Назначение модулей. Модульное программирование.

Стандартный Паскаль не предусматривает механизмов раздельной компиляции частей программы с последующей их сборкой перед выполнением. Вполне понятно стремление разработчиков коммерческих компиляторов Паскаля включать в язык средства, повышающие его модульность.

Модуль Паскаля – это автономно компилируемая программная единица, включающая в себя различные компоненты раздела описаний (типы, константы, переменные, процедуры и функции) и, возможно, некоторые исполняемые операторы инициирующей части.

Основным принципом модульного программирования является принцип «разделяй и властвуй». Модульное программирование – это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями, структура и поведение которых подчиняются определенным правилам.

Использование модульного программирования позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок. Аппаратно-зависимые подзадачи могут быть строго отделены от других подзадач, что улучшает мобильность создаваемых программ.

Термин «модуль» в программировании начал использоваться в связи с внедрением модульных принципов при создании программ. В 70-х годах под модулем понимали какую-либо процедуру или функцию, написанную в соответствии с определенными правилами. Например: «Модуль должен быть простым, замкнутым (независимым), обозримым (от 50 до 100 строк), реализующим только одну функцию задачи, имеющим одну входную и одну выходную точку».

Первым основные свойства программного модуля более-менее четко сформулировал Парнас (Parnas): «Для написания одного модуля должно быть достаточно минимальных знаний о тексте другого». Таким образом, в соответствии с определением, модулем могла быть любая отдельная процедура (функция) как самого нижнего уровня иерархии (уровня реализации), так и самого верхнего уровня, на котором происходят только вызовы других процедур-модулей.

Таким образом, Парнас первым выдвинул концепцию скрытия информации (information hiding) в программировании. Однако существовавшие в языках 70-х годов только такие синтаксические конструкции, как процедура и функция, не могли обеспечить надежного скрытия информации, поскольку подвержены влиянию глобальных переменных, поведение которых в сложных программах бывает трудно предсказуемым.

Решить эту проблему можно было только разработав новую синтаксическую конструкцию, которая не подвержена влиянию глобальных переменных.

Такая конструкция была создана и названа модулем. Изначально предполагалось, что при реализации сложных программных комплексов модуль должен использоваться наравне с процедурами и функциями как конструкция, объединяющая и надежно скрывающая детали реализации определенной подзадачи.

Таким образом, количество модулей в комплексе должно определяться декомпозицией поставленной задачи на независимые подзадачи. В предельном случае модуль может использоваться даже для заключения в него всего лишь одной процедуры, если необходимо, чтобы выполняемое ею локальное действие было гарантировано независимым от влияния других частей программы при любых изменениях.

 

 

Структура модулей Паскаля.

Всякий модуль Паскаля имеет следующую структуру:

Unit <имя_модуля>;
interface <интерфейсная часть>;
implementation < исполняемая часть >;
begin
<инициирующая часть>;
end.

Здесь UNIT – зарезервированное слово (единица); начинает заголовок модуля;

· <имя_модуля> - имя модуля (правильный идентификатор);

· INTERFACE – зарезервированное слово (интерфейс); начинает интерфейсную часть модуля;

· IMPLEMENTATION – зарезервированное слово (выполнение); начинает исполняемую часть модуля;

· BEGIN – зарезервированное слово; начинает инициирующую часть модуля; причем конструкция begin <инициирующая часть> необязательна;

· END – зарезервированное слово – признак конца модуля.

Таким образом, модуль Паскаля состоит из заголовка и трех составных частей, любая из которых может быть пустой.

 

Компиляция модулей Паскаля.

В среде Турбо Паскаль имеются средства, управляющие способом компиляции модулей и облегчающие разработку больших программ. Определены три режима компиляции: COMPILE,MAKE,BUILD. Режимы отличаются способом связи компилируемого модуля или основной программы с другими модулями, объявленными в предложении USES.

При компиляции модуля или основной программы в режиме COMPILE все, упоминаемые в предложении USES модули, должны быть предварительно откомпилированы, и результаты компиляции должны быть помещены в одноименные файлы с расширением TPU (от англ. Turbo Pascal Unit). Файл с расширением TPU создается автоматически при компиляции модуля Паскаля.

В режиме MAKE компилятор проверяет наличие TPU -файлов для каждого объявленного модуля. Если какой-либо файл не найден, система ищет одноименный файл с расширением PAS, т.е. файл с исходным текстом модуля Паскаля. Если таковой файл найден, система приступает к его компиляции. Кроме того, в этом режиме система следит за возможными изменениями исходного текста любого используемого модуля. Если в PAS -файл внесены изменения, то независимо от того, есть ли в каталоге соответствующий TPU -файл или нет, система откомпилирует его перед компиляцией основной программы. Более того, если изменения внесены в интерфейсную часть, то будут откомпилированы все другие модули, обращающиеся к нему. Режим MAKE существенно облегчает процесс разработки крупных программ с множеством модулей Паскаля: программист избавляется от необходимости следить за соответствием TPU -файлов их исходному тексту, т.к. система делает это автоматически.

В режиме BUILD существующие TPU -файлы игнорируются, система пытается отыскать и откомпилировать соответствующие PAS - файлы для каждого модуля Паскаля. После компиляции можно быть уверенным, что учтены все сделанные в текстах модулей Паскаля исправления и изменения.

Подключение модулей Паскаля к основной программе и их компиляция происходит в порядке их объявления в предложении USES. При переходе к очередному модулю Паскаля система предварительно ищет все модули, на которые он ссылается. Ссылки модулей Паскаля друг на друга могут образовывать древовидную структуру любой сложности, однако запрещается явное или косвенное обращение модуля к самому себе. Например, недопустимы следующие объявления:

Пример ошибок модуля Паскаля

Unit A; Unit B;
interface interface
uses B; Uses A;
……. ……
implementation implementation
…….. ……
end. end.

Это ограничение можно обойти, если «спрятать» предложение USES в исполняемые части зависимых модулей:

Пример исправленных ошибок модуля Паскаля

Unit A; Unit B;
interface interface
……. ……
implementation implementation
uses B; Uses A;
…….. ……
end. end.

Дело в том, что Турбо Паскаль разрешает ссылки на частично откомпилированные модули, что приблизительно соответствует опережающему описанию подпрограммы. Если интерфейсные части независимы (это обязательное условие!), Турбо Паскаль сможет идентифицировать все глобальные объекты в каждом модуле, после чего откомпилирует тела модулей обычным способом.

 

Стандартные модули Паскаля.

В Турбо Паскале имеется 8 стандартных модулей, в которых содержится множество различных типов, констант, процедур и функций. Этими модулями являются SYSTEM, DOS, CRT, GRAPH, OVERLAY, TURBO3, GRAPH3. Модули Паскаля GRAPH, TURBO 3, GRAPH 3 выделены в отдельные TPU -файлы, а остальные входят в состав библиотечного файла TURBO. TPL. Лишь один модуль Паскаля SYSTEM подключается к любой программе автоматически, все остальные становятся доступны только после указания их имен в списке подключаемых модулей.

Модуль Паскаля SYSTEM. В него входят все процедуры и функции стандартного Паскаля, а также встроенные процедуры и функции, которые не вошли в другие стандартные модули (например, INC, DEC, GETDIR и т.п.). Модуль Паскаля SYSTEM подключается к любой программе независимо от того, объявлен ли он в предложении USES или нет, поэтому его глобальные константы, переменные, процедуры и функции считаются встроенными в Турбо Паскаль.

Модуль Паскаля PRINTER делает доступным вывод текстов на матричный принтер. В нем определяется файловая переменная LST типа TEXT, которая связывается с логическим устройством PRN. После подключения данного модуля Паскаля можно выполнить, например, такое действие:

Пример стандартного модуля Паскаля

Uses printer;
Begin
Writeln(lst, ' Турбо Паскаль ');
End.

Модуль Паскаля CRT. В нем сосредоточены процедуры и функции, обеспечивающие управление текстовым режимом работы экрана. С его помощью можно перемещать курсор в любую точку экрана, менять цвет выводимых символов и фона, создавать окна. Кроме того, в данный модуль включены также процедуры «слепого» чтения клавиатуры и управления звуком.

Модуль Паскаля GRAPH. Содержит набор типов, констант, процедур и функций для управления графическим режимом работы экрана. Этот модуль позволяет создавать различные графические изображения и выводить на экран надписи стандартными или созданными программистом шрифтами.

Модуль Паскаля DOS. В модуле собраны процедуры и функции, открывающие доступ к средствам дисковой операционной системы MS - DOS.

Модуль Паскаля OVERLAY. Данный модуль необходим при разработке громоздких программ с перекрытиями. Турбо Паскаль обеспечивает создание программ, длина которых ограничивается лишь основной оперативной памятью. Операционная система MS - DOS оставляет программе около 580 Кбайт основной памяти. Память такого размера достаточна для большинства исполняемых программ, тем не менее, использование программ с перекрытиями снимает это ограничение.

Модули Паскаля TURBO 3 и GRAPH 3 введены для обеспечения совместимости с ранней версией системы Турбо Паскаль.

 

Графические примитивы.

Procedure SetPixel(x,y,color: integer);
Закрашивает один пиксел с координатами (x,y) цветом color.

function GetPixel(x,y): integer;
Возвращает текущее значение цвета для пиксела с координатами (x,y).

procedure MoveTo(x,y: integer);

Передвигает невидимое перо к точке с координатами (x,y); эта функция работает в паре с функцией LineTo(x,y).

procedure LineTo(x,y: integer);

Рисует отрезок от текущего положения пера до точки (x,y); координаты пера при этом также становятся равными (x,y).

procedure Line(x1,y1,x2,y2: integer);

Рисует отрезок с началом в точке (x1,y1) и концом в точке (x2,y2).

procedure Circle(x,y,r: integer);

Рисует окружность с центром в точке (x,y) и радиусом r.

procedure Ellipse(x1,y1,x2,y2: integer);

Рисует эллипс, заданный своим описанным прямоугольником с координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2).

procedure Rectangle(x1,y1,x2,y2: integer);

Рисует прямоугольник, заданный координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2).

procedure RoundRect(x1,y1,x2,y2,w,h: integer);

Рисует прямоугольник со скругленными краями; (x1,y1) и (x2,y2) задают пару противоположных вершин, а w и h – ширину и высоту эллипса, используемого для скругления краев.

procedure Arc(x,y,r,a1,a2: integer);

Рисует дугу окружности с центром в точке (x,y) и радиусом r, заключенной между двумя лучами, образующими углы a1 и a2 с осью OX (a1 и a2 – вещественные, задаются в градусах и отсчитываются против часовой стрелки).

procedure Pie(x,y,r,a1,a2: integer);

Рисует сектор окружности, ограниченный дугой (параметры процедуры имеют тот же смысл, что и в процедуре Arc).

procedure Chord(x,y,r,a1,a2: integer);

Рисует фигуру, ограниченную дугой окружности и отрезком, соединяющим ее концы (параметры процедуры имеют тот же смысл, что и в процедуре Arc).

procedure TextOut(x,y: integer; s: string);

Выводит строку s в позицию (x,y) (точка (x,y) задает верхний левый угол прямоугольника, который будет содержать текст из строки s).

procedure FloodFill(x,y,color: integer);

Заливает область одного цвета цветом color, начиная с точки (x,y).

procedure FillRect(x1,y1,x2,y2: integer);

Заливает прямоугольник, заданный координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2), цветом текущей кисти.

procedure Polygon(var a; n: integer);

Строит ломаную по n точкам, координаты которых заданы в массиве a элементов типа Point.

procedure Polyline(var a; n: integer);

Строит замкнутую ломаную по n точкам, координаты которых заданы в массиве a элементов типа Point.