Выдать на печать такую уйму информации и не свалиться при этом от изнеможения вам удалось благодаря существованию таких вещей, как фортранные инструкции формата, которые помогли преобразовать эти неудобоваримые двоичные числа в радующие глаз цепочки из цифр, букв и знаков. По существу, то же самое происходит и при вводе. Вводные данные аккуратно пробиваются на перфокартах, и вы даже не задумываетесь о том, каким преобразованиям должны они подвергнуться для того, чтобы центральный процессор мог проделывать над ними свои несложные арифметические фокусы. А пожалуй, о вводе и выводе стоит поразмышлять чуть серьезнее. Программа, обрабатывающая большое количество данных, вполне может тратить от четверти до половины своего счетного времени на служебные подпрограммы ввода и вывода, а большая часть этого времени в свою очередь может уходить на интерпретирование форматов и преобразование данных. Вероятно, вы уже не будете так легкомысленно относиться к преобразованиям данных при вводе и выводе, если попытаетесь решить предлагаемую задачу, превратившись на время в системного программиста.
Для изучения были выбраны форматы языка Фортран, поскольку они просты, эффективны и были, в сущности, праотцами большинства других схем форматов. Всякий раз, когда в операции ввода/вывода участвует устройство, предназначенное для взаимодействия машины с человеком, связующим звеном между ними оказывается инструкция формата. Основные элементы, участвующие в операции ввода/вывода, — это список переменных, формат и файл. Элементы данных пересылаются из файла в переменные списка или в обратном направлении, в зависимости от того, какая операция — ввода или вывода — выполняется. При пересылке каждого элемента интерпретируется некоторая часть формата, достаточная для того, чтобы определить текстовое представление этого элемента в файле. Формат определяет лишь характер пересылки того или иного элемента данных, но объем перемещаемых данных от него не зависит.
Формат — это цепочка литер, описывающая преобразования данных, которые нужно выполнить. Поскольку формат всякий раз при использовании интерпретируется, то его можно рассматривать как маленькую программу. Формат общего вида имеет структуру
(yf1s1f2s2…fnsnz),
где n может быть нулем,
у и z — последовательности наклонных черточек, возможно пустые,
fi — либо одиночный код формата, либо формат общего вида, перед которым может стоять натуральное число[25],
si — разделитель, т. е. последовательность из запятых и наклонных черточек, которая в некоторых случаях может быть пустой.
Пробелы в формате игнорируются везде, кроме одного случая, специально оговоренного ниже, а числа записываются в виде цепочек из десятичных цифр.
Предположим, произошло обращение к операции ввода/вывода. Указатель текущей позиции в файле устанавливается на начало следующей записи[26]. Курсор в формате устанавливается на начальную открывающую скобку и движется вправо либо до первого кода, которому должна соответствовать переменная в списке переменных, либо до правого края формата. Такой процесс позволяет при помощи инструкции вывода напечатать строку данных, не пересылая никаких данных из переменных. Интерпретатор форматов будет иметь некоторую внутреннюю память (организованную, как правило, в виде стека), которая будет освобождаться и на которую мы будем время от времени ссылаться, говоря, что интерпретатор что-либо «запомнил». Основной цикл просмотра формата прост. Интерпретатор получает очередную переменную из списка переменных. Курсор начинает двигаться вправо по формату в поисках такого кода, который соответствует передаче элемента данных из переменной в файл или обратно. При движении курсора вправо могут встречаться такие коды, которые влияют на содержимое файла или устанавливают новые значения параметров, управляющих работой интерпретатора. Действия, предписываемые этими кодами, выполняются непосредственно в процессе сканирования. Перед некоторыми кодами допускаются коэффициенты повторения — такой код используется соответствующее число раз. То есть один и тот же код может использоваться с несколькими переменными списка, значит, интерпретатор должен помнить убывающее от цикла к циклу значение счетчика повторений кода. Если курсор дошел до крайней правой закрывающей скобки, то он возвращается к последней открывающей скобке первого уровня без коэффициента повторения, а если таковая отсутствует, то к начальной открывающей скобке формата. Вот три типичные ошибки, которые могут встречаться при форматном вводе/выводе: при вводе встретился конец файла; интерпретатор дважды подряд вышел на правую закрывающую скобку формата, не переслав при этом ни одного элемента данных; нет соответствия между типом кода формата, типом переменной в списке ввода/вывода и типом элемента данных, фактически находящегося в файле (последнее относится только к вводу). При завершении операции вывода последняя частично сформированная запись пишется в файл.
26
Файл ввода/вывода состоит из записей, которые могут быть разной длины. Каждое физическое устройство может накладывать свои ограничения на длину записи. Предполагается, что перед первой операцией ввода/вывода с данным файлом указатель текущей позиции в нем установлен на конец воображаемой нулевой записи. При выводе по мере надобности создаются новые записи.