Основы программирования — Осенний семестр; Михалкович С.С.; 2008; V — различия между версиями

Версия 13:32, 6 августа 2013

Модули

Введение

Модуль — это совокупность взаимосвязанных процедур, функций, типов, переменных и констант, предназначенных для решения ряда однотипных задач, и помещенных в специальным образом оформленный файл.

Модули разбивают большой проект на относительно независимые части, при этом, каждая часть "живет своей жизнью": модуль, написанный для одного программного проекта, может быть использован в другом программном проекте.

Различают модули в виде исходных текстов и откомпилированные модули.
Откомпилированные модули уменьшают суммарное время компиляции и позволяют скрывать программный код от модификации.

Пример.
Модуль MyLib

unit MyLib;

interface       // раздел интерфейса
const
  MyPi = 3.14;
var
  size: integer := 10;

function AddSquares(a, b: real): real;
procedure InvertPrint(a, b: integer);

implementation  // раздел реализации
var i: integer;

function MySqr(a: real): real;
begin
  Result := a * a;
end;

function AddSquares(a, b: real): real;
begin
  Result := MySqr(a) + MySqr(b);
end;

procedure InvertPrint(a, b: integer);
begin
  write(b, ' ', a);
end;

end.            // конец модуля

Программа, подключающая модуль MyLib

uses MyLib;

var
  n: integer;

begin
  writeln(size);
  writeln(AddSquares(3, 4));
  InvertPrint(3,4);
end.

Модуль в языке Object Pascal состоит из двух разделов:

• раздел интерфейса
• раздел реализации

В разделе интерфейса описываются все

• переменные
• константы
• типы
• заголовки подпрограмм,

которые можно будет использовать в других модулях, подключающих данный.

В разделе реализации содержится

• реализация подпрограмм, заголовки которых приведены в разделе интерфейса
• описание вспомогательных констант, переменных, типов и подпрограмм,

которые нужны для реализации подпрограмм из раздела интерфейса и не видны из других модулей.

Данный принцип получил название принципа сокрытия информации.
Его преимущества:

• уменьшение количества информации, необходимой для понимания работы модуля
• сокрытие реализации от клиентов
• возможность легкого изменения реализации в следующих версиях без изменения интерфейса, т.е. без затрагивания интерфейса клиентов
• возможность скрыть программный код от клиентов, предоставив им лишь откомпилированную версию модуля

Синтаксис модуля

unit <имя модуля>;

interface
[uses <список модулей>;]
<раздел описаний модуля: для п/п — только заголовки>

implementation
[uses <список модулей>;]
<раздел описаний, где даны реализации п/п из раздела interface>


[initialization
  <операторы>]                 begin
                       |         <операторы>
[finalization                  end.
  <операторы>]

Семантические ограничения

• Модули, перечисленные в секции uses в разделах интерфейса и реализации не должны пересекаться
• циклическая зависимость между модулями в разделе интерфейса запрещена:

unit A;        unit B;
interface      interface
uses B;        uses A;

тем не менее, если A ссылается на B в разделе интерфейса, а B ссылается на A в разделе реализации, то это допустимо:

unit A;        unit B;
interface      interface
uses B;        implementation
               uses A;

потому что модули компилируются в два этапа:

• интерфейс
• реализация

Разделы инициализации и финализации модуля

unit A;                       основная программа
...
initialization                uses A;
  <операторы1>                
finalization                  begin
  <операторы2>                  <операторы3>
end.                          end.

Операторы в разделе initialization модуля выполняются раньше тела основной программы,
а операторы в разделе finalization выполняются после основной программы.

Т.е. последовательность выполнения будет такой:

<операторы1> 
<операторы3>
<операторы2> 

Примечание. В разделе инициализации обычно инициализируются глобальные переменные из раздела интерфейса.

Пример.

unit A;

interface
var
  RandomNumber: integer;

implementation
...
initialization
  RandomNumber := Random(100);
end.

Схема компиляции программы с модулями

Схема компиляции программы с модулями

1. Компилируется файл основной программы.
2. Если в нем встречена секция uses, то компилируются модули из этой секции слева направо.
3. Каждый модуль компилируется так же, как и основная программа по пунктам 1-2:

Если в модуле подключаются другие модули, то компилируются они,

и так происходит до тех пор, пока компилятор не дойдет до модулей, не содержащих подключения других модулей.

4. По окончании компиляции модуля его откомпилированный вариант (.pcu в PascalABC.NET) записывается на диск.
5. После записи откомпилированного модуля на диск компилятор возвращается к основному модулю (вызывающему) или программе, и докомпилирует его до конца. Основная программа после компиляции хранится в оперативной памяти.
6. Первый этап компиляции закончен. Начинается заключительный этап компиляции — линковка (компоновка). Специальная программа — линковщик — собирает из откомпилированных модулей единый исполняемый файл (.exe в Windows).

Замечание 1. Ошибки могут происходить как на этапе компиляции, так и на этапе, собственно, линковки.
Замечание 2. Наличие откомпилированного файла модуля существенно ускоряет процесс компиляции (сводя его к процессу линковки).
Замечание 3. Если есть откомпилированные файлы модулей, то исходные тексты модулей можно удалить. При этом компилятор проанализирует, что данный модуль откомпилирован, и продолжит компиляцию дальше.
Замечание 4. Если файл модуля .pas создан после откомпилированного файла модуля (.pcu), то произойдет его перекомпиляция.
Замечание 5. При работе в интегрированной среде компилятор в первую очередь берет тексты модулей из открытых файлов и только затем смотрит файлы на диске.

Примечание 1. Файлы модулей могут храниться в другом каталоге относительно файла исходной программы. Тогда надо вместе с именем модуля указывать, в каком каталоге он хранится (тогда имя модуля и имя файла модуля могут не совпадать):

— Main ——————————— MyPr.pas
    |
    |— Modules | — a.pas
               | — b. pas

MyPr.pas
program MyPr;
uses
  A in 'Modules\a.pas';
  B in 'Modules\b.pas';

Примечание 2. Откомпилированные файлы модулей по умолчанию создаются:

• в каталоге основной программы
• если установлен специальный путь в среде программирования для выходных файлов, то по этому пути

Кроме этого, стандартные откомпилированные модули хранятся в специальной папке, например, в PascalABC.NET — в папке \LIB. Если модуль претендует на звание стандартного, его можно туда поместить.

Упрощенная структура модуля

В PascalABC.NET можно использовать упрощенную структуру модуля:

unit <имя модуля>;
<раздел описаний>
[begin
  <операторы>]
end.

В <разделе описаний> описываются типы, константы, переменные и подпрограммы.
Раздел begin + <операторы> соответствует разделу инициализации.

Алгоритм поиска имен в модулях

В разных модулях могут находиться объекты с одинаковыми именами, т.к. модуль является пространством имен.
Как же осуществляется поиск имен в модулях?

Правило 1. Имя вначале ищется в текущем модуле. Если не найдено, то в подключенных модулях секции uses справа налево.
Правило 2. Если нужно явно указать переменную из какого-то модуля, то перед ней ставится <имя модуля>.

Пример.

unit A;
uses B;
var n, m: integer;
...
end.

unit B;
var n, k, m: integer;
...
end.

program MyPr;
uses A, B;

var n: integer;
begin
  n := 5;    // из основной программы
  k := 6;    // из B
  m := 7;    // из B
  A.n := 8;  // из A
  B.n := 9;  // из B
  A.m := 10; // из A
end.

Стандартный системный модуль PABCSystem

В каждой среде программирования на Pascal имеется стандартный системный модуль, который неявно первым подключается к любой программе или модулю.

Он содержит:

• стандартные константы
• типы
• подпрограммы

В Delphi — это System,
в PascalABC.NET — PABCSystem.

Пример.

program MyProgram;
[uses PABCSystem;] // подключается неявно

begin
  writeln(sin(0));
end.

program MyProgram;
uses A; // —> uses PABCSystem, A;

var sin: integer;
begin
  writeln(PABCSystem.sin(0));
end.

Библиотеки

<xh4> Сходства с модулем </xh4> Библиотеки, как и модули:

• содержат группу взаимосвязанных подпрограмм
• находятся в откомпилированном файле
• предназначены для обращения к ним из различных программ

В Windows получили распространение библиотеки .dll (dynamically linked libraries). Они находятся либо в текущем каталоге приложения (локальные), либо в системном каталоге (глобальные библиотеки).

Глобальными библиотеками могут пользоваться одновременно несколько приложений.

<xh4> Отличия библиотек от модулей </xh4>

1. При создании из модулей исполняемого файла линковщик помещает в него только те подпрограммы, которые используются (вызываются) в основной программе.
   При компиляции же библиотеки в нее добавляются все подпрограммы, потому что неизвестно, какие подпрограммы потребуются конкретному приложению.
   
   
   
   
2. Библиотеки .dll при выполнении программы полностью загружаются в оперативную память. Если в них много неиспользуемых в программе функций, то память тратится непроизводительно. С этой точки зрения хорошо использовать .dll, которые используются одновременно несколькими программами.
3. .dll легко заменить более свежей версией, просто скопировав нужный файл.
4. .dll может быть написана и откомпилирована на одном языке, а обращаться можно из программ, написанных на других языках. Т.е. библиотеки обеспечивают межъязыковое взаимодействие.

<xh4> Библиотеки в PascalABC.NET </xh4> Синтаксис

library <имя>;
interface
...
implementation
...
end.

Замечание. В библиотеках отсутствуют секции инициализации и финализации.

Для подключения библиотеки используются конструкции:

#reference 'MyLib.dll'
{$reference MyLib.dll}

Примечание. reference — директива компилятора. Указывает компилятору, что программа использует внешние библиотеки, расположенные в файле MyLib.dll.

Документирующие комментарии ///

Документирующие комментарии предназначены для пояснения задач, решаемых подпрограммами.

<xh4> Документирующие комментарии в PascalABC.NET </xh4> Отображаются в виде всплывающего окна при наведении указателя на имя подпрограммы.

Синтаксис
Чтобы воспользоваться документирующими комментариями, необходимо перед заголовком подпрограммы использовать следующую конструкцию:

///  <текст комментария>

Для того, чтобы активизировать документирующие комментарии в библиотеках, нужно использовать директиву

#gendoc true