Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

Таблица 8.1. Эффект присоединения x:=y

Проверка эквивалентности

Семантика операций, проверяющих эквивалентность (= и /=) должна быть совместимой с семантикой присваивания. Наряду с операцией = можно использовать и equal. Какую из этих операций следует применять, зависит от обстоятельств.

[x]. (E1) Если x и y - ссылки, их можно тестировать как на ссылочную эквивалентность, так и на объектную эквивалентность при условии, что ссылки не void. Мы определили операцию x = y, как обозначающую ссылочную эквивалентность в этом случае. Функция equal, введенная для проверки объектной эквивалентности, дополнена и применима, когда x или y - void.

[x]. (E2) Если x и y - развернутого типа, единственный смысл имеет объектное сравнение.

[x]. (E3) Если x - ссылка, y - развернутого типа, объектное сравнение - единственно возможный смысл операции и в данном случае. Сравнение расширяется, допуская случай, когда x - void, возвращая значение false в этой ситуации, поскольку y не может быть void.

Этот анализ дает желаемую интерпретацию равенства = во всех случаях. Для объектного сравнения всегда доступна функция equal, расширенная на случаи, когда один или оба операнда принимают значение void. Следующая таблица подводит итог семантике сравнения:

Тип цели x Тип источника y Ссылочный Развернутый Ссылочный Ссылочное сравнение equal(x,y) объектное сравнение, если x не void, иначе - false Развернутый equal(x,y) объектное сравнение, если y не void, иначе - false equal(x,y) объектное сравнение

Таблица 8.2.Семантика сравнения x=y

Сравнение таблиц 8.1 и 8.2 показывает совместимость присваивания и операций сравнения в упоминавшемся уже смысле. Напомним, в частности, что equal (x, y) будет истинно после выполнения x := clone (y) или x. copy (y).

Обсуждаемые проблемы возникают во всех языках, включающих ссылки и указатели, таких как Pascal, Ada, Modula-2, C, Lisp и другие. Они особенно актуальны для ОО-языков, в которых все создаваемые пользователем типы являются ссылочными. В дополнение к причинам, объясняемых в разделе обсуждения, в синтаксисе явно не отражается факт представления объектов ссылками, так что следует быть особо внимательными при проверке эквивалентности объектов.

Работа со ссылками: преимущества и опасности

В предыдущих разделах отмечалось, что два свойства модели времени выполнения заслуживают дополнительного внимания. Во-первых, важная роль ссылок. Во-вторых, двойственность семантики базовых операций (присваивания, передачи параметров, проверки на равенство), имеющих различный смысл для ссылок и развернутых операндов.

Динамические псевдонимы

Для x и y ссылочного типа при непустом значении y присваивание x := y или соответствующее присоединение в результате вызова приведут к тому, что x и y будут присоединены к одному и тому же объекту.

Рис. 8.23.  Разделение как результат присоединения

В результате x и y становятся тесно связанными до тех пор, пока x или y не будет присвоено новое значение. В частности любая операция вида x.f, где f некоторый компонент соответствующего класса, приведет к тому же результату, что и y.f, поскольку воздействует на тот же объект.

Присоединение x к тому же объекту, что и y, известно как назначение динамического псевдонима (dynamic aliasing). Псевдоним является динамическим, поскольку существует только во время выполнения.

Статические псевдонимы закрепляют два имени за одним и тем же программным элементом в исходном тексте, и они всегда обозначают одно и то же значение вне зависимости от событий, происходящих во время выполнения. Этот прием включен в некоторые языки программирования. В Fortran директива EQUIVALENCE означает, что две переменные разделяют содержимое одной и той же области памяти. Директива препроцессора C #define x y определяет, что любое упоминание x в тексте программы эквивалентно y.

Наличие динамических псевдонимов оказывает более серьезное влияние на операции присваивания с участием сущностей ссылочного типа, нежели с участием сущностей развернутого типа. В случае x и y развернутого типа INTEGER присваивание x := y просто устанавливает для x значение y и никакого связывания x и y не происходит. После подобного присваивания с участием ссылочных типов x и y становятся псевдонимами одного объекта.

Семантика использования псевдонимов

Неприятным последствием применения псевдонимов (и статических, и динамических) является воздействие операций на сущности, даже не упоминаемые в операциях.

Модель вычислений без псевдонимов обладает приятным свойством: приведенный ниже фрагмент всегда справедлив

[БЕЗ СЮРПРИЗОВ]

-- Предположим, что свойство P(y) выполняется

x := y

C (x)

-- P(y) останется выполнимым.

Этот пример подразумевает, что P (y) это частное свойство y, а C (x) некая операция с участием x, но не y. В этом случае никакие действия над x не влияют на значение y.

Для сущностей развернутых типов это действительно так. Приведем типичный пример с x и y типа INTEGER:

-- Предположим, что здесь y = 0

x := y

x := -1

-- По-прежнему y "= 0.

В этом случае нет никакого способа изменить y путем присваивания значения x. Обратимся теперь к аналогичной ситуации с участием динамических псевдонимов. Пусть x и y экземпляры следующего класса C:

class C feature

boolattr: BOOLEAN

-- Булев атрибут для описания некоторого свойства объекта.

set_true is

-- Установка boolattr в true.

do

boolattr := True

end

... Другие компоненты ...

end

Теперь предположим, что тип y это C, и что y в определенный момент времени выполнения не является пустой ссылкой. Тогда следующий пример уже не обладает свойством "БЕЗ СЮРПРИЗОВ":

[СЮРПРИЗ, СЮРПРИЗ!]

-- Предполагаем, что y.boolattr равно false.

x := y

-- Значение y.boolattr по-прежнему false.

x.set_true

-- Но теперь y.boolattr равно true!

Последняя инструкция данного фрагмента никоим образом не содержит y, однако одним из ее результатов является изменение свойств y.

Выработка соглашений для динамических псевдонимов

Отмеченные тревожные последствия операций присваивания с участием ссылок порождают законный вопрос о целесообразности сохранения динамических псевдонимов в нашей модели вычислений.

Ответ - частично теоретический и частично практический:

[x]. Операции присваивания необходимы для использования всех преимуществ мощи ОО-метода, в частности для описания сложных структур данных. Необходимо постоянно помнить, что рассматриваемый подход предназначен для решения задач моделирования.

[x]. В практике разработки ОО-ПО для устранения опасностей, связанных с манипулированием ссылками, можно использовать инкапсуляцию.

Поочередно рассмотрим оба указанных аспекта.

Псевдонимы в ПО и за его пределами

Предварительное рассмотрение свидетельствует о том, что сами ссылки и их разделение необходимы во многих случаях. Некоторые стандартные структуры данных содержат циклически связанные элементы, которые невозможно реализовать без ссылок. В представлениях списков и деревьев удобно предоставить возможность узлам содержать ссылки на своих соседей или родителей. На рис.8.24 приведен циклический список, использующий обе эти идеи. Открыв любую книгу по фундаментальным структурам данных и алгоритмам, можно найти массу таких примеров. В объектной технологии хотелось бы использовать и более сложные структуры.