Характеристика типів даних для зборки програм

Типи даних призначені для опису функцій і програм в МП. Вони реалізуються системами програмування на різних платформах комп'ютерів у вихідному коді, який служить джерелом не лише для виконання програми в цій МП, але і для забезпечення інтероперабельності (взаємодії) у різних сучасних середовищах, що відрізняються між собою. Кожна реалізована програма відображає використовуваний тип даних конкретної МП, значення якого передається іншій програмі за допомогою виклику (звернення) і використовується при виконанні програми.

Питання інтероперабельності, пов'язані з програмуванням і використанням готових програм (системних, прикладних, проблемних, наукових і ін.) в процесах ГП, з якими фахівці різних областей організовують взаємодію при рішенні різного роду завдань.

Готові програми зберігаються, наприклад, в бібліотеках (Matlab, IP, Demral і тому подібне), в репозитаріях e-science, в Інтернеті, в середовищі систем загального призначення, а також у фондах фірм і організацій розробників. Із загальної точки зору, такі програми – це готові ресурси (компоненти, сервіси, агенти, ін.), для інтеграції їх в системи або сімейства систем, а також для організації обчислень фізичних, математичних, біологічних та інших завдань в сучасних середовищах При цьому при організації обчислень з використанням сучасних комп'ютерів виникають проблеми несумісності їх платформ, використовуваних в них МП і готових програмних ресурсів, розроблених на основі фундаментальних структур і типів даних.

Особливої актуальності набувають такі важливі чинники .

1. Різноманітність проектних рішень, що приймаються, при розробці великих програмних систем (ПС) і без врахування основних питань забезпечення сумісності їх складових частин за МП та типах даних.

2. Складність інтеграції різнорідних програм і компонентів повторного використання (КПВ) в рамках однієї ПС обумовлена не лише відмінностями апаратно-програмних платформ і вихідних кодів а й принципами трансформації описів наочних областей, конфігурації компонентів ПС в сімейства ПС, забезпечення їх взаємодії і життєдіяльності в різних середовищах.

3. Поширення інтернет-технологій привело до створення ряду нових мов опису даних і документів (XML, RDF, OWL і ін.), які також повинні враховуватися в нових розробках ПС при забезпеченні завдань передачі і обробки даних в нових мережених середовищах, типу Grid.

Платформа .NET базується на таких будівних блоках: CLR, CTS і CLS. Ці технології дуже важливі для розуміння змісту платформи. Середовище виконання .NET забезпечується за допомогою Common Language Runtime (CLR, стандартне середовище виконання для мов програмування). Головна роль CLR полягає в тому, щоб виявляти і завантажувати типи .NET і здійснювати управління ними у відповідності до команд користувача.

Один з будівельних блоків платформи .NET – це Common Type System (CTS, стандартна система типів). CTS повністю описує всі типи даних, які підтримуються середовищем виконання, визначає як одні типи даних можуть взаємодіяти із іншими, і як вони будуть представлені у формі метаданих .NET. Для того щоб створювати збірки, які можуть бути використані всіма мовами програмування .NET, необхідно при створені типів слідувати правилам Common Language Specification – CLS. Список типів, до яких застосовується специфікація CLS: класи CTS, структури CTS, інтерфейси CTS, члени типів CTS, перечислення CTS, делегати CTS, а також вбудовані типи даних представлені в табл.1.1.

Таблиця 3. 4. Вбудовані типи даних CTS

CTS тип даних	VB.NET	C#	C++/CLI
System.Byte	Byte	Byte	unsigned char
System.Sbyte	Sbyte	sbyte	signed char
System.Int16	Short	short	Short
System.Int32	Integer	Int	int or long
System.Int64	Long	long	__int64
System.UInt16	Ushort	ushort	unsigned short
System.UInt32	UInteger	uint	unsigned int or unsigned long
System.UInt64	Ulong	ulong	unsigned __int64
System.Single	Single	float	Float
System.Double	Double	Double	Double
System.Object	Object	object	Object^
System.Char	Char	char	wchar_t
System.String	String	string	String^
System.Decimal	Decimal	decimal	Decimal
System.Boolean	Boolean	bool	Bool

Не всі мови повинні підтримувати всі типи даних, які визначені в CTS.

CLS – це набір правил, який визначає підмножину загальних типів даних по відношенню до яких гарантується, що вони безпечні при використання у всіх мовах .NET.

В даних момент нараховується декілька десятків компіляторів .NET-сумісних мов програмування. Найбільш поширені мови, які мають великий багаж готових компонентів, або нові, які стрімко розвиваються це: ASP.NET, ASP, Visual Basic, C#, C++, Cobol, F#, Fortran, Haskell, Python, Java, JScript .NET, Lisp, Pascal, Perl, PHP, Prolog, Ruby, Smalltalk, Scala. На рис.2 наведені компілятори даного середовища, що генерують IL-інструкції та метадані.

Це зовсім не повний список діючих компіляторів, але існує безліч літератури, в якій від початку до кінця описується процес побудови компіляторів з мов для платформи .NET.

Common Language Runtime (CLR) — «загально мовне виконуюче середовище» — компонент пакету Microsoft .NET Framework, віртуальна машина, виконуюча програма, написана на .NET-сумісних мовах програмування. CLR задає загальну систему типів, яка використовується всіма мовами програмування. Це означає, наприклад, що всі мови програмування оперуватимуть цілочисельними даними або даними з плаваючою точкою єдиного формату та єдиної довжини, а представлення рядків теж будуть єдиними для всіх мов програмування. За рахунок єдиної системи типів досягається простіша інтеграція компонентів і кодів, написаних на різних мовах програмування. На відміну від COM-технології, також заснованої на наборі стандартних типів, але що представляються в бінарному вигляді, CLR дозволяє виконувати інтеграцію кодів (які можуть бути написані на різних мовах програмування) в режимі дизайну, а не в режимі виконання.

Microsoft .NET Framework є ключовим компонентом Microsoft .NET і служить платформою для створення, впровадження і виконання Web-сервісів і додатків. Вона надає засноване на стандартах високопродуктивне багатомовне середовище, в якому виконуються різні типи додатків і сервісів.

Компонент CLR розташовується над сервісами операційної системи, яка в даний час є операційною системою Windows, але надалі такою може бути практично будь-яка програмна платформа. Основне призначення CLR — виконання додатків, дотримання всіх програмних залежностей, управління пам'яттю, забезпечення безпеки, інтеграція з мовами програмування і тому подібне Середовище виконання забезпечує безліч сервісів, полегшуюче створення і впровадження додатків, та істотно покращує надійність останніх.

Розробники не взаємодіють з CLR безпосередньо — всі сервіси надаються уніфікованою бібліотекою класів, яка розташовується над CLR. Ця бібліотека містить більше 1000 класів для вирішення різних програмних завдань — від взаємодії з сервісами операційної системи до роботи з даними і XML-документами.

Частиною вказаної бібліотеки класів є програмна модель для створення Web-додатків, так звана ASP.NET. Вона містить класи, компоненти та сервіси, що полегшують створення Web-сервісів і додатків. Окрім Web-сервісів і Web-додатків за допомогою Microsoft .NET Framework можна створювати і інші типи додатки — консольні застосування, додатки на основі Windows Forms і Windows-сервіси. Але оскільки основним завданням Microsoft .NET Framework є підтримка створення Web-додатків, саме компонент ASP.NET відіграє найбільш значну роль в архітектурі Microsoft .NET Framework.

Важливою відмінністю виконавчих (двійкових) файлів .NET є те, що вони не містять залежних від платформи команд. Зміст двійкових файлів .NET – це платформо-назалежна «проміжна мова», яка офіційно називається Microsoft Intermediate Language (MSIL, проміжна мова Microsoft), або просто IL.

Коли за допомогою компілятора для платформи .NET створюється модуль DLL або EXE, зміст цього модуля – це так звана збірка (assambly) на мові IL. Код IL не залежить від платформи, на якій буде здійснюватись виконання. Проміжна мова Microsoft представляє собою проміжний рівень в процесі взаємодії початкового коду, написаного на будь-якій мові .NET, з машинною мовою у вигляді коду на мові псевдо-асемблера. Коли ми запускаємо код на виконання, MSIL конвертується в специфічний код CPU, зазвичай компілятором часу виконання (just-in-time (JIT) compiler). Завдяки тому, що CLR підтримує один і більше JIT-компіляторів, один і той же набір MSIL може бути скомпільованим і виконаним на різних архітектурах .

Тобто знання проміжної мови необхідне для можливості програмування на будь-якій мові програмування, а MSIL демонструє переваги однієї мови над іншою. З цієї точки зору, IL є великим зрівнювачем. В світі .NET одна частина коду може бути написана на Effil, в той час як інше може бути написане на C# чи VB.NET, але вкінці все буде конвертоване в IL.

Програми, розташовані на різних типах комп'ютерах мережі, передають один одному дані через інтерфейсні протоколи. Передані дані у форматі одного комп'ютера перетворюються до формату даних (так звана процедура маршалінга даних) приймаючої серверної платформи з врахуванням порядку та стратегії вирівнювання, прийнятої на ній. Демаршалінг даних забезпечує зворотнє перетворення отриманого на сервері результату до вигляду клієнтської програми. Якщо серед передаваних параметрів в операторі виклику виявилися нерелевантні типи даних, то здійснюється пряме і зворотне їх перетворення засобами МП або стандарту.

До засобів перетворення даних і їх форматів відносяться:

– стандарти кодування даних (XDR – eXternal Data Representation, CDR – Common Representation Data, NDR – Net Data Representation, XML і методи їх перетворення;

– механізми звертання компонентів один до одного;

– мови опису інтерфейсів компонентів – RPC, IDL і RMI для передачі даних між різними компонентами.

На кожній платформі комп'ютера використовуються угоди щодо кодування символів, про формати цілих чисел і чисел з плаваючою крапкою (наприклад, IEEE, VAX та ін.). При представленні цілих типів, як правило, використовується додатковий код, а для типів float і double – стандарт ANSI / IEEE і ін. .

Порядок розташування байтів залежить від структури платформи (Big Endian або Little Endian) і встановлюється від старшого до молодшого байта або від молодшого байта до старшого. Процесори ULTRASPARC і POWERPC підтримують обидві можливості. При передачі даних з однієї платформи на іншу враховується можливе неспівпадіння порядку байтів. Маршалінг даних підтримується декількома стандартами які наведені далі.

XDR–стандарт містить мову опису структур даних довільної складності і засобу перетворення даних, що передаються на платформи (Sun, VAX, IBM і ін.). Програми в любій МП можуть використовувати дані в XDR–форматі з урахуванням того, що компілятори вирівнюють їх в пам'яті комп`ютеру по-різному.

У XDR–стандарті цілі числа з порядком "від молодшого" приводяться до порядку байтів «від старшого» і назад. Перетворення даних – кодування (code) або декодування (decode) – даних виконується за допомогою XDR–процедур. Кодування – це перетворення з локальної виду в XDR–представлення і запис в XDR–блок. Декодування – це зчитування даних з XDR–блока і перетворення в локальне представлення заданої платформи.

Вирівнювання даних полягає в розміщенні значень базових типів з адреса, кратного (2, 4, 8, 16) по кордону з найбільшою довжиною (наприклад, 16). Системні процедури оптимізують розташування полів пам'яті під складні структури даних і перетворять їх до формату приймаючої платформи. Оброблені дані декодуються у відповідь до вигляду формату платформи що їх відправила.

CDR–стандарт забезпечує перетворення даних у формати передаючої і тієї що приймає платформ в середовищі CORBA. Маршалі даних виконується інтерпретатором TypeCode і брокером ORB. Процедури перетворення складних типів включають:

– додаткові коди для представлення цілих чисел і чисел з плаваючою крапкою (стандарт ANSI / IEEE);

– схему вирівнювання значень базових типів в середовищі компілятора;

– базові типи (signed і unsigned) мови IDL, а також плаваючий тип подвійної точності та ін.

Перетворення даних здійснюється процедурами encoder (.) і decoder (.) інтерпретатора TypeCode за допомогою базових примітивів вирівнювання інформації і розміщення її в буфер. Для складного типа обчислюється розмір і межі вирівнювання, виконується їх розташування в таблиці TCKind з індексами значень, яка використовується при ініціалізації брокера ORB.

ХМL–стандарт усуває неоднорідність у взаємозв'язках компонентів в різних МП за допомогою XML–формату даних. Він враховує різні платформи і середовища (CORBA, DCOM, JAVA та ін.), які мають в своєму складі функції, аналогічні XML. Цей стандарт має різну системну підтримку: браузер – Internet Explorer для візуалізації XML–документів, об'єктна модель DOM (Document Object Model) для відображення XML–документів і інтерфейсу IDL в системі CORBA.

Тексти в XML описуються у форматі ASCII, що дає можливість більш ефективно застосовувати їх при обміні даними і кодуванні типів даних за допомогою файлових форматів. Перехід програмної системи до XML–стандарту передбачає пере форматування даних у формат XML і назад.

Таким чином, XML–мова дозволяє представляти об'єкти для різних об'єктних моделей на єдиній концептуальній, синтаксичній і семантичній основі. Вона не залежить від платформи і середовища взаємодії, має стандартні методи і засоби (XML–парсери, DOM–інтерфейси, XSL–відображення XML в HTML та ін.).

У системі JAVA реалізований новий підхід до забезпечення взаємодії різних типів компонентів, заснований на механізмі видаленого методу RMI, який доповнює мову JAVA стандартною моделлю EJB (Enterprise Java Beans) компанії SUN. До неї підключені класи мови JAVA, визначення їх атрибутів, параметрів середовища і властивостей групування компонентів в прикладну програму для виконання на віртуальній машині JVM. Механізм розгортання JAVA-компонентів типа beans на сервері реалізований для програм у вихідній мові в середовищі моделі EJB.

Для реалізації і повторного використання компонентів типа beans в системі розроблені наступні шаблони в мові Java for Forte:

– Beans для створення нового компонента і формування каркаса компонента з простими властивостями і можливістю автоматичної зміни цих властивостей;

– BeanInfo для інтеграції beans компонентів і забезпечення взаємодії;

– Customizer для створення панелі, на якій розміщуються елементи, які з часом можна використовувати для управління конфігурацією beans компонентів;

– Property Editor для створення класу, який використовується під час проектування і редагування властивостей beans компонентів.

Система забезпечує зв'язок мов Java і C++, що заснований на перетворенні Java класів, бібліотеці класів С++ і мові опису інтерфейсу Java Native Interface. Основа взаємодії компонентів в цих мовах – апарат встановлення відповідності класу інтерфейсу в С++ з Java-класом інтерфейсу. Транслятор С++ продукує Java-проксі в С++ клас, результат якого - код Java–С++ є інтероперабельним.

Реалізація системи конвертації релевантних типів даних між різномовними компонентами (Java С++, С++ Java і ін.) ґрунтується на додаткових описах компонентів, відповідних доопрацюваннях компіляторів з врахуванням цих МП і особливостей платформ розташування компонентів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Семантичні аспекти взаємодії різнорідних програм	\|	Фундаментальні і загальні типи даних

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.