Лекция 4. Управляющие структуры
В этой лекции рассматриваются элементарные конструкции языка Perl: литералы и скалярные данные. Описываются форматы записи чисел, строк и правила именования скалярных переменных. Вводится понятие контекста. Приводится формат записи комментариев в программе. Даются начальные сведения о документировании программ с применением формата POD.
Цель лекции: освоить правила записи элементарных элементов языка, литералов и скаляров, необходимые для правильного оформления программ на языке Perl. Научиться комментировать программы с использованием однострочных комментариев и формата встроенной документации POD.
Perl - очень практичный язык, и изучить его основы довольно просто. Поскольку большинство синтаксических конструкций Perl основаны на языке С, то для программистов, знающих языки C, C++, C#, Java, JavaScript, Python или PHP, синтаксис Perl будет очень знакомым. Но и тот, кто раньше писал на языке Pascal, Fortran или Basic, легко привыкнет к нотации Perl. Нетрудно будет и тем, кто не знает ни одного языка программирования, поскольку Perl спроектирован так, чтобы новичок смог научиться писать на небольшом подмножестве языка, а затем постепенно углублялся в его тонкости. Знакомство с языком Perl мы начнем с правил записи литералов - непосредственного представления в программе значений данных таких как числа и строки. Иногда литералы неправильно называют константами, под которыми в программировании чаще имеют в виду имена, представляющие неизменяемые данные.
Редкая компьютерная программа обходится без использования числовых литералов. В программе на Perl числа записываются самым естественным образом. Так, например, выглядят десятичные целые числа, со знаками и без:
12 -34 +56
Столь же привычно выглядят и десятичные дробные числа, положительные и отрицательные. Целая часть по англоязычной традиции отделяется от дробной части десятичной точкой. Целая или дробная часть числа может не записываться, если она равна нулю:
.12 34. -456.78 +9.0
Для удобства чтения исходной программы человеком большие числа могут записываться с символом подчеркивания "_" в качестве разделителя разрядов:
123_456 -7_890_098 1_000_000_000_000
Очень маленькие или очень большие числовые значения, целые или дробные, удобно записывать в экспоненциальной форме (также называемой "научной" нотацией):
123E-4 -56e+7 8e9
Латинская буква "E" (заглавная или строчная) в подобных литералах читается как "умноженное на 10 в степени", то есть соответствует арифметическому выражению 123*10 -4. Знак "+" у основания и степени числа необязателен.
Иногда требуется записывать числа не в десятичной, а в других системах счисления. Для записи шестнадцатеричных чисел применяется префикс 0x. В этой системе счисления каждая цифра представляет 4 бита данных, а буквами от A до F (независимо от их регистра) обозначаются дополнительные "цифры" от 10 до 15. Так записываются в шестнадцатеричном виде числа 13, -10, 53392, и 1024:
0x0d -0x0A 0xD090 0x400
В некоторых случаях (например, при записи атрибутов файла в Unix) нагляднее изобразить числа в восьмеричной системе счисления. Обратите внимание, что восьмеричные числа записываются с ведущим нулем, а каждая цифра из диапазона от 0 до 7 представляет 3 бита данных, так что все числовые литералы из одних цифр с ведущим нулем рассматриваются как восьмеричные числа. Вот как будут выглядеть в восьмеричном виде числа 292, -438, 511, и 1024:
0444 -0666 0777 02000
Когда нужно представить двоичные числа, то перед ними ставится признак двоичной системы счисления 0b (каждая цифра 0 или 1 представляет 1 бит). Вот числа 17, -85, 238 и 1024, записанные как двоичные литералы:
0b00010001 -0b01010101 0b1110_1110 0b10000000000
Что касается внутреннего представления чисел в Perl, то они всегда хранятся в виде чисел с плавающей точкой двойной точности, что гарантирует максимальную точность вычислений. При необходимости предусмотрена возможность переключиться на целочисленную арифметику. Удобно и то, что при выводе числовые литералы, записанные в любой системе счисления, автоматически преобразуются к удобочитаемому десятичному виду.
В языке Perl нет специального обозначения для отдельных символов, в нем есть только символьные строки, которые иногда могут состоять из одного символа. Строковые литералы заключаются либо в двойные кавычки, либо в апострофы, называемые также одинарными кавычками, например:
"Это строка." "А" 'это другая строка' '.'
Иногда в строковых литералах требуется представить специальный символ (управляющий символ или символ, отсутствующий на клавиатуре). Для этого используется так называемая escape-последовательность (называемая также управляющей последовательностью) - это символ "" (backslash, обратная косая черта), за которым следует один или несколько символов. Все знаки управляющей последовательности представляют один символ в строковом литерале. Например:
a звонок (Alert, bell) или 0x07 в 16-теричном представлении
возврат на шаг (Backspace) или 0x08
e символ "эскейп" (Escape) или 0x1B
f прогон страницы (Form feed) или 0x0C
новая строка (Newline) или 0x0A
возврат каретки (Return) или 0x0D
табуляция (Tabulation) или 0x09
33 восьмеричный код символа (например, 033)
x1b шестнадцатеричный код символа (например, 1B)
Cc управляющая последовательность (например, Control+C)
x{263A} двухбайтный символ набора Unicode (например, ?)
N{sigma} именованный символ набора Unicode (например, ?)
" символ двойной кавычки (quote)
' символ одинарного апострофа (apostrophe)
символ обратной черты (backslash)
$ любой другой символ, как он есть (например, знак доллара)
В литеральных строках, заключенных в двойные кавычки, выполняется замена каждой escape-последовательности на соответствующее значение специального символа. Такая подстановка называется интерполяцией, например:
"символ перевода на новую строку: "
"слова ,разделенные табуляцией"
"вставка "кавычек" в литерал, заключенный в кавычки"
Если интерполяция управляющих последовательностей не требуется, то строковый литерал нужно заключить в одинарные апострофы:
'обратная косая с буквой n: '
'здесь - это обратная косая и буква t'
'вставка 'апострофов' в литерал, заключенный в апострофы'
В этом случае из escape-последовательностей только ' и заменяются на символы апострофа и обратной черты. А остальные последовательности, такие как ' ' или 'x00', представляют обычные символы. Если необходимо вставить в строковый литерал апострофы, то строку заключают в двойные кавычки, и наоборот:
'книга "Изучаем Perl"' "книга 'Изучаем Perl'"
Строковые литералы, заключенные в одинарные апострофы или в двойные кавычки, могут располагаться в программе на нескольких строках, например:
'А это пример строкового литерала,
расположенного в программе
на нескольких строках'
Поскольку здесь сохраняются невидимые символы перехода на новую строку, многострочные литералы удобно использовать для записи текста, предназначенного для вывода на печать на нескольких строках. Строковые литералы могут не содержать ни одного символа. Это так называемые "пустые строки", которые записываются как два апострофа или две кавычки без пробела между ними ('' или "").
Альтернативные способы записи строковых литералов будут рассмотрены в лекции 7, в которой излагаются возможности строковых данных и приемы работы со строками.
Как известно, переменные - это программные объекты для хранения во время выполнения программы данных об объектах реального мира. В Perl имеются две основные разновидности данных: строки и числа, называемые скалярными данными, то есть данными, представляющими единичное значение. К скалярам также относятся ссылки, которые будут рассмотрены в лекции 11.
Для хранения скалярных данных предназначены скалярные переменные, каждая из которых может содержать одно значение. Перед именем такой переменной ставится символ $, обозначающий скалярную величину ($ - это стилизованное "s", то есть scalar). Далее, в лекции 5, будет рассмотрен другой тип переменных - массивы, которые содержат множественные значения, логически связанные вместе. В массивах может одновременно хранится несколько скалярных значений, и имена массивов предваряются символом @ (@ - это стилизованное "a", то есть array). Поначалу эти "забавные символы" (funny characters, шутливо называемые "оккультными знаками" - sigils) перед именами переменных кажутся непривычными и даже лишними. Но позже вам раскроется глубокий смысл и удобство этих символов, официально называемых разыменовывающими префиксами. На первый взгляд очевидно, что они своим видом напоминают, какое значение содержит переменная - единичное или множественное. Скаляры представляют в Perl лингвистическое понятие единственного числа, а массивы - множественного числа. Вообще, переменные воплощают грамматическую идею существительных, в отличие от процедур или функций, исполняющих в программе роль глаголов.
Для именования пользовательских переменных в Perl применяются правила, обычно действующие и в других языках:
[x]. в имени допускается использовать латинские буквы, символы подчеркивания, которые приравниваются к буквам, и цифры;
[x]. имя переменной должно начинаться с буквы (длина имени переменной практически не ограничивается).
В Perl имена переменных принято записывать строчными буквами, при необходимости разделяя слова в имени символом подчеркивания, например:
$website
$catch22
$user_name
$input_record_counter
$this_is_an_example_of_a_very_long_variable_name
В большинстве процедурных языков каждую переменную в программе требуется объявлять, определяя, какой тип данных допустимо хранить в ней: например, boolean, character, string, byte, short, integer, long, real, float или double. В Perl можно вводить переменные в любом месте программы без объявления. Чтобы использовать переменную, надо просто упомянуть ее имя в программе, обычно это происходит при присваивании ей начального значения.
$background_color = 0xFFF;
$version_number = 5.8;
$www_site = "www.perl.com";
$email_address = 'larry@wall.org';
Если значение переменной не присвоено, в ней хранится специальное неопределенное значение undef. Неопределенность значения переменной можно проверить с помощью встроенной функции defined(), возвращающей истинное значение, если значение переменной определено. Одна и та же переменная может поочередно иметь неопределенное значение или хранить значение любого из основных типов, например, строку или число (целое или дробное):
$variable;
$variable = 'Строка';
$variable = 25;
$variable = 3.141592653;
В именах переменных заглавные и строчные буквы различаются, поэтому приведенные ниже имена относятся к совершенно разным переменным:
$language $Language $LanguagE $LaNgUaGe
Необъявленные переменные имеют глобальную область видимости в пределах пакета. Область видимости переменных определяется рамками программных единиц: блоков, подпрограмм, пакетов, о которых подробно будет рассказано в лекциях 12 и 13. Чтобы задать область видимости переменных, нужно их объявить явно. Для объявления переменных применяются такие ключевые слова:
[x]. my - переменные с лексической областью видимости;
[x]. our - глобальные переменные с лексической областью видимости;
[x]. local - временное скрытие глобальных переменных.
В одном объявлении можно перечислить несколько переменных. Объявляемым переменным рекомендуется сразу присваивать начальные значения, например:
local $_ = 25
my ($buffer = '', $count = 0, $end_of_file = 0)
our $version = 2.5, $author = 'Mike Shock'
Различия между этими типами переменных будут подробно рассмотрены в лекциях, посвященных подпрограммам и модулям. А пока, памятуя об общих правилах хорошего стиля программирования и требованиях к надежности программ, постараемся свести к минимуму использование глобальных переменных. Для этого достаточно взять за правило преимущественно использовать лексические переменные, объявляемые с помощью ключевого слова my. Применение переменных с лексической видимостью также сокращает расход памяти, поскольку они автоматически уничтожаются при выходе из области видимости.
Значения переменных, как и escape-последовательности, могут интерполироваться, если они помещены в строковый литерал, заключенный в двойные кавычки. Этим широко пользуются в программах на Perl для удобного формирования строк, в которые нужно подставить вычисленные значения переменных. Например, так:
"Прочитано $n строк"
"Используемая версия Perl = $"
"Письмо для $name отправлено по адресу $email"
Благодаря разыменовывающему префиксу $, переменные хорошо различимы в строковых литералах. При интерполяции в качестве имени переменной рассматривается максимальная последовательность символов, которая может быть идентификатором. Поэтому нужно быть внимательным в случаях, когда после имени переменной в строке нет знаков препинания или пробелов. Например, при вставке в строку переменной $delimiter следующим образом:
"One$delimiterTwo"
будет подставлено значение несуществующей переменной $delimiterTwo. Чтобы явно отделить имя вставляемой переменной от последующих символов, нужно имя переменной после префикса заключить в фигурные скобки, вот таким образом:
"One${delimiter}Two"
Если в строковый литерал нужно включить символ доллара, не являющийся префиксом переменной, то можно заключить литерал в одинарные апострофы или "экранировать" символ доллара (отменить его специальное значение), поставив перед ним обратную косую черту:
'переменная $var не интерполируется'
"переменная $var не интерполируется"
Весьма удобно, что преобразования между строками и числами выполняются автоматически в зависимости от контекста выражения, в котором они используются. В языке Perl для уточнения смысла языковых конструкций часто используется понятие контекста, под которым понимается программное окружение элемента языка (переменной, подпрограммы и так далее), определяющее его использование. Скалярные переменные, рассмотренные в этой лекции, используются в скалярном контексте (подразумевающем использование одного значения). А он, в свою очередь, может подразделяться на строковый и числовой контекст. Например, в переменную помещено число:
$year = 1987
При использовании ее в числовом контексте (например, в арифметическом выражении для сложения с другим числом) будет использовано числовое значение переменной. При использовании этой же переменной в строковом контексте (например, в операторе вывода) будет произведено преобразование внутреннего представления числа к строке. Другой пример: если переменной не присвоено никакое значение, то в числовом контексте ее значением будет 0, а при использовании ее в строковом контексте - пустая строка (''). К счастью, в большинстве случаев программисту вообще не приходится задумываться о контекстах, поскольку обычно perl выполняет как раз то, что имел в виду автор программы (в полном соответствии с упоминавшимся в первой лекции принципом DWIM). Но знание контекста помогает разобраться с тонкостями использования синтаксических конструкций языка Perl. В следующих лекциях мы познакомимся с другими контекстами, например, списочным и логическим.
В языке Perl существует большое число предопределенных переменных, хранящих разного рода текущую системную и пользовательскую информацию. Они называются специальными переменными, а их имена обычно состоят из одного специального символа. Вот некоторые из специальных переменных:
$_ область ввода или поиска по образцу, используемая по умолчанию
$. номер текущей считанной строки из текущего входного файла
$/ разделитель входных записей (обычно - символ новой строки )
$] номер версии Perl (например, 5.008007)
$0 имя файла текущей исполняемой Perl-программы
$@ сообщение об ошибке при выполнении в блоках eval или do
$! текущий номер ошибки или сообщение об ошибке
$^E уточненное сообщение об ошибке
$^T время начала выполнения программы (в формате функции time)
Некоторые специальные переменные доступны только для чтения, значения же других могут изменяться по усмотрению программиста. Поскольку нелегко запомнить назначение специальных переменных по их "очень специальным" именам, существует указание компилятору (use English), которое позволяет обращаться к ним по более понятным длинным именам, например:
$ARG вместо $_
$INPUT_LINE_NUMBER вместо $.
$INPUT_RECORD_SEPARATOR,$RS вместо $/
$PERL_VERSION вместо $]
$PROGRAM_NAME вместо $0
$EVAL_ERROR вместо $@
$OS_ERROR, $ERRNO вместо $!
$EXTENDED_OS_ERROR вместо $^E
$BASETIME вместо $^T
Полный список специальных переменных с их именами, а также советы по их использованию с отличными примерами всегда можно узнать из документации, вызвав справку утилитой
perldoc perlvar
О специальной переменной $_ следует поговорить особо. По своему назначению она выполняет роль местоимения "это" или "этот" (английские it или this). Ее употребляют, чтобы обратиться к обрабатываемому в текущий момент значению или порции данных. Эту переменную еще называют "переменной по умолчанию" или "буферной переменной", и многие встроенные функции в Perl-программе работают именно с этой переменной, если явно не указан другой аргумент. Например, при чтении из файла в нее может помещаться введенная строка, а функция print без параметров печатает значение переменной по умолчанию $_.
Большинство специальных переменных являются глобальными, и программисту нужно быть очень осторожным при изменении их значений, так как в других частях программы и в подключаемых модулях может предполагаться их стандартное значение. Чтобы избежать нежелательной модификации таких переменных, нужно в каждой подпрограмме или блоке перед их изменением явно объявить их с помощью описателя local:
local $save_value = $_;
Тогда при выходе из блока будет восстановлено предыдущее значение специальной переменной.
В языке Perl, как и в языке командных интерпретаторов Unix, комментарий начинается с символа # и продолжается до конца строки:
$lecture_number = 2; # комментарий, занявший часть строки
# А это комментарий, занимающий всю строку
В первой строке программы на Perl можно увидеть особый комментарий: он начинается с символов #! (называемых shebang, от названия символов - sharp и bang), и в нем указывается путь к исполняющей системе perl (полный путь от корня файловой системы). В операционных системах семейства Unix эта строчка помогает сделать программу на Perl исполняемой (если установить для файла программы флаг, "исполняемый" командой chmod +x program.pl). В операционной среде Windows такой комментарий требуется использовать в CGI-программах для web-сервера Apache. Этот комментарий также удобен тем, что в нем можно указывать параметры для исполняющей системы Рerl: например, флаг -w для вывода дополнительных предупреждений компилятора:
#!C:usrlocalperlinperl -w
В Perl нет многострочных комментариев, подобных /* … */ в языке C или Java. (Хотя эту возможность можно добавить, если подключить модуль Acme::Comment, доступный в хранилище модулей CPAN.) Но если требуются комментарии из нескольких строк, то можно воспользоваться командами системы документирования Perl, называемой POD (от английского "Plain Old Documentation" - "старая добрая документация"). Такой многострочный комментарий можно записать в виде
=pod
Знак = должен располагаться в самом начале строки.
Текст этого комментария фактически является
документацией в формате POD, встроенной в текст программы.
Конец комментария (=cut) также должен быть в начале строки.
=cut
POD представляет из себя систему разметки текста, в том числе программной документации, который можно просматривать, печатать или конвертировать в другой текстовый формат, например, в HTML. Документация может храниться в текстовых файлах, обычно с суффиксом pod. Но благодаря тому, что компилятор perl игнорирует текст, окруженный командами POD, документацию можно встраивать в нужные места исходного текста программы. Вот наиболее часто используемые команды POD для оформления документации на программу, которые встречаются при чтении исходных текстов на Perl:
=pod
Начало документации (использовать не обязательно).
=headN текст заголовка
Заголовок N-го уровня. Уровень N может быть от 1 до 4.
=over N
Абзац с отступом в N знаков, например, начало списка.
=item заглавие элемента
Начало элемента списка.
=back
Окончание списка.
=cut
Окончание POD-документации, возврат к тексту программы.
Прочитать встроенную в программу POD-документацию в отформатированном виде можно с помощью поставляемой утилиты просмотра:
perldoc program_with_pod
Описание в формате POD можно преобразовать в web-страницу поставляемой в комплекте с perl утилитой:
pod2html --outfile=program.html program_with_pod
Конечно, возможностей у системы POD гораздо больше. Узнать о них можно из поставляемой с дистрибутивом Perl документации, прочитав ее с помощью утилиты просмотра документации:
perldoc perlpod
В этой лекции изложены сведения о литералах и переменных - "молекулах" языка Perl. Они служат основой для создания выражений-"клеток", по воле программиста превращающихся в "живые организмы" - программы на языке Perl, многие из которых проживают долгую жизнь, развиваясь и принося пользу людям. В нескольких следующих лекциях будет излагаться "анатомия" Perl, без знания которой нельзя приступать к написанию программ...