Матрьошка Си. Слоевата система на програмния език

Нека се опитаме да си представим химията без периодичната таблица на Менделеев (1869). Колко елемента трябваше да се имат предвид, без определен ред... (Тогава - 60.)

За да направите това, просто помислете за един или няколко езика за програмиране наведнъж. Същите чувства, същият творчески хаос.

И сега можем да преживеем отново чувствата на химиците от XNUMX век, когато им бяха предложени всичките им знания и малко повече в една периодична таблица.

Книгата „Матрьошка С. Многослойна система от програмен език“ представя всички единици на езика C с един поглед. Това ви позволява да ги организирате, да коригирате остарялата информация и дори да изясните самата концепция на програмата.

Днес програмната информация се нуждае от систематизиране дори повече, отколкото химическите елементи преди 150 години.

Първата необходимост е преподаването. Менделеев започва да създава своята система, когато се изправя пред въпроса с кой елемент да започне лекцията: O, H, N, He, Au... В същото време му е по-лесно - той преподава химия на най-добрите - студенти от Петербургски университет. А програмирането вече се учи в училище и скоро ще започне и в детската градина.

Втората необходимост е научен подход. С помощта на периодичната таблица са открити нови елементи и е коригирана информацията за старите. Тя помогна за създаването на модела на атома (1911). И така нататък.

Третата необходимост е да се изясни понятието програма.

Съвременното програмиране е заседнало с единия крак в 50-те години на XNUMX век. Тогава програмите бяха прости, но машините и машинните езици бяха сложни, така че всичко се въртеше около машините и езиците.

Сега всичко е обратното: програмите са сложни и първични, езиците са прости и вторични. Това се нарича приложен подход, който изглежда е познат на всички. Но студентите и разработчиците продължават да са убедени, че всичко е същото.

Което ни връща към първата лекция на частния доцент Менделеев. Какво да кажа на първокурсниците? Къде е истината? Това е въпросът.

Книгата „Матрьошка С” предлага своя отговор на този въпрос. Многослойна система от програмен език". Нещо повече, то е адресирано не само към студенти, но и към обучени програмисти, тъй като именно те, тоест ние, трябва да търсим истината и да променяме мирогледа.

Това, което следва, е резюме на книгата.

1. Въведение

През 1969 г. е създаден езикът C, който става основен език за програмиране и остава такъв вече 50 години. защо е така Първо, защото C е приложен езикът, който е дал програмата хуманен изглед вместо това машина. Това постижение беше осигурено от езици от семейството C: C++, JavaScript, PHP, Java, C# и други. Второ, това е кратък и красив език.

Въпреки това, самият език C обикновено се смесва с машинен асемблер, като по този начин усложнява и изкривява възприемането му. Другата крайност е налагането на определена „философия“ върху езика: процедурна, обектна, функционална, компилирана, интерпретирана, типизирана и т.н. Това добавя емоция, но не помага да се опише по-добре езикът.

Истината е по средата, а за езика C тя е строго по средата между философското и машинното възприятие.

Езикът C не е независим, той се подчинява на обикновен писмен език и в същото време контролира самия асемблер. Тази позиция описва Речев модел на програмата, според който програмата се разделя на три подчинени типа: реч, код, команда. Езикът C отговаря за втория, тип код.

След като определите мястото на езика в програмата, можете да организирате информация за него, което прави Многослойна програмна езикова система, представящ езика С в духа на периодичната система – на една страница.

Системата е изградена, като се вземат предвид общности от приложни езици, произтичащи от речевата им подчиненост. Един комплект Matryoshka C единици ви позволява да описвате и сравнявате различни езици, създавайки поредица от Matryoshka: C++, PHP, JavaScript, C#, MySQL, Python и т.н. Достойно и правилно е различните езици да се описват чрез единици на основния език.

2. ГЛАВА 1. Речев модел на програмата. Изчистете C

Първата глава представя речеви модел на програмата, отразяващи приложен подход. Според него програмата има три очевидни последователни типа:

1. реч - директна реч на програмиста, решаващ проблема,
2. кодирано - кодиране на решение в математическа форма на език C (или всеки друг)
3. и команда - директни машинни команди.

Речевият модел обяснява защо C е прост и разбираем език. Xi е изграден по образ и подобие на човешката реч, която ни е позната.

Първият тип програма е пряката реч на програмиста. Речта съответства на човешкото мислене. Начинаещите програмисти пишат програми, използвайки реч - първо на руски, след това стъпка по стъпка превеждайки действията на кодов език. И точно по този модел е създаден езикът C.

Заключенията на програмиста, изразени в реч, се преобразуват в кодирана цифрова форма. Тази трансформация трябва да се нарече отражение, тъй като речта и кодът имат една и съща природа (отражение - раждане - пол). Това е съвсем очевидно, ако сравним речта (вляво) и кода (вдясно) на програмата.

Любопитно е, че отражението става много просто - само с два вида изрази.

Въпреки това, съвременното описание на езика C (от 1978 г.) не съдържа достатъчен списък от имена нито за описание на езика като цяло, нито за задачата за отражение в частност. Затова сме принудени да проявим креативност и да въведем тези имена.

Подборът на думите трябва да е точен и ясен. Това изискваше специален подход, изразен накратко по следния начин: стриктно използване на родния език. За англичаните би било англичани, но ние не сме англичани. Така че ще използваме това, което имаме, и ще се опитаме да говорим руски.

Отражението се извършва от два вида изрази:

1. изчисление (HF) - отразява промяна в свойствата на даден обект. Свойството на обект се изразява с число, тогава действие върху свойство е действие върху число - операция.
2. субординация (Pch) - отразява промяна в реда на действията. Прототипът на Pch е речево сложно изречение, поради което повечето видове Pch започват с подчинителни съюзи „ако“, „в противен случай“, „докато“, „за“. Други видове компютри ги допълват.

Между другото, можете ли да повярвате, че в описанието на C няма име за изчислителни изрази - те се наричат ​​просто „изрази“? След това вече няма да е изненадващо липсата на наименование и асоциация за типа подчинение, както и оскъдността на имена, определения и обобщения като цяло. Това е така, защото известният K/R („The C Language”, Kernighan/Ritchie, 1978) не е описание, а ръководство за използване на езика.

Все пак бих искал да имам описание на езика. Затова му се предлага Многослойна програмна езикова система.

3. ГЛАВА 2. Слоева система. Кратко C

Всяко описание трябва да бъде точно и изключително кратко. В случай на програмен език, фронталното описание е трудно.

Тук имаме програма. Състои се от модули. Модулите се състоят от подпрограми и колекции (структура). Подпрограмите се състоят от отделни изрази: декларации, изчисления, подчинение. Има цели десет вида подчинение. Субординацията свързва поднива и подпрограми. Има и няколко реклами. Декларациите обаче са включени не само в подпрограми и поднива, но и в модули и колекции. И повечето изрази се състоят от думи, които са толкова трудни за описание, че обикновено са просто дадени в два списъка - оригинални и производни думи, с които ще се запознаете по време на изучаването и използването на езика. Нека добавим препинателни знаци и редица други изрази към това.

В такова представяне не е лесно да се разбере кой на кого е застанал.

Един директен йерархичен подход за описание на език би бил прекалено сложен. Обиколното търсене води до описание на езика въз основа на неговата речева природа и командна страна. Така се ражда Системата на слоевете, частично съвпадаща с Периодичната система на Менделеев, която също е пласт. Както се оказа 42 години след публикуването й (1869 г.), периодичността на системата е свързана с електронни слоеве (1911, модел на атома на Бор-Ръдърфорд). Освен това слоестата и периодичната система са сходни по отношение на табличното подреждане на всички единици на една страница.

Описанието на езиковите единици е кратко - само 10 вида изрази и 8 вида други единици, както и смислови и визуални. Макар и необичайно за първо запознанство.

Езиковите единици са разделени на 6 нива:

1. единици - редове на таблица
2. отдели - специални групи от родове (части от първия ред)
3. род - клетки (основно ниво на делене)
4. superspecies - сепаратори на видове (рядко ниво)
5. видове - единици формули в долната част на клетката или отделно
6. модели - самите единици (само за думи)

Примерни думи описват речник - отделна подсистема, съставена от същите шест нива.

Речевият компонент на езика C е доста очевиден, въпреки че все още заслужава описание. Но командната част на езика е свързана точно с контрола на компилацията, по време на който се създава третият тип програма - команда. Тук стигаме до най-вълнуващия аспект на езика C: красотата.

4. СЛЕДВАЩИ ГЛАВИ. Красив Си

Езикът C е в основата на съвременното програмиране. Защо? Първо, поради най-голямото съответствие с речта. Второ, защото красиво заобиколи ограниченията на машинната обработка на номера.

Какво точно предложи Си? Изображение и слой.

Думата "образ" е превод на английската дума "тип", която идва от гръцката "прототип" - "вид". На руски език думата „тип“ не предава крайъгълния камък на изразеното понятие, освен това се бърка със спомагателното значение „тип“.

Първоначално изображението решава проблем с чисто машинно изчисление, а след това се превръща в писта за раждането на обектни езици.

Слоят веднага реши няколко проблема - както машинни, така и нанесени. Следователно разглеждането ще започне с изображение с една задача и ще премине към слой с много задачи.

Една от неприятните черти на историческото програмиране е, че повечето понятия, включително основните, са дадени без дефиниции. „Езикът за програмиране (име на реки) има типове цели и плаващи числа...“ и те подраскаха по-нататък. Не е необходимо да се дефинира какво е „тип“ (изображение), защото самите автори не разбират напълно това и ще го премълчат „за по-голяма яснота“. Ако са приковани към стената, те ще дадат неясна и безполезна дефиниция. Много помага да се скриете зад чужди думи: за руски автори - зад английски (тип), за англичани - зад френски (подпрограма), гръцки (полиморфизъм), латински (капсулиране) или техните комбинации (ad-hoc полиморфизъм).

Но това не е нашата съдба. Нашият избор са определения с вдигната козирка на чист руски език.

изображение

изображение е префигуративно наименование на количество, определящо 1) присъщите свойства на количеството и 2) избора на операции за количеството.

Думата „тип“ (тип) съответства на първата част от определението: „присъщи свойства на количество“. Но основното значение на изображението е във втората част: „избор на операции към количества“.

Началната точка за въвеждане на изображение в C е нормално изчисление, като например операцията за добавяне.

хартия Математиката, независимо дали е написана на ръка или отпечатана, не прави голяма разлика между видовете числа, обикновено приемайки, че са реални. Следователно техните операции по обработка са еднозначни.

Машинна зала Математиката стриктно разделя числата на цели и дробни. Различните типове числа се съхраняват по различен начин в паметта и се обработват от различни инструкции на процесора. Например, инструкциите за добавяне на цели числа и дроби са две различни инструкции, съответстващи на два различни процесорни възела. Но няма команда за добавяне на цели и дробни аргументи.

Приложено математиката, тоест езикът C, разделя видовете числа, но комбинира операции: събирането за цели числа и/или дроби се записва с един знак за действие.

Ясната дефиниция на концептуалния образ ни позволява определено да говорим за две други концепции: стойност и операция.

Големина и действие

Стойност — номерът, който се обработва.

Операция — обработка на стойностите на първоначалните стойности (аргументи), за да се получи крайното число (общо).

Големината и действието са взаимосвързани. Всяка операция е количество, защото има числен резултат. И всяка стойност е резултат от прехвърляне на стойност към/от регистъра на процесора, тоест резултатът от операцията. Въпреки тази връзка, основното е възможността за отделното им описание, макар и с повторение на една дума в различни раздели на речника, което се случва в MA3.

Машинният подход раздели всички числа, използвани от програмиста на команди и данни. Преди това и двете бяха числа, например командите бяха написани в цифрови кодове. В приложните езици обаче командите престанаха да бъдат числа и станаха в думи и знаци за действие. Само „данните“ остават като числа, но е абсурдно да продължаваме да ги наричаме така, защото при прехода от машинна към математическа гледна точка числата са величини, които се делят на оригинала (данни) и финал (изисква се). „Неизвестна дата“ ще звучи глупаво.

Отборите също бяха разделени на два вида действия: математически и сервис. Математически действия – операции. Ще стигнем до официалните неща по-късно.

В езиците C обичайните хартиени и машинни недвусмислени или единични математически операции почти универсално стават множество.

Множество операции са няколко операции с едно и също име с различни типове аргументи и различни, сходни по значение действия.

Целочислените аргументи съответстват на цяла операция, а дробните аргументи съответстват на дробна операция. Тази разлика е особено ясна по време на операцията деление, когато изразът 1/2 дава общо 0, а не 0,5. Такава нотация не съответства на правилата на хартиената математика, но езикът C не се стреми да ги спазва (за разлика от Fortran) - той играе според собствените си приложено правила.

В случай на смесване на цели числа и дроби се включва единственото правилно прехвърляне на стойности на аргументи — селективно преобразуване на стойност от едно изображение в друго. Наистина, при събиране на цяло число и дробно число, резултатът е дробен, така че изображението на операцията вдига операцията за преобразуване на целочислен аргумент в дробна стойност.

Предстоят редица операции множествено числоИ сингъл. Такива операции са дефинирани само за един тип аргументи: остатък от деление - цели аргументи, подреждане (побитови операции) - естествени цели числа. Ma3 показва множеството операции със знаци (#^), указващи изображенията, за които е дефинирана операцията. Това е важно, но досега пренебрегвано свойство на всяка операция.

Всички функции са произволни единици. Изключение правят операторите - функции без скоби, вграден в езика (оригинални операции).

Помощ

Помощ - действие, придружаващо операцията.

Ако считаме операцията за основно действие, тогава можем да различим две съпътстващи, които осигуряват операцията и се различават от нея. Това са 1) променлив контрол и 2) подчинение. Това действие се нарича помощ.

Тук трябва да се отклоним и да кажем отделно за руските преводи на учебници по програмиране. Въведена е нова дума в текста на К/Р за записване на действия изявление (израз), който се опитва да раздели понятията за машинна команда на различни действия: 1) операция, 2) декларация и 3) подчинение (наречени „контролни конструкции“). Този опит беше погребан от руски преводачи, заменяйки „израз“ с думата „оператор“, която:

1. стана синоним на машинната дума „команда“,
2. се оказа синоним на фразата „знак за действие“,
3. и също получи неограничен брой допълнителни стойности. Тоест, превърна се в нещо подобно на английската статия "uhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh"

Помислете за съпътстващите действия или помощ.

Променлив контрол

Променлив контрол (UP) - създаване/изтриване на променливи клетки.
UE се появява имплицитно при деклариране на променлива, която вече е написана по друга причина - за да посочи изображението на стойността. Само един изглед се управлява изрично допълнителни променливи използвайки функциите malloc() и free().

Трябва да се отбележи, че имплицитните действия са по-удобни за писане, тъй като те изобщо не изискват писане на нищо, но са по-трудни за разбиране - те са по-трудни за вземане под внимание и тълкуване.

Подчинение

Подчинение — свързване/деактивиране на секциите на слоя.

Езикът C предлага приложен метод за управление на реда на действията, различен от асемблера - подчинение. Отразява и развива речево сложно изречение с ясно разделение на главна част (подчинено изречение) и подчинена част (раздели на подниво/подпрограма).

И декларирането, и подаването са изцяло изградени върху концепцията слой.

Слой

Слой е ограничен селективен набор от изрази на едно ниво.

Слоят изрично и имплицитно пое няколко задачи наведнъж:

1. организиране на програмата
2. ограничаване на видимостта на имената (имплицитно),
3. управление на променливи (клетки с памет) (имплицитно),
4. определение на подчинени изречения за подчинение,
5. дефиниции на функции и селекции и други.

Нямаше концепция за слой в машинните езици, така че тя не се появи в K/R и ако нещо не беше там, тогава въвеждането му в следващите книги би било ерес и свободомислие. Следователно концепцията за слой изобщо не се появи, въпреки че е изключително полезна и доста очевидна.

Без слой е невъзможно кратко и ясно да се обяснят много от действията и правилата на програмата. Например, защо goto е просто като три копейки лошо, а сложното докато е добро. Можете само да ругаете безпомощно, както направи Дейкстра („умението на програмистите е функция, която обратно зависи от честотата на появяване на операторите goto в техните програми.“ Накратко, само козлите използват goto. Нивото на оправдание е Бог.) Вярно, това не е толкова страшно, ако вашите книги Не е нужно да обясняваме нищо, но, както вече казахме, това не е нашата съдба.

Между другото, може да се предположи, че Дан Ричи е оставил goto именно като ключ за търсене на някакво неназовано понятие, тъй като в израза goto нямаше нужда и красота. Но имаше нужда от просто и разбираемо обяснение на новите принципи на езика, които самият Ричи не искаше да даде и които се основават точно на концепцията слой.

отклонение

отклонение — промяна на обичайните свойства на новото име.

Най-важното отклонение е свързано точно със свойствата на слоя на програмата и се описва с една дума „статичен“, която има различно значение във всеки тип слой.

5. ПОСЛЕДНАТА ГЛАВА. Общност на прилаганите езици

Приложните езици са преносен езици (с изображение, „въведено“). Те се основават на явното или неявното използване на изображението. Освен това тук отново се появява противоречие: изричният образ е по-разбираем, но по-малко удобен и обратното.

(Оформлението на таблицата все още не е доставено, така че таблицата е показана със снимка.)

След C развитието на приложните езици пое по пътя на увеличаване на тяхната фигуративност. Най-важният за разбирането на високи образи е прекият наследник на C - езикът C++. Той развива идеята за произволен избор на операции за количества и я въплъщава на базата на синтетичния израз за избор, който получава ново име - обект. C++ обаче не е толкова кратък и изразителен като C поради претоварването с нови типове колекции и свързаните с тях правила. Между другото, нека поговорим за „претоварване“.

Претоварване и полиморфизъм

Думата "претоварване" е остарял термин за машинно обучение за създаване множество операции.

Машинни (системни) програмисти множественост операциите може да са досадни: „Какво означава този знак (+): добавяне на цели числа, добавяне на дроби или дори преместване?! По наше време не се пишеше така!“ Оттук и негативната конотация на избраната дума („прекален“, „уморен“). За приложния програмист множеството операции са крайъгълният камък, основното постижение и наследство на езика C, толкова естествени, че често не се разпознават.

На език C++ множественост разширени не само до оригиналните операции, но и до функции - както отделни, така и комбинирани в класове - методи. С множеството методи се появи способността да се отменят в разширените класове, което беше неясно наречено "полиморфизъм". Комбинацията от полиморфизъм и претоварване създаде експлозивна смес, която се раздели на два полиморфизма: „истински“ и „ad-hoc“. Това е възможно да се разбере само въпреки присвоените имена. Пътят към рекламата е постлан с чужди имена.

Декларацията на формата „претоварване“ е по-добре изразена с думата допълнително съобщение — добавяне на декларация на функция със същото име с аргументи на различно изображение.

Декларация на формата "полиморфизъм" е по-добре да се нарече повторно обявяване — припокриваща се декларация в нов разширителен слой на функция със същото име с аргументи от същото изображение.

Тогава ще бъде лесно да се разбере, че едни и същи методи на различни изображения (аргументи) - допълнително обявенои едно изображение - повторно обявен.

Руските думи решават.

Самолетна писта

Разглеждането на понятията на силно фигуративните езици потвърждава важността на ясната дефиниция на основните понятия. С правилно описан C, изучаването на високофигуративни езици ще бъде лесно и приятно.

Това е особено важно за имплицитни силно фигуративни езици (PHP, JavaScript). За тях значението на обектите (съставните изображения) става още по-високо, отколкото в C++, но самата концепция за изображение става имплицитна и неуловима. От гледна точка на удобство те са станали по-прости, но от гледна точка на разбиране са станали по-трудни.

Следователно трябва да започнете да изучавате езици за програмиране с езика C и да продължите по-нататък в реда, в който се появяват езиците от семейството C.

Същото важи и за описанието на езиците. Различните езици имат същия или по-малък набор от полове на единици от езика C. Броят на типовете и примерите може да се различава в двете посоки: C++ има повече типове от C, докато JavaScript има по-малко.

Езикът MySQL заслужава специално внимание. Изглежда, че няма нищо общо, но той е идеално описан от Matryoshka и опознаването му става по-бързо и по-лесно. Което е важно, като се има предвид значението му за мрежата - трапезарията на съвременното програмиране. И където има MySQL, има и други SQL. Ами какви ли не Fortran-Pascal-Python-и ги описва и Matryoshka, щом се хванат.

Така че ни очакват страхотни неща - приложно описание на езика C и унифицирано описание на езиците, които го следват. „Нашите цели са ясни, нашите задачи са определени. На работа, другари! (Бурни, продължителни аплодисменти, преминаващи в овации. Всички се изправят.)“

Вашите мнения ще бъдат изслушани с голямо внимание, вашата помощ при създаването на уебсайта за кукли ще бъде приета с голяма благодарност. По-пълна информация за книгата има на уебсайта, умело скрит в Matryoshka C.

Източник: www.habr.com