Обоснование выбора среды программирования

Для написания данной дипломной работы использовался язык объектно-ориентированного программирования Delphi.

Программирование в Delphi строится на тесном взаимодействии двух процессов: процесса конструирования визуального проявления программы и процесса написания кода, придающего элементам этого окна и программе в целом необходимую функциональность. Для написания кода используется окно кода, для конструирования программы — остальные окна Delphi, и прежде всего — окно формы.

Между содержимым окон формы и кода существует неразрывная связь, которая строго отслеживается Delphi. Это означает, что размещение на форме компонента приводит к автоматическому изменению кода программы и наоборот — удаление тех или иных автоматически вставленных фрагментов кода может привести к удалению соответствующих компонентов [16−19].

С самого начала работы над новой программой Delphi создает минимально необходимый код, обеспечивающий ее нормальное функционирование в Windows. Таким образом, простейшая программа готова сразу после выбора опции File | New | Application, и остается просто запустить программу.

В первом приближении можно считать модулем самостоятельный раздел программы, в чем-то подобный главе в книге. Модуль создается каждый раз, когда создается новая форма (в программе может быть и, чаще, бывает не одна, а несколько — иногда несколько десятков форм и связанных с ними модулей).

При компиляции программы Delphi создает файлы с расширениями pas, dfm и оси для каждого модуля: pas-файл содержит копию текста из окна кода программы, в файле с расширением dfm хранится описание содержимого окна формы, а в оси-файле — результат преобразования в машинные инструкции текста из обоих файлов. Файлы dcu создаются компилятором и дают необходимую базу для работы компоновщика, который преобразует их в единый загружаемый файл с расширением ехе.

По умолчанию заголовок окна совпадает с заголовком формы: Form. Чтобы изменить заголовок, нужно обратиться к окну Инспектора объектов.

Функциональность программы определяется совокупностью ее реакций на те или иные события. В связи с этим каждый компонент помимо свойств характеризуется также набором событий, на которые он может реагировать.

Слово procedure извещает компилятор о начале подпрограммы-процедуры (в Delphi могут использоваться также подпрограммы-функции; в этом случае вместо procedure (процедура) используется слово function (функция); разницу между процедурами и функциями мы обсудим позже). За ним следует имя процедуры TFormi.ButtonlClick. Это имя — составное: оно состоит из имени класса TForm1 и собственно имени процедуры Button1Click.

Классами в Delphi называются функционально законченные фрагменты программ, служащие образцами для создания подобных себе экземпляров. Однажды создав класс, программист может включать его экземпляры (копии) в разные программы или в разные места одной и той же программы. Такой подход способствует максимально высокой продуктивности программирования за счет использования ранее написанных фрагментов программ.

В состав Delphi входит несколько сотен классов, созданных программистами корпорации Borland (так называемых стандартных классов). Совокупность стандартных классов определяет мощные возможности этой системы программирования [20−24].

Каждый компонент принадлежит к строго определенному классу, а все конкретные экземпляры компонентов, вставляемые в форму, получают имя класса с добавленным числовым индексом. По используемому в Delphi соглашению все имена классов начинаются с буквы Т. Таким образом, имя TFormi означает имя класса, созданного по образцу стандартного класса TForm. Строка Form1: Tform1; создает экземпляр этого класса с именем Formi. Стандартный класс TForm описывает пустое Windows-окно, в то время как класс TFormI описывает окно с уже вставленными в него компонентами метка и кнопка. Описание этих компонентов содержат строки.

Button1: TButton;

Label 1: TLabel;

Они указывают, что компонент Buttoni (Кнопка!) представляет собой экземпляр стандартного класса TButton, а компонент Label 1 (Метка 1) — экземпляр класса TLabel.

За именем процедуры TFormi. Buttoniciick в круглых скобках следует описание параметра вызова.

Sender: TObject.

(параметр с именем Sender принадлежит классу TObject). Процедуры могут иметь не один, а несколько параметров вызова или не иметь их вовсе. Параметры вызова (если они есть) служат для настройки реализованного в процедуре алгоритма на выполнение конкретной работы. Параметр Sender вставлен Delphi «на всякий случай»: с его помощью подпрограмма Button1Click может при желании определить, какой именно компонент создал событие OnClick. Вся строка в целом.

procedure TFormI. Buttoniciick (Sender: TObject);

называется заголовком процедуры. Ее завершает символ «;». Этот символ играет важную роль в Object Pascal, т. к. показывает компилятору на конец предложения языка. Из отдельных предложений составляется весь текст программы. В конце каждого предложения нужно ставить точку с запятой — это обязательное требование синтаксиса языка.

Три следующие строки определяют тело процедуры:

begin.

end;

Слово begin (начало) сигнализирует компилятору о начале последовательности предложений, описывающих алгоритм работы процедуры, а слово end (конец) — о конце этой последовательности. Delphi лишь создала заготовку для процедуры, но она ничего «не знает» о том, для чего эта процедура предназначена. Наполнить тело нужными предложениями — задача программиста.

Каждый раз при нажатии кнопки Button1 управление будет передаваться в тело процедуры, а значит, между словами begin и end мы можем написать фрагмент программы, который будет выполняться в ответ на это событие.

Структура программ Delphi. Любая программа в Delphi состоит из файла проекта (файл с расширением dpr) и одного или нескольких модулей (файлы с расширениями pas). Каждый из таких файлов описывает программную единицу Object Pascal.

Структура проекта. Файл проекта представляет собой программу, написанную на языке Object Pascal и предназначенную для обработки компилятором. Эта программа автоматически создается Delphi и содержит лишь несколько строк. Чтобы увидеть их, необходимо запустить Delphi и щелкнуть по опции Project | View Source главного меню.

В окне кода жирным шрифтом выделяются так называемые зарезервированные слова, а курсивом — комментарии (так же выделяются зарезервированные слова и комментарии в книге). Текст программы начинается зарезервированным словом program и заканчивается словом end с точкой за ним. Сочетание end со следующей за ней точкой называется терминатором программной единицы: как только в тексте программы встретится такой терминатор, компилятор прекращает анализ программы и игнорирует оставшуюся часть текста.

Зарезервированные слова играют важную роль в Object Pascal, придавая программе в целом свойство текста, написанного на почти естественном английском языке. Каждое зарезервированное слово (а их в Object Pascal несколько десятков) несет в себе условное сообщение для компилятора, который анализирует текст программы так же, как читаем его и мы: слева направо и сверху вниз.

Комментарии, наоборот, ничего не значат для компилятора, и он их игнорирует. Комментарии важны для программиста, который с их помощью поясняет те или иные места программы. Наличие комментариев в тексте программы делает ее понятнее и позволяет легко вспомнить особенности реализации программы, которую вы написали несколько лет назад. В Object Pascal комментарием считается любая последовательность символов, заключенная в фигурные скобки. В приведенном выше тексте таких комментариев два, но строка.

{$R *.RES}.

на самом деле не является комментарием. Этот специальным образом написанный фрагмент кода называется директивой компилятора (в нашем случае — указание компилятору на необходимость подключения к программе так называемого файла ресурсов). Директивы начинаются символом $, который стоит сразу за открывающей фигурной скобкой.

В качестве ограничителей комментария могут также использоваться пары символов (*, *) и //. Скобки (*…*) используются подобно фигурным скобкам т. е. комментарием считается находящийся в них фрагмент текста, а символы // указывают компилятору, что комментарий располагается за ними и продолжается до конца текущей строки:

{Это комментарий}.

(*Это тоже комментарий*).

//Все символы до конца этой строки составляют комментарий Слово Program со следующим за ним именем программы и точкой с запятой образуют заголовок программы. За заголовком следует раздел описаний, в котором программист (или Delphi) описывает используемые в программе идентификаторы. Идентификаторы обозначают элементы программы, такие как типы, переменные, процедуры, функции (об элементах программы мы поговорим чуть позже). Здесь же с помощью предложения, которое начинается зарезервированным словом uses (использовать) программист сообщает компилятору о тех фрагментах программы (модулях), которые необходимо рассматривать как неотъемлемые составные части программы и которые располагаются в других файлах. Строки.

uses.

Forms, Unit1 in 'Unitl.pas' {fmExample};

указывают, что помимо файла проекта в программе должны использоваться модули Forms И Unit1. модуль Forms является стандартным (т. е. уже известным Delphi), а модуль Unit1 — новым, ранее неизвестным, и Delphi в этом случае указывает также имя файла с текстом модуля (in 'uniti.pas') и имя связанного с модулем файла описания формы {fmExample}.

Собственно тело программы начинается со слова begin (начать) и ограничивается терминатором end с точкой. Тело состоит из нескольких операторов языка Object Pascal [25−27]. В каждом операторе реализуется некоторое действие — изменение значения переменной, анализ результата вычисления, обращение к подпрограмме и т. п.

Объектом называется специальным образом оформленный фрагмент программы, заключающий в себе данные и подпрограммы для их обработки. Данные называются полями объекта, а подпрограммы — его методами. Объект в целом предназначен для решения какой-либо конкретной задачи и воспринимается в программе как неделимое целое (иными словами, нельзя из объекта «выдернуть» отдельное поле или метод).

Объекты играют чрезвычайно важную роль в современных языках программирования. Они придуманы для того, чтобы увеличить производительность труда программиста и одновременно повысить качество разрабатываемых им программ. Два главных свойства объекта — функциональность и неделимость — делают его самостоятельной или даже самодостаточной частью программы и позволяют легко переносить объект из одной программы в другую.

Разработчики Delphi придумали сотни объектов, которые можно рассматривать как кирпичики, из которых программист строит многоэтажное здание программы. Такой принцип построения программ называется объектно-ориентированным программированием (ООП). В объекте Application собраны данные и подпрограммы, необходимые для нормального функционирования Windows-программы в целом. Delphi автоматически создает объект-программу Application для каждого нового проекта. Строка.

Application.Initialize;

означает обращение к методу Initialize объекта Application. Прочитав эту строку, компилятор создаст код, который заставит процессор перейти к выполнению некоторого фрагмента программы, написанного для нас разработчиками Delphi. После выполнения этого фрагмента (программисты говорят: после выхода из подпрограммы) управление процессором перейдет к следующей строке программы, в которой вызывается метод CreateForm и т. д.

Структура модуля. Модули — это программные единицы, предназначенные для размещений фрагментов программ. С помощью содержащегося в них программного кода реализуется вся поведенческая сторона программы.

Любой модуль имеет следующую структуру: заголовок секция интерфейсных объявлений секция реализации терминатор Заголовок открывается зарезервированным словом Unit за которым следует имя модуля и точка с запятой. Секция интерфейсных объявлений открывается зарезервированным словом Interface, a секция реализации — словом implementation. Терминатором модуля, как и терминатором программы, является end с точкой. Следующий фрагмент программы является синтаксически правильным вариантом модуля:

unit Unit1;

interface.

// Секция интерфейсных объявлений.

implementation.

// Секция реализации.

end.

В секции интерфейсных объявлений описываются программные элементы (типы, классы, процедуры и функции), которые будут «видны» другим программным модулям, а в секции реализации раскрывается механизм работы этих элементов. Разделение модуля на две секции обеспечивает удобный механизм обмена алгоритмами между отдельными частями одной программы. Он также реализует средство обмена программными разработками между отдельными программистами. Получив откомпилированный «посторонний» модуль, программист получает доступ только к его интерфейсной части, в которой, как уже говорилось, содержатся объявления элементов. Детали реализации объявленных процедур, функций, классов скрыты в секции реализации и недоступны другим модулям.

Если щелкнуть по закладке Unit1 окна кода, можно увидеть такой текст:

unit Unit1;

interface.

uses.

Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls,.

Forms, Dialogs, StdCtrls, Buttons, ExtCtrls;

type.

TfmExample = class (TForm).

Panel1: TPanel;

bbRun: TBitBtn;

bbClose: TBitBtn;

edinput: TEdit;

IbOutput: TLabel;

mmOutput: TMemo;

private.

{ Private declarations } public.

{ Public declarations } end;

var.

fmExample: TfmExample;

implementation.

$R *.DFM}.

end.

Весь этот текст сформирован Delphi, но в отличие от файла проекта программист может его изменять, придавая программе нужную функциональность. В интерфейсной секции описан один тип (класс — fmExample) и один объект (переменная fmExample).

Вот описание класса:

type.

TfmExample = class (TForm).

Panell: TPanel;

bbRun: TBitBtn;

bbClose: TBitBtn;

edinput: TEdit;

IbOutput: TLabel;

mmOutput: TMemo;

private.

{ Private declarations } public.

{ Public declarations } end;

Классы служат основным инструментом реализации мощных возможностей Delphi. Класс является образцом, по которому создаются объекты, и наоборот, объект — это экземпляр реализации класса. Образцы для создания элементов программы в Object Pascal называются типами, таким образом, класс TfmExamplelэто тип. Перед его объявлением стоит зарезервированное слово type (тип), извещающее компилятор о начале раздела описания типов.

Стандартный класс TForm реализует все нужное для создания и функционирования пустого Windows-окна. Класс TfmExamplel порожден от этого класса, о чем свидетельствует строка.

TfmExample = class (TForm).

в которой за зарезервированным словом class в скобках указывается имя родительского класса. Термин «порожден» означает, что класс TfmExample унаследовал все возможности родительского класса TForm и добавил к ним собственные в виде дополнительных компонентов, которые, как вы помните, мы вставили в форму fmExample. Перечень вставленных нами компонентов и составляет значительную часть описания класса.

Свойство наследования классами-потомками всех свойств родительского класса и обогащения их новыми возможностями является одним из фундаментальных принципов объектно-ориентированного программирования. От наследника может быть порожден новый наследник, который внесет свою лепту в виде дополнительных программных заготовок и т. д. В результате создается ветвящаяся иерархия классов, на вершине которой располагается самый простой класс TObject (все остальные классы в Delphi порождены от этого единственного прародителя), а на самой нижней ступени иерархии — мощные классы-потомки, которым по плечу решение любых проблем.

В смысле проектирования Delphi мало, чем отличается от проектирования в интерпретирующей среде, однако после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10−20 раз быстрее, чем тоже самое, сделанное при помощи интерпретатора. Кроме того, компилятор компилятору рознь, в Delphi компиляция производится непосредственно в родной машинный код, в то время как существуют компиляторы, превращающие программу в так называемый p-код, который затем интерпретируется виртуальной p-машиной. Это не может не сказаться на фактическом быстродействии готового приложения.

Следует отметить также, что благодаря опции оптимизации сегментов удается существенно сократить размер выполняемого файла. Можно запустить компилятор в режиме проверки синтаксиса. При этом наиболее длительная операция компоновки и изготовления исполняемого файла выполняться не будет.

Вероятно, то обстоятельство, что Delphi позиционируется как средство создания приложений, взаимодействующих с базами данных, и ориентировано преимущественно на рынок инструментальных средств клиент/сервер, где до настоящего момента доминируют интерпретируемые языки, позволило его авторам не задумываться над созданием оптимизирующего компилятора, способного использовать все достоинства архитектур современных процессоров.

Мощный объектно-ориентированный язык. Совместимость с программами, созданными ранее средствами Borland Pascal, сохраняется, несмотря на то, что в язык внесены существенные изменения. Необходимость в некоторых усовершенствованиях давно ощущалась. Самое заметное из них — аппарат исключительных ситуаций, подобный тому, что имеется в C++, был первым реализован в компиляторах корпорации Borland.

Не секрет, что при написании объектно-ориентированных программ, активно работающих с динамической памятью и другими ресурсами, немалую трудность представляет аккуратное освобождение этих ресурсов в случае возникновения нештатных ситуаций. Особенно это актуально для среды Windows, где число видов ресурсов довольно велико, а неправильная работа с ними может быстро привести к зависанию всей системы. Предусмотренный в Delphi аппарат исключений максимально упрощает кодирование обработки нештатных ситуаций и освобождения ресурсов.

Объектно-ориентированный подход в новой версии языка получил значительное развитие. Перечислим основные новшества [28−30].

• 1. введено понятие класса.
• 2. реализованы методы классов, аналогичные статическим методам C++. Они оперируют не экземпляром класса, а самим классом.
• 3. механизм инкапсуляции во многом усовершенствован. Введены защищенные поля и методы, которые, подобно приватным, не видны извне, но отличаются от них тем, что доступны из методов классанаследника.
• 4. введена обработка исключительных ситуаций. В Delphi это устроено в стиле С++. Исключения представлены в виде объектов, содержащих специфическую информацию о соответствующей ошибке (тип и местонахождение ошибки). Разработчик может оставить обработку ошибки, существовавшую по умолчанию, или написать свой собственный обработчик. Обработка исключений реализована в виде exception-handling blocks (также еще называется protected blocks), которые устанавливаются ключевыми словами try и end. Существуют два типа таких блоков: try… except и try… finally.
• 5. появилось несколько удобных синтаксических конструкций, в числе которых преобразование типа объекта с контролем корректности (в случае неудачи инициируется исключение) и проверка объекта на принадлежность классу. Ссылки на классы придают дополнительный уровень гибкости, так, когда вы хотите динамически создавать объекты, чьи типы могут быть известны только во время выполнения кода.

К примеру, ссылки на классы используются при формировании пользователем документа из разного типа объектов, где пользователь набирает нужные объекты из меню или палитры. Собственно, эта технология использовалась и при построении Delphi.

6. введено средство, известное как механизм делегирования. Под делегированием понимается то, что некий объект может предоставить другому объекту отвечать на некоторые события. Он используется в Delphi для упрощения программирования событийно-ориентированных частей программ, т. е. пользовательского интерфейса и всевозможных процедур, запускаемых в ответ на манипуляции с базой данных.

После того как Borland внесла перечисленные изменения, получился мощный объектно-ориентированный язык, сопоставимый по своим возможностям с C++. Платой за новые функции стало значительное повышение требований к профессиональной подготовке программиста.

Язык программирования Delphi базируется на Borland Object Pascal. Кроме того, Delphi поддерживает такие низкоуровневые особенности, как подклассы элементов управления Windows, перекрытие цикла обработки сообщений Windows, использование встроенного ассемблера.

Объектно-ориентированная модель программных компонент. Основной упор этой модели в Delphi делается на максимальном повторном использовании кода. Это позволяет разработчикам строить приложения весьма быстро из заранее подготовленных объектов, а также дает им возможность создавать свои собственные объекты для среды Delphi. Никаких ограничений по типам объектов, которые могут создавать разработчики, не существует.

Действительно, все в Delphi написано на нем же, поэтому разработчики имеют доступ к тем же объектам и инструментам, которые использовались для создания среды разработки. В результате нет никакой разницы между объектами, поставляемыми Borland или третьими фирмами, и объектами, которые можно создать самостоятельно.

В стандартную поставку Delphi входят основные объекты, которые образуют удачно подобранную иерархию из 270 базовых классов. На Delphi можно одинаково хорошо писать как приложения к корпоративным базам данных, так и, к примеру, игровые программы. Во многом это объясняется тем, что традиционно в среде Windows было достаточно сложно реализовывать пользовательский интерфейс. Событийная модель в Windows всегда была сложна для понимания и отладки. Но именно разработка интерфейса в Delphi является самой простой задачей для программиста.

Благодаря такой возможности приложения, изготовленные при помощи Delphi, работают надежно и устойчиво. Delphi поддерживает использование уже существующих объектов, включая DLL, написанные на С и С++, OLE сервера, VBX, объекты, созданные при помощи Delphi. Из готовых компонент работающие приложения собираются очень быстро. Кроме того, поскольку Delphi имеет полностью объектную ориентацию, разработчики могут создавать свои повторно используемые объекты для того, чтобы уменьшить затараты на разработку.

Delphi предлагает разработчикам — как в составе команды, так и индивидуальным — открытую архитектуру, позволяющую добавлять компоненты, где бы они ни были изготовлены, и оперировать этими вновь введенными компонентами в визуальном построителе. Разработчики могут добавлять CASE-инструменты, кодовые генераторы, а также авторские help’ы, доступные через меню Delphi.

Библиотека визуальных компонент. Компоненты, используемые при разработке в Delphi, встроены в среду разработки приложений и представляют из себя набор типов объектов, используемых в качестве фундамента при строительстве приложения.

VCL содержит специальный объект, предоставляющий интерфейс графических устройств Windows, и позволяющий разработчикам рисовать, не заботясь об обычных для программирования в среде Windows деталях.

Ключевой особенностью Delphi является возможность не только использовать визуальные компоненты для строительства приложений, но и создание новых компонент. Такая возможность позволяет разработчикам не переходить в другую среду разработки, а наоборот, встраивать новые инструменты в существующую среду. Кроме того, можно улучшить или полностью заменить существующие по умолчанию в Delphi компоненты.

Здесь следует отметить, что обычных ограничений, присущих средам визуальной разработки, в Delphi нет. Сам Delphi написан при помощи Delphi, что говорит об отсутствии таких ограничений.

Классы объектов построены в виде иерархии, состоящей из абстрактных, промежуточных, и готовых компонент. Разработчик может пользоваться готовыми компонентами, создавать собственные на основе абстрактных или промежуточных, а также создавать собственные объекты.

Формы, модули и метод разработки «Two-Way Tools». Формы — это объекты, в которые помещаются другие объекты для создания пользовательского интерфейса любого приложения. Модули состоят из кода, который реализует функционирование приложения, обработчики событий для форм и их компонент.

Информация о формах хранится в двух типах файлов — .dfm и .pas, причем первый тип файла — двоичный — хранит образ формы и ее свойства, второй тип описывает функционирование обработчиков событий и поведение компонент. Оба файла автоматически синхронизируются Delphi, так что если добавить новую форму проект, связанный с ним файл .pas автоматически будет создан, и его имя будет добавлено в проект.

Такая синхронизация и делает Delphi two-way-инструментом, обеспечивая полное соответствие между кодом и визуальным представлением. Как только добавляется новый объект или код, Delphi устанавливает т.н. «кодовую синхронизацию» между визуальными элементами и соответствующими им кодовыми представлениями.

Two-way tools — однозначное соответствие между визуальным проектированием и классическим написанием текста программы. Это означает, что разработчик всегда может видеть код, соответствующий тому, что он построил при помощи визуальных инструментов и наоборот.

Визуальный построитель интерфейсов (Visual User-interface builder) дает возможность быстро создавать клиент-серверные приложения визуально, просто выбирая компоненты из соответствующей палитры.

В процессе построения приложения разработчик выбирает из палитры компонент готовые компоненты как художник, делающий крупные мазки кистью. Еще до компиляции он видит результаты своей работы — после подключения к источнику данных их можно видеть отображенными на форме, можно перемещаться по данным, представлять их в том или ином виде.