56. Podprogramy. Przekazywanie parametrów podprogramu.
Podprogram (inaczej funkcja lub procedura) - termin zwiÄ…zany z programowaniem
proceduralnym. Podprogram to wydzielona część programu wykonująca jakieś
operacje. Według  Słownika informatycznego podprogram to wydzielony logicznie
fragment programu, realizujący określone zadanie.
Jedną z zasad praktyki dobrego programowania jest modularność kodu,
oznaczająca, że różne części programu są w miarę możliwości wyodrębnione i
niezależne od siebie. Podprogramy stosuje się, aby uprościć program główny i
zwiększyć czytelność kodu. Bez względu na wykorzystywane przez program
podprogramy, realizacja programu zawsze rozpoczyna się od programu głównego.
O podprogramie można myśleć jako o osobnym programie, który może zostać
uaktywniony (wywołany) w odpowiednim momencie. Jest niezależny od programu
głównego i nic nie wie o zmiennych przez ten program wykorzystywanych. I
odwrotnie, program główny nic nie wie o zmiennych wykorzystywanych przez
podprogram. Pomimo tej niezależności i autonomii podprogram jest jednostką
niesamodzielną i może być uaktywniony tylko przez segment nadrzędny. Podprogramy
umożliwiają wydzielenie określonego ciągu instrukcji i nadanie im postaci
podprogramu. Z formalnego punktu widzenia można dosyć dowolnie dzielić program
na mniejsze fragmenty podprogramów, Najczęściej uzasadnieniem i motywacją
wykorzystania podprogramów jest zwiększenie czytelności programu w wyniku jego
rozbicia na mniejsze podzadania opisywane za pomocą kolejnych segmentów lub
sytuacja, w której określony ciąg czynności powinien być wielokrotnie realizowany w
toku wykonania programu, i co więcej, w odniesieniu do różnych wartości. Innym
ważnym aspektem jest wykorzystanie gotowych podprogramów dostępnych w postaci
bibliotek.
Zalety podprogramów :
·ð możliwość wykonania tego samego algorytmu dla różnych danych
·ð uproszczenie zapisu wiÄ™kszych algorytmów
·ð znaczne uproszczenie czytania i analizowania algorytmów
·ð podprogram jest rozszerzeniem istniejÄ…cej listy instrukcji elementarnych
·ð Å‚atwiejszy proces projektowania algorytmów  poprzez zbliżanie siÄ™ do celu
stopniowo , za pośrednictwem podprogramów jeszcze nieistniejących
Rodzaje podprogramów
W pewnych językach programowania dzieli się podprogramy na funkcje i procedury:
żð Funkcja ma wykonywać obliczenia i zwracać jakÄ…Å› wartość, nie powinna
natomiast mieć żadnego innego wpływu na działanie programu (np. funkcja
obliczajÄ…ca pierwiastek kwadratowy)
żð Procedura natomiast nie zwraca żadnej wartoÅ›ci, zamiast tego wykonuje pewne
działania (np. procedura czyszcząca ekran)
Przez zwracanie wartości należy rozumieć możliwość użycia wywołania funkcji
wewnątrz wyrażenia. Procedury często też zwracają wartości, ale poprzez odpowiednie
parametry.
Podział ten występuje w językach takich jak Pascal i Ada. W pozostałych językach (m.
in. w C i C++) nie ma już takiego rozróżnienia i funkcją jest każdy podprogram,
niezależnie od tego czy zwraca jakieś wartości i czy ma wpływ na program.
Oprócz powyższego podziału, wyróżnić także należy podprogram główny, tj. taki od
którego rozpoczyna się wykonywanie skompilowanego programu. W językach
programowania zastosowano zasadniczo kilka różnych rozwiązań. Albo zdefiniowana
jest w składni odrębna jednostka (np. program w Pascalu), albo stosuje się
specjalną frazę, dyrektywę języka, informującą aby program łączący dany
podprogram wybrał jako podprogram główny (np. OPTIONS(MAIN) w jęzuku PL/1). W
języku C i pokrewnych definiuje się zwykłą funkcję lecz o specjalnym
identyfikatorze main.
Podprogram może być identyfikowany:
żð przez nazwÄ™ - identyfikator przypisany do podprogramu w jego deklaracji
jest to najczęściej spotykany przypadek w językach wysokiego poziomu
języki programowania: np. C++ itp.
żð przez etykietÄ™
języki programowania:Basic, Visual Basic,
żð przez liczbÄ™ - literaÅ‚ caÅ‚kowity
języki programowania:Basic, Visual Basic, Jean, JOSS
żð przez adres/referencjÄ™
w językach wysokiego poziomu takie wskaz
niki do podprogramów
przechowywane sÄ… w zmiennych typu proceduralnego/funkcyjnego lub
wskaz
nikowego.
Przekazywanie parametrów :
Podprogram nie będący metodą ma dostęp do danych na dwa sposoby: przez zmienne
nielokalne (zgodnie z zasadami zakresu widoczności) oraz przez przekazane
parametry. Oczywiście drugi sposób jest znacznie lepszy, gdyż pozwala na jasne
zdefiniowanie sprzężenia podprogramu z otoczeniem, bez polegania na trudnych
często do uchwycenia efektach ubocznych. Metoda ma dodatkowo dostęp do danych
obiektu, z którego jest wołana.
Podstawowe definicje dotyczące przekazywania parametrów:
·ð Parametry w nagłówku nazywane sÄ… parametrami formalnymi.
·ð Parametry w instrukcji wywoÅ‚ania podprogramu, które zostanÄ… przypisane
parametrom formalnym, nazywane sÄ… parametrami aktualnymi.
·ð W wiÄ™kszoÅ›ci jÄ™zyków, odpowiedniość pomiÄ™dzy parametrami formalnymi a
aktualnymi ustalana jest poprzez zestawienie ich położenia w liście. Mówi się,
że są to parametry pozycyjne.
·ð Stosuje siÄ™ też wiÄ…zanie parametrów formalnych z aktualnymi na podstawie
nazw podanych wraz z parametrami aktualnymi. SÄ… to parametry z kluczem.
·ð Niektóre jÄ™zyki pozwalajÄ… na użycie parametrów z wartoÅ›ciÄ… domyÅ›lnÄ…, np.
Ada, C++, PHP. Wówczas liczba parametrów aktualnych może być mniejsza
niż liczba parametrów formalnych.
·ð Niektóre jÄ™zyki programowania posiadajÄ… mechanizmy przekazywania
zmiennej liczby parametrów, np. params w C++.
Różnice pomiędzy procedurami a funkcjami.
Pod względem technicznym, procedury i funkcje różnią się jedynie zwracaniem
wartości, tzn. procedury jej nie zwracają. Semantycznie jednak różnica jest istotna.
Procedury są zestawem instrukcji, które definiują sparametryzowane obliczenia. Są
one uruchamiane poprzez pojedyncze wywołanie. Można zatem powiedzieć, że
procedury definiujÄ… nowe instrukcje. Funkcje natomiast przypominajÄ… funkcje
matematyczne. Są wywoływane poprzez użycie ich nazwy w wyrażeniu. Nie powinny
dawać żadnych efektów ubocznych (typowych w przypadku procedur). Funkcje
definiują zatem nowe operatory. Języki programowania oparte na języku C formalnie
nie posiadajÄ… procedur, ale funkcje typu void zachowujÄ… siÄ™ tak jak procedury.
Tryby przekazywania parametrów:
·ð WejÅ›ciowy (IN)  parametr zawiera wartość staÅ‚ej, zmiennej , bÄ…dz
wyrażenia
·ð WyjÅ›ciowy (OUT)  program zwraca za poÅ›rednictwem wyrażenia wartość
·ð WejÅ›ciowo-wyjÅ›ciowy (IN-OUT)  program zarówno otrzymuje , jak i zwraca
wartość za pośrednictwem parametru
Przekazanie danych może następować na dwa sposoby:
o Kopiowana jest faktyczna wartość (do wywoływanego podprogramu, do
programu wołającego lub w obie strony).
o Dostęp do danych przekazywany jest pośrednio (np. przez wskaz
nik).
Modele przekazywania parametrów można implementować jako:
·ð Przekazywanie przez wartość.
·ð Przekazywanie przez wynik.
·ð Przekazywanie przez wartość i wynik.
·ð Przekazywanie przez referencjÄ™.
·ð Przekazywanie przez nazwÄ™.
Przekazywanie przez wartość
·ð Wartość parametru aktualnego jest używana do zainicjowania
odpowiadajÄ…cego mu parametru formalnego.
·ð Parametr formalny funkcjonuje nastÄ™pnie w podprogramie jako zmienna
lokalna.
·ð Tak implementujemy semantykÄ™ trybu wejÅ›ciowego.
·ð Dane przekazuje siÄ™ zwykle przez kopiowanie wartoÅ›ci, ale można też użyć
dostępu pośredniego (z dodatkowym zabezpieczeniem przed zmianą wartości
parametru aktualnego).
·ð Przekazywanie przez wartość jest kosztowne, gdy trzeba przekazać duże
struktury danych.
Przekazywanie przez wynik
·ð Nie przekazujemy wartoÅ›ci do podprogramu.
·ð Parametr formalny dziaÅ‚a jak zmienna lokalna.
·ð Tuż przez przekazaniem sterowania z powrotem do wywoÅ‚ujÄ…cego, wartość
parametru formalnego jest przesyłana do parametru aktualnego w programie
wywołującym.
·ð Parametr aktualny musi zatem być zmiennÄ… (a nie np. wyrażeniem
arytmetycznym).
·ð Tak implementujemy semantykÄ™ trybu wyjÅ›ciowego.
·ð Dane przekazuje siÄ™ zwykle przez kopiowanie.
·ð Przy przekazywaniu przez wynik może dojść do kolizji parametrów
aktualnych.
Przekazywanie przez wartość i wynik
·ð Jest to kombinacja dwóch wczeÅ›niejszych sposobów implementacji, dajÄ…ca
semantykę trybu wejściowo-wyjściowego.
·ð Zwane niekiedy przekazywaniem przez kopiowanie, jako że parametr aktualny
jest kopiowany do parametru formalnego, a następnie kopiowany z powrotem
przy zakończeniu podprogramu.
Przekazywanie przez referencjÄ™
·ð Jest to alternatywna implementacja semantyki trybu wejÅ›ciowo-wyjÅ›ciowego.
·ð DostÄ™p do danych przekazywany jest poÅ›rednio, czyli przekazywany jest w
istocie wskaz
nik do wartości a nie sama wartość.
·ð Podprogram zyskuje wiÄ™c faktyczny dostÄ™p do parametru aktualnego.
·ð Taki sposób przekazania jest efektywny.
·ð Przekazywanie przez referencjÄ™ może powodować aliasowanie, np. w
przypadku wywołań subp(x, x) lub subp(T[i], T[j]) przy i = j.
·ð Aliasowanie może również siÄ™ pojawić na skutek kolizji miÄ™dzy parametrami
formalnymi a zmiennymi nielokalnymi.
Przekazywanie przez nazwÄ™
·ð Ten sposób implementuje semantykÄ™ trybu wejÅ›ciowo-wyjÅ›ciowego.
·ð Parametr aktualny jest wstawiany (tekstowo) w miejsce odpowiadajÄ…cego mu
parametru formalnego, we wszystkich wystÄ…pieniach w podprogramie.
·ð W poprzednio omówionych sposobach byÅ‚o inaczej  parametry formalne byÅ‚y
wiązane z aktualnymi wartościami (lub adresami) w chwili wywołania
podprogramu.
·ð Przy przekazywaniu przez nazwÄ™ parametr formalny jest wiÄ…zany z metodÄ…
dostępu do danych w chwili wywołania podprogramu, ale właściwe wiązanie z
wartością lub adresem następuje dopiero w momencie odwołania lub
przypisania do owego parametru formalnego.
·ð Jest to  póz
ne wiÄ…zanie  kosztowne...
57. Porównanie programowania obiektowego i strukturalnego.
Programowanie obiektowe (ang. object-oriented programming) jest
obecnie najpopularniejszą techniką tworzenia programów komputerowych.
Program komputerowy wyraża się jako zbiór obiektów będących bytami
łączącymi stan (czyli dane) i zachowanie (czyli metody, które są procedurami
operującymi na danych obiektu). W celu realizacji zadania obiekty wywołują
nawzajem swoje metody, zlecając w ten sposób innym obiektom
odpowiedzialność za pewne czynności.
W porównaniu z tradycyjnym programowaniem proceduralnym, w którym dane i
procedury nie są ze sobą powiązane, programowanie obiektowe ułatwia
tworzenie dużych systemów, współpracę wielu programistów ,ponowne
wykorzystywanie istniejÄ…cego kodu i jego konserwacje.
Podstawowe założenia paradygmatu obiektowego:
·ð Abstrakcja
·ð Dziedziczenie
·ð Hermetyzacja
·ð Polimorfizm
Można wyróżnić dwa zasadnicze podtypy programowania obiektowego
·ð Programowanie oparte na klasach
Definiowane są klasy, czyli typy zmiennych, a następnie tworzone są
obiekty, czyli zmienne (w uproszczeniu) tych typów.
·ð Programowanie oparte na prototypach
W tym podejściu nie istnieje pojęcie klasy. Nowe obiekty tworzy się w
oparciu o istniejący już obiekt - prototyp, po którym dziedziczone są pola i
metody i można go rozszerzać o nowe. Spotykany raczej w językach
interpretowanych np. JavaScript.
Programowanie strukturalne to paradygmat programowania
zalecający hierarchiczne dzielenie kodu na moduły, które komunikują się jedynie
poprzez dobrze określone interfejsy. Jest to rozszerzenie koncepcji
programowania proceduralnego. Jest to programowanie zalecajÄ…ca stosowanie
konstrukcji języka takich jak pętle i instrukcje warunkowe, oraz unikanie
instrukcji goto i wielokrotnych punktów wejścia i wyjścia z kodu danego
podbloku programu.
Dane mogą być zmiennymi typów prostych, ale najczęściej są grupowane do
postaci typów złożonych - encji (struktur, rekordów, krotek, unii - zależnie od
przyjętej implementacji i nomenklatury). Cechą charakterystyczną jest mniejsza,
niż w programowaniu proceduralnym, ilość zmiennych oraz częste wykorzystanie
tablic o elementach typu złożonego. Znamiennym jest też przekazywanie do
podprogramów danych w postaci pojedynczej zmiennej typu złożonego, zamiast
wielu parametrów o typach prostych.
Programowanie strukturalne jest często stosowane w ramach implementacji
interfejsu programowania aplikacji systemów operacyjnych (tak Linux jak
Windows), gdzie nie jest wykorzystywane programowanie zorientowane
obiektowo. Jest podstawowym paradygmatem języków Pascal, C oraz wielu
innych.
Tabela porównawcza
Programowanie obiektowe Programowanie
strukturalne
Zalety ·ð Przejrzystość ·ð Szybsze
·ð A
atwa modyfikacja wykonywanie
stworzonego kodu skryptów
·ð A
atwa konserwacja, ·ð PodobieÅ„stwo formy
rozbudowa i optymalizacja kodu maszynowego
kodu i z
ródłowego.
·ð Wygoda ·ð MaÅ‚a ilość
·ð MaÅ‚e ryzyko utraty zmiennych
funkcjonalnoÅ›ci i bÅ‚Ä™dów przy ·ð Prostota
zmianach
·ð UÅ‚atwia współpracÄ™ wielu
programistów
Wady ·ð CzÄ™sta potrzeba ·ð Rozdzielenie
wykorzystania dużej ilości danych i operacji
nadmiarowego kodu do na nich
zdefiniowania klas wykonywanych
·ð W porównaniu z kodem ·ð NieporzÄ…dek,
strukturalnym, wykonuje siÄ™ chaos. Brak
wolniej logicznego
·ð Potrzeba przeprowadzenia powiÄ…zania
szczegółowej analizy i ·ð Trudna modyfikacja
projektowania budowy klas z i stworzenie API
uwzględnieniem widoczności
metod
58. Hermetyzacja danych  cechy klas obiektowych (pola,
metody, poziomy prywatności danych).
Do podstawowych pojęć paradygmatu obiektowego należą klasa, obiekt,
metoda, pole (zwane też właściwością), enkapsulacja, dziedziczenie,
polimorfizm.
Klasa to definicja obiektu, łącząca zarówno stan obiektu, określony
wartościami pól, jak możliwe zachowanie obiektu, określone dostępnymi
metodami.
Obiekt to utworzony egzemplarz określonej klasy, który posiada własny,
indywidualny stan i zbiór zachowań.
Metoda to funkcja lub procedura, skojarzona z ogółem klasy lub
poszczególnymi jej obiektami; określa możliwe zachowania danego obiektu
pewnej klasy.
Pole/Właściwość to zmienna, skojarzona z ogółem klasy lub poszczególnymi
jej obiektami; określa aktualny stan danego obiektu pewnej klasy.
Dziedziczenie to mechanizm definiowania nowej klasy na bazie już
istniejÄ…cej, wzbogacajÄ…c jÄ… o nowe pola, metody lub zmieniajÄ…c zakres ich
widoczności.
Polimorfizm to mechanizm wywołania metody obiektu, dla którego ją
wywołano, bez względu na typ referencji lub wskaz
nika, użytego do
wywołania.
Hermetyzacja (z ang. encapsulation, kapsułkowanie, enkapsulacja lub
inaczej ukrywanie informacji) to jedno z założeń paradygmatu programowania
obiektowego. Polega ono na ukrywaniu pewnych danych składowych lub metod
obiektów danej klasy tak, aby były one (i ich modyfikacja) dostępne tylko metodom
wewnętrznym danej klasy lub funkcjom z nią zaprzyjaz
nionym. Z pełną hermetyzacją
mamy do czynienia wtedy gdy dostęp do wszystkich pól w klasie jest możliwy tylko i
wyłącznie poprzez metody, lub inaczej: gdy wszystkie pola w klasie znajdują się w
sekcji prywatnej (lub chronionej).
Przyczyny stosowania hermetyzacji:
· Uodparnia tworzony model na bÅ‚Ä™dy polegajÄ…ce np. na bÅ‚Ä™dnym przypisywaniu
wartości oraz umożliwia wykonanie czynności pomocniczych
· Lepiej oddaje rzeczywistość.
· Umożliwia rozbicie modelu na mniejsze elementy.
Dzięki stosowaniu hermetyzacji można budować modele rzeczywistości jako
struktury składające z mniejszych modułów, z których każdy ma pewne określone
dane i określone metody wpływania na ich stan i sprawdzania go. Ukrywanie
wewnętrznej struktury obiektu jest bardzo ważne z kilku powodów. Po pierwsze,
obiekt taki jest odizolowany, a więc nie jest narażony na celowe, bądz
niezamierzone
działanie ze strony użytkownika. Po drugie, obiekt ten na pewno jest chroniony od
niepożądanych referencji ze strony innych obiektów. Po trzecie, obiekt taki  jeśli jest
to tylko możliwe, nie wpływa na zmiany, czy jakieś małe korekty wprowadzone w
implementacji. Po prostu obie strony nie kolidują wówczas ze sobą. I po czwarte,
dzięki ukryciu wewnętrznej struktury obiektu, można uzyskać jego przenośność.
Innymi słowy, zastosować definiującą go klasę w innym fragmencie kodu, czy też
programie.
Poziomy prywatności danych
Zmienna składowa lub metoda może mieć trzy różne poziomy dostępności: publiczny,
prywatny i chroniony. Składowe publiczne są dostępne z poziomu dowolnego kodu, a
składowe prywatne dostępne są tylko z poziomu klasy. Te ostatnie to zwykle elementy
o zastosowaniu wewnętrznym, takie jak uchwyt połączenia z baza danych czy
informacje konfiguracyjne. Składowe chronione są dostępne dla samej klasy oraz dla
klas jej potomnych.
Dzięki stworzeniu metod dostępowych dla wszystkich właściwości o wiele łatwiej dodać
testowanie prawidłowości danych, nowa logikę obszaru zastosowania lub inne przyszłe
zmiany w obiektach. Nawet jeżeli bieżące wymogi wobec aplikacji nie narzucają
konieczności sprawdzania prawidłowości danych dla pewnej właściwości, należy mimo
to zaimplementować ją, posługując się funkcjami get i set, aby możliwe było dodanie
takiego sprawdzania, albo zmianę logiki obszaru zastosowania w przyszłości.