Система объектного программирования smalltalk

Большой интерес представляют языки, изначально созданные для объектно-ориентированного программирования. Самым ярким примером является язык Smalltalk.

Система Smalltalk представляет собой совокупность взглядов, методов и средств проектирования и эксплуатации современных систем обработки информации, базирующихся на ряде новых концепций в понимании и модельном представлении вычислительного процесса. Авторами системы являются сотрудники исследовательской группы фирмы XEROX (США), работающие над этим проектом с 1970 г.

Smalltalk принадлежит к классу, так называемых, объектно-ориентированных языков программирования. Объект в Smalltalk содержит и процедурную, и понятийную части (объект=данные+процедуры), причем для представленияпонятийнойчасти используется аппарат абстрактных типов данных.

При решении задач на объектно-ориентированном языке используется абстрактная модель обработки данных

«объект-класс-сообщение».

Эта модель носит фундаментальный характер и легко может применяться в любой предметной области.

Объекты и сообщения. Основой объектно-ориентированного программирования (ООП) является объект. В качестве объектов могут выступать абстрактные данные (числа, символы, файлы и т.д.) или сущности моделируемой предметной области и их взаимосвязь (черепашка, цветок, собака, врач, треугольник и т.п.). Объекты взаимодействуют друг с другом, посылая и принимая сообщения.

Объект обладает собственной памятью для хранения информации и набором методов - операций для манипулирования этой информацией. Для активизации метода объекту посылается сообщение, являющееся аналогом обращения к функции в традиционных языках программирования.

В каждом сообщении должны быть указаны

• адресат-объект, которому посылается сообщение;

• имя сообщения;

• объекты-параметры, которыми манипулирует метод (необязательно).

Программа в Smalltalk - это последовательность сообщений, посылаемых различным объектам. Простые сообщения делятся на три вида: унарные, бинарные, ключевые, табл.3.8.

Унарное сообщение представляет собой конструкцию следующего вида:

<объект-адресат> <сообщение>.

Например:

'строка'размер.

Бинарное сообщение имеет следующий вид:

<объект-адресат> <арифметико-логическая операция> <объект-параметр>.

Например:

2+3

Ключевое сообщение представляет собой конструкцию, допускающую несколько параметров.

Например:

книга автор: 'Толстой' название: 'Война и мир'.

В случае композиции двух или более сообщений их обработка выполняется в соответствии со следующими правилами:

Правило 1. Унарное сообщение имеет более высокий приоритет, чем бинарное, а бинарное - более высокий приоритет, чем ключевое сообщение.

Правило 2. В рамках одного типа все сообщения имеют одинаковый приоритет. Сложное выражение выполняется слева направо.

Правило 3. Скобки меняют порядок вычисления.

Таблица 3.8.

Некоторые примеры сообщений и их результатов

Сообщение	Описание	(Класс)
1+2 Бинарное сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	1 (МалоеЦелое) + 2 (МалоеЦелое) 3 (МалоеЦелое)
" привет' вПозиции: 5 Ключевое сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	' привет' (Строка) в Позиции: 5(МалоеЦелое) е (Символ)
5факториал Унарное сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	5(МалоеЦелое) факториал ------------------------ 120(БольшоеПоложительное Целое)
5между: 3 и:7 Ключевое сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	5(МалоеЦелое) между: и: 3, 7 (МалоеЦелое) истина
1+2 Бинарное сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	1 (МалоеЦелое) + 2 (МалоеЦелое) 3 (МалоеЦелое)
' привет' вПозиции: 5 Ключевое сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат:	'привет' (Строка) в Позиции: 5(МалоеЦелое) е (Символ)
5факториал Унарное сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр; результат.	5(МалоеЦелое) факториал ------------------------- 120(БольшоеПоложнтельноеЦелое)
5между: 3 и:7 Ключевое сообщение	объект-адресат: имя сообщения: объект-параметр: результат;	5(МалоеЦелое) между: и: 3, 7 (МалоеЦелое) истина

Классы объектов и методы. Объект обладает свойствами, поведением и состоянием. Ему можно присвоить имя. Объекты с одинаковыми свойствами и поведением объединены в классы. Каждый объект входит в один класс и называетсяэкземпляром класса.

Объекты из одного класса распознают одни и те же сообщения и имеют одинаковую структуру собственной памяти. Объект имеет собственную память - переменные экземпляра, где хранится информация о его свойствах и состоянии. Доступ к указанной информации имеет только сам объект.

С каждым объектом связан набор (протокол) сообщений, которые он понимает. Всякому сообщению из протокола соответствует реализующая его процедура, называемая методом.

Метод определяет реакцию объекта на данное сообщение, т.е. его поведение. Он состоит из операций над своими переменными экземпляра и из посылок сообщений другим объектам. В конечном счете объект возвращает ответ на посланное ему сообщение. Поскольку все объекты одного класса обладают одинаковым набором методов, последние хранятся в одном месте - в самом классе.

У каждого класса существует два типа методов:

• методы класса (используются, когда необходимо произвестикакие-либо действия с целым классом, например, добавить к классу новый экземпляр);

• методы экземпляра (сообщения к экземплярам данного класса).

Один из основных классов языка Smalltalk - класс «Величина». Экземплярами этого класса являются объекты, которые можно измерять, сравнивать, упорядочивать и вычислять. К этому классу , в частности, относятся символы, числа, дата и время. Эта группа классов имеет следующую иерархию.

Символ. Экземпляры класса «Символ» являются расширенным множеством символов во внутреннем коде со значениями от 0 до 255.

Дата. Экземпляры класса «Дата» представляют собой даты, такие как

ЯНВАРЬ 1, 1980.

Время. Экземплярыкласса «Время» представляют собой время, такое как 10 или

12:15.

Число. Система поддерживает три вида числа:

• целое;

• вещественное с плавающей точкой (если есть сопроцессор);

• дробь - рациональные целое.

Символ обозначается с помощью знака $, например,

$a,$9,$M.

В языке Smalltalk имеется 6 типов переменных:

• экземплярные переменные, существуют в течение всего жизненного цикла объекта экземпляра класса, в заголовке которого они описаны;

• временные переменные, описываются внутри метода и существуют только во время выполнения данного метода;

• переменные класса, декларируются в описании класса, доступны всем экземплярам данного класса;

• глобальные переменные, доступны всем экземплярам всех классов;

•переменные пула, декларируются в описании класса и доступныэкземплярамнекоторого подмножества классов;

• псевдопеременные, специально зарезервированные идентификаторы, указывающие на специальные объекты.

Для присвоения значения какой-либо переменной(исключая псевдопеременные)используется операция : : = (присваивание).

Экземпляры объектов можно сравнивать друг с другом.

Класс «Объект» содержит методы сравнения: =, ~=.Все классы, являющиеся подклассами этого класса, наследуют эти методы.Помимо этого, каждый класс может определить для себя другие методы сравнения. Например, классы из группы «Величина» имеют еще несколько методов: > < <= >=. Аналогичные методы определены для класса «Строка».

Результат сравнения объектов - экземпляр класса «Логический». Этот класс имеет два подкласса: Истина и Ложь. Экземплярами этих классов являются псевдопеременные истина и ложь соответственно. Задание новых экземпляров этих классов приводит к ошибке.

Классы «Истина» и «Ложь» имеют следующий набор методов:

и: - истина, если адресат и параметр - «истина», в противном случае -«ложь» (существует аналогичное бинарное сообщение - &)

или: - ложь, если адресат и параметр - «ложь», в противном случае -«истина» (существует аналогичное бинарное сообщение -|).

На основе этих методов реализованы условные конструкции. В общем виде условная конструкция имеет вид:

<условие>

если условие истинно, выполнить <выражение1> если условие ложно, выполнить <выражение2>.

На языке ООП эта конструкция записывается таким образом:

<объект-адресат класса Истина или Ложь>

если Истина:<объект-параметр1>

если Ложь: <объект-параметр2>.

В данном случае <объект-параметр> представляет собойблок сообщений.

Возможна конструкция

<условие> еслиИстина: <объект-параметр>,

а также

<условие> еслиЛожь: <объект-параметр>.

Блок сообщений -это группа сообщений, заключенная в квадратные скобки. Блоки - это объекты специального вида, вычисление которых (т.е. выполнение списка внутренних операторов) производится путем посылкик ним сообщения-значения.

Блок может иметь аргументы. В этом случае сообщение для его вычисления будет ключевым:

[блок] значение: <значение аргумента>

Программирование на SmalTalk. Язык Smalltalk обладает богатым набором циклических конструкций, отраженных в табл. 3.9.

Программирование на SmallTalk состоит не только в использовании предопределенных в языке объектов и их методов, но и в задании новых методов и объектов.

Вначале рассмотрим создание новых методов для уже существующих классов. Перед созданием нового метода необходимо ответить на следующие вопросы:

1) что будет объектом-адресатом для создаваемого метода;

2) каким будет объект-параметр;

3) что будет результатом, возвращаемым новым методом. Таким образом определяется сообщение, обращающееся к новому методу. Затем можно описать и добавить в соответствующий класс сам создаваемый метод по форме

имя Сообщения

"комментарии"

| локальные переменные сообщения |

^ возвращаемый результат.

Таблица 3.9