Джулиан Бакнелл - Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Джулиан Бакнелл

Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Введение

Вы взяли в руки эту книгу, она вас чем-то заинтересовала, и вы даже подумываете, не купить ли ее?.. В голове возникают мысли наподобие: "Да, наверное, стоит купить, однако прежде бы выяснить ряд вопросов..."

Почему книга посвящена алгоритмам именно на Delphi?

Несмотря на существование относительно большого количества книг, посвященных алгоритмам, очень и очень немногие из них отходят от стандартного начального курса в рамках компьютерной инженерии при изложении фундаментальных алгоритмов для практического применения. Коды, приводимые в таких книгах, зачастую относятся только к конкретному рассматриваемому алгоритму, без каких-либо соображений по поводу его практической реализации в среде реальных бизнес-приложений. Хуже того, с точки зрения разработчиков этих самых бизнес-приложений, существует немало книг из числа используемых в качестве учебных пособий в колледжах и университетах, в которых опущено множество интересных тем, или, в крайнем случае, они оставлены читателям на самостоятельную проработку, в виде упражнений, зачастую без указания правильных ответов.

Разумеется, для описания большинства алгоритмов в подобного рода книгах не используется Delphi, Kylix или Pascal. Некоторые авторы предпочитают для описания алгоритмов пользоваться псевдокодом, некоторые - языком С, другие выбирают для этих целей язык С++, а часть авторов - вообще какой-либо суперсовременный язык. В самой знаменитой, давно и часто используемой книге, посвященной алгоритмам, для иллюстрации самих алгоритмов выбран язык ассемблера, которого вообще не существует (язык ассемблера MIX в книге "Искусство программирования для ЭВМ" Дональда Кнута [11, 12, 13]). Действительно, в книгах, содержащих в своих названиях слово "практический", для иллюстрации реализации алгоритмов используются языки С, С++ и Java. Является ли это большой проблемой? В конце концов, алгоритм - это алгоритм, стало быть, какая разница, на чем демонстрировать его работу? И зачем, собственно, покупать книгу, посвященную алгоритмам с иллюстрациями на Delphi?

Я утверждаю, что на сегодняшний день Delphi представляет собой уникальную систему из числа языков и сред, используемых для разработки приложений. Во-первых, подобно Visual Basic, Delphi является средой для быстрой разработки приложений для 16- и 32-разрядных операционных систем Windows, а также, в случае Kylix, для Linux. Умело пользуясь мышью, компоненты можно швырять на форму также просто, как пшеницу на молодоженов. Еще немного щелчков мышью и чуть-чуть кодирования - и, пожалуйста! - компоненты связаны между собой сложным и непротиворечивым образом, снабжены обработчиками событий, и все вместе, образуют ни что иное, как завершенное бизнес-приложение.

Во-вторых, подобно С++, Delphi дает возможность близко подобраться к сердцу операционной системы через множество API-интерфейсов. В ряде случаев доступ к API-интерфейсам предоставляет компания Borland (Inprise) в рамках среды Delphi, в других ситуациях разработчики переносят заголовочные файлы на С в среду Delphi (в рамках проекта Jedi (Джедай) на Web-сайте www.delphi-jedi.org). Так или иначе, но Delphi благополучно делает эту работу и манипулирует функциями операционной системы по собственному усмотрению.

Программисты на Delphi условно делятся на два "лагеря" - программисты прикладных приложений и так называемые системные программисты. Иногда можно встретить и уникальных представителей, которые делают обе работы. Тем не менее, есть у представителей обеих "лагерей" одна общая черта - они должны хорошо разбираться в глубинной сути мира алгоритмов. Какой бы длинной или короткой была ваша программистская практика, рано или поздно, вы дойдете до момента, когда крайне необходимо самостоятельно закодировать, скажем, бинарный поиск. И, конечно же, перед тем как приступить к решению упомянутой проблемы, потребуется решить задачу, связанную с разработкой процедуры сортировки определенного вида данных, дабы бинарный поиск смог корректно функционировать. Иногда при помощи профилировщика удается идентифицировать узкое место в TStringList, и, в конечном счете, понять, что более эффективное решение задачи может обеспечить совершенно другая структура данных.

По сути, алгоритмы представляют собой своего рода кровеносные сосуды той работы, которую мы называем программированием. Начинающие программисты очень часто остерегаются иметь дело с формальными алгоритмами. Полагаю, что поначалу пугает даже само слово, правда, лишь до тех пор, пока не состоится более близкое знакомство с алгоритмами. Запомните одну важную вещь: любая программа может трактоваться как некий алгоритм, который должен получить у пользователя данные, должным образом обработать их и выдать обратно предсказуемый результат.

Стандартные алгоритмы были разработаны и обкатаны учеными в области компьютерных наук с целью использования их "рабочими лошадками", коими являемся мы с вами. Профессиональное использование базовых алгоритмов - это то, что удерживает нас на плаву как профессионалов, придает уверенности и дает нам возможность заявлять о знании того или иного языка программирования. Например, если вам хорошо известно, что такое хеш-таблицы, их достоинства и недостатки, где и почему они применяются, когда какой реализации отдавать предпочтение, то вы сможете совершенно по-другому взглянуть на рабочий проект подсистемы или приложения и найти места, где возможно получить выгоду от использования хеш-таблиц. Если алгоритмы сортировки вызывают не панику, а лишь легкую улыбку, вы понимаете глубинные основы их функционирования и знаете, кода отдавать предпочтение сортировке простыми вставками, а когда -быстрой сортировке, возможно, вы безо всяких колебаний реализуете один из алгоритмов в рамках своего приложения, а не будете бесцельно терять время на эксперименты со стандартными компонентами Delphi. (приведу лишь одну "жуткую" историю из современной программистской лирики. Некий программист использовал скрытый на форме компонент TListBox, добавлял в него набор строк, а затем устанавливал значение свойства Sorted равным true, тем самым, надеясь отсортировать эти строки.)

Полагаю, сейчас в ваших головах крутится одна мысль: "Понятно, писать книги по алгоритмам - это хорошо, но зачем при этом беспокоиться о каких-то там Delphi или Kylix?"

-----------------------

Кстати, давайте примем следующее соглашение, иначе мне придется ужасно много раз писать "Delphi или Kylix". Когда я говорю "Delphi или Kylix", в действительности я имею в виду либо Delphi, либо Kylix. В конце концов, Kylix получил известность, в основном, как система Delphi для Linux, находящаяся на этапе предварительного выпуска. Таким образом, в этой книге под "Delphi или Kylix" понимается либо Delphi для Windows, либо Kylix для Linux.

-----------------------

Итак, почему Delphi? На самом деле, на то имеются две причины: язык Object Pascal и операционная система. Язык, встроенный в среду Delphi, имеет множество конструкций, которые не доступны в других языках, конструкций, которые существенно упрощают инкапсуляцию эффективных алгоритмов и структур данных и делают ее более естественной. Примером могут послужить такие вещи, как свойства. Или, скажем, механизм исключений, генерируемых в случае возникновения непредвиденных ситуаций и ошибок. Несмотря на то что стандартные алгоритмы можно кодировать на Delphi и без применения таких специфических языковых конструкций, я довольно-таки твердо убежден, что в этом случае мы безвозвратно теряем и красоту, и эффективность реализаций, предпосылками которых является язык. Мы лишаем себя возможности исследовать все "закоулки" этого замечательного языка программирования. В этой книге мы собираемся повсеместно использовать всю мощь, присущую языку Object Pascal в среде Delphi. Я не думаю, что у программистов на Java будут возникать какие-то сложности с интерпретацией и переводом кода на свой язык. Однако раз уж я выбрал Delphi, то Delphi и буду придерживаться.

Следует принять во внимание еще одну вещь. Как традиционно предполагается, алгоритмы являются общими, по крайней мере, на одном и том же центральном процессоре и в среде одной и той же операционной системы. Конечно, алгоритмы можно оптимизировать под среду Windows или Linux. Можно добиться большей эффективности при их выполнении на семействе процессоров Pentium, в случае использования различных типов кэш-памяти или подсистем виртуальной памяти в средах разных операционных систем. Подобным возможностям оптимизации в книге уделяется отдельное внимание. Тем не менее, мы не будем доходить в своей погоне за эффективностью до кодирования на языке ассемблера, оптимизированного под конвейерную архитектуру новых процессоров, - я должен был хоть где-нибудь это сказать!

В конечном счете, в книге, посвященной алгоритмам, нуждается само сообщество разработчиков на Delphi, причем в такой, которая бы отражала этот конкретный язык программирования, используемые операционные системы и процессоры. Ну, так вот она, книга. Она не суть переписанная книга, посвященная алгоритмам с реализацией на другом языке программирования. Напротив, книга написана с нуля автором, который на протяжении всей своей практики работал с Delphi ежедневно, зарабатывает себе на жизнь тем, что пишет библиотечное программное обеспечение и немало знает о сложностях, связанных с созданием коммерческих подпрограмм, классов и инструментальных средств.