军用 Ada 语言.docx

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军用Ada语言

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第1章Ada简介

1.1概述（Overview）

Ada语言最初设计是为了构建长周期的、高度可靠的软件系统。

它提供了一系列功能来定义相关的数据类型（type）、对象（object）和操作（operation）的程序包（package）。

程序包可以被参数化，数据类型可以被扩展以支持可重用库的构建。

操作既可以使用方便的顺序控制结构，通过子程序（subprogram）来实现，也可以通过包含并发线程同步控制的入口（entry）来实现。

Ada也支持单独编译（separatecompilation），在物理层上支持模块性。

Ada包含了很复杂的功能以支持实时（real-time）,并发程序设计（concurrentprogramming）。

错误可以作为异常（exception）来标示，并可以被明确地处理。

Ada也覆盖了系统编程（systemprogramming）；这需要对数据表示和系统特性访问的精确控制。

最后，提供了预定义的标准程序包，包括输入输出、字符串处理、数值计算的基本函数和随机数生成。

——译自《AdaReferenceManual》Section1:

General

在本章里，我们将会初步介绍一下Ada，以给读者留下大致的印象。

1.2Ada的历史（TheHistoryofAda）

为了更好的理解Ada，它的历史有必要简要地了解一下。

1974年时，美国国防部（DoD）意识到开发和维护嵌入式系统（固化在硬件中的系统，如导弹弹导系统）耗费了过多的时间，精力和资金。

当时，在使用的计算机语言有450多种，这增加了开发新系统以及培训程序员使熟悉现有系统的时间和成本。

维护工作也由于没有标准化的工具（编辑器，编译器等）而受阻。

所有这些因素使DoD意识到它需要一门强大的语言，能被所有嵌入式电脑供应商使用。

开发工作始于1975年，当时DoD列举了一系列的语言需求；但没有一门现有语言指定了这些特性，因此在1977年，DoD起草了一份建议，开发一门新的语言。

不像COBOL这些语言由专门的委员会制定，新语言是一场竞争的主题，在产业界和学术界的评估中产生。

在众多竞争者当中，有4家被选中以完成进一步的工作。

最终只剩下Cii-HoneywellBull公司。

这门语言被命名为Ada。

设计小组由JeanIchbiah领导，对语言全权负责。

　在1983，Ada成为了一个ANSI标准ANSI/MIL-STD-1815A。

此年成为一个ISO标准。

在参考手册中定义的语言通常称为LRM或ARM（AdaReferenceManual）。

在Ada的相关书籍和编译器的报错信息中经常出现手册内容的引用。

对于任何Ada站点，参考手册都是推荐的；虽然很难阅读，但它是所有Ada问题的最权威解释（一个小组正在澄清语言定义中已发现的语义不清的内容）。

Ada也经过了一次修正，即1995的新的ISO标准。

新标准修正了Ada83的很多缺陷，并进一步扩展了它的功能（在修正工作中，有个临时的标准，即Ada9x，不少Ada文章是在这段时间写的，因此有些内容在细节上可能与Ada95有所区别，但主要原理差不多）。

为了防止Ada编译器的不兼容版本的扩散，AdaJointProgramOffice（控制Ada语言的执行部门，于1998年10月1日关闭，见AdaJointProgramOfficeclosed）采取了不寻常的做法-他们注册Ada商标。

除非通过他们的兼容性测试，编译器厂商不允许出售'Ada'编译器。

这在不久以后放松了，保护协议变成了`ValidatedAda'。

因而产生的Ada确认证书被限制在一定的时间内并有一个期满时间。

当时间过期后，该编译器不能再被标记为`ValidatedAda'编译器。

通过这种方式，AJPO确保当前市场上的编译器与当前标准相一致。

目标是使所有的Ada程序能在所有系统上被编译-在这点上，AJPO比其它语言小组做得好。

上述内容基本上是从QuickAda翻译过来的（以前翻译该教材“半途而废”的残留品，直接引用一下了），Ada语言的详细历史细节见TheHistoryofAda

1.3与C和C++的比较（Contrast:

AdaandC,C++）

由于Ada出生年月迟了一点，而且目前的操作系统基本上由C，C++写成，导致Ada在“平民层”的推广比较糟糕，至今还不是很流行，WhyAdaisn'tPopular一文对此有比较详细的解释。

而Ada爱好者们为了显示Ada的优越性（这种心情相当能理解），将Ada与C，C++做了一系列比较，其结果反正综和指数都是Ada高，这方面文章有不少，如ComparingDevelopmentCostsofCandAda，Contrasts:

Ada95&C++。

在这里，我们只初略地了解一下Ada的优势即可，在读者朋友接下去的学习中，应该是能从心里感受到Ada的优点。

更高的安全性、可靠性。

Ada中对于访问内存、数值计算等很多方面有一些严格的规定，而没有C和C++那么自由；程序的错误绝大部份能在编译和运行时检测到，以至于可以不需要编译器，另外，语言也包含异常特性，能方便地处理错误。

更高的移植性。

在Unix和Windows下有C编程经验的朋友应该对于兼容性深有体会，很多代码纯粹是为了适应不同的系统增添的，对于实际工作没多大用处。

但Ada的初始语言环境中就有了异常（约等于Unix下的Signal）、任务（线程）、分布式计算、随机数产生、宽字符集很多特性的支持，而在现在的具体操作系统中，这些特性往往随系统而异。

即使Ada95里缺少一些功能，也可以通过额外标准和函数库来弥补：

GDI库，可以用GtkAda，在Windows和X下通用；Ada也有一个Posix接口的标准，可以使用函数库Florist来调用Posix的函数……用户层是大大省力---只要自己的操作系统上有所需的编译器和函数库即可。

语法明确，基本上没有令人混淆的地方。

Ada程序的源代码远远比C或C++的代码易懂。

看程序的人是减轻了不少脑负担。

……

总之，C和C++能做的Ada肯定能做，但Ada要省时方便的多。

读者在学习Ada之后，无需多说也就明白了，笔者在初学Ada时就有耳目一新的感觉，唯一的遗憾是Ada不流行。

1.4网络资源（InternetResources）

Ada虽然在国内不流行，但在国外还是有不少网站，下面是只列举一小部份，至于更多的资源，读者可至VenusIC查找:

HomeoftheBraveAdaProgrammers（HBAP），即AdaHome，由MagnusKempe维护，里面包含了不少Ada相关的文档、软件

PublicAdaLibrary（PAL）。

PAL是Ada软件、文档的图书馆。

主站点在wuarchive.wustl.edu（WUARCHIVE）,以及法国的一个映像站点mirrorsite，PAL目前由RichardConn维护。

AdaIC，由AJPO发起的一个站点，也包含了不少相关信息。

SIGAda，是ACM的一个SpecialInterestGroup。

AdaPower，很不错的一个站点，有相关教材、文档、Faq、Linux等链接。

AdaCoreTechnology，Gnat,Glade等软件的老家。

新闻组comp.lang.ada，不用多介绍了

1.5第一个程序（TheFirstProgram）

为了了解Ada程序的大致结构，举一个例子是难免的。

大部份书籍一般都是用"helloworld"程序来开始，我们下面就见识一个在终端屏幕上输出"HelloWorld!

"的简例。

000--filename:

hello.adb；001withAda.Text_IO;

002procedureHellois003begin

004Ada.Text_IO.Put（"HelloWorld!

"）;

005Ada.Text_IO.New_Line;006endHello;

先介绍一下在本教材中代码的一些问题：

每行代码前的000,001等数字表示该代码是第几行，只为了讲解方便，在实际源代码中是不存在的；with，procedure等保留字（reservedword）都用粗体表示，以示区别；有些字是用斜体表示，表示该字是用其它有效字符替换。

现在让我们分析上述的简单程序：

[000]标示该程序文件名为hello.adb，在程序中并不需要；--是注释符，表示从其所在位置至行尾都是注释，对程序没有什么影响，与C的/**/类似。

[001]Ada.Text_IO是预定义的一个程序包（package）；withpackage_name和C的include功能差不多。

[002]-[006]是程序的主体部份。

与C下的main函数类似，Ada也需要一个主过程（mainprocedure），在这个例子中是过程Hello。

过程的用法和上例一样，都是

procedureprocedure_nameisstatements1;beginstatements2;endprocedure_name;statement1可以是变量、常量、函数、过程等的声明；statements2是过程procedure_name要执行的语句，对象的声明不能在这部份；end后的procedure_name不是必需的，但为了程序的可读性，应加上。

[003],[004]分别输出"HelloWorld!

"和新行符。

Put和New_Line都是Ada.Text_IO里的过程。

但上7例调用过程Put和New_Line的方法比较罗嗦，因此我们也可以使用use语句:

000--filename:

hello.adb；

001withAda.Text_IO;useAda.Text_IO;

002procedureHellois

003begin

004Put（"HelloWorld!

"）;

005New_Line;

006endHello;

这样Ada编译器就能在程序包Ada.Text_IO中自动搜寻Put，New_Line，而无需用户指定它们所在的准确位置。

我们在将上例略微改动以下，以使读者了解一下声明部份：

000--filename:

hello.adb001withAda.Text_IO;useAda.Text_IO;002procedureHellois003Str:

String:

="HelloWorld!

";004begin005Put（Str）;006New_Line;007endHello;在is和begin之间，声明了一个字符串变量Str，它的初始值为"HelloWorld"。

String是预定义的字符串类型。

上述的声明方式和Pascal差不多。

现在我们对Ada程序长的什么样已有了基本的认识，下面需要了解几个术语。

一个Ada程序是由一个或多个程序单元组成（programunit）。

一个程序单元可以为：

子程序（subprogram）,定义一些可执行运算。

过程（procedure）和函数（function）都是子程序。

程序包（package）,定义一些实体（entity）。

程序包是Ada中的主要分组机制，类似于C的函数库，Modula的"module"。

任务单元（taskunit）,与线程类似，定义一些计算，然后并发执行。

保护单元（protectedunit）,在并发计算中协调数据共享，这在Ada83中不存在。

类属单元（genericunit）,帮助构建可重用组建，和C++的模板类似。

后3类属于高级话题，在后面的章节中我们会依次介绍。

程序单元又可为两部份：

声明部份（declaration）。

定义对其它程序的接口，有些可用资源可以被用户使用，与C下的'.h'文件相似。

主体部份（body）。

是声明部份的具体实现，等价与C的'.c'文件。

其中程序包（package）和子程序（subprogram）是用的最广泛的2个程序单元。

大部份Ada程序基于一堆程序包，在以一个主过程（mainproceudre）来开始Ada程序。

第2章基本数据类型和表达式（BasicTypesandExpressions）

2.1概述（Overview）

数据类型是一门计算机语言最基本的特性，表示一个对象的类型，是数字、字符或其它类型。

由于Ada在数据类型上提供的强大处理能力，我们又不能很简单地认为数据类型仅是定义一个对象的类型。

在Ada里，数据类型可以自己创建，它的相关运算符也可以自己定义，同时又有数据类型属性这项特性，具有相当大的灵活性。

学过其它的语言，特别是有C和Pascal背景的朋友初次接触时可能会感到有点新鲜。

创建新类型，是用户自己定义数据类型，包括该类型的名称、取值范围及相关操作；其中又包括了派生类型和创建子类型，即以现有数据类型为母类型创建新类型，继承母类型的一部份属性。

数据类型属性，如同我们玩RPG游戏时的人物属性：

体力值、魔法值一样，是说明该类型固有的属性，包括最小取值范围、最大取值范围等等。

本章将会先介绍词法元素以及创建数据类型的基础性知识，然后是整型（integer）、实型（real）、字符型（character）、布尔型（boolean）、枚举类型（enumuration）这几种标量类型，最后则是相关的数据类型属性、类型限制和类型转换、表达式和运算符。

2.2词法元素（LexicalElement）

Ada里的词法元素与其它语言的定义还是有不小差别，下面按照RM95关于词法元素的分类来逐项介绍，包括标识符、保留字、字符、数值文字等及它们的一些规则。

2.2.1基本字符集（CharacterSet）

Ada95规定的标准字符集是Latin-1,支持8位（基于ISO-8869）和16位（基于ISO-10646）字符，在非标准模式下也可用本地字符集，具体情况取决于当前的系统。

（一般来说，涉及字符时默认是指Latin-1，程序几乎都是用Latin-1字符集写的）

字符在RM95中是分成了三类：

图形字符（graphiccharacter）、格式控制符（formateffector）、其它控制符（othercontrolfunction）,它们所表示的范围为：

图形字符包括字母（letter）、数字（digit）、空格符（space）、特殊字符（specialcharacter）（例如"#&'（）*+,-./:

;<=>_|{}[]）;

格式控制符包括水平制表符（HT）、垂直制表符（VT）、回车（CR）、换行（LF）、换页（FF）;

其它控制符则是除了格式控制符以外的控制符。

更详细的内容参见RM95、ISO8869,ISO10646。

Ada是大小写忽略的（除了字符和字符串中的实际内容，如字符'z'和'Z'不相同，但标识符z和Z相同），但为了可读性，一般来说变量名或函数名首字母都会大写，其余小写，缩近格式也需要引起注意。

根据实际情况尽量保证可读性。

为了兼容性，Ada95要求编译器最少支持一行字符串和一个词法元素的长度为200个字符（不包括行尾符）。

Ada在字符集上并没有很严格要求编译器一定要怎样，但应该支持标准字符集。

2.2.2标识符（Identifier）

Ada中不管是变量、函数还是其它对象都需要一个名称，这就叫做标识符。

如X、Count、me就是简单的标识符。

Ada中的标识符有以下一些注意点：

1.标识符一定要是字母开头，接下去可以是数字和下划线，结尾不能为下划线。

如Fig_、_Lik、1me是不合法的。

2.两个连续的下划线不能在一起，因为有些打印机可能会将两个下划线当作一个处理。

3.虽然单个字符可作为标识符，但一般情况下不应该滥用这项特性（我不知道这除了少敲几个字外，还有什么意义，想想数字0和字母O、数字1和字母l吧，绝对害死人的做法）。

4.不能将保留字作为标识符。

在Ada83中，标识符包括了保留字，但在Ada95中保留字从标识符中分离了出来。

5..如上节所提及的，标识符是不分大小写的，但为了可读性，请注意你对标识符的命名。

2.2.3保留字（ReservedWord）

保留字在程序语法中有特殊的含义，不属于标识符范围，这与C和Pascal等语言的定义有所不同。

Ada95中的保留字如下：

abortabsabstractacceptaccessaliasedallandarrayatbeginbody

caseconstantdeclaredelaydeltadigitsdoelseelsifendentryexceptionexit

forfunctiongenericgotoifinislimitedloopmodnewnotnulloforothersout

packagepragmaprivateprocedureprotectedraiserangerecordremrenamesrequeue

returnreverseselectseparatesubtypetaggedtaskterminatethentype

untilusewhenwhilewithxor

在以后的内容中，我们会逐个解释它们的含义及作用。

Ada95的保留字比原先添加了6个：

abstract,aliased,protected,requeue,tagged和until，虽然这可能会牵连到兼容性问题，但通常也无须计较这点。

2.2.4分隔符（SeparatorandDelimiter）

Ada程序中，各元素之间需要空格符、格式控制符或EOF隔开。

RM95里将它们作为separator,而delimiter则是指下列特殊字符（中文有点说不清楚）：

&'（）*+,-./:

"<=>|或是复合型的:

=>..**:

=/=>=<=<<>><>。

当分隔符作为注释、字符串、字符、数值的一部分时，就不再是分隔符了。

2.2.5数值文字（NumericLiteral）

数值文字就是指数字。

Ada和Pascal相同，将数字分为实数型（realliteral）和整数型（integerliteral）两大类。

实数型是有小数点的数字，整数型则无小数点。

如1.2787,0.871,7.0是实数型，而-882,5441,1是整数型。

Ada在数字表示上有一个很好的特性就是可以明确指定使用何种基数（2进制到16进制）表示，下面是数字的表示：

十进制数（DecimalLiteral）

不管是实型还是整型数，都可以在其间加上下划线，使长数字更加易读。

如56886515645125615,可写为56_886_515_645_125_615或5_6886_5156_4512_5615,下划线并不改变数字的值。

但两个下划线不能是连续的，下划线也不可以在数字首部和尾部,如676__66和67_E4都是非法的。

字母E作为数字的指数，同时适用于实型和整型。

如123_98E4、5.087E-5、4.8E7都是合法的，但负指数不能用于整型，指数也一定要是整数。

E大小写皆可以。

基型数字（BasedLiteral）

在大部分语言中，都使用10进制数字表示；Ada里整数可以不用10进制的表示方法书写，而是直接使用2至16进制的表示法，格式为:

Base#Number#,Base表示所采用的进制，Number为该进制下所表示的数字。

2#1001_1001#,表示2进制数10011001,中间的下划线可取消，其10进值为153;

10#153#,表示10进制数153，等价与153；

16#90#,表示16进制数90，其10进值为144；

2.2.6字符文字（CharacterLiteral）

字符文字的表示是单个图形字符在单引号‘’中，如'a'表示小写字母a,'K'表示大写字母K,'''表示一个单引号,''表示一个空格。

2.2.7字符串文字（StringLiteral）

字符串是双引号（""）之间的有序图形字符。

如"WhatIsaid."就是一个字符串。

表示空字符串时直接用""。

如果字符串中有双引号，一个双引号要用两个"来表示。

如"Hesaid,""Iamhungry."""，而"Hesaid,""Iamhungry."或"Hesaid,"Iamhungry.""是不合法的。

至于其它字符，如$%之类可以直接出现在两个双引号间。

与C语言不同，Ada里没有与之相同的转义字符，并且EOL不会算到字符串中。

2.2.8注释（Comment）

注释由两个连字号（hyphen）（--）开始，直到行尾。

可以出现在程序的任一个地方，不影响程序本身。

例如：

--thecomment;

end;--processingofLineiscomplete.

2.2.9Pragmas

Pragma是编译指示（compiledirective）,给编译器指令如优化程序，列表控制等。

它的作用往往不只影响一个编译单元，而是整个程序。

Pragma是些预先定义的指令，如pragmaPage,pragmaList（OFF）,编译器也可扩展RM95中pragma。

我们先接触List，Page，Optimize这3个pragma。

更多内容我们会在以后接触。

pragmaList（identifier）;

pragmaPage;

pragmaOptimize（identifier）;

pragmaList将identifierOn或Off作为它的参数。

它指定编译列表（listingofcompilation）是继续还是停止，直到在同一个编译单元内，一个pragmaList使用了相反的参数。

pragmaPage指定在pragma后的程序正文在新页开始（如果编译器正在列表）

pragmaOptimize有Time，Space或Off3个参数,它的影响区域直到pragama　所在编译单元的底部。

Time　和Space　指示优化时间还是优化空间，Off则关闭优化。

　　下面是简单的例子：

pragma