Глава 9
МОДУЛИ
Стандартный Паскаль не предусматривает механизмов раздельной компиляции частей программы с последующей их сборкой перед выполнением. Более того, последовательное проведение в жизнь принципа обязательного описания любого объекта перед его использованием делает фактически невозможным разработку разнообразных библиотек прикладных программ. Точнее, такие библиотеки в рамках стандартного Паскаля могут существовать только в виде исходных текстов и программист должен сам включать в программу подчас весьма обширные тексты различных поддерживающих процедур, таких, как процедуры матричной алгебры, численного интегрирования, математической статистики и т.п.
Вполне понятно поэтому стремление разработчиков коммерческих компиляторов Паскаля включать в язык средства, повышающие его модульность. Чаще всего таким средством является разрешение использовать внешние процедуры и функции, тело которых заменяется стандартной директивой EXTERNAL. Разработчики Турбо Паскаля пошли в этом направлении еще дальше, включив в язык механизм так называемых модулей.
Модуль - это автономно компилируемая программная единица, включающая в себя различные компоненты раздела описаний (типы, константы, переменные, процедуры и функции) и, возможно, некоторые исполняемые операторы инициирующей части. По своей организации и характеру использования в программе модули Турбо Паскаля близки к модулям-пакетам (PACKAGE) языка программирования Ада. В них так же, как в пакетах Ады, явным образом выделяется некоторая «видимая» интерфейсная часть, в которой сконцентрированы описания глобальных типов, констант и переменных, а также приводятся заголовки глобальных процедур и функций. Появление объектов в интерфейсной части делает их доступными для других модулей и основной программы. Тела процедур и функций располагаются в исполняемой части модуля, которая может быть скрыта от пользователя.
Насколько сильно изменяются свойства языка Паскаль при введении механизма модулей свидетельствует следующее замечание его автора Н. Вирта, сделанное им по поводу более позднего языка Модула-2: «Модули - самая важная черта, отличающая язык Модула-2 от его предшественника Паскаля».
Модули представляют собой прекрасный инструмент для разработки библиотек прикладных программ и мощное средство модульного программирования. Важная особенность модулей заключается в том, что компилятор Турбо Паскаля размещает их программный код в отдельном сегменте памяти. Максимальная длина сегмента не может превышать 64 Кбайта, однако количество одновременно используемых модулей ограничивается лишь доступной памятью, что дает возможность создавать весьма крупные программы.
Модуль имеет следующую структуру:
UNIT <имя>;
INTERFACE
<интерфейсная часть>
IMPLEMENTATION
<исполняемая часть>
BEGIN
<инициирующая часть>
END.
Здесь UNIT - зарезервированное слово (единица); начинает заголовок модуля; <имя> - имя модуля (правильный идентификатор); INTERFACE - зарезервированное слово (интерфейс); начинает интерфейсную часть модуля;
IMPLEMENTATION - зарезервированное слово (выполнение); начинает исполняемую часть;
BEGIN - зарезервированное слово; начинает инициирующую часть модуля;
конструкция BEGIN Инициирующая частъ> необязательна;
END - зарезервированное слово - признак конца модуля.
Таким образом, модуль состоит из заголовка и трех составных частей, любая из которых может быть пустой.
9.2. ЗАГОЛОВОК МОДУЛЯ И СВЯЗЬ МОДУЛЕЙ ДРУГ С ДРУГОМ
Заголовок модуля состоит из зарезервированного слова UNIT и следующего за ним имени модуля. Для правильной работы среды Турбо Паскаля и возможности подключения средств, облегчающих разработку крупных программ (см. п.9.6), это имя должно совпадать с именем дискового файла, в который помещается исходный текст модуля. Если, например, имеем заголовок
Unit Global;
то исходный текст соответствующего модуля должен размещаться в дисковом файле GLOBAL.PAS. Имя модуля служит для его связи с другими модулями и основной программой. Эта связь устанавливается специальным предложением
USES <сп.модулей>
Здесь USES - зарезервированное слово {использует);
<сп.модулей> - список модулей, с которыми устанавливается связь; элементами списка являются имена модулей, отделяемые друг от друга запятыми, например:
Uses CRT, Graph, Global;
Если объявление USES... используется, оно должно открывать раздел описаний основной программы. Модули могут использовать другие модули. Предложение USES в модулях может следовать либо сразу за зарезервированным словом INTERFACE, либо сразу за словом IMPLEMENTATION, либо, наконец, и там, и там (т.е. допускаются два предложения USES).
Интерфейсная часть открывается зарезервированным словом INTERFACE. В этой части содержатся объявления всех глобальных объектов модуля (типов, констант, переменных и подпрограмм), которые должны стать доступными основной программе и/или другим модулям. При объявлении глобальных подпрограмм в интерфейсной части указывается только их заголовок, например:
Unit Cmplx;
Interface
tуре
complex = record
re, im : real
end;
Procedure AddC (x, у : complex; var z : complex);
Procedure MulC (x, у : complex; var z : complex);
Если теперь в основной программе написать предложение
Uses Cmplx;
то в программе станут доступными тип COMPLEX и две процедуры - ADDC и MULC из мдуля CMPLX
Отметим, что объявление подпрограмм в интерфейсной части автоматически сопровождается их компиляцией с использованием дальней модели памяти (см. гл.8). Таким образом обеспечивается доступ к подпрограммам из основной программы и других модулей. Следует учесть, что все константы и переменные, объявленные в интерфейсной части модуля, равно как и глобальные константы и переменные основной программы, помещаются компилятором Турбо Паскаля в общий сегмент данных (максимальная длина сегмента 65536 байт). Порядок появления различных разделов объявлений и их количество может быть произвольным. Если в интерфейсной части объявляются внешние подпрограммы или подпрограммы в машинных кодах (см. гл. И), их тела (т.е. зарезервированное слово EXTERNAL, в первом случае, и машинные коды вместе со словом INLINE - во втором) должны следовать сразу за их заголовками в исполняемой части модуля (не в интерфейсной!). В интерфейсной части модулей нельзя использовать опережающее описание.
Исполняемая часть начинается зарезервированным словом IMPLEMENTATION и содержит описания подпрограмм, объявленных в интерфейсной части. В ней могут объявляться локальные для модуля объекты - вспомогательные типы, константы, переменные и блоки, а также метки, если они используются в инициирующей части.
Описанию подпрограммы, объявленной в интерфейсной части модуля, в исполняемой части должен предшествовать заголовок, в котором можно опускать список формальных переменных (и тип результата для функции), так как они уже описаны в интерфейсной части. Но если заголовок подпрограммы приводится в полном виде, т.е. со списком формальных параметров и объявлением результата, он должен совпадать с заголовком, объявленным в интерфейсной части, например:
Unit Cmplx;
Interface
type
complex = record
re, im : real
end;
Procedure AddC (x, у : complex; var z : complex);
Implementation
Procedure AddC;
begin
z.re := x.re +Y.re;
z.im := x.im +y.im
end;
end.
Локальные переменные и константы, а также все программные коды, порожденные при компиляции модуля, помещаются в общий сегмент памяти.
Инициирующая часть завершает модуль. Она может отсутствовать вместе с начинающим ее словом BEGIN или быть пустой - тогда за BEGIN сразу следует признак конца модуля (слово END и следующая за ним точка).
В инициирующей части размещаются исполняемые операторы, содержащие некоторый фрагмент программы. Эти операторы исполняются до передачи управления основной программе и обычно используются для подготовки ее работы. Например, в них могут инициироваться переменные, открываться нужные файлы, устанавливаться связи с другими ПК по коммуникационным каналам и т.п.:
Unit FileText;
Interface
Procedure Print(s : string);
Implementation
var
f: text; const
name = 'output.txt'; Procedure Print;
begin
WriteLn(f, s)
end;
{ Начало инициирующей части: }
begin
assign(f, name);
rewrite(f);
{ Конец инициирующей части }
end.
Не рекомендуется делать инициирующую часть пустой, лучше ее опустить: пустая часть содержит пустой оператор, которому будет передано управление при запуске программы. Это часто вызывает проблемы при разработке оверлейных программ (см. гл.11).
В среде Турбо Паскаля имеются средства, управляющие способом компиляции модулей и облегчающие разработку крупных программных проектов. В частности, определены три режима компиляции: COMPILE, MAKE и BUILD (см. прил.1). Режимы отличаются только способом связи компилируемого модуля или основной программы с другими модулями, объявленными в предложении USES,
При компиляции модуля или основной программы в режиме COMPILE все упоминающиеся в предложении USES модули должны быть предварительно откомпилированы и
результаты компиляции помещены в одноименные файлы с расширением TPU. Например, если в программе (модуле) имеется предложение
Uses Global;
то на диске в каталоге, объявленном опцией UNIT DIRECTORIES (см. прил.1), уже должен находиться файл GLOBAL.TPU. Файл с расширением TPU (от англ. Turbo Pascal Unit) создается автоматически в результате компиляции модуля (если основная программа может компилироваться без создания исполняемого ЕХЕ-файла, то компиляция модуля всегда приводит к созданию TPU-файла).
В режиме МАКЕ компилятор проверяет наличие TPU-файлов для каждого объявленного модуля. Если какой-либо из файлов не обнаружен, система пытается отыскать одноименный файл с расширением PAS, т.е. файл с исходным текстом модуля, и, если искомый файл найден, приступает к его компиляции. Кроме того, в этом режиме система следит за возможными изменениями исходного текста любого используемого модуля. Если в PAS-файл (исходный текст модуля) внесены какие-либо изменения, то независимо от того, есть ли уже в каталоге соответствующий TPU-файл или нет, система осуществляет его компиляцию перед компиляцией основной программы. Более того, если изменения внесены в интерфейсную часть модуля, то будут перекомпилированы также и все другие модули, обращающиеся к нему. Режим МАКЕ, таким образом, существенно облегчает процесс разработки крупных программ с множеством модулей: программист избавляется от необходимости следить за соответствием существующих TPU-файлов их исходному тексту, так как система делает это автоматически.
В режиме BUILD существующие TPU-файлы игнорируются, и система пытается отыскать (и компилировать) соответствующий РAS-файл для каждого объявленного в предложении USES модуля. После компиляции в режиме BUILD программист может быть уверен в том, что учтены все сделанные им изменения в любом из модулей.
Подключение модулей к основной программе и их возможная компиляция осуществляются в порядке их объявления в предложении USES. При переходе к очередному модулю система предварительно отыскивает все модули, на которые он ссылается. Ссылки модулей друг на друга могут образовывать древовидную структуру любой сложности, однако запрещается явное или косвенное обращение модуля к самому себе. Например, недопустимы следующие объявления:
Unit A; Unit В;
Interface Interface
Uses В; Uses А;
....... .......
Implementation Implementation
....... .......
end. end.
Это ограничение можно обойти, если «спрятать» предложение USES в исполняемые части зависимых модулей:
Unit A; Unit В;
Interface Interface
....... .......
Implementation Implementation
Uses B; Uses A;
...... .......
end. end.
Дело в том, что Турбо Паскаль разрешает ссылки на частично откомпилированные модули, что приблизительно соответствует опережающему описанию подпрограммы. Если интерфейсные части любых двух модулей независимы (это непременное условие!), Турбо Паскаль сможет идентифицировать все глобальные идентификаторы в каждом из модулей, после чего откомпилирует тела модулей обычным способом.
9.7. ДОСТУП К ОБЪЯВЛЕННЫМ В МОДУЛЕ ОБЪЕКТАМ
Пусть, например, мы создаем модуль, реализующий арифметику комплексных чисел (такая арифметика ни в стандартном Паскале, ни в Турбо Паскале не предусмотрена). К сожалению, в Турбо Паскале нельзя использовать функции, значения которых имели бы структурированный тип (запись, например), поэтому арифметика комплексных чисел реализуется четырьмя процедурами:
UNIT Cmplx;
{---------------------}
INTERFACE
{---------------------}
type complex = record
re, im:real
end;
|
Procedure AddC |
(x, у |
: complex; |
var z |
: complex) ; |
|
Procedure SubC |
(x, у |
: complex; |
var z |
: complex) ; |
|
Procedure MulC |
(x, у |
: complex; |
var z |
: complex) ; |
|
Procedure DivC |
(x, у |
: complex; |
var z |
: complex) ; |
|
const |
||||
|
с : complex = |
(re : |
0.1; im : |
-1); |
{---------------------}
IMPLEMENTATION
{---------------------}
Procedure AddC; begin
z.re := x.re + y.re; z . im := x.im + y. im
end {AddC};
Procedure SubC;
begin
z.re := x.re - y. re ;
z.im := x.im - y.im
end {SubC};
Procedure MulC;
begin
z.re := x.re*y.re - x.im*y. im;
z.im := x.re*у.im + x.im*y.re
end {MulC};
Procedure DivC;
var
zz : real;
begin
zz := sqr(y.re) + sqr(y.im);
z. re := (x.re * y.re + x.im * y.im) / zz;
z.im := (x.re * y.im - x.im * y.re) / zz
end {DivC};
end.
Текст этого модуля следует поместить в файл CMPLX.PAS. Вы можете его откомпилировать, создав TPU-файл, после чего Вашей программе станут доступны процедуры из новой библиотеки. Например, в следующей программе (пример 9.1) осуществляются четыре арифметические операции над парой комплексных чисел.
Пример 9.1
Uses Cmplx;
var
а, Ь, с : complex;
begin
a.re := 1; a.im := 1;
b.re := 1; b.im := 2;
AddC(a, b, c);
WriteLn('Сложение: 'c.re:5:1, c.im:5:1,'i') ;
SubC(a, b, c) ;
WriteLn('Вычитание: 'с.re:5:1, с.im:5:1,'i');
MulC(a, b, c);
WriteLn('Умножение: 'c.re:5:1, c.im:5:l,'i') ;
DivC(a, b, c);
WriteLn('Деление: 'c.re:5:l, с.im:5:1,'i');
end.
После объявления Uses Cmplx программе стали доступны все объекты, объявленные в интерфейсной части модуля CMPLX. При необходимости можно переопределить любой их этих объектов, как это произошло, например, с объявленной в модуле типизированной константой С. Переопределение объекта означает, что вновь объявленный объект «закрывает» ранее определенный в модуле одноименный объект. Чтобы получить доступ к «закрытому» объекту, нужно воспользоваться составным именем: перед именем объекта поставить имя модуля и точку. Например, оператор
WriteLn(cmplx.c.re:5:l, cmplx.с.im:5:1,'i');
выведет на экран содержимое «закрытой» типизированной константы из предыдущего примера.
В Турбо Паскале имеется восемь стандартных модулей, в которых содержится большое число разнообразных типов, констант, процедур и функций. Этими модулями являются SYSTEM, DOS, CRT, PRINTER, GRAPH, OVERLAY, TURBOS и GRAPH3. Модули GRAPH, TURBOS и GRAPHS выделены в отдельные TPU-файлы, а остальные входят в состав библиотечного файла TURBO.TPL. Лишь один модуль SYSTEM подключается к любой программе автоматически, все остальные становятся доступны только после указания их имен в списке, следующем за словом USES.
Ниже приводится краткая характеристика стандартных модулей. Полное описание входящих в них программных средств приведено в прил.4, а описанию объектно-ориентированной библиотеки Turbo Vision посвящена вся вторая часть книги.
Модуль SYSTEM. В него входят все процедуры и функции стандартного Паскаля, а также встроенные процедуры и функции, которые не вошли в другие стандартные модули (например, INC, DEC, GETDIR и т.п.). Как уже отмечалось, модуль SYSTEM подключается к любой программе независимо от того, объявлен ли он в предложении USES или нет, поэтому его глобальные константы, переменные и подпрограммы считаются встроенными в Турбо Паскаль.
Модуль PRINTER. Делает доступным вывод текстов на матричный принтер. В нем определяется файловая переменная LST типа TEXT, которая связывается с логическим устройством PRN. После подключения модуля может быть выполнена, например, такая программа:
Uses Printer;
begin
writeln (LST, 'Турбо Паскаль')
end.
Модуль CRT. В нем сосредоточены процедуры и функции, обеспечивающие управление текстовым режимом работы экрана. С помощью входящих в модуль подпрограмм можно перемещать курсор в произвольную позицию экрана, менять цвет выводимых символов и окружающего их фона, создавать окна. Кроме того, в модуль включены также процедуры «слепого» чтения клавиатуры и управления звуком.
Модуль GRAPH. Содержит обширный набор типов, констант, процедур и функций для управления графическим режимом работы экрана. С помощью подпрограмм, входящих в модуль GRAPH, можно создавать разнообразные графические изображения и выводить на экран текстовые надписи стандартными или разработанными программистом шрифтами. Подпрограммы модуля GRAPH после соответствующей настройки могут поддерживать различные типы аппаратных графических средств. Настройка на имеющиеся в распоряжении программиста технические средства графики осуществляется специальными программами - драйверами, которые не входят в файл GRAPH. TPU, но поставляются вместе с ним.
Модуль DOS. В модуле собраны процедуры и функции, открывающие доступ программам к средствам дисковой операционной системы MS- DOS.
Модуль OVERLAY. Он необходим при разработке громоздких программ с перекрытиями. Как уже говорилось, Турбо Паскаль обеспечивает создание программ, длина которых ограничивается лишь основной оперативной памятью ПК. Операционная система MS-DOS оставляет исполняемой программе около 580 Кбайт основной памяти (без учета резидентных программ и самой системы Турбо Паскаль). Память такого размера достаточна для большинства применений, тем не менее использование программ с перекрытиями (см. гл.11) снимает это ограничение.
Два библиотечных модуля TURBO3 и GRAPHS введены для совместимости с ранней версией 3.0 системы Турбо Паскаль.