Copyright (C) А.Гавва V-0.4w май 2004
16. Интерфейс с другими языками
Обычно, не зависимо от того насколько хорош язык программирования, необходимо учитывать, что он должен сосуществовать с программным обеспечением которое написано с помощью других языков программирования. Разработчики Ады предусмотрели это и предлагают стандартные механизмы для осуществления связи с программами которые написаны на других языках.
При этом следует заметить, что различные компиляторы Ады могут расширять стандартные средства взаимодействия с другими языками программирования добавляя какие-либо дополнительные возможности, специфичные для конкретного компилятора. Поэтому, для получения более точных сведений, необходимо обратиться к справочному руководству используемого компилятора Ады.
16.1 Связь с другими языками в Ada83
Стандартным средством взаимодействия с другими языками в Ada83 является директива компилятора Interface, которая позволяет вызывать подпрограммы написанные на других языках программирования.
Предположим, что при работе в системе Unix, необходимо использовать команду kill. Для осуществления этого, необходимо выполнить следующее:
function kill( pid : in Integer; sig : in Integer) return Integer; pragma Interface(C, kill);В данном случае, первый параметр директивы компилятора Interface - это язык вызываемой подпрограммы, а второй - имя подпрограммы под которым она (подпрограмма) известна в программе на Аде.
Пример пакета который импортирует функции написанные на Фортране может иметь следующий вид.
package MATHS is function sqrt(X : Float) return Float; function exp (X : Float) return Float; private pragma Interface(Fortran, sqrt); pragma Interface(Fortran, exp); end MATHS;Необходимо заметить, что директива компилятора Interface не может быть использована с настраиваемыми подпрограммами.
16.2 Связь с другими языками в Ada95
Стандарт Ada95 внес в средства взаимодействия Ады с другими языками программирования некоторые изменения, которые облегчают использование Ады совместно с программным обеспечением написанным на других языках. Согласно стандарта Ada95, для организации взаимодействия с программным обеспечением, написанным на других языках программирования, можно использовать стандартные директивы компилятора Import, Export, Convention и Linker_Options. Кроме того, для описания трансляции типов данных между Адой и другими языками программирования, можно использовать предопределенную библиотеку - стандартный пакет Interfaces и его дочерние модули.
16.2.1 Директивы компилятора
Стандарт Ada95 содержит следующее описание стандартных директив компилятора Import, Export, Convention и Linker_Options:
pragma Import( [Convention =>] идентификатор_соглашения, [Entity =>] локальное_имя [, [External_Name =>] строковое_выражение] [, [Link_Name =>] строковое_выражение]); pragma Export( [Convention =>] идентификатор_соглашения, [Entity =>] локальное_имя [, [External_Name =>] строковое_выражение] [, [Link_Name =>] строковое_выражение]); pragma Convention ([Convention =>] идентификатор_соглашения, [Entity =>] локальное_имя); pragma Linker_Options (строковое_выражение);При описании синтаксиса этих директив компилятора подразумевается, что:
Convention - обозначает язык или, точнее, соглашения (например, для вызова подпрограмм) используемые в конкpетном тpанслятоpе; в качестве идентификатор_соглашения могут использоваться: при этом, следует заметить, что обязательно поддерживаемыми являются только Ada и Instrinsic, кроме того, реализация конкретного компилятора может добавить любое другое значение
- Ada
- Instrinsic
- C</>
- Fortran
- Cobol
Entity - обозначает имя идентификатора (например, имя вызываемой подпpогpаммы) в Ада-пpогpамме External_Name - обозначает имя идентификатора в чужом модуле (модуле написанном на другом языке программирования) Link_Name - обозначает имя идентификатора с точки зpения линкера (pедактоpа связей) Директива компилятора Import предназначена для импортирования объектов (подпрограмм или переменных), описанных на других языках программирования, в Ада-программу. С ее помощью можно вызывать подпрограммы или использовать переменные модулей которые написанны на других языках программирования.
Директива компилятора Export предназначена для экспортирования объектов (подпрограмм или переменных), написанных на Аде, для их использования в модулях, написанных на других языках программирования. Следует заметить, что в модулях, написанных на других языках программирования, может потребоваться выполнение вызовов adainit и adafinal для осуществления правильной инициализации и деструктуризации импортированного Ада-кода.
Директива компилятора Convention позволяет указать компилятору на необходимость использования определенных языковых соглашений для какого-либо объекта (подпрограммы или переменной), который впоследствии будет либо импортирован, либо экспортирован.
Директива компилятора Linker_Options предназначена для передачи дополнительных опций линкеру (редактору связей). Содержимое строкового параметра этой директивы будет зависеть от используемого линкера.
16.2.2 Интерфейсные пакеты
Стандарт Ada95 определяет интерфейс взаимодействия с языками программирования C, COBOL и Fortran. Для облегчения осуществления связи программ Ады с этими языками программирования существует стандартно определенная иерархия пакетов, состоящия из пакета Interfaces и его дочерних модулей:
package Interfaces package Interfaces.C package Interfaces.C.Pointers package Interfaces.C.Strings package Interfaces.COBOL package Interfaces.FortranЭти интерфейсные пакеты обеспечивают достаточно мощные средства для взаимодействия с другими языками программирования.
16.3 Взаимодействие с программами написанными на C
Обсуждение взаимодействия с программами написанными на C полагается на описания которые содержатся в стандартном пакете Interfaces.C. В частности, этот пакет предусматривает средства преобразования объектов с типами языка C в объектыс типами Ады, и обратно.
16.3.1 Численные и символьные типы
С помощью использования следующих типов, переменные или результаты выражений Ады могут быть конвертированы в форму, совместимую с языком C, и обратно:
целочисленные типы символьные типы вещественные типы Int Char C_Float Short Wchar_T Double Long Long_Double Size_T Например, для передачи целочисленного значения переменной Item как параметра для функции языка C которая ожидает получить параметр типа long double можно использовать следующее выражение Ады Long_Double(Item).
16.3.2 Строки языка C
Описание массива символов языка C имеет следующий вид:
type Char_Array is array (Size_T range <>) of aliased Char;Для представления строк, в языке C используются массивы символов заканчивающиеся нулевым символом. Нулевой символ используется как индикатор конца строки. Таким образом, описание строки Name, содержащей текст "Vasya", которая может быть передана как параметр для функции языка C может иметь следующий вид:
Name : constant Char_Array := "Vasya" & nul;Примечательно, что nul используется для представления нулевого символа (индикатор конца строки) и не является зарезервированным словом Ады null.
Для выполнения символьной конверсии можно использовать функции:
function To_C (Item: in Character) return Char; function To_Ada (Item: in Char) return Character;Для выполнения строковой конверсии можно использовать функции:
function To_C (Item : in String; Append_Nul : in Boolean := True) return Char_Array; function To_Ada (Item : in Char_Array; Trim_Nul : in Boolean := True) return String;Не сложно догадаться, что функции с именами To_C должны использоваться для преобразования переменных в форму совместимую с языком C, а функии с именами To_Ada - обратно.
16.3.3 Примеры организации взаимодействия с C
Простым примером импорта C-функции может служить пример использования функции read системы UNIX в процедуре, написанной на Аде:
procedure Read( File_descriptor : in Integer; Buffer : in out String; No_Bytes : in Integer; No_Read : out Integer) is function Read( File_descriptor : Integer; Buffer : System.Address; No_Bytes : Integer) return Integer; pragma Import(C, read, "read"); begin No_Read := Read(File_descriptor, Buffer(Buffer'First)'Address, No_Bytes); end Read;Проблема связи с C возникает в ситуации, когда необходимо взаимодействовать с функциями которые имеют список параметров с переменным числом параметров неоднородного типа. Примером такой функции может служить C-функция printf. Необходимо отметить, что подобные функции, по своей природе, не надежны, и не существует удовлетворительного способа решения этой проблемы.
Однако, Ада позволяет взаимодействовать с функциями, имеющими переменное число параметров, но при этом тип параметров однороден. Для взаимодействие с такими функциями можно использовать типы неограниченных (unconstrained) массивов.
Предположим, что существует функция, написанная на C, описание которой имеет следующий вид:
void something(*int[]);Мы можем использовать эту функцию в Аде следующим образом:
type Vector is array(Natural range <>) of Integer; procedure Something(Item : Vector) is function C_Something(Address : System.Address); pragma Import(C, C_Something, "something"); begin if Item'Length = 0 then C_Something(System.Null_Address); else C_Something(Item(Item'First)'Address); end if; end Something;Рассмотрим более сложный пример, который демонстрирует использование C-функции execv системы UNIX, описанную в C следующим образом:
int execv(const char *path, char *const argv[]);В данном случае, дополнительную сложность вызывает необходимость трансляции Ада-строк в массивы символов C-стиля. Перед тем как описывать непосредственную реализацию, необходимо сделать некоторые описания:
---------------------------------------------------------- type String_Ptr is access all String; type String_Array is array(Natural range <>) of String_Ptr; function execv( Path : String; Arg_List : String_Array) return Interfaces.C.Int; --------------------------------------------------------- -- execv заменяет текущий процесс на новый. -- Список аргументов передается как параметры командной -- строки для вызываемой программы. -- -- Для вызова этой подпрограммы можно: -- -- Option2 : aliased String := "-b"; -- Option3 : aliased String := "-c"; -- Option4 : String := "Cxy"; -- Result : Interfaces.C.Int; -- ... -- Result := execv(Path => "some_program", -- -- построение массива указателей на строки... -- argv => String_Array'(new String'("some_program"), -- new String'("-a"), -- Option2'Unchecked_Access, -- Option3'Unchecked_Access, -- new String'('-' & Option4)); -- -- Допустимо использовать любую комбинацию -- динамически размещаемых строк и 'Unchecked_Access -- к aliased переменным. -- Однако, необходимо отметить, что нельзя выполнить -- "some_String"'Access, поскольку Ада требует имя, -- а не значение, для отрибута 'Access ------------------------------------------------------------Теперь, реализация может быть выполнена следующим образом:
function execv( Path : String; argv : String_Array ) return Interfaces.C.Int is Package C renames Interfaces.C; Package Strings renames Interfaces.C.Strings; C_Path : constant Strings.Chars_Ptr(1..Path'Length + 1) := Strings.New_String(Path); type Char_Star_Array is array(1..argv'Length + 1) of Strings.Char_Array_Ptr; C_Argv : Char_Star_Array; Index : Integer; Result : C.int; ------------------------------------------------------------ function C_Execv( Path : Strings.Char_Ptr; C_Arg_List : Strings.Char_Ptr) return C.int; pragma Import(C, C_Execv, "execv"); ------------------------------------------------------------ begin -- установка массива указателей на строки Index := 0; for I in argv'Range loop Index := Index + 1; C_Argv(Index) := Strings.New_String(argv(I).all)); end loop; -- добавление C-значения null в конец массива адресов C_Argv(C_Argv'Last) := Strings.Null_Ptr; -- передача адресов первых элементов каждого параметра, -- как это ожидает C Result := C_Execv( C_Path(1)'Address, C_Argv(1)'Address)); -- освобождение памяти, поскольку часто это не выполняется for I in argv'Range loop Strings.Free(argv(I)); end loop; Strings.Free(C_Path); return Result; end execv;Примечательно, что передается адрес первого элемента массива, а не адрес самого массива. Массивы, описываемые как неограниченные, зачастую содержат вектор с дополнительной информацией, которая включает верхнюю и нижнюю границу массива.
Copyright (C) А.Гавва V-0.4w май 2004