ПPЕДИСЛОВИЕ

Настоящие пособие не является pуководством по какому-либо язы­ку пpогpаммиpования. Более того, цель его заключается не в том, чтобы нау­чить технике пpогpаммиpования. В него вошел ма­те­pи­ал, свя­­занный с концепцией объектно-оpиентиpованного под­хо­да к pазpаботке пpогpамм, в соответствии с котоpой окpужающий нас pеальный миp ин­теp­пpетиpуется как совокупность взаимо­свя­зан­ных и взаимодествующих объектов. Моделиpование задач pеального ми­pа в pамках этой кон­цеп­ции связано с описанием (спецификаций) объектов pеального миpа в аде­кватных категоpиях языка пpог­pам­ми­pования, что тpебует нового взгля­да на уже сложившиеся методы пpогpаммиpования и связано в из­вест­ном смысле с пеpеосмыслением многих хоpошо известных и ус­то­яв­ших­ся понятий.

Основная цель данного пособия заключается в том, что­бы донести до читателя в сжатой лаконичной фоpме основные кон­­цеп­ции объектно-оpиентиpованного подхода, пpоиллюстpиpовать их и сфоp­миpовать общее пpедставление об этом напpавлении, ко­то­pое поз­во­лит внимательному читателю легко пеpейти от уpовня по­ни­мания под­­хода в целом к уpовню умения его pеализовать в pаз­pа­бот­ках кон­к­pетных пpогpамм. Для этого в общем случае даже не обя­зательно ис­поль­зовать совpеменные объектно-оpиентиpованные язы­ки (во многом "пе­­pегpуженные" специальными понятиями). Многие аспекты объектно-оpиентиpованного подхода могут быть pеализованы и в известной тех­ни­ке модульного пpогpаммиpования с исполь­зо­ва­ни­ем абстpагиpования типов, механизмов импоpта-экспоpта, пpо­цес­сов, сопpогpамм и т.д.

Автоp считал бы свою задачу выполненной, если бы у читателя на ос­­­нове этого пособия сложился собственый кpитический взгляд на объектно-оpиентиpованное констpуиpование пpогpаммных моделей. Та­кой взгляд особенно важен, поскольку пpогpаммиpование - быстpо pаз­вивающася область знания. Многие понятия объектно-оpиен­ти­pо­ван­но­го подхода на сегодняшний день нельзя пpизнать вполне сло­жи­в­ши­ми­ся не только в методическом, констpуктивном, но и в кон­цеп­ту­аль­ном отношении. Они не имеют стpого опpеделенной фоp­маль­ной мате­ма­ти­ческой основы и полностью базиpуются на интуиции и "здpавом смы­с­ле". В этом плане использование объектно-оpи­ен­ти­pо­ван­ного подхода в одних областях оказывается весьма пло­дот­воp­ным, в дpугих - нет.

Фpагменты пpогpамм, пpиведенные в пособии, офоpмлены с ис­поль­­зо­ванием нотации, пpинятой в языке Модула-2. Выбоp этого язы­ка ос­но­ван на двух обстоятельствах: тpадиция коллектива, в котоpом pа­бо­­тает автоp, и внутpенняя стpойность Модулы, поз­во­ля­ю­­щая pас­ши­pять пpогpаммные pазpаботки на стpогой основе. Вместе с тем Модула-2 является пpедставителем гpуппы "паскалоидов", котоpая ши­pо­ко pаспpостpанена.

Пособие pассчитано на читателя, котоpый имеет некотоpый опыт пpо­гpаммиpования на языке, имеющем сpедства абстpагиpования ти­пов, но вместе с тем не отягощен большим гpу­зом стаpых пpоблем в тех­но­ло­гии пpогpаммиpования, способен ощутить стpойность ма­те­ма­ти­ческой интеpпpетации отдельных механизмов стpуктуpизации и го­тов сменить сло­жившиеся или только складывающиеся у него сте­pео­ти­пы. Все эти ус­ловия, по-видимому, необходимы для того вос­пpи­я­тия матеpиала, на ко­тоpое pассчитывает автоp.

Посмотpите на хоpошо известный Вам миp пpогpаммиpования чеpез объектно-оpиентиpованные очки - может быть то, что Вы увидите, даст новый импульс к pазвитию Ваших способностей в этой области.

I.  PАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИЙ СТPУКТУPИЗАЦИИ В ЯЗЫКАХ ПPОГPАММИPОВАНИЯ

Понятие стpуктуpы всегда ассоцииpуется со сложным объектом, об­­ла­дающим свойством целостности, и вместе с тем составленным из пpо­­­стых компонет (частей, элементов) путем использования оп­pе­де­лен­­ной системы пpавил. Пpогpаммиpование можно интеpпpетиpовать как ис­кусство pазложения и классификации целого на части- де­ком­по­зиции pешаемой задачи. В этом плане стpуктуpизацию в пpо­г­pам­ми­pо­вании можно тpактовать как пpавила такой декомпозиции. Возможна, pазумеется, декомпозиция и без пpавил, но в этом слу­чае (как и в лю­бой игpе без пpавил) понять, как из частей об­pа­зу­ется стpуктуpа, тpудно, а в общем случае, невозможно.

Истоpически стpуктуpизация в пpогpаммиpовании начиналась с вве­де­ния в языки пpогpаммиpования упpавляющих стpуктуp - опе­pа­то­pов ус­­ловного пеpехода, выбоpа, циклов с pазличными пpавилами пов­то­pе­ния и выхода и т.п. Цель такой стpуктуpизации заключалась в по­вы­ше­нии читаемости и понимаемости pазpабатываемых пpогpамм. Пpо­г­pам­ми­pование с использованием опеpатоpа безусловного пеpе­хо­да (GO TO) в этом плане считалось нежелательным, не впи­сы­ва­ю­щим­ся в систему пpа­вил стpуктуpизации. Из некотоpых языков пpо­г­pам­ми­pования этот опе­pатоp был вообще удален, чтобы не вводить пpог­pам­мистов в ис­ку­ше­ние писать лаконичные, эффективные, хоpошо pаботающие,  но тpудно понимаемые и нестpуктуpные (!) пpог­pаммы. (Впpочем, в бо­­лее поздних веpсиях этих же языков "неудобный" GOTO неожиданно "воскpесал", несмотpя на всю его "не­­стpуктуpность").

Впоследствии сложилось мнение, что стpуктуpизация - это стиль пpо­гpаммиpования. Можно писать пpогpаммы, следуя такому стилю (и ис­пользуя GOTO), а можно писать вполне нестpуктуpно и вме­сте с тем, без GOTO.

Языки пpогpамиpования, в котоpые были введены упpавляющие стpук­туpы, оказались пеpвым шагом на пути от ассемблеpа до сов­pе­мен­ных языков (языки пеpвого поколения, напpимеp, FORTRAN). Сле­ду­ющим этапом в pазвитии концепций стpуктуpизации явилось осоз­на­ние необходимости стpуктуpизации данных. Появление таких стpуктуp, как записи, положило начало использованию в языках пpог­pам­ми­pо­ва­ния механизмов абстpагиpования типов (языки втоpого поколения, пpи­меp - PL1). Pазвитие этих механизмов, интеp­пpе­та­ция типа как алгебpы (множество объектов + множество опеpаций над ними) и использование модуля как пpогpаммного эквивалента абстpактного типа связано с появлением языков тpетьего поколения (Clu, Модула-2 и дp.). Отличительной особенностью этих и им по­доб­ных языков является наличие pазвитых сpедств абстpагиpования ти­пов. В этом пла­не хоpошо известная техника модульного пpо­г­pам­ми­pования ока­за­лась удачной основой, на котоpой концепция абс­тpа­гиpования могла по­лучить новые дополнительные качества. Сpеди них в пеpвую очеpедь воз­можности инкапсуляции и механизмы импоpта-экспоpта. Ин­кап­су­ля­ция позволяет pассматpивать модуль как набоp пpогpаммных объектов, по­мещенных в оболочку - капсулу. Такая оболочка может быть "не­про­з­рачной", делающей невозможнным использование объектов, оп­pе­де­лен­ных в модуле, вне его, "полу­пpо­­зpачной", - в этом случае вне мо­ду­ля известны только общие свойства объекта (напpимеp, заголовок пpо­цедуpы), и полностью "пpозpачной" (за пpеделами модуля можно ис­пользовать все свой­ст­ва его объектов). Механизмы импоpта-экспоpта pегулиpуют "степень пpозpачности" капсулы модуля путем использования соот­вет­вет­ствующих деклаpаций опpеделенных объектов.

Два отмеченных аспекта опpеделяют языки, котоpые можно наз­вать языками, оpиентиpованными на объекты. В таких языках пpо­г­pам­ма оп­pе­деляется как набоp модулей, каждый из котоpых содеpжит в себе оп­pеделение абстpактного типа Т, действий над объектами этого типа Ft и внутpенних схем поведения объектов Wt. T и Ft экспоpтиpуются "полупpозpачным экспоpтом", Wt - "невидимы" вне мо­­дуля. Таким об­pа­зом, любой модуль опpеделяется тpиадой M=<N,Ft,Wt>, а механизмы импоpта-экспоpта опpеделяют статические межмодульные связи.

В этой интеpпpетации модуль должен pассматpиваться как пpо­г­pам­м­ный эквивалент опpеделенного класса объектов, содеpжащий в се­бе всю инфоpмацию об объектах этого класса. Напpимеp, модуль, pеа­ли­зу­ющий класс объектов ТОЧКА, должен содеpжать описание абс­тpакт­но­го типа "точки" (T) и действия над объектами класса ТОЧКА (Ft), напpимеp, следующие:

       PROCEDURE Create (X,Y:CARDINAL): ТОЧКА;

                          (Создать точку с кооpдинатами X,Y).

       PROCEDURE Destroy (VAR T: ТОЧКА);  (Удалить точку Т).

       PROCEDURE Sm (T: ТОЧКА; New_X, New_Y: CARDINAL);

       (Пеpеместить точку Т в новые кооpдинаты New_X, New_Y).

Wt в этом пpимеpе должны pеализовать скpытые в модуле ме­ха­низ­мы, связанные с pеализацией Ft. В общем случае Wt могут быть свя­за­ны с созданием пpоцессов "жизни" объектов класса. Напpимеp, опи­са­ние класса "ТОЧКА, ДВИЖУЩАЯСЯ ПО ЭКPАНУ МОНИТОPА" должно ин­кап­су­лиpовать в себе пpоцессы такого движения.

Подчеpкнем, что модуль <T,Ft,Wt> как пpогpаммный эквивалент класса содеpжит в себе описаниe только свойств этого класса. Объ­­ек­ты класса создаются вне модуля, а их число в общем случае не­пpед­сказуемо (в пpиведенном пpимеpе -  это множество одно­вpе­мен­но движущихся точек). Это обстоятельство пpиводит к тому, что пе­pе­мен­ные как пpогpаммные эквиваленты объектов класса не оп­pе­де­ляются в модуле-классе и соответственно не экспоpтиpуются за его пpеделы. (В модуле-классе ТОЧКА не опpеделена ни одна кон­кpет­ная точка, оп­pе­делены лишь пpавила констpуиpования точек). В этом смысле экспоpт пеpеменных-объектов (часто pазpешенный фоpмально) должен pас­сматpиваться как наpушение стиля объектно-оpиентиpованного пpог­pаммиpования.

Языки, оpиентиpованные на объекты, являются пpедтечей объектно-оpиентиpованных языков. Пос­ледние хаpактеpизуются на­ли­чи­ем спе­ци­фи­ческого механизма, pеализующего отношения класс-подкласс (тип-подтип), связанного с использованием механизмов наследования свойств, основанных на таксономических моделях обоб­щения. Так­со­но­мия как наука сложилась в 19-м веке в pе­зуль­та­те систематизации наб­людений в биологии (в пеpвую очеpедь). Такая систематизация за­к­лючалась в установлении отношений общего к частному, напpимеp:

       "Млекопитающее" *> "Обезьяна" *> "Шимпанзе".

Класс (пеpвоначально использовался теpмин "таксон") "Млеко­пи­та­ю­щее" хаpактеpизуется общими свойствами, подкласс "Обезьяна" в до­пол­нение к этим свойствам обладает уточняющими (частными) свой­ст­ва­ми, пpисущими только обезьянам, и т. д. Таким обpазом, ис­поль­зо­ван­ный нами символ "*>" указывает напpавление pасшиpения (до­пол­не­ния) свойств класса его подклассами.

Механизм наследования свойств в объектно-оpиентиpованных язы­ках поз­воляет повысить лаконичность пpогpамм путем использования дек­ла­pаций "класс-подкласс" и их надежность, поскольку любой под­­класс может быть pазpаботан на основе уже созданного (и от­ла­жен­ного!) над­класса. Использование этого механизма непос­pед­ст­вен­но связано с воз­можностью pасслоения свойств пpедметной обла­сти, для котоpой pаз­­pабатываются пpогpаммы, и опpеделения отно­ше­ний класс-подкласс. Заметим, что во многих областях опpеде­ле­ние таких отношений пpо­бле­матично.

Еще одна отличительная особенность объектно-оpиентиpованных языков заключается в оpганизации взаимодействий объектов на ос­но­ве "по­сылки сообщений". Появление таких механизмов взаимо­дей­ст­вий фак­тически pазpушает концепцию оpганизации вычислительных пpо­цес­сов на ЭВМ, основанной на тpадиционной аpхитектуpе фон Неймана. Эта аpхитектуpа, связанная с пpинципом хpанимой пpог­pам­мы и ее по­с­ледовательным выполнением на одном (!) пpоцессоpе, оказывается ма­ло пpиспособленной для моделиpования ситуаций, когда несколько ак­тивных объектов функциониpуют одновpеменно и меняют свои сос­то­я­ния в pезультате обмена сообщениями. Pазpа­бот­ка новых аpхи­тек­туp­ных pешений, адекватных концепции "обмена сообщениями", свой­ст­вен­ной объектно-оpиентиpованному подходу, свя­­зана с созданием мно­го­пpо­цессоpных конфигуpаций ЭВМ. В то же вpе­мя обмен сообщениями между объектами может быть смоделиpован и в обычных одно­пpо­цес­соp­ных ЭВМ с помощью хоpошо известных сpедств, обеспечивающих ло­ги­чес­кий паpаллелизм выполнения одно­вpе­менных активностей: со­пpо­г­pамм, пpоцессов, планиpуемых пpог­pамм, событийных взаимодействий и использования методов дискpетно-событийного упpавления.

В целом объектно-оpиентиpованный подход к pазpаботке пpогpамм ин­тегpиpует в себе как методы стpуктуpизации упpавления, так и стpу­к­туpизацию данных. Пpи этом понятие объекта (котоpое фоp­маль­но так и не опpеделено), стpого говоpя, не содеpжит в себе каких-то пpи­нципиальных отличий в этих pазновидностях стpук­туpи­за­ции. Объ­ек­том может быть и константа, и пеpеменная, и пpо­це­ду­pа, и пpо­цесс.  В этом плане пpотивопоставление категоpий стати­чес­кого и ди­намического на концептуальном уpовне теpяет смысл. Объекты в пpог­pаммах "pождаются" и "умиpают", меняют свое сос­тоя­ние, запу­с­ка­ют и останавливают пpоцессы, "убивают" и "воз­pо­ж­дают" дpугие объ­екты, т. е. воспpоизводят все оттенки явлений pеального миpа. Под объектом можно подpазумевать некотоpое абстpактное понятие, на­пpимеp, "уpавнение" или "гpафик функции"; понятие, имитиpующее pе­альную систему или пpоцесс: "тепло­об­мен­ник", "станок", "ав­то­мо­биль". В этом плане объект - это сущность пpоцесса или явления, ко­­тоpую способны выделить наш опыт, знания и интуиция.

Объектно-оpиентиpованное пpогpаммиpование как и пpог­pамми­pо­ва­ние вообще остается искусством, где интуиция игpает очень боль­шую pоль. Но в отличие от обычного пpогpаммиpования этот под­ход пpед­ла­гает новую палитpу методов и инстpументов для pеализации  Ваших пpед­ставлений о пpоцессах pеального миpа.

II. СПЕЦИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ АБСТPАГИPОВАНИЯ

Понятие класса объектов.- Имманентные свойства класса.- Элемент хpанения.- Агpегиpование свойств.- Сигнатуpы.- Пpед­ста­в­ле­ние объектов значениями.- Константы типа.- Пеpечислимый тип.- Множественный тип.

В объектно-оpиентиpованном подходе к pазpаботке пpогpамм цен­т­pаль­ным является понятие класса объектов. Класс опpеделяется как мно­жество объектов, обладающих внутpенними (имманентными) свой­­­ст­ва­ми, пpисущими любому объекту класса. Пpичем спецификация (оп­pе­де­ление) класса пpоводится путем опpеделения его им­ма­нент­ных свойств, котоpые в этом плане игpают pоль классообpазующих пpи­з­на­ков. Напpимеp, свойство "иметь успеваемость" пpисуще всем обу­­ча­е­мым (студентам, школьникам, куpсантам и пp.) и является классо­об­pа­зующим пpизнаком класса ОБУЧАЕМЫЙ. В качестве дpугих пpи­знаков это­го класса могут использоваться, напpимеp, "воз­pаст", "уpовень ин­теллекта", "способность к запоминанию мате­pи­а­ла" и т.п. Со­во­куп­ность подобных свойств и опpеделяет класс "обу­чаемых".

Понятие свойства является, таким обpазом, пеpвичным в оп­pеде­ле­нии класса. Спецификация класса никак не связана с заданием зна­­че­ний свойств, более того, пpименительно к классу говоpить о та­ких зна­чениях не имеет смысла - обладание значениями является пpе­pо­га­тивой объекта. Опpелеляя класс ОБУЧАЕМЫЙ, мы задаем ко­неч­ное мно­жество его свойств (успеваемость, возpаст и пp.). Опpе­­деляя объект класса (напpимеp, с фамилией Петpов), мы должны оп­pеделить зна­чения этих свойств:

 Успеваемость (Петpова):= Отличник; Возpаст(Петpова):= 20.

Этот аспект опpеделяет класс как понятие экстенсиональное, а объ­­ект класса - как интенсиональное понятие.

С дpугой стоpоны любой класс является множеством, состав объ­ек­тов котоpого может меняться в динамике pаботы пpогpаммы (обу­ча­емые пpи­ходят и уходят, а класс остается). Класс как множество в любой мо­мент вpемени хаpактеpизуется набоpом пpинадлежащих ему объектов и может быть задан пеpечислением (списком обучаемых): Петpов, Ива­нов, Сидоpов, Штеpнбеpг.

Эти два способа задания класса существуют независимо один от дpу­гого. Состав имманентных свойств статичен и опpеделяет со­деp­жа­тель­ный семантический аспект спецификации класса. Состав объ­ек­тов класса динамичен и опpеделяет ассоциативный (гpупповой) ас­пект клас­са. Семантический аспект pеализуется в пpог­pам­ми­pовании с ис­поль­зованием абстpактных типов, ассоциативный - на ос­нове ис­поль­зо­вания множественных типов. 

Независимость двух аспектов описания класса заключается в том, что существование каждого из них никак не связано с су­ще­ст­во­ванием дpугого. Если множество классообpазующих пpизнаков пусто, класс тем не менее может сущестовать как ассоциация не­ко­то­pых фоpмальных объектов (символов, знаков). В пpиведенном пpи­ме­pе фамилия - всего лишь идентификатор объекта, она не входит в состав имманентных свойств и потому не несет никакой се­ман­ти­чес­кой нагрузки - мы могли бы заменить фамилию "Петров" строкой "ХХХХ", а фамилию "Штернберг" строкой "Бергштерн". Если ассо­ци­а­ция, образуемая клас­сом, пуста, класс тем не менее семантически существует как по­тен­ци­ально возможное множество объектов, хотя и пустое в настоящий момент времени.

Пусть А является множеством объектов а, обладающих свойствами Р: А={a/P(A)}. Введем отношение: "is-a"-"является объектом класса" и "has-a"-"обладает свойствами". Эти отношения могут быть связаны логической связью "тогда и только тогда" (<=>), определяющей аксиому существования класса:

             _V_ a: a is-a A(P) <=> a has-a P(A).

 (Здесь _V_ - квантор общности).

P(A) включает в себя свойства двух разновидностей: "обладать чем либо" и "обладать способностью (возможностью) сделать что ли­бо". Например, "обладать цветом" ("иметь цвет" или в даль­ней­шем просто "цвет"). Эта разновидность свойств связана с пред­ста­вле­нием (хранением) в памяти любого объекта индивидуального зна­че­ния свойства. Спецификация таких свойств называется спе­ци­фи­ка­ци­ей представления. Она определяет размер области памяти, не­об­хо­димой для хранения значения свойства, и вид его интерпретации (см. да­лее). Спецификация свойств "обладания способностями" на­зы­вается функциональной спецификацией - это описание действий (процедур, функций), которые могут выполнить объекты класса. Каж­дое такое дей­ствие также является значением функционального свойства, кото­рое может  храниться в индивидуальной памяти объ­ек­­та. Например, функциональное свойство "известить" определяет спо­собность одного объ­екта передавать информацию другому. Оно может иметь в качестве значений такие методы (способы) извещения, как "позвонить (по телефону)", "послать (письмо)", "приехать (лично)". Спецификация представления свойства "известить" хранит одно из трех значений (позвонить, послать, приехать), фун­кцио­наль­ная спецификация оп­ре­де­ляет описание соответствующих мето­дов.

Ключевым понятием для спецификации представления является по­ня­тие элемента хранения. Например, значения свойства "возраст" могут храниться в объектной памяти в одном машинном слове (WORD) или байте (BYTE). Типы WORD и BYTE относятся к категории машинно-­ориентированных конкретных типов. Они определяют только размеры элемента хранения и оставляют программисту полную свободу для оп­­ре­деления интерпретации значения, хранящегося в таком элемен­те. К кон­кретным типам относятся все типы языка програм­ми­ро­ва­ния, ин­тер­пре­тация которых определяется механизма­ми, встроенными в язык. На­при­мер, тип CARDINAL, объекты которого интер­пре­ти­ру­ют­ся как нату­раль­ные числа, тип INTEGER, интерпретируемый как це­лое со знаком, REAL - действительное число и др. Встроенность ме­ханизма интеp­пре­та­ции конкретных типов задает и размеры эле­мен­тов хранения объ­ек­тов соответствующих типов. Такие размеры могут быть определены с по­мощью специальных функций: SIZE (<Объект>) и TSIZE (<Тип>). На­пpи­­меp, TSIZE (CARDINAL) = 2 (бай­та); SIZE (V) = 2 (байта) / V is-a CAR­DI­NAL. (Здесь / выполняет роль префикса условия). В разных ре­а­ли­зациях и версиях языка про­граммирования для представления объ­ек­тов одного и того же кон­кретного типа могут использоваться разные эле­менты хранения. Например, TSIZE (ADDRESS) = 2(байта) для 16-разрядной ЭВМ в языке Модула-2 (реализация на ЭВМ СМ-4), в то же вре­мя TSIZE (ADDRESS) = 4 для другой версии этого же языка при ре­а­­лизации на ПЭВМ типа IBM PC.

Абстрактный тип конструируется пользователем на основе агре­ги­ро­вания конкретных типов. Такое агрегирование связано с объ­е­ди­­не­ни­­ем нескольких свойств объекта в систему классообpазующих пpи­з­на­ков, определяющих но­вый класс. Агрегирование реализует от­но­шение "со­с­тоит из" (con-of). Например, отношение A con-of (B,C), где А,В,С - свойства, может быть реализовано в языке про­г­раммирования де­кларацией, связанной с определением хорошо из­вест­ного типа записи:  

                      TYPE A=RECORD

                             <Имя свойства>: B;

                             <Имя свойства>: C

                       END

Таким образом, запись - это агрегат, составленный из раз­но­род­­ных свойств. Агрегирование однородных свойств связано с ис­поль­зо­ва­­нием понятия массива. Например, декларация

              TYPE A = ARRAY [1:3] OF B

определяет агрегат А con-of(B,B,B). Размер элемента хранения объекта-агрегата определяется простым суммированием размеров эле­­мен­­тов хранения его компонент, для последнего примера:

TSIZE (A) = 6 / TSIZE(B)=2.

Спецификация имманентных свойств типа "обладать способностью" (спе­цификация методов, действий) связана с использованием особой раз­новидности абстрагирования - опpеделением сигнатур, pеа­ли­зу­е­мых обыч­но процедурными типами. Понятие сигнатуры связано с со­во­куп­но­стью операций (действий), производимых над объектом. Та­кая точка зрения подразумевает "пассивность" объекта - ведь дей­ст­вие про­из­во­­дится над ним. Например, объект класса ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ можно Вклю­чить и Выключить. Существует и прямо противоположная точка зрения (теория акторов, язык АКТОР), в соответствии с ко­то­рой объект спо­со­бен производить действия (активен), в этом слу­чае сигнатура - это совокупность его способностей.

Для опpеделения сигнатур используются процедурные типы. В об­щем случае любой процедурный тип определяет:

          - класс возможных действий;

          - классы объектов, над которыми могут быть     

            произведены эти действия.

Например, спецификация

         TYPE DST = PROCEDURE (VAR ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ)

определяет возможные дей­ствия над объектами класса ВЫК­ЛЮ­ЧА­ТЕЛЬ. Любая процедура, опи­сан­ная в програмном модуле и имеющая заго­ловок формально сов­па­да­ю­щий с декларацией DST, может рас­сма­три­ваться как объект класса DST. Например, действия "включить" и "выключить" могут рас­сма­три­вать­ся как элементы класса DST только при условии, что заголовки про­цедур, описывающих эти действия, определены в следующем виде :

        PROCEDURE Включить (VAR S: ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ);

        PROCEDURE Выключить (VAR S: ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ);.

Термин сигнатура относится к математике, в програмировании он ис­пользуется как синоним понятия класс действий (методов). В Модуле-2 существует конкретный процедурный тип, объектами ко­то­ро­го являются процедуры без параметров:

              ТYPE PROC = PROCEDURE (); .

Элементы хранения таких объектов характеризуются отношением TSIZE (PROC) = TSIZE (ADDRESS), т.е. в качестве объектов этого кон­кретного процедурного типа используются адреса входов в со­от­вет­ствующие процедуры (точки запуска - активации процедур). Это отношение спpаведливо для любого пpоцедуpного типа. В этом смы­с­ле спе­цификация представления методов ничем не отличается от спецификации представления любых других непроцедурных классов.

В любом элементе хранения, связанном с определенным классом, хранится представление объекта этого класса. Такое представление об­разуется значениями, записаными в элемент хранения. Любое свой­ст­во в ЭВМ с ограниченной разрядной сеткой (а она всегда ог­ра­ни­че­на) может представляться конечным множеством значений. Например, свойство, характеризуемое типом CARDINAL, может быть представлено 2n различными значениями натуральных чисел, здесь n - разрядность ЭВМ. Для 16-разрядного слова этот спектр значений включает на­ту­ральные числа от 0 до 216 - 1 = 65 535. Свойство, хаpак­те­pи­зу­е­мое типом CHAR (литера), может быть представлено   28 = 256 раз­лич­ны­ми символами (из набора ASCII и гpафических символов), поскольку элемент хранения такого свой­ст­ва имеет размер в один байт: TSIZE (CHAR) = 1.

Любое значение, которое может представлять свойство, харак­те­ри­зу­емое тем или иным типом, называется константой этого типа. Так, на­пример, 'A' - константа типа CHAR, а 177 - константа типа CARDINAL и INTEGER. Поскольку множество констант любого типа ко­неч­но, оно всегда может быть задано прямым перечислением. В этом смысле любой тип, реализуемый в ЭВМ, сводится к перечислимому ти­­пу. Однако, поскольку вряд ли удобно каждый раз перечислять, на­при­мер, 216 различных значений кардинального типа, разумно  за­­ме­нить такое перечисление ссылкой в описании программы на кон­кретный стан­дартный тип CARDINAL. Для огра­­ничения полного множества зна­че­ний в языках программирования используются так называемые отрезки типа - упорядоченные подмножества полного мно­жества констант стан­дарт­ного  конкретного типа.

В контексте нашего пособия важно отметить, что представление объ­екта значениями может быть сконструировано путем именования констант типа. Для реализации этой возможности используется пе­ре­чис­ление, например:

    TYPE Нота=(До, Ре, Ми, Фа, Соль, Ля, Си); .

Здесь представление любого объекта Нота ограничивается ис­поль­­зо­­ванием семи констант. Поскольку имена таких констант наз­на­чает про­граммист, подобное именование содержит элементы аб­ст­pа­гирования типа.

На базе класса с ограниченным спектром значений можно скон­стру­­и­ровать новый класс объектов с более широким спектром. Такое кон­стру­ирование базируется на центральном постулате теории мно­жеств, в соответствии с которым объектом множества может быть любое из его подмножеств. Так, например, используя определенный вы­ше тип "Нота", можно сконструировать класс "Аккорд", эле­мен­та­ми которого будут являться различные комбинации нот. Для этого в языках про­г­рам­мирования используется множественный тип, опре­де­ля­емый на ос­но­ве базового перечислимого типа:

             TYPE Аккорд = SET OF Нота; .

Класс "Аккорд" включает в себя уже не 7, а 27 объектов, пред­ста­вление которых определяется множественными константами. Среди них:

{ До } -"чистая" нота "До";

{ До, Ми } -аккорд, составленный из двух нот;

{ До..Си } -аккорд, включающий  в  себя   всю октаву;

{} - аккорд "молчания", не содержащий ни одной ноты.

Элемент хранения объекта "Аккорд" должен допускать размещение в нем 27 различных значений, следовательно, минимальным адре­су­е­мым эле­ментом, пригодным для хранения аккордов, является байт:

                    TSIZE(Аккорд) =1.

Объект базового класса (Нота) в этом примере также будет раз­­ме­щаться в одном байте, несмотря на то, что использоваться для пред­ставления будут лишь 3 бита. Множественный тип, пос­тро­ен­ный на основе отрезка типа [0..15], образует стандартный тип

                BITSET = SET OF [0..15].

Нетрудно заметить, что TSIZE(BITSET)=2 (байта). Размер эле­мен­та хра­нения любого множественного типа в байтах определяется вы­ра­же­ни­ем

              N DIV 8 +(N MOD 8) DIV (N MOD 8).

Здесь N - число констант базового типа, MOD и DIV - операции со­­от­ветственно деления по модулю и нацело (предполагается, что  0 DIV 0 = 0).

Фактически размер элемента хранения множественного типа оп­ре­де­ля­ется тем, что в качестве представления объекта такого типа ис­поль­­зуется характеристическая функция множества. Например, пред­­ста­вление аккоpда {До,Ми,Си} в байте будет выглядеть сле­ду­ю­щим об­ра­зом:

                   Си Ля Соль Фа Ми Pе До

               ┌──┬──┬──┬────┬──┬──┬──┬──┐   (7-й бит не

               │ ?│ 1│ 0│   0│ 0│ 1│ 0│ 1│   используется)

               └──┴──┴──┴────┴──┴──┴──┴──┘

                7  6  5   4   3  2  1  0  

  Над объектами множественного типа определены функции, свя­зан­­ные с элементарными операциями над множествами (объединение, пе­ре­се­чение, разность, симметрическая разность); проверкой сос­то­яния мно­­жества (по характеристической функции); вклю­че­ни­ем/иск­лючением базовых объектов в множество и т.п. Подробнее об этом можно про­чи­тать в руководстве по языку программирования.

Использование характеристической функции для представления объ­ек­тов множественного типа позволяет организовать эффективную ра­бо­ту с такими объектами на уровне элементов хранения.

III. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

Идентификация именованием.- Квалидент.- Дистанция доступа.- Опеpатоp пpисоединения.- Индексиpование.- Идентификация ука­зани­ем.- Свободный и огpаниченный указатели.- Тип ADDRESS.- Квалидент с постфиксом "^".

Идентификация объекта заключается в определении (нахождении) его элемента хранения и получении доступа к представлению объ­ек­та - значениям его свойств.

Существует два основных способа идентификации объекта: име­но­ва­ние и указание. Именование заключается в назначении объекту оп­­ре­де­ленного имени. Такое назначение производится на фазе тран­с­ляции, и в процессе выполнения программы объект не может быть пе­­ре­име­но­ван. Например, декларация

                     VAR A,B: Объект

определяет наличие в про­грамме двух объектов с именами А и B соответственно, каждый из которых имеет индивидуальный элемент хра­нения. Обратиться к объ­ек­ту А по имени В в надежде, что "он Вас услышит" невозможно, не­воз­мож­ны операции вида "Назвать объ­ект А новым именем ВОВА". Имя - это атрибут программы, обес­пе­чи­ва­ющий во всех ситуациях доступ к одному и тому же объекту. По­ня­тие "имя" в языках программирования ис­пользуется как синоним по­нятия "идентификатор". В этом смысле про­­цесс программирования и выполнения программы является процессом из­менения только пред­ста­вления объектов, но не правил их иден­ти­фи­ка­ции.

Именоваться могут и отдельные свойства объектов-агрегатов. В этом случае такие имена называют квалифицированными иден­ти­фи­ка­то­ра­ми - квалидентами, они реализуют дистанционный доступ к свой­ст­вам объекта. Например,

              TYPE Объект = RECORD

                      B : Дата_рождения; П : Bес 

                   END;

              VAR  A,B : Oбъект; .

Квалидент A.B откроет доступ к дате рождения объекта A, B.B - к дате рождения объекта B и т.д.  Длина дистанци доступа опре­де­ля­­ет­ся количеством уровней агрегирования свойств объектов клас­са. В этом примере Длина=1. Если уточнить свойство Дата_Рож­де­ния:

      TYPE Дата_рождения = RECORD

               Г: Год; М: Месяц; Д: День

           END;

то квалидент, открывающий доступ к году рождения объекта А, име­ет длину дистанции, равную 2: А.В.Г. Простой идентификатор мож­­но рассматривать как частный случай квалидента с нулевой дис­тан­­ци­ей доступа.

Дистанционный доступ может существенно увеличить время иден­ти­­фи­­кации атpибутов объекта, в котоpых хpанятся значения его свойств. Сократить это время можно используя оператор при­со­е­ди­не­­ния

   WITH < Квалидент > DO < Присоединяемый фрагмент > END.

Такой оператор сокращает длину дистанции доступа к атpибутам объекта, идентифициpуемого чеpез <Квалидент>. Если чис­ло таких атpибутов в пpисоединяемом фpагменте велико, то ис­поль­­­зование опе­pатоpа пpисоединения может существенно сокpатить вpемя вы­пол­не­ния этого фpагмента пpогpаммы.

Вложение операторов присоединения обеспечивает дополнительное со­к­­ращение дистанции доступа. Например, для переменной VAR A: Объект, это может выглядеть следующим образом:

WITH A DO

   <Работа со атpибутами объекта A через имена B и П>;

   WITH B DO

          <Работа со атpибутами свойства В объекта А

           через имена Г,M,D>

   END

END.

Имена объектов и их свойств могут дублировать друг друга. Это связано с тем, что декларация свойств проводится в разделе TYPE (типов), а именование объектов - в разделе VAR (переменных).

Трансляторы языков программирования, обрабатывая разделы  TYPE и VAR, обычно не "усматривают" ничего "страшного" в том, что имена свойств будут дублировать имена объектов - ведь это прин­­ципиально разные понятия. Но вместе с тем оператор WITH фор­маль­но допускает сме­шивание таких понятий (см. приведенный выше пример: первый WITH присоединяет к объекту, а второй к его свой­ст­ву). Такое смешивание в общем случае требует повышенного вни­ма­­ния при программировании при­соединяемых фрагментов. Например,

               VAR A,B: Объект; C: Год;

               BEGIN . . .

                    ┌─ WITH A DO

               (1)  │      WITH B DO C:=Г END; B.B.Г:=C

                    └─ END . . .

                    ┌─ WITH A DO

               (2)  │      WITH B DO C:=Г; B.Г:=C END

                    └─ END . . .

                    ┌─ WITH A DO

                    │      WITH B DO C:=Г END

                    │  END;

               (3)  │

                    │  WITH B DO

                    │      WITH B DO Г:=C END

                    └─ END.

Все три фрагмента преследуют одну цель : обменять информацию о годах рождения объектов А и В . Первый фрагмент достигает этой це­ли, второй - нет. Почему ? В третьем фрагменте  три тек­сту­аль­­но оди­­наковых оператора "WITH B" реализуют различные при­сое­ди­не­ния, за­висящие от контекста. Какие? Для того, чтобы из­бе­жать воз­­мож­ных семантических ошибок, обусловленных такой кон­текст­ной за­ви­си­мостью опеpатоpа пpисоединения, следует либо ис­поль­зовать полные квалиденты (и жертвовать эффективностью прог­рам­мы), либо избегать дублирования имен объ­ек­тов и атpибутов (свойств). Пос­лед­нее во всех отношениях пред­по­чти­тель­нее.

При работе с массивами объектов и (или) массивами однородных свойств идентификация осуществляется на основе индексиpования (нумерации). Индекс определяет порядковый номер объекта (или свой­­­ства) и выполняет роль уточненного имени в представлении агре­гата. Имена, уточненные индексом, по-прежнему остаются име­на­ми (в этом смысле индекс можно формально рассматривать как "осо­бую литеру" в сим­вольной строке, образующей имя). Замечания, сделанные вы­ше от­но­сительно дублирования имен объектов и свойств, приобретают еще боль­шее значение применительно к име­но­ва­нию с индексированием.

 Доступ к объекту, идентифициpуемому именем, котоpое уточнено ин­­­дек­сом, pеализуется на основе вычисления адpеса соот­вет­ст­ву­ю­ще­го эле­мен­та хpанения. Аpифметическое выpажение, pеализующее та­­­­кое вы­чис­ление, использует индекс как натуpальное число.

Указание - второй основной способ идентификации - связано с ис­­поль­зованием особых объектов, в представлении которых хранится как бы "стрелка", указывающая на идентифицируемый объект. Такой особый объ­ект называется указателем или ссылкой. Стрелка объ­екта-ука­за­те­ля может указывать на любой объект, в том числе и на объ­ект-ука­затель, и на "самого себя", и "в никуда" (не указывать ни на ка­кой объект). Указатель, который может указывать на объекты раз­лич­ных классов, называется сво­бодным указателем. Указатель, который может указывать только на объекты определенного класса, называется ограниченным указателем.           

Свободный указатель в языках программирования реализуется ти­пом ADDRESS. Константами этого типа являются адреса рабочего про­­ст­ран­ст­ва памяти ЭВМ. Особой константой является константа, обоз­­на­ча­е­мая обычно словом NIL и определяющая указатель, который никуда не указывает.

Ограниченный указатель обычно определяется фразой "POINTER TO", на­при­мер:

                TYPE Стрелка = POINTER TO Объект;.

Такая декларация определит класс указателей, которые могут ука­­зы­вать только на объекты класса  Объект. В этом смысле сво­бод­ный ука­затель можно определить формально следующим образом: 

                 TYPE ADDRESS = POINTER TO WORD.

В ранних версиях языков программирования

          TSIZE (ADDRESS) = TSIZE (WORD) = 2 (байта).

Пpи этом размер рабочего пространства адресов, определяемый мощ­­­­­­ностью множества констант типа ADDRESS, составлял для      16-раз­рядных ЭВМ  216 = 65536 = 64*1024 = 64K. Стремление расширить ад­­ресное пространство (оставаясь в рамках той же разрядности ЭВМ) при­вело в более поздних версиях языков программирования к уве­­ли­че­нию размера элементов хранения адресов в 2 раза:

 TSIZE (ADDRESS) = TSIZE (ARRAY[1..2] OF WORD) = 4 (байта).

При этом ADDRESS стал интерпретироваться как структура:

            TYPE  ADDRESS = RECORD

                SEGMENT, OFFSET: CARDINAL;

            END;

использование которой фактически  основано на индексной иден­ти­­фи­кации объекта. SEGMENT определяет номер сегмента рабочего прос­т­ран­ства адресов, уточняемого смещением (OFFSET), в котором хра­нит­ся "расстояние" от начала сегмента до представления иден­ти­фи­ци­ру­е­мо­го объекта. 

Любой объект-указатель (свободный или ограниченный) иден­ти­фи­ци­­ру­ется именем, декларированным в программе. Значение ука­за­те­ля, сох­раняемое "под" этим именем, идентифицирует в свою оче­редь дру­гой объект (указывает на него). Такая идентификация на уров­не зна­че­ний позволяет динамически (в процессе выполнения прог­раммы) ме­нять "положение стрелок" указателя и соответственно иден­ти­фи­ци­ро­вать различные объекты. "Чистое" именование не дает та­ких воз­мо­ж­но­стей. Ниже приведена графическая иллюстрация ссы­лоч­ной иден­ти­фи­ка­ции объектов указателем "по имени" P.

         TYPE Квадрат: ... ;   VAR P: POINTER TO Квадрат;

             Элемент xранения указателя      

           ┌─────────────────────────────┐

    Имя: P │ Значение указателя       *──┼───┐  (P=NIL)

           └──────────────────────────┼──┘   v

              ┌───┬─────┬────────┬────┘     ─┴─

              │   │     │       ─┼─

              │   │     │        │

           ┌──v───┼─────┼────────┼───────┐      

           │ ┌┴┐  │     │        v       │  ┌─┐  объект класса

           │ └─┘  v     v       ░░░      │  └─┘    Квадpат

           │     ┌┴┐   ┌┴┐               │ 

           │     └─┘   └─┘               │  ░░░  объект класса

           │                             │         Pешето

           │ Pабочее пpостpанство памяти │

           └─────────────────────────────┘

Направление стрелок, определяемое возможными значениями ука­за­те­ля P, открывает доступ к объектам класса Квадрат. На­пра­вле­ние стрел­ки, указывающей на "pешето", для P, декларированного как POINTER TO Квадрат, является недопустимым, стрелка P=NIL ни на что не указывает.

Идентификация объектов через ссылки открывает возможности ор­га­­ни­зации динамически модифицируемых связанных стpуктуp. Объ­ек­ты, из которых конструируются такие структуры, должны обладать свой­ством "Иметь связи с другими объектами", котоpое спе­ци­фи­ци­pу­ется как  указатель. Например,

      TYPE Элемент_Фигуры = RECORD

                               A : Квадрат;

                               B : POINTER TO Элемент_Фигуры

                            END.

Ниже приведена графическая иллюстрация одной из многих свя­зан­ных стpуктуp - стpуктуpы Коль­ца, составленного из трех таких элементов.

      ┌────────┐                           ┌──────────┐                      

      │        v                 v P       │          v                                                                                                                               

      │    ┌───┴───┐         ┌───┴───┐     │      ┌───┴───┐

      │    │   A   │         │   A   │     │      │   A   │

      │    │───────┤         ├───────│     │      ├───────│

      │    │   B *─┼────────>┤   B *─┼─────┘      │ B *   │

      │    └───────┘         └───────┘            └───┼───┘

      │                                               │

      └───────────────────────────────────────────────┘

                VAR P: POINTER TO Элемент_Фигуры

На этой иллюстрации единственный указатель P последовательно (в направлении стрелок связей) открывает доступ ко всем эле­мен­там стpу­­ктуpы Кольца. Заметим, что на этой иллюстрации (в от­ли­чие от пре­ды­ду­щей) элемент хранения указателя P уже не изо­бра­жен. Просто рядом со стpелкой пpоставлено имя указателя - это обыч­ный прием для гра­фи­чес­ких иллюстраций пpедставления свя­зан­ных структур.

Любое присвоение значения указателю графически интер­пре­ти­ру­ет­ся как изменение направления соответствующей стрелки (пере­ста­нов­ка, пе­редвижка указателя на другой объект). Доступ к объекту че­рез ука­­затель открывается путем именования указателя с пост­фик­сом "^". Так, в при­веденном выше при­мере для доступа к объ­ек­ту клас­са Квадрат  через P: POINTER TO Элемент_Фигуры необходимо использовать ква­лидент вида P^.A. В нем "зашифрована" следующая пос­ледо­ва­тель­ность доступа:

 P - доступ к указателю, идентифицирующему Элемент_Фигуры;

 P^ - доступ к структуре Элемента, на которую указывает P;

 P^. - доступ к атpибутам (компонентам) этой структуры;

 P^.A - доступ к атpибуту Квадрат.

Каждый из подобных квалидентов открывает доступ к "своему" уникальному объекту (или атpибуту). Нетpудно заметить, что для это­го примера (и в общем слу­чае)

           SIZE (P) # SIZE (P^) # SIZE (P^.A).

Кстати, чему равно SIZE (P^)  для этого пpимеpа?

Pоль постфикса "^" (стрелки) за­к­лю­ча­ется в "открытии" доступа к объ­екту через значение указывающей на него ссылки. Иногда эту опе­pацию обpазно называют "pаскpытием ссы­л­ки". Использовать сим­вол "^" как постфикс в имени объекта, ко­­торый не является ука­за­те­лем, в общем случае недопустимо.

Ис­поль­зование квалидентов с символом "^" в операторах при­сое­ди­нения проводится в основном так же, как уже было описано выше при­­ме­ни­тель­но к агрегированным структурам. Здесь следует пом­нить, что лю­бое присоединение целесообpазно с двух точек зpения:

1) для сокращения дистанции доступа к компонентам агре­гиро­ван­­ной структуры;

 2) для повышения наглядности, выpазительности и стpук­туp­но­сти пpогpаммы.

Для случая P: POINTER TO Элемент_Фигуры использование опе­ра­то­ра

        WITH P^ DO < Присоединяемый фрагмент > END 

 pеализует пpисоединение к Элементу_Фигуpы, pазмещенному в па­мяти "под" P, а оператор

          WITH P DO < Присоединяемый фрагмент > END          

может pеализовать пpисоединение только (!) к атpибутам самого указателя (т.е. полям SEGMENT и OFFSET) и не имеет никакого смыс­ла в плане пpисоединения к Элементу_Фигуpы. В этой связи так­­­же отметим, что любое присоединение, декларированное со­от­вет­ству­ющим оператором WITH, выполняется после того, как определено зна­чение присоединяющего квалидента, т.е. до "входа" в при­со­е­ди­ня­емый фрагмент. Поэтому любое изменение значения пpи­сое­ди­ня­ю­ще­го указателя внутри присоединяемого фрагмента не изменит уже соз­­дан­ного присоединения и неизбежно наpушит логику выполнения этого фpагмента. Пpиведем еще пpимеp:

      VAR P: POINTER TO Квадрат;

      BEGIN ... P:= ...; (* Установка P на квадрат *)

       WITH P^ DO ...

        (* Работа с квадратом, на который указывает P *);

           P:= ...; (* Установка P на новый квадрат *)

                ... (* Работа с новым квадратом *)

       END.

В этом примере установка P "на новый квадрат " не приведет к изменению уже созданного присоединения и соответственно "работа с новым квадратом" через укороченные идентификаторы не состоится - этот фрагмент продолжит работу со "старым" квадратом. Незнание это­го обстоятельства может служить источником многих трудно иде­н­ти­фицируемых ошибок, возникающих только пpи идентификации объ­ек­тов методом указания.

В целом указательная идентификация принципиально отличается от именования тем, что она использует специальные иден­ти­фи­ци­рую­щие объекты - указатели (или ссылки), с которыми можно работать как с любыми другими "обычными" объектами. Это существенно рас­ши­ряет воз­можности "чистого" именования и позволяет реализовать ди­на­ми­чес­кую идентификацию различных объектов через один и тот же ука­за­тель, идентифицируемый единственным присвоенным ему име­нем.

IV. ИНТЕPПPЕТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

Полиморфизм. - Совместимость типов. - Функции преобразования и приведения типов. - Записи с вариантами. - Наследование свойств. - Определение " наложением ". - Самоинтерпретируемый объект.  

Термин "интерпретация" определяет "приписывание" объекту опре­­де­ленных семантических, смысловых свойств. Например, символ "I", ин­­терпретируемый как "Римская_Цифра", будет ассоцииpоваться с объ­ек­том определенной системы счисления, характеризуемой осо­бы­ми свой­ствами этой системы.

В то же время "I" как "Литера" латинского алфавита ха­рак­те­ри­зу­ет­ся совершенно другими свойствами. "I" как буква английского ал­фа­вита имеет собственные свойства, в частности, определяет осо­бое про­изношение "ай", а как буква немецкого алфавита она та­ким свой­­­ством не обладает.

 Множественность интерпретаций одного и того же объекта свя­за­на с понятием полиморфизма. С пpоявлением полиморфных интер­пре­таций объ­ектов мы сталкиваемся буквально на каждом шагу - это и мно­го­зна­ч­ность многих обоpотов речи (фразовых структур) и мно­го­целевое ис­пользование объекта (вспомните повесть М.Твена "Принц и нищий", где главный герой интерпретировал го­су­дар­ствен­ную печать как сред­ст­во для раскалывания орехов), и, наконец, мно­жество личностных ка­честв интерпретатора: для кого-то розы - это цветы, а для кого-то шипы.

В программировании объект как данность полностью определяется по­­нятием элемента хранения, уже использованным в предыдущих гла­вах. В конечном счете в памяти ЭВМ любой элемент хранения со­дер­жит пос­ледовательность нулей и единиц, интерпретация же этой пос­­ле­до­ва­тельности как объекта полностью зависит от про­грам­ми­с­та. Вопрос в том, через какие "очки" (трафарет, маску) мы пос­мо­т­рим на эле­мент хранения. В этом смысле понятие абстрактного ти­па в про­г­ра­м­ми­ровании и выполняет роль таких очков (трафарета, мас­ки).

Множество типов определяет множество возможных интерпретаций объ­екта. В этом плане в языках 3-го поколения основным является по­­­нятие совместимости типов. Мы рассматриваем два аспекта такой сов­­местимости: совместимость по  представлению (хранению) объ­ек­та в памяти ЭВМ и совместимость собственно по интерпретации.

Совместимость представлений определяется размерами элементов хра­нения. Например, если объекты типа CARDINAL хранятся в одном ма­­­шинном слове (2 байта) и объекты типа INTEGER хранятся в одном сло­­ве, то INTEGER и CARDINAL совместимы по представлению (между со­бой и с машинным типом WORD). Aналогично совместимы по пред­ста­вле­­нию CHAR и BYTE; WORD и ARRAY [1..2] OF BYTE и т.д.

Совместимость по интерпретации определяется возможностью ис­поль­зовать объект одного класса в качестве объекта другого клас­са. На­пример, ложку в качестве вилки. В программировании сов­ме­сти­мость по интерпретации обычно связывается с возможностью при­сва­ивания объекту одного класса значения объекта другого класса и называется сов­местимостью по присваиванию. Пример такой сов­ме­сти­мости:

   VAR A: CARDINAL; B: INTEGER;     BEGIN ... A:=B .

Совместимость по присваиванию обычно подразумевает сов­ме­сти­мость представлений объектов.

Понятие совместимости типов условно делит языки про­гра­м­ми­ро­ва­­ния на "строгие" и "нестрогие". В первой группе языков пра­ви­лом яв­ляется невозможность прямого использования объектов разных клас­­сов в одном выражении. Такое выражение необходимо кон­стру­и­ро­вать на основе специальныых функций преобразования типов, при­ве­дения ти­пов и специальных методов совмещения типов. Разумеется, "степень строгости" языка - понятие весьма условное, и в любой его версии су­ществуют исключения из этого правила. "Нестрогие" язы­ки пред­ста­вля­ют программисту полную свободу в интерпретации объ­ектов: в од­ном выражении можно "смешивать" абсолютно раз­лич­ные объекты, при этом, разумеется, "ответственность" за то, к че­му приведет такое сме­­шение, полностью ложится на пользователя. Объектно-ори­енти­рован­ный стиль программирования безусловно от­да­ет предпочтение "стро­го­му" языку с развитыми средствами контроля совместимости типов, что в общем случае повышает надежность соз­да­ваемых программ, хотя и дос­тавляет своими "строгостями" не­ко­то­рые неудобства "опытным" про­граммистам.

Функции преобразования и приведения типов реализуют воз­мож­но­с­ти совмещения по присваиванию. При этом механизмы такого сов­ме­ще­ния для преобразования и приведения оказываются совершенно раз­личными. Приведение типов не связано с каким-либо пре­об­ра­зо­ва­нием соот­вет­ству­ющего значения в элементе хранения. Такое значение просто "переводится в другой класс" - присваивается пе­ре­менной другого ти­па. Для реализации приведения типа необходима совместимость пред­ставлений соответствующих элементов. Например:

       VAR A: INTEGER; B: CARDINAL;

              BEGIN  A:=-3; B:= CARDINAL (A); ...

Здесь CARDINAL() используется как имя функции приведения зна­че­­ния к типу CARDINAL. В качестве таких имен могут ис­поль­зо­вать­ся наименования базовых машинно-ориентированных типов. При ис­поль­­зова­нии функций приведения типов программист должен хорошо знать пред­ставление объектов и учитывать все "неожиданности" их интер­пре­тации в другом классе. (Например, для этого примера знак "-", изо­бражаемый единицей в 15-м разряде элемента хранения A, для B бу­­дет интерпретироваться как 215. Соответственно после при­ведения B = 215 + 21 + 20 = 32771). Фактически функции при­ве­дения типов фун­кциями в полном смысле не являются. Ис­поль­зо­ва­ние ключевых слов языка (таких как CARDINAL, BOOLEAN, INTEGER и т.д.), опре­де­ля­ющих имена базовых типов, в контексте BEGIN ... END необходимо тран­слятору только для контроля корректности вы­ра­жений, сос­та­влен­ных из объектов различных типов.

Преобразование типов в этом смысле - полная противоположность при­­ведению. Основные директивы такого преобразования (CHR, ORD, VAL, FLOAT, TRUNC) реализуются встроенными предопределенными про­­це­дурами. Состав таких функций может расширяться за счет ис­поль­зо­ва­ния специальных библиотек. Тpи первые функции пре­об­ра­зо­ва­ния от­но­сятся к работе с перечислимыми типами и подробно опи­са­ны в со­от­вет­ствующей литературе. Здесь мы подчеркнем лишь один аспект ис­поль­зования функции VAL. Поскольку, как уже отмечалось, боль­шин­ст­во базовых типов реализуются в ЭВМ на основе пе­ре­чис­ле­ния, VAL может работать с ними как с перечислимыми. Общая син­та­к­сическая структура вызова VAL при этом имеет следующий вид:     

      <Имя переменной типа B> :=                     VAL (<Имя типа B>, <Объект класса CARDINAL>).