к средствам дисковой операционной системы MS DOS. Модуль OVERLAY. Он необходим при разработке громоздких программ с перекрытиями. Как уже говорилось, Турбо Паскаль обеспечивает создание программ, длина которых ограничивается лишь доступной оперативной памятью ПК. Для большинства IBM-совместимых ПК доступная программе память составляет около 580 Кбайт (без инструментальных оболочек типа Norton Commander и без самой системы Турбо Паскаль). Память такого размера достаточна для большинства применений, тем не менее, использование программ с перекрытиями снимает это ограничение. Два библиотечных модуля TURBO3 и GRAPH3 введены для совместимости с ранней версией 3.0 системы Турбо Паскаль.

2. Объекты

Базовым в объектно-ориентированном программировании является понятие объекта. Объект имеет определённые свойства. Состояние объекта задаётся значениями его признаков. Объект "знает", как решить определённые задачи, то есть располагает методами решения. Программа, написанная с использованием ООП, состоит из объектов, которые могут взаимодействовать между собой.

Ранее отмечалось, что программная реализация объекта представляет собой объединение данных и процедур их обработки. В Турбо Паскале имеется тип object, который можно считать обобщением структурного типа record. Переменные объектного типа называются экземплярами объекта. Здесь требуется уточнение - экземпляр лишь формально можно назвать переменной. Его описание даётся в предложении описания переменных, но в действительности экземпляр - нечто большее, чем обычная переменная.

В отличии от типа "запись", объектный тип содержит не только поля, описывающие данные, но также процедуры и функции, описания которых содержатся в описании объекта. Эти процедуры и функции называются методами. В описании объекта фактически содержатся лишь шаблоны обращений к методам, которые необходимы компилятору для проверки соответствия количества параметров и их типов при обращении к методам. Вот пример описания объекта:

type

Location = object

X, Y: Integer;

procedure Init (InitX, Inity: Integer);

function GetX: Integer;

function GetY: Integer;

end;

Здесь описывается объект, который может использоваться в дальнейшем, скажем, в графическом режиме и который предназначен для определения положения на экране произвольного графического элемента. Объект описывается с помощью зарезервированных слов object…end, между которыми находятся описания полей и методов. В нашем примере объект содержит два поля для хранения значений графических координат, а также описания процедуры и двух функций - это методы данного объекта. Процедура предназначена для задания первоначального положения объекта, а функции - для считывания его координат.

Зарезервированное слово private позволяет ограничить доступ к полям объекта. В следующем примере доступ к переменным X и Y возможен только через методы объектного типа Location:

type

Location = object

procedure Init (InitX, Inity: Integer);

function GetX: Integer;

function GetY: Integer;

private

X, Y: integer;

end;

В секции private могут находится и методы объекта.

Полное описание методов, то есть описание их реализации, должно находится после описания объекта. Имена методов составные и складываются из имени объекта и имени метода, разделённых точкой:

procedure Location. Init (InitX, Inity: Integer);

begin

X : = InitX;

Y : = InitY;

end;

function Location. GetX: Integer;

begin

GetX : = X;

end;

function Location. GetY: Integer;

begin

GetY : = Y;

end;

После того как объект описан, в программе можно использовать его экземпляры, то есть переменные указанного объектного типа:

var

GrMarket : Location;

2.1 Основные принципы ООП

Элементы объектно-ориентированного программирования появились в начале 70-х в языке моделирования Симула, затем получили своё развитие, и в настоящее время ООП принадлежит к числу ведущих технологий программирования. В Турбо Паскале поддержка этой технологии появилась, начиная с версии 5.5 (1989 год).

Основная цель ООП, как и большинства других подходов к программированию, - повышение эффективности разработки программ. Идеи ООП оказались плодотворными и нашли применение не только в языках программирования, но и в других областях Computer Science, например, в области разработки операционных систем.

Появление объектно-ориентированного программирования было связанно с тем наблюдением, что компьютерные программы представляют собой описание действий, выполняемых над различными объектами. В роли последних могут выступать, например, графические объекты, записи в базах данных или совокупности числовых значений. В традиционных методах программирования изменение данных или правил и методов их обработки часто приводило к необходимости значительного изменения программ. Всякое существенное изменение программы - это большая неприятность для программиста, так как при этом увеличивается вероятность ошибок, вследствие чего возрастает время, необходимое для "доводки" программы. Использование ООП позволяет выйти из такой ситуации с минимальными потерями, сводя необходимую модификацию программы к её расширению и дополнению. Сразу замечу, что ООП не является панацеей от всех программистских бед, но его ценность как передовой технологии программирования несомненна. Изучение идей и методов объектно-ориентированного программирования - не очень простая задача, однако освоение ООП может существенно упростить разработку и отладку сложных программ.

Мы уже привыкли использовать в своих программах процедуры и функции для программирования тех сложных действий по обработке данных, которые приходится выполнять многократно. Использование подпрограмм в своё время было важным шагом на пути к увеличению эффективности программирования. Подпрограмма может иметь формальные параметры, которые при обращении к ней заменяются фактическими параметрами. В этом случае есть опасность вызова подпрограммы с неправильными данными, что может привести к сбою программы и её аварийному завершению при выполнении. Поэтому естественным обобщением традиционного подхода к программированию является объединение данных и подпрограмм (процедур и функций), предназначенных для их обработки.

2.2 Инкапсуляция

В Турбо Паскале средства объектно-ориентированного программирования связаны с тремя зарезервированными словами: OBJECT CONSTRUCTOR и DESTRUCTOR и двумя стандартными директивами: PRIVATE и VIRTUAL.

Зарезервированное слово OBJECT используется для описания объекта. Описание объекта должно помещаться в разделе описания типов, например:

type Tpoint = object X,Y: Integer; {Координаты точки} Color:word; {Цвет точки) Visible: Boolean; {Признак светимости} Procedure Setlocation (NewX, NewY: integer); {Задает новое положение, точки на экране} Procedure SetCoforfNewColor: word); {Устанавливает цвет точки} Procedure SetVislble(VIS: Boolean); {Выводит или гасит точку) Procedure GetLocatIon(var Xloc, YLoc:integer); {Возвращает координаты точки} Function GetColor: word; {Возвращает цвет точки) Function GetVislble: Boolean; {Возвращает признак светимости точки} end; {Конец описания объекта ТРOINT)

В этом примере описывается объект TPOINT, представляющий собой данные и методы (процедуры и функции), необходимые для работы с графическими точками на экране ПК. Заметим, что инкапсулированные объект процедуры и функции называются методами. Как видим, каждая точка характеризуется некоторым набором данных (своими координатами X и У, цветом COLOR и признаком светимости VISIBLE). Над этими данными определены все необходимые алгоритмические действия. С помощью этих переменных можно осуществлять все предусмотренные, в объекте действия, например, для переменных типа TPOINT можно высветить или погасим, любую точку, переместить ее по экрану, изменить цвет.

Нетрудно заметить, что описание объекта и использование объектных переменных во многом похоже на описание и использование записей: инкапсулированные в объекте данные и методы становятся доступны с помощью оператора присоединения WITH или с помощью составныхимен, например:

if Point.GetVisible then Polnt.SetVisible(False);

При описании объекта вначале, описываются все инкапсулированные в нем данные, а затем - методы доступа к этим данным. В качестве методов используются процедуры и функции, а также конструкторы и деструкторы.

Таким образом, указание методов при описании объекта подобно их опережающему описанию. Поскольку данные и методы инкапсулированы в одном объекте, все данные автоматически становятся глобальными, по отношению к любым методам и могут использоваться в них произвольным образом. Точнее говоря, любой метод объекта работает с невидимым оператором WITH, обеспечивающим ему доступ ко всем полям (как мы увидим далее, поля могут следовать в объявлении типа и после объявления метода и в этом смысле не являться для него глобальными). При обращении к методу ему передается особый идентификатор SELF, представляющий собой обобщенное имя экземпляра объекта. Любой метод может использовать идентификатор SELF, чтобы явно указать на принадлежащий объекту метод или поле. Например:

type ТСоо = record X.Y: integer;end; TPoint = object X,Y: integer;Procedure lnit(Coo: TCoo);end;Procedure TPofntfCoo: TCoo):begin with Coo do begin Self.X := X; Self.Y := Y; end;end;

2.3 Наследование

Любой объект может быть объявлен потомком ранее описанного объекта. В этом случае он наследует все данные и методы объекта-родителя и может дополнять их своими данными и методами. При объявлении объекта-потомка за словом OBJECT в круглых скобках указывается имя объекта-родителя. У объекта может быть сколько угодно потомков, но только один родитель. При объявлении объекта-потомка TUNE перечислены лишь те данные и методы, которых недостает в объекте-родителе TPOINT, остальные TLINE автоматически наследует от своего родителя.

Таким образом, описание объекта-потомка TLINE эквивалентно такому описанию объекта TLINE_ANOTHER:

type

TLine_Another = object

X, Y Integer; {Координаты начала линии}

Color word; {Цвет линии)

Visible Boolean; (Признак светимости)

XE.YE: Integer; {Координаты второго конца)

Procedure SetLocation(NewX, NewY: integer);

{Задает новое положение начала линии)

Procedure SetColor(NewColor: word);

{Устанавливает цвет линии)

Procedure SetVIsible(Vis: Boolean);

{Выводит или гасит линию}

Procedure GetLocation(var XLoc, YLoc: integer);

{Возвращает координаты начала линии}

Function GetColor: word;

{возвращает цвет линии}

Function GetVisible: Boolean;

{Возвращает признак светимости линии}

Procedure SetLIneLocationfxl.X1,Y1,x2 ,y2: integer);

{Задает новое положение линии на экране}

Procedure GetLineLocatlon(var x11,y1l,x2l,y2l):integer);

{Возвращает координаты линии}

Procedure SetLineVJsible(vis: Boolean);

{Выводит или гасит линию)}

end; {Конец описания объекта TLIne_Another}

Из этого примера видно главное преимущество наследования: при описании объекта-потомка вам нет необходимости заново описывать уже существующие в объекте-родителе поля и методы. Потомок просто использует их нужным образом для реализации требуемых от него действий все, в чем нуждается потомок, это описать специфичные для него поля методы, недостающие в объекте-родителе.

Наследование распространяется на любые объекты, в том числе и объекты-потомки: если в качестве родителя указано имя объекта, который сам по себе является потомком, новый объект наследует все свойства своего родителя и все свойства своих прародителей. Таким образом, наследование обеспечивает создание дерева родственных объектов.

Как и любое другое дерево, дерево объектов имеет "корень" объект являющийся прародителем всех других объектов иерархии, и "ветви" порожденные от него потомки. По мере передвижения от корня к ветвям и перехода с ветви на ветвь объекты разрастаются в своих размерах, присоединяя к себе все новые и новые поля и методы. Если иерархия объектов хорошо продумана, на каждом ее уровне к объекту-родителю добавляются только необходимые поля и методы, поэтому в таком разрастании на самом деле нет ничего плохого. Более того, компоновщик Турбо Паскаля тщательно проверит откомпилированную программу и удалит из нее все лишнее - в том числе в исполняемую программу (ЕХЕ-файл) не будут включены методы, которые по каким-либо причинам не используются в программе.

Механизм наследования это, пожалуй, самое мощное свойство ООП. Без наследования объекты превращаются в простую комбинацию данных и подпрограмм, не дающую качественных преимуществ по сравнению с традиционными для Паскаля процедурами и модулями. Наоборот, механизм наследования позволяет строить библиотеку по принципу "от простого - к сложному". Вводя с помощью наследования новый объект в свою библиотеку, программист в максимальной степени использует уже созданные (и, возможно, отлаженные) ранее объекты. Такой принцип конструирования программ называется восходящим программированием. В отличие от нисходящего программирования, он не дает возможности поэтапного создания программы. Мелкие детали реализации объектов заслоняют собою генеральный алгоритм, поэтому при использовании ООП рекомендуется сочетание подходов: методами нисходящего программирования генеральный алгоритм расчленяется на ряд относительно крупных и законченных в смысловом отношении фрагментов (модулей), а реализация этих фрагментов может основываться на объектно-ориентированном программировании.

2.4 Полиморфизм

Объект-потомок может не только дополнять поля и методы родителя, но и заменять методы родителя на новые (заменять поля родителя нельзя!). Например, вместо правила SETLINEVISIBLE мы могли бы в объекте TLINE объявить правило SETVISIBLE, которое в этом случае перекроет (заменит собой) одноименное правило объекта-родителя TPOINT. В результате, к разным родственным объектам TPOINT и TUNE можно было бы применять одноименные правила SETVISIBLE, обеспечивающие сходные в смысловом отношении действия - показать или сделать невидимым графический объект. Свойства, позволяющее называть разные алгоритмические действия одним именем, называется полиморфизмом.

В Турбо Паскале существует возможность связывания данных с методами на этапе исполнения программы - такое связывание называется поздним. При позднем связывании в описании объекта соответствующий метод дополняется стандартной директивой VIRTUAL. Такие методы называются виртуальными. В отличие от этого методы, с которыми осуществлено раннее связывание (на этапе компиляции), называются статическими.

Появление директивы VIRTUAL в объявлении метода как бы предупреждает компилятор: "Пока ты не знаешь, что я хочу. Придет время -запроси образец!". Встретившись с таким объявлением, компилятор не будет устанавливать связь объекта с методом. Вместо этого он создаст специальную таблицу, которая называется таблицей виртуальных методов (ТВМ). В этой таблице хранятся адреса точек входа всех виртуальных методов. Для каждого типа объекта создается своя ТВМ и каждый экземпляр объекта пользуется этой единственной для объектов данного типа таблицей. ТВМ обеспечивает работающую программу механизмом связывания объекта с полями. Фактическое связывание осуществляется с помощью обращения к конструктору - специальному методу, который во всем подобен обычной процедуре, но в заголовке вместо PROCEDURE содержит зарезервированное слово CONSTRUCTOR. В момент обращения к конструктору в специальное поле объекта заносится адрес нужной ТВМ, в результате чего все виртуальные методы (в том числе и унаследованные от родителей!) получают доступ к нужным полям.

Конструктор может не обращаться к виртуальному методу и даже вообще быть пустым, т.е. не иметь никаких исполняемых операторов (как в нашем примере), тем не менее, объект будет инициализирован правильно. Дело в том, что заголовок CONSTRUCTOR предписывает компилятору создать специальный набор машинных инструкций, который инициализирует ТВМ и исполняется в момент обращения к конструктору до выполнения его (конструктора) содержательной части. В объекте может быть сколько угодно конструкторов, но ни один из них не может быть виртуальным.

Выбор того, каким именно - статическим или виртуальным - должен быть метод, зависит от специфики задачи и Ваших вкусов. Однако следует помнить, что статический метод никогда не может быть перекрыт виртуальным и наоборот. Список формальных параметров статического метода может отличаться от списка в перекрываемом методе, а для виртуальных методов оба списка должны быть идентичны. И, наконец, виртуальные объекты занимают несколько большую память (за счет ТВМ) и вызов виртуальных методов исполняется чуть медленнее, чем вызов статических. Тем не менее, всегда, когда это возможно, следует отдавать предпочтение виртуальным методам, т.к. они придают программе дополнительную гибкость. Всегда может оказаться, что рано или поздно мы или кто-то из пользователей нашей библиотеки захочет модифицировать ту или иную ее функции. В этом случае перекрытие виртуальных методов позволит предельно упростить задачу. Отметим, что стандартная функция Турбо Паскаля TypeOf(TObj) возвращает ссылку на ТВМ для объекта типа TObj. Эту ссылку можно использовать, например, для проверки того, с каким именно объектом работает в данный момент виртуальный метод:

If TypeOf(Self) - TypeOf(TA) then ...

И еще одно замечание. Между экземплярами родственных объектов возможен обмен информацией с помощью операторов присваивания. Например, если PoinTl и Point2 - экземпляры объекта TPOINT, то допустимо присваивание Point1 := Point2; или PoinT2 := Point1;

Присваивания разрешены и между экземплярами родственных объектов разных уровней иерархии, однако в этом случае экземпляру объекта-родителя можно присвоить экземпляр потомка, но не наоборот! Например, разрешается присваивание Point := Line; но недопустимо Line := Point;

если LINE - потомок POINT. Это происходит по той причине, что потомок содержит все поля родителя, поэтому при присваивании потомка родителю эти поля получат правильные значения. Обратное же присваивание оставит без изменения "лишние" поля потомка, что является недопустимым.При использовании виртуальных правил следует остерегаться присваивания между экземплярами объектов, во всяком случае, необходимо помнить, что простое присваивание не заменяет собой инициацию виртуального объекта. Если, например, LINE и POINT - виртуальные объекты, то присваивание POINT:= Line;

не инициирует объект POINT, даже если объект LINE был перед этим инициирован. После такого присваивания необходим вызов конструктора объекта POINT перед обращением к любому виртуальному методу этого объекта.

Заключение

Мы завершаем рассмотрение основ программирования на Турбо Паскале. Среди них вычисления и обработка информации, использование объектно-ориентированного программирования - словом, те задачи, с которыми приходится сталкиваться профессиональному программисту. Турбо Паскаль был выбран как наилучший язык программирования для обучения основам профессионального программирования.

Турбо Паскаль - достаточно "старый" программный продукт. Следует заметить, однако, что Паскаль - это живой язык. Известны, используются или находятся в стадии разработки компиляторы и среды разработки программ на Паскале для различных операционных систем, в том числе и бурно развивающейся операционной системы Linux. Эти системы иногда частично, а иногда и в значительной мере совместимы с Турбо Паскалем, а следовательно, накопленный опыт может быть использован и для серьезной, профессиональной работы по разработке программ.

Список используемых источников

1. Абрамов В.Г., Трифонов Н.П., Трифонова Г.Н. Введение в язык Паскаль. - М.: Наука, 1988. - 320 с.

2. Абрамов С.А., Зима Е.В. Начала программирования на языке Паскаль. - М.: Наука, 1987. - 112 с.

3. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных./Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 360 с.

4. Грогоно П. Программирование на языке Паскаль. - М.: Мир, 1982. - 382 с.

5. Дантеманн Дж., Мишел Дж., Тейлор Д. Программирование в среде Delphi: Пер. с англ. - Киев: НИПФ "ДиаСофтЛтд.", 1995. - 608 с.

6. Епанешников А., Епанешников В. Программирование в среде Турбо Паскаль 7.0. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1993. - 288 с.

7. Йенсен К., Вирт Н. Паскаль. Руководство для пользователя и описание языка: Пер. с англ. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 151 с.

8. Матчо Дж., Фолкнер Д.Р. Delphi: Пер.с англ.- М.: БИНОМ, 1995. - 464 с.

9. Орлик С.В. Секреты Delphi на примерах: - М.: БИНОМ. - 316 с.

10. Перминов О.Н. Программирование на языке Паскаль. - М.: Радио и связь, 1988. - 224 с.

11. Пильшиков В.Н. Сборник упражнений по языку Паскаль: Учеб. пособие для вузов. - М.: Наука, 1989. - 160 с.

12. Прайс Д. Программирование на языке Паскаль: Практ. руководство. - М.: Мир, 1987. - 232 с.

13. Рубенкинг Н. Турбо Паскаль для Windows: В 2 т.; Пер. с англ. - М.: Мир, 1993. - 536 с.

14. Фаронов В.В. Турбо Паскаль. В 3-х книгах. Книга 1. Основы Турбо Паскаля. - М.: Учеб.-инж.центр МВТУ-ФЕСТО ДИДАКТИК, 1992. - 304 с.

15. Фаронов В.В. Паскаль и Windows. - М.: Учеб.-инж.центр МВТУ-ФЕСТО ДИДАКТИК, 1994. - 539 с.

16. Фаронов В.В. Практика Windows-программирования. М.: Информпечать, 1996. - 247 с.

17. Федоров А., Рогаткин Д. Borland Pascal в среде Windows. - Киев: Диалектика, 1993. - 656 с.

18. Форсайт Р. Паскаль для всех: Пер. с англ.- М.: Машиностроение, 1986. - 288 с.

Приложение А

(обязательное)

{$N+}

unit func1;

interface

type

float = Extended;

const

Infinity = 1.0E+4932;

function Tan(x : float) : float;

function ArcSin(x : float) : float;

function ArcCos(x : float) : float;

function Degrees_to_Radians(Degrees : float) : float;

function Radians_to_Degrees(Radians : float) : float;

function Sinh(x : float) : float;

function Cosh(x : float) : float;

function Tanh(x : float) : float;

function Log10(x : float) : float;

function Power(x, Exponent : float) : float;

implementation

const

Radians_Per_Degree = Pi / 180;

Degrees_Per_Radian = 180 / Pi;

Ln10 = 2.3025850930;

MaxValue = 88.029619;

function Tan(x : float) : Float;

var

Consine, Tangent : float;

begin

Consine := Cos(x);

if Cosine := 0.0 then

if Sin(x)>=0 then

Tan := Infinity

else

Tan := -Infinity

else

begin

Tangent := Sin(x) / Cosine;

if Tangent > Infinity then

Tan := Infinity

else

if Tangent < -Infinity then

Tan := -Infinity

else

Tan := Tangent;

end;

end;

function ArcSin(x : float) : float;

begin

if Abs(x) = 1.0 then

ArcSin := Pi / 2.0

else

ArcSin := ArcTan(x / Sqrt(1 - x * x));

end;

function ArcCos(x : float) : float;

var

Result : float;

begin

if x = 0.0 then

ArcCos := Pi / 2.0

else

begin

Result := ArcTan(sqrt(1 - x * x) / x);

if x < 0.0 then

ArcCos := Result + Pi

else

ArcCos := Result;

end;

end;

function Degrees_to_Radians(Degrees : float) : float;

begin

Degrees_to_Radians := Degrees * Radians_Per_Degree;

end;

function Radians_to_Degrees(Radians : float) : float;

begin

Radians_to_Degrees := Radians * Degrees_Per_Radian;

end;

function Sinh(x : float) : float;

var

t : float;

begin

if x > MaxValue then

Sinh := Ifinity

else

if x < -MaxValue then

Sinh := -Infinity

else

begin

t := Exp(x);

Sinh := 0.5 * (t - 1 / t);

end;

end;

function Cosh(x : float) : float;

var

t : float;

begin

if Abs(x) > MaxValue then

Cosh := Infinity

else

begin

t := Exp(x);

Cosh := 0.5 * (t + 1 / t);

end;

end;

function Tanh(x : float) : float;

begin

Tanh := Sinh(x) / Cosh(x);

end;

function Log10(x : float) : float;

begin

Log10 := Ln(x) / Ln10;

end;

function Power(x, Exponent : float) : float;

begin

if x > 0.0 then

Power := Exp(Exponent * Ln(x))

else if x = 0.0 then

Power := 0.0

else

WriteLn ( ` Основание степени отрицательно! ' );

end;

begin

end.