Подключаемые модули.
1. Основные положения
Подключаемый модуль – файл, содержащий исходный текст на языке Pascal, имеющий определенную структуру, предназначенный для использования как в главной программе, так и в других подключаемых модулях. Использование заключается в подключении модуля в разделе uses, путем указания его имени.2. Общая структура подключаемого модуля
Unit <имя модуля>; Interface Implementation End.
Структурно в подключаемом модуле можно выделить три раздела: 1) Интерфейсный раздел – interface (должен быть объявлен, может быть пустым) 2) Раздел реализаций – implementation (должен быть объявлен, может быть пустым) 3) Тело модуля – begin-end. (может отсутствовать)
2.1. Интерфейсный раздел.
Интерфейсный раздел – область подключаемого модуля, начинающаяся с ключевого слова interface и заканчивающаяся ключевым словом implementation, которая может содержать: - список подключаемых модулей; - константы; - пользовательские типы данных; - переменные; - прототипы процедур и функций, доступные из места подключения данного модуля. Замечание 1: переменные, объявленные в разделе интерфейсов, являются глобальными. То есть существуют в любом месте программы, где подключен данный модуль, в том числе в разделе реализации самого модуля. Замечание 2: как и в программе, вышеперечисленные секции (объявления констант, переменных и др., за исключением секции uses) в данном разделе могут быть расположены в любой последовательности и в любом количестве. Замечание 3: если в данном разделе объявляются прототипы процедур/функций, то их реализации должны гарантированно присутствовать в разделе implementation. Основное назначение: определяет общедоступные данные/функционал для применения из программы или модуля, использующих данный модуль.Пример интерфейсного раздела:
Interface {подключаемые модули} Uses AnotherUnit; {константы} Const PI=3.14159265; E=2.71828182; {пользовательские типы данных} Type TMyType=array[-3..7] of real; {переменные} Var temp:TMyType; {процедуры и функции} Procedure Fill(var x:TMyType); Function Find(const x:TMyType; const Value:real):Boolean; Implementation
2.2. Раздел реализаций.
Раздел реализаций – область подключаемого модуля, начинающаяся с ключевого слова implementation и заканчивающаяся телом модуля (если таковое имеется) или ключевым словом end с точкой, означающим конец модуля, в которой располагаются реализации процедур и функций, объявленных в интерфейсном разделе, которая может содержать: - список подключаемых модулей; - константы; - пользовательские типы данных; - переменные; - процедуры и функции, необходимые для реализации процедур/функций, объявленных в интерфейсном разделе. Основное назначение: реализация процедур и функций, описанных в секции interface. Замечание 1: при реализации процедур и функций, описанных в интерфейсной секции, их заголовки могут быть описаны в сокращенной форме. Исключение - PascalABC: при использовании переменных заголовка в тексте реализации возникает ошибка компиляции.Пример 1 (заголовки в сокращенной форме):
Unit DemoUnit; Interface {прототип процедуры} Procedure Swap(var a,b:integer); Implementation {реализация процедуры} Procedure Swap; Var Temp:integer; Begin Temp:=a; a:=b; b:=Temp; end; end.
Пример 2 (заголовки в полной форме):
Unit DemoUnit; interface {прототип функции} Function GetMax(a,b:integer):integer; Implementation {реализация функции} Function GetMax(a,b:integer):integer; Begin If a>b then GetMax:=a Else GetMax:=b; End; End.
2.3. Тело модуля.
Тело модуля – последняя область подключаемого модуля, образуемая парой ключевых слов: «begin» и «end.», в которой можно размещать программный код аналогично главной программе. Тело модуля может отсутствовать. В таком случае ключевое слово «begin» не пишется, а «end.» сигнализирует о конце модуля. Основное назначение: инициализация переменных модуля, выделение ресурсов, необходимых для его работы и т.д.Пример модуля, содержащего тело:
Unit DemoUnit; Interface Const N=50; Var Roots:array of real; Implementation Uses Math; Var I:integer; {тело модуля} Begin For i:=1 to N do Roots[i]:=sqrt(i); End.
Пример модуля без тела: (см. пример модуля для заголовков в полной форме).
Замечание 1: Программный код, размещенный в теле модуля, выполняется один раз – при загрузке модуля, до начала исполнения кода главной программы. Замечание 2: В случае, когда в секции uses подключено несколько модулей, имеющих разделы инициализации, выполнение кода этих разделов идет в порядке подключения модулей.2.4. Дополнительные разделы в структуре модуля.
Компиляторы Free Pascal, Pascal ABC, Pascal ABC.Net допускают помимо перечисленных выше еще два раздела: - раздел инициализации - раздел финализации. 2.4.1. Раздел инициализации. Раздел инициализации – область подключаемого модуля, размещаемая после по окончании раздела реализаций, начинающаяся с ключевого слова initialization и заканчивающаяся разделом финализации, если таковой имеется, или ключевым словом end с точкой. Назначение аналогично телу модуля. 2.4.2. Раздел финализации. Раздел финализации – область подключаемого модуля, размещаемая по окончании раздела инициализации, если таковой имеется, или по окончании раздела реализаций, и заканчивающаяся ключевым словом end с точкой. Основное назначение: освобождение ресурсов, выделенных для работы модуля.
unit DemoUnit; interface var a:array of ^integer;{массив указателей} implementation {выделение памяти и инициализация значениями} procedure AllocateArray; var i:integer; begin for i:=1 to 20 do begin New(a[i]); a[i]^:=i; end; end; {освобождение памяти} procedure DeallocateArray; var i:integer; begin for i:=1 to 20 do Dispose(a[i]); end; initialization AllocateArray;{инициализация - начало работы - выделяем память} finalization DeallocateArray;{финализация - конец работы - осовобождаем память} end.
Замечание 1: программный код, размещаемый в перечисленных разделах, исполняется один раз. Код разделов инициализации – до начала исполнения кода главной программы, код разделов финализации – после. Замечание 2: при наличии в модуле любого из данных двух разделов, наличие тела модуля более не допускается.3. Компиляция модулей.
Каждый подключаемый модуль компилируется отдельно, а результат компиляции зависит от используемого компилятора.
3.1. Компиляция в Turbo Pascal.
Результатом компиляции подключаемого модуля в Turbo Pascal-е является *.tpu – файл (Turbo Pascal Compiled Unit), представляющий собой машинное представление данных и кода, размещенных в нем.
3.2. Компиляция в Free Pascal.
Результатом компиляции подключаемого модуля в Free Pascal-е являются два файла: *.ppu – файл, содержащий интерфейсную часть модуля, и файл *.o - объектный файл, содержащий часть реализаций. Причем последний необходим для компоновки приложения.
3.3. Компиляция в Pascal ABC.Net.
В отличие от перечисленных выше сред в Pascal ABC.Net в процессе компиляции модуля не генерируется код на машинном языке. Компилятор данной среды завершает свою работу после выполнения семантического анализа, сохраняя семантическое дерево модуля в промежуточный формат - *.pcu – файл, который в первом приближении можно считать результатом компиляции с обозначенными ограничениями.
3.4. Ускорение компиляции программ.
На этапе компоновки приложения, компоновщик собирает исполняемый модуль, принимая на вход объектные модули. Таким образом, имея уже откомпилированные подключаемые модули, компиляция программ с их использованием ускоряется, так как они уже обработаны. Данное справедливо для Turbo и Free Pascal-ей. Однако, в Pascal ABC.Net ускорение компиляции достигается только за счет того, что отсутствует необходимость проводить синтаксический и семантический анализ. Вывод: откомпилированные версии исполняемых модулей не совместимы между различными компиляторами.
Код к задаче: «Подключаемые модули»
Textual
Листинг программы
Unit u1; interface procedure PrintFirst; procedure PrintFirstSecond; implementation uses u2; { <--- Раньше было в Interface } procedure PrintFirst; begin writeln("Print first"); end; procedure PrintFirstSecond; begin writeln("Print first"); PrintSecond; end; end.
Модули в Паскале по отношению к основной части программы напоминают подпрограммы (процедуры и функции). Но по определению они являются самостоятельными программами, ресурсы которых могут быть задействованы в других программах. Кроме того описание модулей происходит вне вызывающего приложения, а в отдельном файле, поэтому модуль – это отдельно компилируемая программа. Файл скомпилированного модуля (именно такой нужен для использования) будет иметь расширение предусмотренное средой программирования (например, .tpu , .ppu , .pcu).
Модули создаются, как правило, для обеспечения компактности кода, о чем приходиться заботиться крупным проектам. Стоит также отметить, что использование модулей в каком-то смысле снимает ограничение на сегментацию памяти, так как код каждого модуля располагается в отдельном сегменте.
Структура модуля выглядит так:
Unit <имя модуля>; Interface <интерфейсная часть> Implementation <исполняемая часть> Begin <инициализация> End.
Имя модуля (Unit)
Имя модуля, следующее после ключевого слова Unit , должно совпадать с названием файла (без.pas), в котором находиться его код. Также с помощью имени, модуль подключается к другому модулю, либо к основной программе. Для этого необходимо указать служебное слово Uses, и перечислить через запятую список подключаемых модулей:
Uses <список имен модулей>;
Интерфейсная часть (Interface)
В интерфейсной части описываются заголовки объектов, к которым будут иметь доступ другие модули и программы. Это константы, типы, переменные и подпрограммы. Например, так может выглядеть интерфейсная часть модуля Search , содержащего в себе алгоритмы поиска элементов в массиве.
Unit Search; Interface type arr = array of integer; var s: string; procedure binary_search(x: integer; Ar: arr; var s: string); procedure line_search(x: integer; Ar: arr; var s: string);
Для объявления данного модуля, в программе нужно указать его имя:
После чего станет возможным использование всех описанных в интерфейсной части объектов.
Исполняемая часть (Implementation)
Начинается этот раздел со слова Implementation (реализация). Именно здесь нужно описать подпрограммы, объявленные в интерфейсной части. При этом в их заголовках разрешается не указывать формальные параметры, иначе они должны полностью совпадать с таковыми в интерфейсной части. Кроме этого, интерфейсная часть может содержать локальные (недоступные вызывающей программе) для модуля объекты.
Инициирующая часть
Инициирующая часть начинает свою работу до начала выполнения основной программы. В ней (между Begin и End), как правило, описываются операторы, предназначенные для разного рода вспомогательной работы. Данная часть может отсутствовать, либо не иметь в себе никакого кода. В первом случае нужно указать End с точкой, во втором – оставить пустое место внутри Begin и End .
Компиляция модулей
Использовать в программе можно лишь скомпилированные модули, имеющие расширение, предусмотренное вашей средой разработки приложений. Рассмотрим три наиболее популярные из них:
компиляция модулей в Turbo Pascal
Итогом компиляции модуля в Turbo Pascal , будет файл с расширением .tpu (Turbo Pascal Unit ), хранящий его код.
компиляция модулей в Free Pascal
После компиляции модуля в среде Free Pascal , создаются два файла с разными разрешениями: .ppu и .o . Первый содержит интерфейсную часть модуля, а второй (необходим для компоновки программы) – часть реализаций.
компиляция модулей в Pascal ABC.NET
Pascal ABC.Net во время компиляции модуля не генерирует код на машинном языке. В случае, если компиляция выполнена успешна код сохраняется в файле с разрешением.pcu.
Для сред программирования Turbo Pascal и Free Pascal предусмотрены три режима компиляции: Compile, Make и Build. В режиме Compile все используемые в программе модули должны быть заранее скомпилированы. Приложение в режим Make-компиляции проверяет все подключенные модули на наличие файлов с соответствующим для среды программирования разрешением (.tpu или.o). Если какой-то из них не найден, то происходит поиск файла с названием ненайденного модуля и расширением.pas. Самый надежный из режимов – Build. Поиск и компиляция файлов (с расширением.pas) в данном режиме происходит даже тогда, когда модульные файлы уже имеются.
Пример: создадим небольшой модуль, содержащий в себе процедуры двоичного и линейного поиска элементов в массиве. Код модуля:
Unit Search;
Interface
type arr = array of integer;
var s: string;
procedure binary_search(x: integer; Ar: arr; var s: string);
procedure line_search(x: integer; Ar: arr; var s: string);
Implementation
var a, b, c, i: integer;
procedure binary_search(x: integer; Ar: arr; var s: string);
begin
a:=1; b:=5; s:="NO";
while a<=b do
begin
c:=a+(b-a) div 2;
if (x
Весь этот код должен находиться в отдельном файле. Теперь напишем основную программу, в которую подключим наш модуль Search .
Program modul_search; uses Crt, Search; var mas: array of integer; n, j: integer; str: string; y: char; begin clrscr; writeln("Enter the array elements"); for j:=1 to 5 do readln(mas[j]); write("Enter number search: "); readln(n); write("This array is ordered? (y/n) "); readln(y); if y="y" then binary_search(n, mas, str) else line_search(n, mas, str); write(str); readkey; end.
После компиляции файлов данное приложение должно исправно работать. Конечно, если вы, отвечая на вопрос “Этот массив упорядочен?” укажите программе ложную информацию, то и она может ответить тем же.
В языке Pascal для реализации технологии структурированного программирования с использованием модулей используются библиотеки подпрограмм. Текстуально библиотеки объединяются в самостоятельные программные единицы называемые модулями языка Pascal. Модули создаются для реализации библиотек подпрограмм. Обычно модули объединяют подпрограммы, выполняющие задачи одного класса.
Модуль - это самостоятельная программная единица, которая является автономно компилирующей и имеет определенную структуру.
Модуль имеет следующую структуру:
Заголовок модуля на языке Паскаль состоит из служебного слова Unit и следующего за ним именем модуля. К имени модуля предъявляются жесткие требования и это имя должно совпадать с именем дискового файла с расширением.pas, в котором находится текст модуля.
Unit MyType; //файл MyType.pas
Имя модуля служит для связи модуля с программами и другими модулями. Программы и модули устанавливают связь с требуемым модулем в разделе Uses программы или модуля. Модули для своей работы могут вызывать другие модули, если модуль вызывает другой модуль, то раздел Uses должен следовать за служебным словом INTERFACE.
Интерфейсная часть языка Паскаль начинается зарезервированным словом INTERFACE. Она служит для связи модуля с головной программой или другими модулями. В интерфейсной части содержатся объявление всех глобальных объектов модуля. В первую очередь подпрограмм, а кроме того объявляются глобальные типы и переменные. Если объект объявлен глобально, то его можно использовать в вызывающей программе и модуле без специального объявления.
Unit Wodmass;
INTERFACE
USES MyType;
[имя_типа]:[тип];
[список_глобальных_переменых]:[тип];
В интерфейсной части подпрограммы объявляются их заголовками, в которых следует имя подпрограммы и список формальных параметров.
Исполняемая часть языка Паскаль начинается служебным словом IMPLEMENTATION и содержит описание подпрограмм, объявленных в интерфейсной части, кроме того в исполняемой части могут быть объявлены локальные для модуля объекты (переменные, константы). Описание подпрограммы в исполняемой части должно начинаться с заголовка подпрограммы, при этом список формальных параметров опускается.
Инициирующая часть языка Паскаль завершает модуль, и эта часть может отсутствовать или может быть пустой. Делать инициирующую часть не рекомендуется, поскольку могут возникнуть ситуации зависания. В ней размещаются исполняемые операторы, устанавливаются начальные значения глобальных переменных, открываются нужные файлы, устанавливаются связи с другими файлами.
Компиляция модулей на языке Pascal
При работе с модулями необходимо выполнять компиляцию самих модулей и компиляцию программ, использующих модули. Как известно в среде Borland Pascal имеется три режима компиляции (Compile, Build, Make). При компиляции самого модуля обычно используется режим Compile, хотя можно и другими режимами, в том случае если модуль используется другие модули. При компиляции модуля не создается исполняемая программа, а создается специальный файл откомпилированного модуля с расширением.tpw. Файлы откомпилированных модулей помещаются в каталоги, обычно с именем Units (задается при настройках среды). При компиляции программ, содержащих модули, могут быть использованы все три режима компиляции. Компиляция разными режимами отличаются продолжительностью и надежностью.
Режим Compile - простой и самый быстрый. В этом режиме компилятор проверяет наличие подключаемых в разделе Uses модулей и при их наличии компилирует программы. Если модуль отсутствует, компиляция прекращается и выводится сообщение об отсутствии модуля.
В режиме Make компилятор проверяет наличие подключаемых модулей и если какой-то модуль не найдем, компилятор ищет текст модуля с расширением.pas, компилирует модуль и после этого компилирует программу. Кроме того компилятор проверяет даты создания модулей.tpw и.pas. Если он обнаруживает, что дата создания файла.pas более поздняя, чем.tpw, он делает вывод, что в тексте модуля были произведены изменения и заново перекомпилирует модули. Тем самым это надежнее.
В режиме Build все.tpw файлы игнорируются, компилятор перекомпилирует все используемые в головной программе модули и откомпилирует программу. Это самый надежный режим, но в тоже время самый длительный.