Тип-посилання

Тип-посилання#

Огляд#

Росилання є потенційно небезпечною конструкцією, яка суперечить основній філософії Ади.

Існує два шляхи, якими Ada допомагає захистити програмістів від небезпек посилань:

  1. Одним із підходів, який ми вже бачили, є надання альтернативних функцій, щоб програміст не потребував використання посилань. Режими параметрів, масиви та типи змінних розмірів — це конструкції, які можуть замінити типове використання покажчиків у C.

  2. По-друге, Ada зробила посилання максимально безпечними та обмеженими, але дозволяє «аварійний режим», коли програміст явно їх вимагає, і, ймовірно, використовуватиме такі функції з належною обережністю.

Приклад декрарації простого типу посилання в Ada:

    
    
    
        
package Dates is
   type Months is
     (January, February, March, April,
      May, June, July, August, September,
      October, November, December);

   type Date is record
      Day   : Integer range 1 .. 31;
      Month : Months;
      Year  : Integer;
   end record;
end Dates;

    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
    --  Декларація типу посилання
    type Date_Acc is access Date;
    --                      ^ Date_Acc значення
    --                        посилається на
    --                        обєкт Date

    D : Date_Acc := null;
    --              ^ Літерал для
    --                "немає посилання"
    --  ^ Посилання на дату
end Access_Types;

Це ілюструє, як:

  • Декларує тип-посилання, значення якого вказують на об'єкти певного типу

  • Декларує змінну цього типу

  • Ініціалізує значенням null

Відповідно до філософії суворої типізації Ada, якщо ви оголосите ще один тип-посилання та тип Date, ці типи будуть несумісні один з одним:

    
    
    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
    --  Декларація типів-посилань
    type Date_Acc   is access Date;
    type Date_Acc_2 is access Date;

    D  : Date_Acc   := null;
    D2 : Date_Acc_2 := D;
    --                 ^ Невірно! Різні типи
end Access_Types;

В інших мовах

У більшості інших мов типи-посилання є структурно, а не номінально типізованими, як це є в Ada, що означає, що два типи посилань будуть однаковими, доки вони мають однаковий цільовий тип і правила доступності.

В Аді це не так. Потрібен час, щоб звикнути до цього. Здавалося б, проста проблема: якщо ви хочете мати канонічний доступ до типу, де його слід оголосити? Зазвичай використовуваний шаблон полягає в тому, що якщо вам потрібен тип-посилання на певний тип, яким ви «володієте», ви повинні оголосити його разом із типом:

package Access_Types is
   type Point is record
      X, Y : Natural;
   end record;

   type Point_Access is access Point;
end Access_Types;

Виділення пам'яті#

Після того як ми декларували тип-посилання, нам потрібен спосіб надати змінним значення. Ви можете призначити значення тиакм змінним за допомогою ключового слова new.

    
    
    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
    type Date_Acc is access Date;

    D : Date_Acc := new Date;
    --              ^ Виділення пам'яті для Date
end Access_Types;

Якщо тип, для якого хочете виділити пам'ять, потребує обмежень, ви можете вказати їх при виділенні, так само, як ви зробили б у декларації змінної:

    
    
    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
   type String_Acc is access String;
   --                        ^
   --  Посилання на необмеженний тип
   Msg : String_Acc;
   --    ^ За замовчуванням значення null

   Buffer : String_Acc :=
     new String (1 .. 10);
   --            ^ Необхідно вказати обмеження
end Access_Types;

У деяких випадках, однак, створення з вказанням обмежень не є ідеальним, тому Ada також дозволяє ініціалізувати при виділенні. Наприклад:

    
    
    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
   type Date_Acc is access Date;
   type String_Acc is access String;

   D   : Date_Acc   :=
           new Date'(30, November, 2011);
   Msg : String_Acc := new String'("Hello");
end Access_Types;

Доступ до значення#

Останньою важливою частиною функції типу-посилання в Ada є те, як отримати доступ до значення на якє посилається такий тип, тобто як розіменувати посилання. Розіменування посилання використовує синтаксис .all в Ada, але зазвичай це не потрібне — у багатьох випадках воно буде виконано неявно для вас:

    
    
    
        
with Dates; use Dates;

package Access_Types is
   type Date_Acc is access Date;

   D     : Date_Acc :=
             new Date'(30, November, 2011);

   Today : Date := D.all;
   --              ^ Доступ до значення
   J     : Integer := D.Day;
   --                 ^ Неявне розіменування
   --                   для записів і массивів
   --                   Еквівалентно до D.all.Day
end Access_Types;

Інші можливості#

Як ви могли знати, якщо ви використовували посилання в C або C++, нам все ще бракує функцій, які вважаються фундаментальними для використання посилань, наприклад:

  • Арифметичні дії (здатність збільшувати або зменшувати посилання, щоб вказати на наступний або попередній об’єкт)

  • Звільнення пам'яті вручну — те, що в C називається free або delete. Це потенційно небезпечна операція.

Ці функції існують в Ada, але доступні лише через спеціальні API стандартної бібліотеки.

Увага

Правило Ada полягає в тому, що в більшості випадків ви можете уникнути ручного розподілу, і Ви повинні.

Існує багато способів уникнути розподілу вручну, деякі з яких розглянуто (наприклад, режими параметрів). Мова також надає бібліотечні абстракції, щоб уникнути посилань:

  1. Одним з них є використання containers. Контейнери допомагають користувачам уникати посилань, оскільки пам’ять контейнера керується автоматично.

  2. Контейнер, на який слід звернути увагу в цьому контексті, це Indefinite holder. Цей контейнер дозволяє зберігати значення невизначеного розміру, наприклад String.

  3. Бібліотека GNATCOLL має інтелектуальні вказівники під назвою Refcount Пам’ять в них керується автоматично, тому, коли виділений об’єкт більше не має посилань на нього, пам’ять автоматично звільняється.

Взаємно рекурсивні типи#

Зв'язаний список є загальною ідіомою в структурах даних; в Ada це було б найбільш природно визначити через два типи, тип запису та тип-посилання, які є взаємозалежними. Щоб оголосити взаємозалежні типи, ви можете використовувати неповне оголошення типу:

    
    
    
        
package Simple_List is
   type Node;
   --  Це не повна декларація типу,
   --  яка має бути повністю декларована
   --  в цьому ж декларативному блоці.

   type Node_Acc is access Node;

   type Node is record
      Content    : Natural;
      Prev, Next : Node_Acc;
   end record;
end Simple_List;

У цьому прикладі типи Node і Node_Acc є взаємозалежними.