Введение к работе
проблемы. В настоящее время объектно-ориентированный подход является одним из наиболее перспективных направлений в программировании. К числу преимуществ данного подхода относят естественную методологию программирования, формулировку решений в терминах, близких области приложения, гармоничное включение развитого дружественного интерфейса с пользователем, концептуальное единство и небольшое число основных конструкций, абстракцию данных, открытость, легкую расширяемость, универсальность и высокую повторную используемость создаваемых модулей. В числе недостатков современных систем объектно-ориентиро.ванного программирования обычно отмечают сравнительно низкую эффективность получаемых программ, трудности отделения конечного программного продукта от системы разработки и значительные требования, предьядля-емые к инструментальному оборудованию.
Неэффективность получаемого программного продукта обусловлена избыточной универсальностью отдельных компонентов, крайне затрудненным из-за дефицита статистической информации применением традиционных средств оптимизации, широким применением динамических связываний, интенсивной работой о памятью в "куче". Несмотря на то, что эти проблемы с самого начала находятся в центре внимания разработчиков оптимизирующих компиляторов, лишь в решении последних двух из них заметен значительный прогресс.
При реализации объектно-ориентированных языков возникает ряд специфических трудностей, в т.ч. представление объектов, синтез структур данных, разделение кода наследованных операций, динамическое связывание и т.п. В разных системах предлагаются различные пути их преодоления. Имеется необходимость сравнительного исследования различных подходов в зависимости от требований, предъявляемых к системе разработки и конечному программному продукту, особенностей оборудования, сильной или слабой типизации языка и использования наследования, мультинаследования, делегирования ли-Зо мулътиделегирования.
Цель настоящей диссертационной работы состояла в разработке еетодики эффективной реализации объектно-ориентированных языков, основанной на оригинальном подходе к извлечению статгческой информации из объектно-ориентированных программ, использовании ее
при применении ряда традиционных и специальных оптимизирующих преобразований, выборе соответствующих реализационных решений о учетом особенностей конкретной ЭВМ я требований, предъявляемых к системе разработки и конечному программному продукту.
Методика исследования. Для достижения поставленной цели не
обходимо было исследовать методологические особенности объектно-
ориентированного подхода, препятствующие применению полной стати
ческой типизации н обусловливающие специфические требования,
предъявляемые к реализациям объектно-ориентированных языков. При
втом учитывался опыт существующих систем. Теоретические разработ
ки проверялись посредством реализации в модельной системе на базе
Форта. '
Научная новизна. В данной работе предложен оригинальный пол-ход к типизации объектно—ориентированного языка, не ограничивающий его гибкости, но позволяющий извлекать достаточное для аффективной компиляции количество статической информации. Основным ее источником, помимо констант и литеральных значений, служат статически вычислимые ограничения, по желанию программиста накладываемые на переменные, входные и выходные параметры и промежуточные результаты. Разработаны соответствующие алгоритмы типового анализа и метода использования полученной информации для раннего обнаружения ошибок несоответствия типов при передаче параметров, автоматического отделения конечного программного продукта и специфических оптимизирующих преобразований (приближения времени связывания, выбора адекватной организации динамических связываний, расщепления полиморфных процедур на необходимое' число специализированных версий, снижения числа типовых ветвлений). Предложены экономичные схемы представления объектов для ЭВМ о прямо адресуемой и сегментированной памятью. Разработаны метода синтеза структур данных и разделения кода наследованных операций для систем с одно- и многокласоовым наследованием. Дан сравнительный анализ различных способов динамического связывания на основе критериев эффективности, экономичности и устойчивости к внесению изменений для систем о наследованием, мультинаследованием, делегированием и мультиделегированием с учетом нюансов, возникающие за счет рефлексии и инкрементного программирования. Детально разработана структура компактного аффективно исполняемого слабо машинно-зависимого кода. На основе Форта создана объектно-ориентированная
система MEDIUM.
Практическая ценность. Предложенный подход к типизации и соответствующие языковые средства, алгоритмы типового анализа и оптимизирующие преобразования могут быть использованы при разработке объектно-ориентированных и прочих языков, в которых по тгм или иным причинам полная статическая тшиьация затруднена, а полная динамическая не удовлетворяет требованиям эффективности. Описанные схемы представления объектов я метода сивтеза структур данных в разделения кода наследованных операций могут быть полезны разработчикам обьектао-ориентированных систем. Сравнительные анализ различных способов организации динамического связывания значительно облегчает выбор варианта реализации, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к системе разработки и конечному программному продукту. Предлагаемый компактный аффективно исполняемый код может быть использован при реализации легко'переносимых операционных систем я трансляторов. Модельная система на базе Форта может служить прототипом объектно-ориентированных систем для сравнительно маломощных компьютеров.
Апробация работа. Результаты работы докладывались на заседаниях и научных семинарах кафедры математического обеспечения ЭВМ математико-мехаиического факультета ШОУ.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные статьи.
. Объем и структура дисоертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, разделенных на параграфы, заключения, включающих в себя 35 рисунков и одну таблицу, списка литературы из 91 наименования и двух приложений. Объем основной части дисоертации (без приложений) составляет 146 страниц машинописного текста.
