Принцип локалізації
Для розв'язування складних задач за допомогою комп'ютера, як зазначено, застосовують метод низхідного програмування і покрокової деталізації. У цьому випадку задачу розділяють на простіші підзадачі, які доручають виготовляти різним програмістам або колективам, щоб пришвидшити виготовлення великої програми. Метод покрокової деталізації та апарат процедур якраз і дають змогу вести таку паралельну розробку програм. Створені часткові алгоритми подають у вигляді досить автономних частин програми - описів процедур, які потім достатньо вставити в розділ опису процедур і функцій програми. За такої організації роботи бажано, щоб реалізація окремих алгоритмів була якомога автономнішою, а в завданні з виготовлення певної процедури потрібно задавати тільки її функцію і зв'язки за вхідними і вихідними даними.
Однак у процесі розробки часткових алгоритмів виникає потреба вводити додаткові типи значень, програмних об'єктів, наприклад, допоміжних змінних для подання проміжних результатів. У цьому випадку можуть виникнути труднощі, пов'язані з тим, що однакові імена можуть мати тільки одне призначення і кожне з них може бути використане для позначення тільки однієї змінної.
Ці труднощі в мові Паскаль усунуті завдяки блоковій структурі програми і принципу локалізації, суть якого полягає в тому, що імена, введені в конкретній процедурі, чинні тільки в межах цієї процедури. Розглянемо такий приклад:
program LOC(output);
const n=1;
var t: real; x: char;
procedure P(x, y: real);
var n: real;
begin
n:=x+t;
t:=y;
writeln(n, t, x);
end,
begin
t:=n/2;
x:="+";
P(n, 0.8);
writeln(n, t, x);
end.
Це приклад програми, в тілі якої описана процедура Р. У блоці головної програми описано чотири ідентифікатори: n, t, х і Р. їхні описи чинні в усьому описі головної програми, за винятком, можливо, опису процедур і функцій.
Опис процедури може містити три типи ідентифікаторів: формальні параметри, глобальні й локальні ідентифікатори.
Щодо формальних параметрів, то відомо, що вони можуть бути параметрами-значеннями і параметрами-змінними. Змінні, що відповідають параметрам-значенням, діють тільки протягом виконання процедури; параметри-змінні тільки вказують на відповідні змінні програми, яка викликає, і є фактичними параметрами.
У наведеному вище прикладі параметрами процедури Р є формальні параметри-значення. У разі звертання їм будуть присвоєні значення фактичних параметрів x=1, v=0.8, а після виходу з процедури вони стають недоступними.
Глобальні ідентифікатори не є формальними параметрами і не описані в тілі процедури, вони можуть мати той самий сенс, що й до моменту входження в процедуру. В процедурі Р глобальним ідентифікатором є змінна t. У тілі процедури ця змінна має значення r=0.5. Отже, за допомогою глобальних ідентифікаторів можливий безпосередній зв'язок процедури з блоком, який її охоплює, обминаючи формальні параметри.
Локальні ідентифікатори також не є формальними параметрами, однак, на відміну від глобальних, описані в тілі процедури. Принцип локалізації полягає в такому: якщо якийсь ідентифікатор описаний у тілі процедури, то всередині процедури він набуває змісту згідно з описом. Якщо ж цей ідентифікатор був описаний ще й поза тілом процедури - в блоці, що її охоплює, то дія попереднього опису тимчасово (до виходу з процедури) припиняється. Зокрема, якщо ідентифікатор у попередньому описі був іменем деякого програмного об'єкта, то цей об'єкт стає недоступним з тіла процедури. Після виходу з процедури опис у тілі процедури вже не діє і цей ідентифікатор знову набуває того змісту, що мав до входження в процедуру (якщо він був описаний поза процедурою). Якщо ідентифікатор, локалізований у тілі процедури, є іменем програмного об'єкта, то у разі виходу з процедури він перестає діяти, а після входження знову функціонує.
У прикладі, який ми розглядаємо, п описана в головній програмі як стала. Після входження в процедуру вона втрачає сенс сталої і набуває сенсу дійсної змінної. Програма працює так: t=0.5; х='+'. Під час входження в процедуру змінним х і у, що є формальними параметрами, присвоюються значення х=1; y=0.8. Дійсна змінна n=1+0.5= 1.5 (оскільки t зберігає свій сенс і у процедурі як глобальна змінна), t=0.8. Отже, оператор виведення дає 1.5; 0.8; 1.0. Після виходу з процедури виводяться величини, позначені такими ж ідентифікаторами. Однак тепер будуть виведені дещо інші значення - 1; 0.8; +, оскільки перший і третій ідентифікатори набувають сенсу, описаного в головній програмі, і виводяться значення, які вони мали до входження в процедуру; тільки t, як глобальна змінна, має значення, одержане в процедурі.
Під час викликання фактичних параметрів за іменем (тобто коли формальні параметри є параметрами-змінними), може трапитись колізія між ними й ідентифікаторами, локалізованими в тілі процедури. Однак вона буде обов'язково усунена автоматично внаслідок зміни ідентифікаторів, локалізованих у тілі процедури, що забезпечує транслятор. Наприклад,
var x, у: real;
………….
procedure P1(b: real; var y: real);
………….
P1(x,y);
…………
Цю колізію транслятор усуває, вводячи в процедурі замість у іншу змінну, наприклад у 1.
Отже, як локалізовані в процедурі можна брати довільні ідентифікатори, які не використовуються як формальні параметри цієї процедури і не збігаються з глобальними ідентифікаторами. З іншими ідентифікаторами, що використані поза цією процедурою, вони можуть збігатися.
Зазначимо, що принцип локалізації стосується всіх описів, у тому числі й описів процедур. Під час описування деякої процедури Р може виникнути ситуація, коли треба використати інші процедури. Якщо ці процедури будуть використані тільки в Р, тобто вони мають локальний характер, то їхній опис доцільно ввести всередину Р. Наприклад,
procedure P(a: real; var b: real);
var с: integer;
procedure P1(d: integer; x: real);
………
begin
………
end;
procedure P2()
……..
begin
……..
end;
…….
Begin
…….
P1();
…….
P2();
…….
end
Звертання до процедур P1 і Р2 можливе лише в процедурі Р, причому формальні параметри зовнішньої процедури можна використовувати як фактичні параметри у разі звертання до локалізованих у ній процедур.