Неограниченная универсальность
Неограниченная универсальность частично ослабляет жесткий статический контроль типов. Тривиальный пример - подпрограмма обмена значений двух переменных (на языке, подобном Ada, но без явных объявлений типов):
procedure swap (x, y) is local t; begin t := x; x := y; y := t; end swap;В этой форме не специфицируются типы обмениваемых элементов и локальной переменной t. Здесь слишком много свободы, так вызов swap (a, b), где a имеет тип integer, а b - character string, не будет отвергнут, хотя и приведет к ошибке.
Для устранения этой проблемы статически типизируемые языки, такие как Pascal и Ada, требуют от разработчиков явного задания типов всех переменных и формальных аргументов и вводят статически проверяемое ограничение на совместимость типов формальных и фактических аргументов в вызовах подпрограмм и между целью и источником при присваиваниях. Процедура, обменивающая значения двух переменных типа G, в этом случае принимает вид:
procedure G_swap (x, y: in out G) is t: G; begin t := x; x := y; y := t; end swap;Требование определенности типа G предотвращает ошибки несовместимости, но в постоянном споре между безопасностью и гибкостью пострадала гибкость в угоду безопасности. Теперь для элементов каждого типа необходима новая процедура, например INTEGER_swap, STRING_swap и так далее. Такие множественные объявления удлиняют и затеняют программы. Выбранный пример особенно показателен, так как все объявления подобных процедур будут отличаться лишь двумя вхождениями G.
Статическая типизация в данном случае накладывает избыточные ограничения. Единственное реальное требование - идентичность типов фактических параметров и локальной переменной t. Конкретный тип не имеет значения.
|
В дополнение к этому аргументы должны иметь статус in out, чтобы процедура могла изменить их значения. Это разрешено в Ada. |
Универсальность обеспечивает компромисс между избыточной свободой бестиповых языков и излишней строгостью, свойственной Pascal. В родовых языках можно объявить G как родовой параметр процедуры swap или охватывающего модуля.
Язык Ada предлагает как родовые подпрограммы, так и родовые пакеты, описанные в лекции 15 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования". На квази-Ada можно написать так:
generic type G is private; procedure swap (x, y: in out G) is t: G; begin t := x; x := y; y := t; end swap;Единственное отличие от реальной записи на Ada выражается в необходимости отделения интерфейса от реализации. Поскольку скрытие информации несущественно для обсуждения в этой лекции, интерфейсы и реализации объединены для простоты представления.
Предложение generic... вводит тип в качестве параметра. Определяя G как "private", автор процедуры позволяет применять к сущностям типа G (x, y, t) операции, применимые ко всем типам, такие как присваивание или сравнение, и только их.
Приведенное объявление не подпрограмма, а ее шаблон. Для получения подпрограммы, пригодной для непосредственного использования, необходимо указать конкретный тип параметров:
procedure int_swap is new swap (INTEGER); procedure str_swap is new swap (STRING);и т. д. Если теперь i и j переменные типа INTEGER, а s и t - STRING, то из следующих вызовов:
int_swap (i, j); str_swap (s, t); int_swap (i, s); str_swap (s, j); str_swap (i, j);допустимы только два первых, а остальные будут отклонены компилятором.
Параметризованные пакеты интереснее подпрограмм. Немного модифицировав пример стека, рассмотрим пакет, задающий очередь, в котором определены основные операции: добавление и удаление элемента, получение его значения и т. д. Интерфейс пакета:
generic type G is private; package QUEUES is type QUEUE (capacity: POSITIVE) is private; function empty (s: in QUEUE) return BOOLEAN; procedure add (t: in G; s: in out QUEUE); procedure remove (s: in out QUEUE); function oldest (s: in QUEUE) return G; private type QUEUE (capacity: POSITIVE) is -- Пакет использует массив для представления очереди record implementation: array (0 .. capacity) of G; count: NATURAL; end record; end QUEUES;Здесь опять-таки определен не пакет, а шаблон пакета.
Пригодный для непосредственного использования пакет получается после соответствующей настройки:
package INT_QUEUES is new QUEUES (INTEGER); package STR_QUEUES is new QUEUES (STRING);Родовое объявление позволяет достичь компромисса между типизированным и бестиповым подходом. QUEUES - шаблон для модулей, реализующих очереди, элементы которых могут принадлежать всем возможным типам G. При этом для конкретного G сохраняется возможность контроля соответствия типов, исключающего такие безобразные комбинации, как вставка целого числа в очередь строк.
Примеры с процедурой обмена и очередью иллюстрируют неограниченную форму универсальности, поскольку отсутствуют особые требования к типам, используемым в качестве фактических параметров. Можно осуществлять обмен переменных одного, но любого типа и создавать очереди элементов любого типа, лишь бы все они имели один и тот же тип.
Зачастую универсальное определение имеет смысл, только если фактические параметры удовлетворяют некоторым условиям. Эту форму можно назвать ограниченной универсальностью.
