Справочник (информатика) - Reference (computer science)

Эта статья об общей концепции вычислений. Для более конкретной концепции C ++ см. Справочник (C ++).

В Информатика, а ссылка это значение, которое позволяет программе косвенно обращаться к конкретному датум, например Переменная ценность или записывать, в компьютер с объем памяти или в каком-то другом устройство хранения. Ссылаются на ссылаться к данным, и доступ к данным называется разыменование ссылка.

Ссылка отличается от самой базы данных. Обычно для ссылок на данные, хранящиеся в памяти в данной системе, ссылка реализуется как Физический адрес где данные хранятся в памяти или на запоминающем устройстве. По этой причине ссылку часто ошибочно путают с указатель или же адрес, и считается, что он "указывает" на данные. Однако ссылка также может быть реализована другими способами, такими как смещение (разница) между адресом данных и некоторым фиксированным "базовым" адресом, как индекс в множество, или более абстрактно как ручка. В более широком смысле, в сети ссылки могут быть сеть адреса, такие как URL-адреса.

Не следует путать понятие ссылки с другими значениями (ключи или же идентификаторы ), которые однозначно идентифицируют элемент данных, но предоставляют доступ к нему только через нетривиальную искать операция в некоторых структура данных таблицы.

Ссылки широко используются в программирование, особенно для эффективной передачи больших или изменяемых данных как аргументы к процедуры, или для обмена такими данными между различными пользователями. В частности, ссылка может указывать на переменную или запись, содержащую ссылки на другие данные. Эта идея лежит в основе косвенная адресация и многих связанные структуры данных, Такие как связанные списки. Ссылки могут вызвать значительную сложность программы, частично из-за возможности болтающийся и дикие ссылки и частично потому, что топология данных со ссылками - это ориентированный граф, анализ которых может быть довольно сложным.

Преимущества

Ссылки повышают гибкость в том, где можно хранить объекты, как они распределяются и как они передаются между областями кода. Пока можно получить доступ к ссылке на данные, можно получить доступ к данным через нее, и сами данные не нужно перемещать. Они также упрощают обмен данными между различными областями кода; каждый хранит ссылку на него.

Механизм ссылок, если он различается по реализации, является фундаментальной особенностью языка программирования, общей почти для всех современных языков программирования. Даже некоторые языки, которые не поддерживают прямое использование ссылок, имеют внутреннее или неявное использование. Например, позвонить по ссылке Соглашение о вызовах может быть реализовано с явным или неявным использованием ссылок.

Примеры

Указатели являются наиболее примитивным типом справочника. Из-за их тесной связи с базовым оборудованием они являются одним из самых мощных и эффективных типов справочных материалов. Однако также из-за этой связи указатели требуют от программиста четкого понимания деталей архитектуры памяти. Поскольку указатели хранят адрес ячейки памяти, а не значение напрямую, неправильное использование указателей может привести к неопределенное поведение в программе, особенно из-за висячие указатели или же дикие указатели. Умные указатели находятся непрозрачные структуры данных которые действуют как указатели, но доступны только с помощью определенных методов.

А ручка является абстрактной ссылкой и может быть представлен различными способами. Типичный пример: файловые ручки (структура данных FILE в Стандартная библиотека ввода-вывода C ), используемый для абстрагирования содержимого файла. Обычно он представляет собой как сам файл, так и при запросе замок в файле и определенной позиции в содержимом файла, как при чтении файла.

В распределенных вычислений, ссылка может содержать не только адрес или идентификатор; он также может включать встроенную спецификацию сетевых протоколов, используемых для поиска и доступа к объекту, на который имеется ссылка, а также способ кодирования или сериализации информации. Так, например, WSDL описание удаленной веб-службы можно рассматривать как форму ссылки; он включает полную спецификацию того, как найти и привязать к конкретному веб-сервис. Ссылка на живой распределенный объект еще один пример: это полная спецификация того, как создать небольшой программный компонент, называемый доверенное лицо который впоследствии будет участвовать в одноранговом взаимодействии и посредством которого локальная машина может получить доступ к данным, которые реплицируются или существуют только в виде слабо согласованного потока сообщений. Во всех этих случаях ссылка включает в себя полный набор инструкций или рецепт доступа к данным; в этом смысле он служит той же цели, что и идентификатор или адрес в памяти.

Формальное представительство

В более общем смысле, ссылку можно рассматривать как часть данных, которая позволяет однозначно извлекать другую часть данных. Это включает в себя первичные ключи в базы данных и ключи в ассоциативный массив. Если у нас есть набор ключей K и набор объектов данных D, любая корректно определенная (однозначная) функция из K к D ∪ {ноль } определяет тип ссылки, где ноль это изображение ключа, не имеющее отношения к чему-либо значимому.

Альтернативным представлением такой функции является ориентированный граф, называемый график достижимости. Здесь каждая точка отсчета представлена ​​вершиной, и есть ребро из ты к v если данные в ты относится к данным в v. Максимум высшая степень является одним. Эти графики ценны в вывоз мусора, где их можно использовать для отделения доступных от недоступные объекты.

Внешнее и внутреннее хранилище

Во многих структурах данных большие сложные объекты состоят из более мелких. Эти объекты обычно хранятся одним из двух способов:

  1. Во внутренней памяти содержимое меньшего объекта сохраняется внутри большего объекта.
  2. При использовании внешнего хранилища более мелкие объекты размещаются в своем собственном месте, а более крупный объект хранит только ссылки на них.

Внутреннее хранилище обычно более эффективно, потому что для ссылок и динамическое размещение метаданные и временные затраты, связанные с разыменованием ссылки и выделением памяти для более мелких объектов. Внутренняя память также увеличивает местонахождение ссылки сохраняя в памяти разные части одного и того же большого объекта рядом друг с другом. Однако есть ряд ситуаций, в которых предпочтительнее внешнее хранилище:

  • Если структура данных рекурсивная, то есть он может содержать себя. Это не может быть представлено во внутреннем виде.
  • Если более крупный объект хранится в области с ограниченным пространством, такой как стек, то мы можем предотвратить исчерпание памяти, сохраняя большие объекты-компоненты в другой области памяти и обращаясь к ним с помощью ссылок.
  • Если более мелкие объекты могут различаться по размеру, часто бывает неудобно или дорого изменять размер более крупного объекта, чтобы он все еще мог их содержать.
  • Ссылки часто легче работать и лучше адаптироваться к новым требованиям.

Некоторые языки, например Ява, Болтовня, Python, и Схема, не поддерживают внутреннюю память. В этих языках все объекты доступны через ссылки.

Языковая поддержка

В языки ассемблера, первые использованные языки, обычно для выражения ссылок используются либо необработанные адреса памяти, либо индексы в таблицах. Они работают, но их несколько сложно использовать, потому что адрес ничего не говорит вам о значении, на которое он указывает, даже о том, насколько он велик или как его интерпретировать; такая информация закодирована в логике программы. В результате неправильные интерпретации могут возникать в некорректных программах, вызывая непонятные ошибки.

Одним из первых упоминаний о непрозрачности была ссылка на Лисп язык cons-ячейка, который просто записывать содержащие две ссылки на другие объекты Lisp, включая, возможно, другие cons-ячейки. Эта простая конструкция чаще всего используется для создания отдельных связанные списки, но также может использоваться для создания простых бинарные деревья и так называемые «точечные списки», которые заканчиваются не пустой ссылкой, а значением.

Другой ранний язык, Fortran, не имеет явного представления ссылок, но использует их неявно в своих вызов по ссылке семантика вызова.

В указатель сегодня по-прежнему остается одним из самых популярных типов ссылок. Он похож на ассемблерное представление необработанного адреса, за исключением того, что он содержит статический тип данных который можно использовать во время компиляции, чтобы гарантировать, что данные, на которые он ссылается, не будут неправильно истолкованы. Однако, поскольку C имеет система слабого типа что может быть нарушено с помощью бросает (явные преобразования между различными типами указателей и между типами указателей и целыми числами), неправильная интерпретация все еще возможна, хотя и более трудна. Его преемник C ++ пытался увеличить безопасность типа указателей с новыми операторами приведения и умными указателями в его стандартная библиотека, но по-прежнему сохраняет возможность обходить эти механизмы безопасности для обеспечения совместимости.

Ряд популярных сегодня основных языков, таких как Эйфель, Ява, C #, и Visual Basic приняли гораздо более непрозрачный тип ссылки, обычно называемый просто ссылка. Эти ссылки имеют такие типы, как указатели C, указывающие, как интерпретировать данные, на которые они ссылаются, но они безопасны по типу, поскольку не могут быть интерпретированы как необработанный адрес, а небезопасные преобразования не разрешены.

Фортран

А Фортран ссылку лучше всего рассматривать как псевдоним другого объекта, например скалярной переменной или строки или столбца массива. Синтаксиса для разыменования ссылки или непосредственного управления содержимым референта не существует. Ссылки Fortran могут быть нулевыми. Как и в других языках, эти ссылки облегчают обработку динамических структур, таких как связанные списки, очереди и деревья.

Функциональные языки

Во всех перечисленных выше настройках концепция изменяемые переменные, данные, которые могут быть изменены, часто неявно используют ссылки. В Стандартный ML, OCaml и многие другие функциональные языки, большинство значений постоянны: они не могут быть изменены путем присваивания. Назначаемые «ссылочные ячейки» служат неизбежным целям изменяемых ссылок в императивных языках и делают возможность изменения явной. Такие ссылочные ячейки могут содержать любое значение, поэтому им присваивается полиморфный тип α ref, куда α заменяется указанным типом значения. Эти изменяемые ссылки могут указывать на разные объекты в течение их времени жизни. Например, это позволяет строить круговые структуры данных. Ссылочная ячейка функционально эквивалентна массиву длины 1.

Для обеспечения безопасности и эффективности реализации ссылки не могут быть приведение типа в ML также нельзя выполнять арифметические действия с указателями. Важно отметить, что в функциональной парадигме многие структуры, которые были бы представлены с помощью указателей на таком языке, как C, представлены с использованием других средств, таких как мощные алгебраический тип данных механизм. После этого программист может пользоваться определенными свойствами (такими как гарантия неизменности) во время программирования, даже если компилятор часто использует машинные указатели «под капотом».

Символические ссылки

Некоторые языки, например Perl, поддерживать символические ссылки, которые представляют собой просто строковые значения, содержащие имена переменных. Когда разыменовывается значение, которое не является обычной ссылкой, Perl считает это символической ссылкой и дает переменной имя, заданное значением.[1] PHP имеет аналогичную особенность в виде $$ var синтаксис.[2]

Ссылки на объектно-ориентированных языках

Многие объектно-ориентированные языки широко используют ссылки. Они могут использовать ссылки для доступа и назначать объекты. Ссылки также используются в функции /метод звонки или передача сообщений, и количество ссылок часто используются для выполнения вывоз мусора неиспользуемых объектов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "perlref". perldoc.perl.org. Получено 2013-08-19.
  2. ^ «Переменные переменные - Руководство». PHP. Получено 2013-08-19.

внешняя ссылка

  • Указатель весело с Бинки Введение в указатели в 3-минутном обучающем видео - Стэнфордская образовательная библиотека по информатике