2.5 Ada语言数据类型结构

Ada语言数据类型结构在很大程度上是以Pascal类型结构为基础的，但Ada类型结构更丰富、更系统。在这一节将讨论它的主要数据类型，在其他章节还会涉及Ada的一些数据类型。

2.5.1 标量类型

标量类型(Scalar Type)定义非结构数据对象，可分为数值类型(Numeric Type)和用户自定义的枚举类型(Enumeration Type)两种。数值类型可进一步分为整型和实型。整型和枚举类型也称为离散类型(Discrete Type)。任何标量类型的值的集合都是有序的，所以关系运算符对它们都有定义。

所有的整型都是由一个有序的整数值的集合组成的。Ada预定义一个称为INTEGER的整型，还预定义了短整型SHORT- INTEGER和长整型LONG- INTEGER。预定义INTEGER的值域取决于实现。例如，在16位机器上，它的值域为-32768～32767。一个给定的Ada实现必须支持INTEGER数据类型，可以支持也可以不支持短整型和长整型。

程序员可以通过range结构来定义其他的整型，例如

          type TWO-DIGIT is range 0..99；

其中，保留字range后面跟着整型域的下界和上界值，它们是可静态计算的任意表达式(常数或常数表达式)。

Ada为实数值精心设计了一组丰富而又灵巧的定义方法，这里只讨论其中的主要部分，实型定义实数的近似值的集合。由于一个给定实现只能对数值数据提供有限的二进位表示，因而不可能对所有实数都提供精确的表示，实际上只能表示数学上实数的一个子集。

Ada预定义一个称为FLOAT的实型，还预定义短实型SHORT-FLOAT和长实型LONG-FLOAT。与整型一样，它们的精度依赖于实现。程序员可以定义自己的实型，例如

          type FLOAT-1 is digits 10；

FLOAT-1和FLOAT一样，都是浮点实型。保留字digits后面跟着十进制有效位数的静态整型表达式，以描述浮点数的相对精度。其后还可跟上范围结构range，例如

          type MASS-READING is digits 7 range 0.0..3.0；

其范围的上、下界必须取实数值，即可静态计算的任意实型表达式。

说明FLOAT-1中的数字10规定十进制实数的最小有效位数，而FLOAT的最小有效位数是预定义的。Ada定义了一个属性DIGITS，它给出相应实型数值的最小有效位数。若T是浮点实型，那么T'DIGITS就是类型T的最小有效位数。因此，T'DIGITS规定类型T的实数近似表示的出错界限。

定点表示是另一种大家熟知的用来逼近实数值的技术。这种说明形式是用保留字delta后面跟着定义此类型的增量，而增量是静态实型表达式，例如

          type FIX-PT is delta 0.01 range 0.00..100.01；

其中，range后面跟着范围说明，它应该是静态实型表达式，与浮点表示不一样，它是不可省略的。

Ada的枚举类型与Pascal类似，例如

          type DAY is (SUNDAY，MONDAY，TUESDAY，WEDNESDAY，THURSDAY，
  FRIDAY，SATURDAY)；

Ada提供的字符型和布尔型是枚举类型的特例，例如

          type CHARACTER is(the ASCII character set)；
          type BOOLEAN is(FALSE，TRUE)；

2.5.2 组合类型

Ada组合(或结构)类型分为数组和记录。

1.数组

Ada数组与Pascal数组一样，具有确定的下标界，例如

          type MONTH is (JAN，FEB，MAR，APR，MAY，JUN，JUL，AUG，SEP，OCT，
      NOV，DEC)；
          type YEARLY-PAY is array(MONTH)of INTEGER；
          type SUMMER-PAY is array(MONTH range JUL..SEP)
                            of INTEGER；

其中，YEARLY-PAY和SUMMER-PAY称为约束数组类型(Constrained Array Type)，因为它的下标界是静态确定的。

Ada的数组与Pascal的数组还有些不同，它支持动态数组，例如说明

          type SOME-PERIOD-PAY is array(MONTH range<>)of INTEGER；
          type INT-VECTOR is array(INTEGER range<>)of INTEGER；
          type BOOL-MATRIX is array (INTEGER range <>，INTEGER range <>)of
  BOOLEAN；

其中，符号“<>”称为框(Box)，表示范围未说明，SOME-PERIOD-PAY，INT-VECTOR和BOOL-MATRIX称为非约束数组类型(Unconstrained Array Type)。

Ada数组类型由分量的类型、下标个数和下标类型来刻画，界的值不作为数组类型的一部分来考虑，因在编译时界的值尚未确定。在上例中，数组SOME-PERIOD-PAY的下标具有类型MONTH，数组INT- VECTOR和BOOL- MATRIX的下标具有类型INTEGER。“range<>”子句说明实际的界，它留下来未被说明，待数据对象成为实体时，界的值才能确定。例如在说明

          SPRING-MONTH：SOME-PERIOD-PAY (APR..JUN)；
          Z：INT-VECTOR(-100..100)；
          W：INT-VECTOR(20..40)；
          Y：BOOL-MATRIX(0..N，0..M)；

中，界的值不必用静态表达式给出，只要求处理对象说明时能最后确定即可。

界的实例化(即界的确定)还可通过参数传递完成。例如，下列函数接受类型为INT-VECTOR的对象，并累加它的分量。

          function SUM(X：INT-VECTOR)return INTEGER；
              RESULT：INTEGER：=0；
              begin
                  for I in X'FIRST..X'LAST loop
                  RESULT：=RESULT+X(I)；
              end loop；
              return RESULT；
          end SUM；

其中，变量RESULT局部于SUM，当它被说明时赋初值0；循环变量隐式说明；形参X自动与实参具有相同的界，这些界可由数组名连接属性名FIRST和LAST来访问。因此，可用不同

大小的数组作为实参来调用该函数。例如

          A：=SUM(Z)+SUM(W)；

也可以在过程的局部说明中说明一个数组，它的界依赖于一个参数。例如

          TEMPORARY：INT-VECTOR(X'FIRST..X'LAST)；

Ada的串看成字符数组，STRING的预定义为

          type STRING is array(POSITIVE range<>)of CHARACTER；

其中，POSITIVE是整型子界1..INTEGER'LAST。

除了传统的通过下标选取数组分量的方法外，Ada还提供一个选取一维数组若干相继分量的方法，这种方法称为切片。它对串操作特别有意义，因为它支持子串的概念。例如，下列语句定义变量LINE为80个字符的串，并把一个一维字符数组赋予LINE的一个切片。

          LINE：STRING(1..80)；
          ……
          LINE(1..11)：=('D'，'e'，'a'，'r'，'，'，'f'，'r'，''i，'e'，'n'，'d')；

2.记录

Ada的记录类似于Pascal的记录，它们都支持笛卡儿积和判定或的构造方法。例如

          type COORDINATE is
              record
                  X：INTEGER range 0..100；
                  Y：CHARACTER；
              end record；

是一个笛卡儿积。我们曾经指出，原始Pascal定义中所支持的判定或带来不安全的问题，现在来考虑Ada是如何处理判定或的，以及它如何解决不安全问题。在2.4.2节中对有关变体记录的讨论中，曾写出了一个Pascal说明，这个说明在Ada中可以写成

          type DEPT is(HOUSEWARE，SPORTS，DRUGS，FOOD，LIQUOR)；
          type MONTH is range 1..12；
          type ITEM(AVAILABLE：BOOLEAN：=TRUE)is
              record
                  PRICE：REAL；
                  case AVAILABLE of
                      when TRUE=>AMOUNT：INTEGER；
                                  WHERE：DEPT；
                      when FALSE=>MONTH-EXPECTED：MONTH
                  end case；
              end record；

其中，类型ITEM具有一个判定式AVAILABLE，它定义ITEM可能的变体。若ITEM的变体说明默认判定式的值，那么，在上述说明中已对这个默认值赋了初值TRUE，因此对象可以说明成

          PEACH：ITEM；

也可以说明一个对象的变体是冻结的，例如

          ORANGE：ITEM(FALSE)；

在这种情况下，编译器为ORANGE保留的存储区恰好是FALSE这个变体所需要的，运行时，变量不能改变为其他的变体。

Ada这种处理判定或的变量是安全的。事实上，判定式是强制性的，不能对它直接赋值。若判定式无默认初值，那么，任何对象说明中都必须对判定式加以约束(Constraint)。

判定式的值只有在对象没有给出显式约束的情况下才能改变，例如PEACH可以改变而ORANGE不能改变判定式的值。然而，只有把记录作为一个整体时，判定式的值才能改变，单独对判定式赋值是不允许的。例如说明

          COCA-COLA：ITEM；

其中，变量COCA-COLA具有默认初值TRUE。若在上述说明之后，再加语句

          COCA-COLA：=ORANGE；

使变量得到ORANGE的值，即可建立FALSE变体。我们也可以给COCA-COLA赋一个记录值，例如

          COCA-COLA：=(PRICE=>1.99，AVAILABLE=>TRUE，AMOUNT
                        =>1500，WHERE=>FOOD)；

其中，赋值号的右边是一个记录值，由编译器自动转换成运行时测试。

          if not COCA-COLA.AVAILABLE then raise CONSTRAINT-ERROR
          end if；

若COCA-COLA.AVAILABLE不为TRUE，则产生一个错误。

3.访问类型

Pascal的指针类型在Ada中称为访问类型(Access Type)，用于动态分配和释放数据。例如说明

          type BINARY-TREE-NODE；
          type TREE-REF is access BINARY-TREE-NODE；
          type BINARY-TREE-NODE is
              record
                  INFO：CHARACTER；
                  LEFT，RIGHT：TREE-REF；
          end

定义了一个二叉树，其中第一个语句有点陌生，它是所谓不完全类型说明，Ada的递归类型需要不完全类型说明。

若P和Q是类型TREE-REF的两个指针，那么由P指向的结点INFO成分是P.INFO，结点本身是P.all。因此，P指向的结点对Q指向的结点赋值可写成

          Q.all：=P.all；

4.子类型和派生类型

Ada详细地区分了类型的静态特性和动态特性。静态特性在编译时检查，动态特性在运行时检查。类型的静态特性可用于操作，而动态特性仅仅是某种约束，例如对整数范围的约束、对数组下标的约束等。为了使得这种约束清楚起见，Ada允许程序员通过定义子类型(Subtype)来规定类型的一个特性，例如

          type FLAVOR is (CHOCOLATE，MINT，PEACH，STRAWBERRY，VANILLA，
                        BLUECHEESE，CATSUP，GARLIC，ONION)；
          subtype ICE-CREAM-FLAVOR is FLAVOR range CHOCOLATE..VANILLA；
          subtype SMALL-INT is INTEGER range-10..10；
          subtype SMALL-POS-INT range 1..10；
          subtype MY-INT-SET is INTEGER range A..B；

其子类型继承基类型的所有特性，但它的值还要满足某个约束。例如，ICE-CREAM-FLA-VOR继承了FLAVOR的所有特性，但它还被约束于子集CHOCOLATE到VANILLA。子集MY-INT-SET表明约束可以包括表达式。但是，表达式不能静态求值，只有在说明出现的作用域入口详细说明子类型时，才能计算表达式的值。

子类型机制也可用来约束数组类型，例如

          type MY-ORDERS is array(INTEGER range<>)of ICE-CREAM-FLAVOR；
          subtype MONTHLY-ORDERS is MY-ORDERS(1..31)；
          subtype ANNUAL-ORDERS is MY-ORDERS(1..365)；

其中，类型MONTHLY-ORDERS和ANNUAL-ORDERS的对象进一步说明产生的数组，相应的界值是1..31和1..365。

也可以使用子类型机制来冻结判定或类型的变量，例如

          subtype OUT-OF-STOCK is ITEM(FALSE)；

其中，ITEM是上面定义的变体记录。类型OUT-OF-STOCK的任何变量都规定AVAILA-BLE是FLASE而被冻结的。

最后，子类型也允许程序员用来绑定某个给定类型，这样的绑定可以是静态的，也可以是动态的。子类型机制并未定义新类型，只是简单地在值的集合上对一个对象采取某些限制。

Ada的派生类型(Derived Type)与子类型不同，它定义新类型。派生类型说明的一般形式可以用扩充BNF(参见9.3.2节)来定义，格式如下：

          type<新类型>is new<母体类型>[<约束>]；

其中，方括号内是可选择部分。例如说明

          type POSITIVE is 1..INTEGER'LAST；
          type WEIGHT is new POSITIVE range 1..100；
          type LENGTH is new POSITIVE；

这些新类型继承了母体类型(Parent Type)的所有特性(值、操作和其他属性)，但它们被看作与母体类型不同的类型。

5.属性

Ada的属性用来指定数据对象、类型的特性。一个属性的值是用一个实体名后面跟着一个“'”及属性名来表示的，例如，2.5.1节中的T'DIGITS。Ada预定义了40多个属性，另外还允许提供与实现有关的属性。

属性是程序设计的有力工具，用于支持规范的程序设计实践。例如，数组属性FIRST和LAST，允许程序员写出任意大小的数组间操作的子程序，也允许程序员用语句来显示选取不同的候选项，以便响应某些属性的值。

Ada语言数据类型结构如图2-5所示。